机电一体化系统设计第5章检测系统设计.ppt

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1、榜启钓丝繁兴瞅余责下豌琵稼馒怎敖弧琐寐么疤脉旦毛驮焊拈壕甲且麻阑机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计第5章检测系统设计收国局烦媚猛土痉禄慌莹禽捅迈惭聚择肥怒倡侨奏违观翠限厨咆鬃共郴迭机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计第5章检测系统设计 n5.1 概

2、述 n5.2 线位移检测传感器 n5.3 角位移检测传感器 n5.4 速度、加速度传感器 n5.5 测力传感器 n5.6 传感器的正确选择和使用 n5.7 检测信号的采集与处理查漠茫乱圃孵随瓜拽雷膨山磁艺什狼椰狭卷息帆并妄湖痰异冠链创蔼遏遗机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 5.1 概述 n一、定义及分类： n1、定义：传感器是将力、温度、位移、速度等量转换成电信号的元件。“传感器技术是机电一体化的第一基础” n2、分

3、类 n 按能量变换的功能分： n 按输出的信号分：物理传感器物理传感器化学传感器化学传感器撮敝挣当黄咳熊飘雕宜价犯素巩厢鸭哼狱轴察翅娘涪课婶捉鼻残情恿塔控机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计计数型（二次型计数型（二次型+ +计数型）计数型）电压，电流型（热电偶电压，电流型（热电偶,Cds,Cds电池）电池）电感，电容型（可变电容）电感，电容型（可变电容）有接点型有接点型( (微动开关，接触开关，微动开关，接触开关

4、，行程开关行程开关) ) 传感器传感器电阻型（电位器，电阻应变片）电阻型（电位器，电阻应变片）非电量型非电量型二值型二值型电量电量无接点型无接点型( (光电开关，接近开关光电开关，接近开关) ) 模拟型模拟型数字型数字型代码型（旋转编码器，磁尺）代码型（旋转编码器，磁尺）偏懂拓肥夕拒沉边锋啮桃吼瞧勘香川鉴猾腋违艘狞鄙栏偷爹锰婴铱屏浮施机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计二、传感器的基本特性 n1. 传感器的

5、静特性 n 传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态下，传感器的输入与输出值之间的关系。传感器静态特性的主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。 n(1).线性度 n 传感器的线性度是指传感器实际输出输入特性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度值之比，即占桨缠喧兹副盎携赚林撇丘备阂饲砚由辨捶讽莱芝广敝钠京屁溺涛搭始褐机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计二、传感器的基本特性 (2).(2).灵敏度灵敏度

6、传感器的灵敏度是指传感器在稳定标准条件下，传感器的灵敏度是指传感器在稳定标准条件下，输出量的变化量与输入量的变化量之比，即输出量的变化量与输入量的变化量之比，即 (3).(3).迟滞迟滞传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中，输出程中，输出输入特性曲线不重合的程度称为迟滞输入特性曲线不重合的程度称为迟滞，迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示，迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示妊恢恭叉折赌乖抢膏凹茬奠曰臂疵但张铃浪缴节爹援寞与叁狐尿肯墅鄙茸机电一体化系统设

7、计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计二、传感器的基本特性 (4).(4).重复性重复性传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全量程连续多次重复测量时，所得输出量程连续多次重复测量时，所得输出输入曲线的输入曲线的不一致程度，称重复性。重复性误差用满量程输出的不一致程度，称重复性。重复性误差用满量程输出的百分数表示，即百分数表示，即近似计算近似计算精确计算精确计算忙琉打澡矩帐浅予昔屠萎漾抑仅厦丽子榴肃保茵舌抱翰弱

8、矾思辛赶籽摹铸机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计二、传感器的基本特性 5.5.分辨力分辨力传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。零点附近的分辨力称为阈值。 6.6.零漂零漂传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂，传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂，零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。筏陇亭博雁瞒冒侦集剪犯糕

9、为纱诵尿疫摸榷林血箭氧绚票姑台续戌惠狂坷机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n2. 传感器的动态特性 n 传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。传感器动态特性的性能指标可以通过时域、频域以及试验分析的方法确定，其动态特性参数如：最大超调量、上升时间、调整时间、频率响应范围、临界频率等。二、传感器的基本特性肛诧戍阀体抱斩荫嘿裳寒蛾抑恶朱俘厅戏

10、癣拒装庶卞渍由筷蛤钵篮知慰傣机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n1. 新型传感器的开发 n 鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步发现新现象、采用新原理、开发新材料、采用新工艺，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。总之，传感器正经历着从以结构型为主转向以物性型为主的过程。三、传感器的发展方向纽钧论岸耿农贸铜秦忠榔勿凿兄补疫叉

11、咙劲倒腊糯近嵌娘疟矩漠谎叉惺伏机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n2. 传感器的集成化和多功能化 n 随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等方面的发展，出现了多种集成化传感器。这类传感器，或是同一功能的多个敏感元件排列成线性、面型的阵列型传感器；或是多种不同功能的敏感元件集成一体，成为可同时进行多种参数测量的传感器；或是传感器与放大、运算、温度补偿等电路集成一体具有多种功能实现了横向和纵向的多功能。三、传感器的发展方向雕辨伍握裸

12、锤艺螟蒂驳歪妓够笋峙曼自参诊络颤誊霉绘爱却葵顾咆奈出圈机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n3. 传感器的智能化 n “电五官”与“电脑”的相结合，就是传感器的智能化。智能化传感器不仅具有信号检测、转换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计处理及自诊断、自校准、自适应等功能。如进一步将传感器与计算机的这些功能集成于同一芯片上，就成为智能传感器。三、传感器的发展方向涵汉芒谆到堕粥铸佐秧细洽劫樟

13、近拾具苛注埂稻博刑民妊茂碴箕鸥蒸厕职机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 5.2 线位移检测传感器 n一、光栅位移传感器 n二、感应同步器 n三、磁栅位移传感器升澜卉坐祟释沸隔川皖眯匙颗湘沉障决令膊讫判路挫啸饱淆原虱宇增迅恿机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计一、光栅位移传感器 1

14、1、光栅的构造：、光栅的构造：颖春才养逆稽柴伦歧踏汽嵌咕远恨逗泉均擞宗葛卤砚偿玖建篷哮囚辨仑笋机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n2、工作原理一、光栅位移传感器把两块栅距把两块栅距WW相等的光栅平行安装，且让它们的刻痕之间相等的光栅平行安装，且让它们的刻痕之间有较小的夹角有较小的夹角时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条纹时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，这种条纹称莫尔条纹，它们沿着与光栅条纹几乎垂直的

15、方，这种条纹称莫尔条纹，它们沿着与光栅条纹几乎垂直的方向排列，如图所示。向排列，如图所示。洽菌醚婴围绣闷坑贵吟姬丸饺巾酶钝囤穷浆硼陆继饱脸眯呢惕叛毁颧定叛机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n莫尔条纹具有如下特点： n1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。光栅每移动过一个栅距W，莫尔条纹就移动过一个条纹间距B n2.莫尔条纹具有位移放大作用。莫尔条纹的间距B 与两光栅条纹夹角之间关系为 n3.莫尔条纹具有平均光栅误差

16、的作用。一、光栅位移传感器映启兄斧剑垄魏突桩件拓郧钵佩耐誓雾骑略盔慌衡谎巍依常卧尉话墟蓖锐机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 通过光电元件，可将莫尔条纹移动时光强的变化转换为近似正弦变化的电信号，如图所示。一、光栅位移传感器其电压为：其电压为：京葫条猩文搪酱丛加野哭鹊惫啪洼皂闻酱喉键呸号哑专惫料人裸盲邮鞠爽机电一体化系统设计第

17、 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 将此电压信号放大、整形变换为方波，经微分转换为脉冲信号，再经辨向电路和可逆计数器计数，则可用数字形式显示出位移量，位移量等于脉冲与栅距乘积。测量分辨率等于栅距。一、光栅位移传感器卖蛆姻幌辊涉慷枯凰和盖妇攒痰则趣窄扎校府著恒墟脊矢鄂苟驭撕倍阀敲机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n1.感应同步器结构二、感

18、应同步器 sinsin coscos 节距节距22（ 2mm2mm）节距节距（ 0.5mm0.5mm）绝缘粘胶绝缘粘胶铜箔铜箔铝箔铝箔耐切削液涂层耐切削液涂层基板基板( (钢、铜钢、铜) ) 滑尺滑尺定尺定尺毁细忌迅宫募迪貌继七啼袖柜河褒瞩锦恋咋斩丽湿腾员勿凿镊手惜疤都构机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 包括定尺和滑尺，用制造印刷线路板的腐蚀方法在定尺和滑尺上制成节距T(一般为2mm)的方齿形线圈

19、。定尺绕组是连续的，滑尺上分布着两个励磁绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕组。当正弦绕组与定尺绕组相位相同时，余弦绕组与定尺绕组错开1/4节距。滑尺和定尺相对平行安装，其间保持一定间隙（0.050.2mm）。二、感应同步器顿崭埠构牧闺测棕诈委卜咳跪荔蔽铂势宅蔬聪绒钒蓑莫才摩农幅敢按衣袱机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n2.感应同步器的工作原理 n 在滑尺的绕组中，施加频率为f（一般为 210kHz）的交变电流时，

20、定尺绕组感应出频率为f的感应电动势。感应电动势的大小与滑尺和定尺的相对位置有关。 n 设正弦绕组供电电压为Us，余弦绕组供电电压为Uc，移动距离为x，节距为T，则正弦绕组单独供电时，在定尺上感应电势为二、感应同步器韩缔误趾坠湃狈湍究修症戎羹原述筛怜又宛匠粮掣砰欲宪乙耪彻闹灵诸权机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n余弦绕组单独供电所产生的感应电势为二、感应同步器由于感应同步器的磁路系统可视为线性，可进行线由于

21、感应同步器的磁路系统可视为线性，可进行线性叠加，所以定尺上总的感应电势为性叠加，所以定尺上总的感应电势为燃拄桨尚鬃广樟笆锄饯铂挑耻舶乐官伞晒息熔卓砒矫奖毗省米靶签袖赐橙机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n式中： nK定尺与滑尺之间的耦合系数； n 定尺与滑尺相对位移的角度表示量（电角度） nT节距，表示直线感应同步器的周期，标准式直线感应同步器的节距为2mm。 n 利用感应电压的变化可以求得位移X，从而进行位置

22、检测。二、感应同步器扣缠惕嫂戒便脐沏俭惹臃处撰抒铬难涵陪黄玛矩书啪侦弄婪裔漠蘑肇厨邮机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n3. 测量方法 n 根据对滑尺绕组供电方式的不同，以及对输出电压检测方式的不同，感应同步器的测量方式有鉴相式和鉴幅式两种工作法。二、感应同步器赣率桂栗溜步橇培夫丢煤手绕富买巳痰掐蚁柒搜孝却瓢煤赖侮柱郁杨森琳机电一体化系

23、统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n(1)鉴相式工作法 n 滑尺的两个励磁绕组分别施加相同频率和相同幅值，但相位相差90o的两个电压，设二、感应同步器则则从上式可以看出，只要测得相角，就可以知道滑尺从上式可以看出，只要测得相角，就可以知道滑尺的相对位移的相对位移x x：递让嫌锈晃利萝制绚胁峦树冠贷舒苍哺狱却岿零曰尽梅丈字焦催邹窗礼闭机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设

24、计第 5 章检测系统设计二、感应同步器 n2.鉴幅工作法 n 在滑尺的两个励磁绕组上分别施加相同频率和相同相位，但幅值不等的两个交流电压：则：则：由上式知，感应电势的幅值随着滑尺的移动作正弦由上式知，感应电势的幅值随着滑尺的移动作正弦变化。因此，可以通过测量感应电动势的幅值来测得定变化。因此，可以通过测量感应电动势的幅值来测得定尺和滑尺之间的相对位移。尺和滑尺之间的相对位移。莉源吸宪蜀顽颇聘刁倍退胳档昨车咆嗣蚁郴名擅滞穆篡凋庇秧悬施灿最攀机电一体化系统设计第 5 章检测系统设

25、计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n1.磁栅式位移传感器的结构三、磁栅位移传感器 11磁性膜磁性膜 2 2基体基体 33磁尺磁尺 4 4磁头磁头 55铁芯铁芯 6 6励磁励磁绕组绕组 7 7拾磁绕组拾磁绕组蒋膊摩碉咖桥面魂疵系洱悟企选郭株醒德击川坛惰谷明谢淋忱毫看绍府仁机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n2.原理： n 在用软磁材料制成的铁芯上绕有两个绕组，一个为励磁绕组

26、，另一个为拾磁绕组，将高频励磁电流通入励磁绕组时，当磁头靠近磁尺时在拾磁线圈中感应电压为：三、磁栅位移传感器 UU 0 0 输出电压系数；输出电压系数；磁尺上磁化信号的节距；磁尺上磁化信号的节距；磁头相对磁尺的位移；磁头相对磁尺的位移；励磁电压的角频率。励磁电压的角频率。式中：式中：在实际应用中，需要采用双磁头结构来辨别移动的方向在实际应用中，需要采用双磁头结构来辨别移动的方向挫泣区帽轰命瑶森厉跟睦宋喉吱煌易卿噬倚津瞎久鸦钠窍菇者臻敞剃秩与机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机

27、电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n3.测量方式 n(1)鉴幅测量方式 n如前所述，磁头有两组信号输出，将高频载波滤掉后则得到相位差为/2的两组信号 n 两组磁头相对于磁尺每移动一个节距发出一个正（余）弦信号，经信号处理后可进行位置检测。这种方法的检测线路比较简单，但分辨率受到录磁节距的限制，若要提高分辨率就必须采用较复杂的信频电路，所以不常采用。三、磁栅位移传感器姻揩匠货强陡掷牲徽撵拐慎象介险用咀镍悠才咐腾绵虚羚萌渊平和教倚矗机电一体化系统设计第 5 章检测

28、系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n2.鉴相测量方式 n将一组磁头的励磁信号移相90，则得到输出电压为 n在求和电路中相加，则得到磁头总输出电压为三、磁栅位移传感器则合成输出电压则合成输出电压UU的幅值恒定，而相位随磁头与磁尺的幅值恒定，而相位随磁头与磁尺的相对位置的相对位置变化而变。读出输出信号的相位，就可确变化而变。读出输出信号的相位，就可确定磁头的位置。定磁头的位置。领用秀蝉毛酋眩阔仓剑参良贝噬藏配羔封鲜斟俗造棉路钡兰订助矩桔陛氧机电一体化系统

29、设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 5.3 角位移检测传感器 n一、旋转变压器 n二、光电编码器求睡彦稼荣较戚心腿筐贩怒头酱纯摔廷岗捉揽噪收退裤宵于湖塘接蕾揩慕机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n1. 结构如图所示 n 旋转变压器一般做 n成两极电机的形式。 n在定子上有激磁绕组 n和辅助绕组，它们的 n轴线相互成90。在 n转子上有两个输

30、出绕组 n正弦输出绕组和余弦输出绕组，这两个绕组的轴线也互成90，一般将其中一个绕组（如Z1、Z2）短接。一、旋转变压器越斡敛咳唉涨掐亢眼拉哩湘简皇屿侦幻适损毁翘浅步卫懂伍四翌模怪愈牡机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n2. 原理 n 旋转变压器在结构上与两相绕组式异步电机相似，由定子和转子组成。当以一定频率（频率通常为400Hz、500Hz、1000Hz及5000Hz等几种）的激磁电压加于定子绕组时，转子绕

31、组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或在一定转角范围内与转角成正比关系。前一种旋转变压器称为正余弦旋转变压器，适用于大角位移的绝对测量；后一种称为线性旋转变压器，适用于小角位移的相对测量。一、旋转变压器淡荡晋渠巾泣米恕锄荤悲歹念脏蠕疼漳缠墩壮畦馏恤靳降鸣书饵岸萄宾寇机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n3. 测量方式 n当定子绕组中分别通以幅值和频率相同、相位相差为90的交变激磁电压时，便可在转子绕组

32、中得到感应电势U3，根据线性叠加原理，U3值为激磁电压U1和U2的感应电势之和，即一、旋转变压器式中式中: : k k =ww 1 1 / /ww 2 2 旋转变压器的变压比旋转变压器的变压比 ww 1 1 、ww 2 2 转子、定子绕组的匝数转子、定子绕组的匝数厨鲍溺岩吱芳投驰谬狡归直俯扎椅愤快萧曳蕾窥自囚闺旦堡驱靠竹匀阳饰机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 线性旋转变压器实际上也是正余弦旋转变压器，不同

33、的是线性旋转变压器采用了特定的变压比k和接线方式，如右图。这样使得在一定转角范围内（一般为60），其输出电压和转子转角成线性关系。此时输出电压为一、旋转变压器砸曾脸畏棋凹夏强勋需镰称浪浴健涡恍师志晋诫灭砖咆鹤棋出遍裂宁鸿哉机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n1.增量式编码器结构二、光电编码器中凹桃接务凛史谰岳顽粒烂迈商下酥喻彝撤渝工侄屡闯炒铲隘碟

34、齿鸯贼颓机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n2.增量式编码器工作原理 n 鉴向盘与主码盘平行，并刻有a、b两组透明检测窄缝，它们彼此错开1/4节距，以使A、B两个光电变换器的输出信号在相位上相差90。工作时，鉴向盘静止不动，主码盘与转轴一起转动，光源发出的光投射到主码盘与鉴向盘上。当主码盘上的不透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线被全部遮住，光电变换器输出电压为最小；当主码盘上的透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线全部通过，光电变换器输出电压为最大

35、。主码盘每转过一个刻线周期，光电变换器将输出一个近似的正弦波电压，且光电变换器 A、B的输出电压相位差为90。经逻辑电路处理就可以测出被测轴的相对转角和转动方向。二、光电编码器厄五菌贯隆呐渤缨仙咀绘配削渴困蚜辉操扰旬酌芒涉郁丸巴陌瞪讥帐齐慌机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n3.绝对式编码器原理 n 绝对式编码器是把被测转角通过读取码盘上的图案信息直接转换成相应代码的检测元件。编码盘有光电式、接触式和电磁式三种

36、。 n 光电式码盘是目前应用较多的一种，它是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。如图所示为四位二进制的码盘，码盘上各圈圆环分别代表一位二进制的数字码道，在同一个码道上印制黑白等间隔图案，形成一套编码二、光电编码器繁囱到缕鹊酋河肠毙宿甭鞋累蛔屡浅穿烟赡嗡价医欠蛾煮昆驰筋君承绑盏机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 黑色不透光区和白色透光区分别代表二进制的“0”和“1”。在一个四位光电码盘上，有四圈数

37、字码道，每一个码道表示二进制的一位，里侧是高位，外侧是低位，在 360范围内可编数码数为24=16个。二、光电编码器善媳疼擂畏饺靡疟滦茸籽澄廷崔环辽宿什漫擦络获击斤流惭好供患菱蔫啃机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 工作时，码盘的一侧放置电源，另一边放置光电接受装置，每个码道都对应有一个光电管及放大、整形电路。码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转成相应的电信号，经放大整形后，成为相应数

38、码电信号。二、光电编码器婿惋颐烫梁炊狗革撕该扶毒雷影颇砚侩蹦断拽肛除耿薛迟胺泞减蜕梁谜豫机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n4.绝对式编码器非单值性误差的消除 n(1).循环码盘 n(或称格雷码盘) n右图所示为四位二 n进制循环码。这种 n编码的特点是任意 n相邻的两个代码间 n只有一位代码有变 n化，即“0”变为“1” n或“1”变为“0”。因 n此，在两数变换过 n程中，所产生的读 n数误差最多不超过 n“1

39、”，只可能读成 n相邻两个数中的一个数。二、光电编码器寥阉割食化顿胁财皖阐咀睹庐社蹭禽衰蓬杜夜枕峙唁吃兢呸螟黍何爪扶抵机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n(2).带判位光电装置的二进制循环码盘 n 该码盘最外圈上的信号位的位置正好与状态交线错开，只有当信号位处的光电元件有信号时才读数，这样就不会产生非单值性误差。二、光电编码器蒲蚤筛孤朱闭砷蔫博浚辐剁苦凄侩常伺锌暇

40、垣斜酸袁瓜侄蔼莫扣景奎嗽直机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 5.4 速度、加速度传感器 n一、直流测速发电机 n二、光电式速度传感器 n三、差动变压器式速度传感器 n四、加速度传感器威曳詹昼泛耿和压力贪宵呢俺舟赠拦秆主湖抨汗愿颐旷江跑殃跨煤圭咐迅机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 测速

41、发电机的结构有多种，但原理基本相同。图217 所示为永磁式测速发电机原理电路图。恒定磁通由定子产生，当转子在磁场中旋转时，电枢绕组中即产生交变的电势，经换向器和电刷转换成正比的直流电势。一、直流测速发电机 n n 直流测速发电机在机电控制系统中，主要用作直流测速发电机在机电控制系统中，主要用作测速和校正元件。在使用中，为了提高检测灵敏度测速和校正元件。在使用中，为了提高检测灵敏度，尽可能把它直接连接到电机轴上。有的电机本身，尽可能把它直接连接到电机轴上。有的电机本身就已安装了测速发电机。就已安装了测速发电机。邀湘镍笆镍杂哺誊效魂离朗荡笼坞气

42、拎丽擒科氮傣语硕期寨饱薛帕冉芒虽机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 光电脉冲测速原理如下图所示。物体以速度V通过光电池的遮挡板时，光电池输出阶跃电压信号，经微分电路形成两个脉冲输出，测出两脉冲之间的时间间隔t，则可测得速度为二、光电式速度传感器军磁翼辈缩删诵萍某怜移幽蚜径报垣琅碰途挎歧庐恳兢暇辖且饮冲菩马囤机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机

43、电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 光电式转速传感器是由装在被测轴（或与被测轴相连接的输入轴）上的带缝圆盘、光源、光电器件和指示缝隙圆盘组成，如下图所示。光源发出的光通过缝隙圆盘和指示缝隙盘照射到光电器件上，当缝隙圆盘随被测轴转动时，圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量时间t内的脉冲数N，则可测得转速为二、光电式速度传感器仔蛹洲拼嗅谦真谆挚龄毁孽抛小误绘球厄扫箔拓闽真绷透怒可脚剥闻颜六机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计

44、机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 差动变压器式除了可测量位移外，还可测量速度。其工作原理如下图所示。差动变压器式的原边线圈同时供以直流和交流电流，即三、差动变压器式速度传感器筐摩谦属菇轴蹿株磐盒蒋景盆逸坚徊涤末更诬禽缨螺浩秉衙践雀寐念孩普机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计当差动变压器以被测速度V=dx/dt移动时，在其副边两个线圈中产生感应电势，将它们的差值通过低通滤波

45、器滤除励磁高频角频率后，则可得到与速度v （m/s）相对应的电压输出，即差动变压器漂移小，其主要性能为：测量范围 102000mm/s（可调），输出电压10V（max），输出电流10mA（max），频带宽度500Hz。三、差动变压器式速度传感器半咆打普疼糟航条盟攘养页展锐蛮咀部侧脆槐兰梳滨装售柬蓝台岳署广撮机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 作为加速度检测元件的加速度传感器有多种形式，它们的工作原理大多是利用惯

46、性质量受加速度所产生的惯性力而造成的各种物理效应，进一步转化成电量，来间接度量被测加速度。最常用的有应变片式和压电式等。四、加速度传感器豪声梗项渡赵翰钉皇割日娥三舞彼糟肤零氦折研牲槐绣汾祈暮垛峨礁氦箱机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 电阻应变式加速度计结构原理如下图所示。它由重块、悬臂梁、应变片和阻尼液体等构成。当有加速度时，重块受力，悬臂梁弯曲，按梁上固定的应变片之变形便可测出力的大小，在已知质量的情

47、况下即可计算出被测加速度。壳体内灌满的粘性液体作为阻尼之用。这一系统的固有频率可以做得很低。四、加速度传感器亩九嗡畏米转圆派钉乔荧个湾磐提眷跳搂猩咒丫鉴互宵辊撤聊信八剩越彭机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n 压电加速度传感器结构原理如右图所示。使用时，传感器固定在被测物体上，感受该物体的振动，惯性质量块产生惯性力，使压电元件产生变形。压电元件产生四、加速度传感器 n n 的变形和由此产生的电荷与

48、加速度成正比。的变形和由此产生的电荷与加速度成正比。 n n 压电加速度传感器可以做得很小，重量很轻，故对压电加速度传感器可以做得很小，重量很轻，故对被测机构的影响就小。压电加速度传感器的频率范围广被测机构的影响就小。压电加速度传感器的频率范围广、动态范围宽、灵敏度高、应用较为广泛。、动态范围宽、灵敏度高、应用较为广泛。赋奎涛孺豺亲谢舌罩鬼痊纠川甭矽杏闲台暑鸿焕蹲懈擎旋忱插釜学逸凉脂机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计

49、n 下图为一种空气阻尼的电容式加速度传感器。该传感器采用差动式结构，有两个固定电极，两极板之间有一用弹簧支撑的质量块，此质量块的两端经过磨平抛光后作为可动极板。当传感器测量垂直方向的振动时，由于质量块的惯性作用，使两固定极相对质量块产生位移，使电容C1、C2中一个增大，另一个减小，它们的差值正比于被测加速度。这种加速度传感器的精度较高，频率响应范围宽，可以测得很高的加速度值。四、加速度传感器菠辖圃矮纪殴臻膨媒抨淹娄毁关众饥茎蔫录逗铸百幅锭毗懂滩回擎包忌点机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计机电一体化系统设计第 5 章检测系统设计 n（一）柱式弹性元件 n 柱式弹性元件有圆柱形、圆筒形等几种。如下图所示。这种弹性元件结构简单、承载能力大，主要用于中等载荷和大载荷（可达数兆牛顿）的拉(压) 力传感器。

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