檢測與傳感器

1、 l 概概 述述l 線位移傳感器線位移傳感器l 角位移傳感器角位移傳感器l 速度傳感器速度傳感器l 加速度傳感器加速度傳感器l 測力傳感器測力傳感器l 壓力傳感器壓力傳感器l 光電傳感器光電傳感器l 光纖傳感器光纖傳感器l 磁感應式接近開關磁感應式接近開關l 溫度傳感器溫度傳感器l 傳感器的準確選擇和使用傳感器的準確選擇和使用l 傳感器的信號采集與處理傳感器的信號采集與處理檢測與傳感器檢測與傳感器 概概 述述 檢測是利用各種物理、化學效應，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生檢測是利用各種物理、化學效應，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關信息通過活等各方面的有關信息通過檢

2、查與測量檢查與測量的方法賦予的方法賦予定性與定量定性與定量結(jié)果的過程。結(jié)果的過程。 大腦大腦感覺感覺器官器官肌肉肌肉關節(jié)關節(jié)視覺視覺嗅覺嗅覺聽覺聽覺味覺味覺觸覺觸覺神經(jīng)神經(jīng)神經(jīng)神經(jīng)四肢四肢控制器控制器驅(qū)動器驅(qū)動器執(zhí)行執(zhí)行機構(gòu)機構(gòu)傳感器傳感器接口接口/ /通信通信接口接口/ /通信通信l 機電一體化與人機電一體化與人 傳感器相當于人的感覺器官，控制器相當于傳感器相當于人的感覺器官，控制器相當于人的大腦，執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動器相當于肌肉和關節(jié)，人的大腦，執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動器相當于肌肉和關節(jié)，接口及通信系統(tǒng)相當于人的神經(jīng)系統(tǒng)。要使機電接口及通信系統(tǒng)相當于人的神經(jīng)系統(tǒng)。要使機電一體化有效地發(fā)揮作用，必須首先借助

3、傳感器獲一體化有效地發(fā)揮作用，必須首先借助傳感器獲取外部環(huán)境和系統(tǒng)內(nèi)部各種各樣的信息。取外部環(huán)境和系統(tǒng)內(nèi)部各種各樣的信息。檢測與傳感器檢測與傳感器 概概 述述l 傳感器傳感器 傳感器是一種以測量為目的、以一定的精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定傳感器是一種以測量為目的、以一定的精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關系的、便于處理的另一種物理量的測量器件。傳感器的輸出信號多為易處關系的、便于處理的另一種物理量的測量器件。傳感器的輸出信號多為易處理的電量，如電壓、電流、頻率等。傳感器由敏感元件、傳感元件及測量轉(zhuǎn)理的電量，如電壓、電流、頻率等。傳感器由敏感元件、傳感元件及測量轉(zhuǎn)換電路組成。換電路組成。 敏感元件敏

4、感元件 傳感元件傳感元件 測量轉(zhuǎn)換電路測量轉(zhuǎn)換電路非電量非電量非電量非電量電參量電參量電量電量（被測量）（被測量）檢測與傳感器檢測與傳感器 概概 述述 電 橋 放 大 顯 示彈性敏感元件電阻應變片信號處理電路被測壓力FRU 在彈性敏感元件上粘在彈性敏感元件上粘貼有一種稱電阻應變片的貼有一種稱電阻應變片的傳感元件，該傳感元件能傳感元件，該傳感元件能將變形量轉(zhuǎn)換為電阻值將變形量轉(zhuǎn)換為電阻值（電參量）的變化。應變（電參量）的變化。應變片電阻值的變化由電橋電片電阻值的變化由電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出，電橋路轉(zhuǎn)換成電壓輸出，電橋電路即為測量轉(zhuǎn)換電路。電路即為測量轉(zhuǎn)換電路。 因為在轉(zhuǎn)換過程中，因為在轉(zhuǎn)換過程中

5、，壓力、變形量、電阻值及壓力、變形量、電阻值及電壓均成線性關系，因此，電壓均成線性關系，因此，最終壓力與電壓成線性對最終壓力與電壓成線性對應關系。壓力轉(zhuǎn)換成電壓應關系。壓力轉(zhuǎn)換成電壓后，經(jīng)過放大等一系列處后，經(jīng)過放大等一系列處理，由手持式顯示器顯示理，由手持式顯示器顯示出壓力變化值。出壓力變化值。l 傳感器分類傳感器分類 （1）按被測量分類按被測量分類 位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。感器。 （2）按測量原理分類按測量原理分類 電阻、電容、電感、光柵、熱電偶、超聲波、激光、紅外、光導纖維等電阻、電

6、容、電感、光柵、熱電偶、超聲波、激光、紅外、光導纖維等傳感器。傳感器。 很多情況下，傳感器的命名是將被測量和被測原理相結(jié)合的，如電容式很多情況下，傳感器的命名是將被測量和被測原理相結(jié)合的，如電容式加速度傳感器，表示該傳感器的測量對象是加速度，測量原理是電容的變化加速度傳感器，表示該傳感器的測量對象是加速度，測量原理是電容的變化值。值。檢測與傳感器檢測與傳感器 概概 述述檢測與傳感器檢測與傳感器 線位移傳感器線位移傳感器1-螺旋管式差動線圈螺旋管式差動線圈 2-鐵心鐵心 3-銜鐵銜鐵 4-測桿測桿 5-工件工件 測微是指測量幾個微米（測微是指測量幾個微米（ m）至幾個毫米（至幾個毫米（mm）位移

7、量的變化。）位移量的變化。 銜鐵在線圈中伸入長度的變化銜鐵在線圈中伸入長度的變化將引起螺旋管線圈電感量的變化。將引起螺旋管線圈電感量的變化。當銜鐵偏離中間位置時，兩個線圈當銜鐵偏離中間位置時，兩個線圈的電感量一個增加，一個減小，形的電感量一個增加，一個減小，形成差動形式。成差動形式。 對于長螺旋管，銜鐵工作在螺對于長螺旋管，銜鐵工作在螺旋管中部一定區(qū)域時，線圈電感量旋管中部一定區(qū)域時，線圈電感量與銜鐵移動的微小距離成線性關系。與銜鐵移動的微小距離成線性關系。 差動式電感傳感器對外界影響，差動式電感傳感器對外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等如溫度的變化、電源頻率的變化等基本上可以互相抵消，

8、銜鐵承受的基本上可以互相抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測量電磁吸力也較小，從而減小了測量誤差。誤差。1.電感式測微儀電感式測微儀電感式滾柱直徑分選裝置電感式滾柱直徑分選裝置1-1-氣缸氣缸 2-2-活塞活塞 3-3-推桿推桿 4-4-被測滾柱被測滾柱 5-5-落料管落料管 6-6-電感測微器電感測微器 7-7-鎢鋼測頭鎢鋼測頭 8-8-限位擋板限位擋板 9-9-電磁翻板電磁翻板 10-10-容器（料斗）容器（料斗）檢測與傳感器檢測與傳感器 線位移傳感器線位移傳感器 線位移傳感器線位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器 電位器式位移傳感器是基電位器式位移傳感器是基于電阻分壓比原理來進行位

9、移于電阻分壓比原理來進行位移測量的，用于直線位移的測量，測量的，用于直線位移的測量，最大行程可達最大行程可達500mm。 2電位器式位移傳感器電位器式位移傳感器 電位器式位移傳感器的輸出電壓電位器式位移傳感器的輸出電壓Uo與直線位移與直線位移x成正比，即成正比，即 Uo（x/L）Ui L為直線電阻長度為直線電阻長度。 由于滑動觸點與導電塑料和引出軌道之間相互由于滑動觸點與導電塑料和引出軌道之間相互接觸，易磨損，所以電位器式位移傳感器適用于位接觸，易磨損，所以電位器式位移傳感器適用于位移變化不是很頻繁的場合。移變化不是很頻繁的場合。LxVCCOUTGNDVCC（棕）（棕）OUT（黑）（黑）GND

10、（藍）（藍）檢測與傳感器檢測與傳感器 線位移傳感器線位移傳感器 電渦流位移傳感器是一種輸出為電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬量的電子器件。當金屬物體接近模擬量的電子器件。當金屬物體接近此感應面時，金屬表面將吸取電渦流此感應面時，金屬表面將吸取電渦流探頭中的高頻振蕩能量，使振蕩器的探頭中的高頻振蕩能量，使振蕩器的輸出幅度線性地衰減，根據(jù)衰減量的輸出幅度線性地衰減，根據(jù)衰減量的變化或振蕩頻率的變化，可計算出與變化或振蕩頻率的變化，可計算出與被檢物體的距離、振動等參數(shù)。被檢物體的距離、振動等參數(shù)。 電渦流位移傳感器屬于非接觸測電渦流位移傳感器屬于非接觸測量，工作時不受灰塵等因素的影響，量，工作時不受

11、灰塵等因素的影響，可在各種惡劣條件下使用?？稍诟鞣N惡劣條件下使用。3. 電渦流位移傳感器電渦流位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器 線位移傳感器線位移傳感器4. 電渦流位移傳感器應用（電渦流位移傳感器應用（1）注塑機開合模間隙注塑機開合模間隙封口機工作間隙封口機工作間隙檢測與傳感器檢測與傳感器 線位移傳感器線位移傳感器4. 電渦流位移傳感器應用（電渦流位移傳感器應用（2）偏心和振動檢測偏心和振動檢測冷軋板厚度測量冷軋板厚度測量 線位移傳感器線位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器 在透射式直線光柵中，把主光在透射式直線光柵中，把主光柵與指示光柵的刻線面相對疊合在柵與指示光柵的刻線面相對疊合在一起，中

12、間留有很小的間隙，并使一起，中間留有很小的間隙，并使兩者的柵線保持很小的夾角兩者的柵線保持很小的夾角 。在兩。在兩光柵的刻線重合處，光從縫隙透過，光柵的刻線重合處，光從縫隙透過，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯開處，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯開處，由于相互擋光作用而形成暗帶，該由于相互擋光作用而形成暗帶，該亮暗帶稱摩爾條紋。光柵水平方向亮暗帶稱摩爾條紋。光柵水平方向正反移動時，摩爾條紋上下移動。正反移動時，摩爾條紋上下移動。因為摩爾條紋對柵距的放大作用，因為摩爾條紋對柵距的放大作用，摩爾條紋距離為摩爾條紋距離為L（LW），光），光敏元件將摩爾條紋轉(zhuǎn)換為脈沖信號。敏元件將摩爾條紋轉(zhuǎn)換為脈沖信號。每移動

13、一個柵距，即產(chǎn)生一個脈沖每移動一個柵距，即產(chǎn)生一個脈沖信號。信號。光柵指標：線光柵指標：線/mm 如如 1 0 0 線線 / m m ， 則 柵 距， 則 柵 距W=0.01mm，若計數(shù)脈沖，若計數(shù)脈沖1000，則光，則光柵移動距離為柵移動距離為0.011000=10mml 原原 理理檢測與傳感器檢測與傳感器 線位移傳感器線位移傳感器5. 直線光柵直線光柵尺身尺身可移動電纜可移動電纜掃描頭掃描頭透射式光柵透射式光柵反射式光柵反射式光柵摩爾條紋摩爾條紋l 概概 述述 線位移傳感器線位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器l 輸出信號輸出信號 線位移傳感器線位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器 倍頻技術(shù)能

14、在不增加光柵刻線數(shù)及倍頻技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價格的情況下提高光柵的分辨力。細價格的情況下提高光柵的分辨力。細分前，光柵的分辨力只有一個柵距的分前，光柵的分辨力只有一個柵距的大小。采用大小。采用4 4倍頻技術(shù)后，計數(shù)脈沖的倍頻技術(shù)后，計數(shù)脈沖的頻率提高了頻率提高了4 4倍，相當于原光柵的分辨倍，相當于原光柵的分辨力提高了力提高了3 3倍，測量步距是原來的倍，測量步距是原來的1/41/4，較大地提高了測量精度。較大地提高了測量精度。 倍頻前倍頻前 倍頻后倍頻后l 倍倍 頻頻 有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，細分數(shù)為，細分數(shù)為4細分，則：細分，則： 分辨力分辨力

15、=W /4 =（1mm/50）/4=0.005mm=5 m 采用細分技術(shù)，在不增加光柵刻采用細分技術(shù)，在不增加光柵刻線數(shù)（成本）的情況下，將分辨力提線數(shù)（成本）的情況下，將分辨力提高了高了3倍。倍。 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器1. 圓盤形電位器式角位移傳感器圓盤形電位器式角位移傳感器 電位器式角位移傳感器是電位器式角位移傳感器是基于電阻分壓比原理來進行角基于電阻分壓比原理來進行角度測量的。度測量的。 電位器式角位移傳感器的輸電位器式角位移傳感器的輸出電壓出電壓Uo與角位移與角位移，即，即 Uo（ /360）UiVCCGND OUT檢測與傳感器檢測與傳感器 角位移傳感器角位

16、移傳感器2. 編碼器編碼器 軸式軸式套式套式電信號電信號二進制編碼二進制編碼脈沖脈沖 l 外觀外觀 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器位置反饋位置反饋 x 通過測量滾珠絲通過測量滾珠絲杠的角位移杠的角位移 ，間接間接獲得工作臺的直線位獲得工作臺的直線位移移x x，構(gòu)成，構(gòu)成位置半閉位置半閉環(huán)環(huán)伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)。xt/360 螺母螺母絲杠絲杠螺距螺距l(xiāng) 測量方式測量方式檢測與傳感器檢測與傳感器 角位移傳感器角位移傳感器1 1 1 1 337.5 輸出輸出n位二進制編碼，每一個位二進制編碼，每一個編碼對應唯一的角度。編碼對應唯一的角度。 0 0 0 0 0 0 0 0 1 22.5

17、 0 0 1 0 45 1 1 1 1 337.5 3. 絕對式測量絕對式測量（ABS）l 二進制編碼二進制編碼 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器4位二進制碼盤位二進制碼盤4個電刷個電刷 （導電為（導電為“1”1”，非導電為，非導電為“0”0”） 最小分辨角最小分辨角 3602n 當當n4， 3602422.5 l 分辨角分辨角 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器絕對式光電碼盤絕對式光電碼盤增量式光電碼盤增量式光電碼盤l 碼盤碼盤 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器 輸出信號為一串脈沖，每一輸出信號為一串脈沖，每一個脈沖對應一個分辨角個脈沖對應一個分

18、辨角 ，對脈，對脈沖進行計數(shù)沖進行計數(shù)N，就是對，就是對 的累加，的累加，即，角位移即，角位移 N。 如：如： 0.352 ，脈沖，脈沖N1000，則：，則： 0.352 1000 352 4. 增量式測量（增量式測量（INC）l 輸出信號及分辨角輸出信號及分辨角 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器碼盤碼盤光欄板光欄板LED零位標志（一轉(zhuǎn)脈沖）零位標志（一轉(zhuǎn)脈沖）光敏元件光敏元件 360條紋數(shù)條紋數(shù) 透光條紋透光條紋l 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器90 ABAB 光 敏 元 件 所光 敏 元 件 所產(chǎn)生的信號產(chǎn)生的信號A、B彼此相差彼此相差9

19、0 相位，相位，用于辨向。當碼用于辨向。當碼盤正轉(zhuǎn)時，盤正轉(zhuǎn)時，A信號信號超前超前B信號信號90 ；當碼盤反轉(zhuǎn)時，當碼盤反轉(zhuǎn)時，B信號超前信號超前A信號信號90 。l 辨向辨向 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器ABABA 超前于超前于B 90，正向，正向A 滯后于滯后于B 90，反向，反向l 辨向脈沖信號辨向脈沖信號 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器 / /4細分前細分前4細分后細分后 在現(xiàn)有編碼器的條件下，在現(xiàn)有編碼器的條件下，通過細分技術(shù)能提高編碼通過細分技術(shù)能提高編碼器的分辨力。細分前，編器的分辨力。細分前，編碼器的分辨力只有一個分碼器的分辨力只有一個分辨

20、角的大小。采用辨角的大小。采用4細分技細分技術(shù)后，計數(shù)脈沖的頻率提術(shù)后，計數(shù)脈沖的頻率提高了高了4倍，相當于將原編碼倍，相當于將原編碼器的分辨力提高了器的分辨力提高了3倍，測倍，測量分辨角是原來的量分辨角是原來的1/4，提，提高了測量精度。高了測量精度。l 倍頻倍頻 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器 一轉(zhuǎn)（360）CC 在碼盤里圈，還有一條在碼盤里圈，還有一條狹縫狹縫C，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生一個脈，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生一個脈沖，該脈沖信號又稱沖，該脈沖信號又稱“一轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)信號信號”或零標志脈沖，作為或零標志脈沖，作為測量的起始基準。測量的起始基準。l 零標志零標志 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感

21、器檢測與傳感器lM法測速（適合于高轉(zhuǎn)速場合）法測速（適合于高轉(zhuǎn)速場合） m1T 有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為1024p/r，在，在5s時間內(nèi)測得時間內(nèi)測得65536個脈沖，則轉(zhuǎn)速（個脈沖，則轉(zhuǎn)速（r/min)為為 ： n = 60 65536 /（1024 5）=768 r/min 編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 N 個脈沖，在個脈沖，在T 時間時間段內(nèi)有段內(nèi)有 m1 個脈沖產(chǎn)個脈沖產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)速（生，則轉(zhuǎn)速（r/min)為為: n = 60m1/（NT）5. 增量式編碼器數(shù)字測速增量式編碼器數(shù)字測速 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器lT法測速（適合

22、于低轉(zhuǎn)速場合）法測速（適合于低轉(zhuǎn)速場合） 編碼器輸編碼器輸 出脈沖出脈沖時鐘脈沖時鐘脈沖fc m2 編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生生 N 個脈沖，用已個脈沖，用已知頻率知頻率fc作為時鐘，作為時鐘，填充到編碼器輸出的填充到編碼器輸出的兩個相鄰脈沖之間的兩個相鄰脈沖之間的脈沖數(shù)為脈沖數(shù)為m2，則轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)速(r/min)為：為： n = 60fc / （Nm2 ） 有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為1024p/r，測得兩個相鄰脈沖之間的脈沖數(shù)為測得兩個相鄰脈沖之間的脈沖數(shù)為3000，時鐘頻，時鐘頻率率fc為為1MHz ，則轉(zhuǎn)速（，則轉(zhuǎn)速（r/min)為為 ：n = 60fc

23、 /（Nm2 ）=60106/（10243000）=19.53 r/min 對采用增量式位置檢測裝置的伺服系統(tǒng)（如增量式光電編碼器或增量對采用增量式位置檢測裝置的伺服系統(tǒng)（如增量式光電編碼器或增量式光柵等），因為輸出信號是增量值（一串脈沖），失電后控制器就失去了式光柵等），因為輸出信號是增量值（一串脈沖），失電后控制器就失去了對當前位置的記憶。因此，每次開機啟動后要回到一個基準點，然后從這里對當前位置的記憶。因此，每次開機啟動后要回到一個基準點，然后從這里算起，來記錄增量值，這一過程稱回參考點。算起，來記錄增量值，這一過程稱回參考點。限位開關限位開關移動部件移動部件限位開關限位開關回參考點回參

24、考點減速開關減速開關動作元件動作元件撞塊式撞塊式光電斷續(xù)器光電斷續(xù)器接近開關接近開關 回參考點方法回參考點方法檢測與傳感器檢測與傳感器柵格法回參考點柵格法回參考點 當隨滑臺一起運動的撞當隨滑臺一起運動的撞塊壓下減速開關，使其由塊壓下減速開關，使其由OFF轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)為ON后，滑臺減速后，滑臺減速并按參數(shù)設定的速度繼續(xù)運并按參數(shù)設定的速度繼續(xù)運動。動。 當移動了撞塊行程后，當移動了撞塊行程后，減速開關由減速開關由ON轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)為OFF狀狀態(tài)，控制器等待柵格信號的態(tài)，控制器等待柵格信號的出現(xiàn)。該信號一出現(xiàn)，滑臺出現(xiàn)。該信號一出現(xiàn)，滑臺立即停止運動，此時，滑臺立即停止運動，此時，滑臺到達的位置是電氣原點。由到

25、達的位置是電氣原點。由于調(diào)整時做不到電氣原點和于調(diào)整時做不到電氣原點和參考點位置完全重合，存在參考點位置完全重合，存在誤差，通過測量這一誤差值，誤差，通過測量這一誤差值，采用對參考點補償?shù)姆椒▉聿捎脤⒖键c補償?shù)姆椒▉硇Ｕ磪⒖键c偏移補償。校正，即參考點偏移補償。撞塊行程撞塊行程減速開減速開關信號關信號快進快進減速回參考點減速回參考點軸移動速度軸移動速度柵格信號柵格信號（一轉(zhuǎn)信號）（一轉(zhuǎn)信號）電氣電氣原點原點機床參機床參考點考點回參考點減速開關回參考點減速開關（行程開關）（行程開關）OFFOFFON回參考點方向回參考點方向開始找參開始找參考點信號考點信號參考點參考點到達應到達應答信號答信號控

26、制器信號控制器信號偏移補償偏移補償有有效效無無效效無無效效 回參考點方法回參考點方法檢測與傳感器檢測與傳感器6. 編碼器編碼器在數(shù)控車床主軸控制中的應用在數(shù)控車床主軸控制中的應用l 主軸編碼器主軸編碼器 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器l 主軸編碼器用于主軸編碼器用于C 軸控制軸控制自驅(qū)刀頭自驅(qū)刀頭CZn工件工件 角位移傳感器角位移傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器卡盤卡盤主軸編碼器主軸編碼器主軸主軸回轉(zhuǎn)刀盤回轉(zhuǎn)刀盤ZCn檢測與傳感器檢測與傳感器 速度傳感器速度傳感器 通常是指轉(zhuǎn)速傳感器。有測速發(fā)電機模擬測速、光電編碼器數(shù)字測速、電通常是指轉(zhuǎn)速傳感器。有測速發(fā)電機模擬測速、光電編碼

27、器數(shù)字測速、電渦流測速及霍爾測速等。渦流測速及霍爾測速等。UnnUnn+Un maxUn max+nmaxnmax1. 測速發(fā)電機測速發(fā)電機檢測與傳感器檢測與傳感器 速度傳感器速度傳感器n鑒鑒 相相PAPBCP方向方向TTL2. 增量式增量式光電編碼器數(shù)字測速光電編碼器數(shù)字測速ff n M法測速、法測速、T法測速和法測速和M/T法法測速。詳見光電編碼器的內(nèi)容。測速。詳見光電編碼器的內(nèi)容。 方向方向TTL為高電平時，表示為高電平時，表示CP脈脈沖為正轉(zhuǎn)計數(shù)脈沖；方向沖為正轉(zhuǎn)計數(shù)脈沖；方向TTL為低電為低電平時，表示平時，表示CP脈沖為反轉(zhuǎn)計數(shù)脈沖。脈沖為反轉(zhuǎn)計數(shù)脈沖。PAPB90 檢測與傳感器檢

28、測與傳感器 速度傳感器速度傳感器3.電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器 若金屬轉(zhuǎn)軸表面有槽或齒，則可若金屬轉(zhuǎn)軸表面有槽或齒，則可在其旁邊非接觸地安裝電渦流式傳感在其旁邊非接觸地安裝電渦流式傳感器用于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速測量，當轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動器用于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速測量，當轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，傳感器周期地改變著與轉(zhuǎn)軸表面時，傳感器周期地改變著與轉(zhuǎn)軸表面之間的距離，于是傳感器輸出頻率也之間的距離，于是傳感器輸出頻率也周期性地發(fā)生變化，可以用頻率計測周期性地發(fā)生變化，可以用頻率計測量出變化的重復頻率，從而測出轉(zhuǎn)軸量出變化的重復頻率，從而測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)軸上開有的轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)軸上開有Z個槽（或個槽（或齒），頻率計的讀數(shù)為齒），頻

29、率計的讀數(shù)為f（Hz），則），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（r/min）為）為 n=60f / Z 市售的電渦流式轉(zhuǎn)速表俗稱市售的電渦流式轉(zhuǎn)速表俗稱“電感轉(zhuǎn)速表電感轉(zhuǎn)速表”，其工作，其工作原理實質(zhì)上原理實質(zhì)上是電渦流效應。是電渦流效應。檢測與傳感器檢測與傳感器 電渦流傳感器安裝在齒輪端面。每轉(zhuǎn)電渦流傳感器安裝在齒輪端面。每轉(zhuǎn)過一個齒，傳感器輸出一個脈沖信號，在過一個齒，傳感器輸出一個脈沖信號，在設定的時間內(nèi)對脈沖進行計數(shù)即可獲得脈設定的時間內(nèi)對脈沖進行計數(shù)即可獲得脈沖頻率，再根據(jù)齒輪齒數(shù)，就可獲得齒輪沖頻率，再根據(jù)齒輪齒數(shù)，就可獲得齒輪的轉(zhuǎn)速。之所以設置的轉(zhuǎn)速。之所以設置A、B兩個傳感器，兩個傳感

30、器，是因為要獲得齒輪是正傳還是反轉(zhuǎn)的信息。是因為要獲得齒輪是正傳還是反轉(zhuǎn)的信息。A、B兩個傳感器的輸出波形如圖中所示，兩個傳感器的輸出波形如圖中所示，從中獲得如下信息：一是，從中獲得如下信息：一是，A、B兩路脈兩路脈沖不是對齊的，而是有先后，稱為超前或沖不是對齊的，而是有先后，稱為超前或滯后，如滯后，如A脈沖超前脈沖超前B脈沖，則表示齒輪脈沖，則表示齒輪正轉(zhuǎn)，如正轉(zhuǎn)，如B脈沖超前脈沖超前A脈沖，則表示齒輪脈沖，則表示齒輪反轉(zhuǎn)；二是，脈沖頻率與齒輪轉(zhuǎn)速是相對反轉(zhuǎn)；二是，脈沖頻率與齒輪轉(zhuǎn)速是相對應的，轉(zhuǎn)速越快，頻率越高。應的，轉(zhuǎn)速越快，頻率越高。4.電渦流轉(zhuǎn)速傳感器用于齒輪轉(zhuǎn)速測量的工程實例電渦流

31、轉(zhuǎn)速傳感器用于齒輪轉(zhuǎn)速測量的工程實例 速度傳感器速度傳感器ABAB檢測與傳感器檢測與傳感器 電感式接近開關電感式接近開關5. 電渦流式（電感式電渦流式（電感式 ）接近開關在位置限位中的應用）接近開關在位置限位中的應用 電渦流接近開關（電感接近開關）的電渦流接近開關（電感接近開關）的工作原理工作原理 電感接近開關由電感接近開關由LCLC高頻振蕩器和放大處理電路組成，金屬物體在高頻振蕩器和放大處理電路組成，金屬物體在接近辨頭時，表面產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開接近辨頭時，表面產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物關振

32、蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須體接近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電性能良好的金屬物體。是導電性能良好的金屬物體。檢測與傳感器檢測與傳感器 電感式接近開關電感式接近開關接近開關的術(shù)語解釋（接近開關的術(shù)語解釋（1）檢測與傳感器檢測與傳感器 電感式接近開關電感式接近開關動作（檢測）距離動作（檢測）距離 被測體按一定方被測體按一定方式移動時，從基準位置（接近開關的式移動時，從基準位置（接近開關的感應表面）到開關動作時測得的基準感應表面）到開關動作時測得的基準位置到檢測面的空間距離的標稱值

33、。位置到檢測面的空間距離的標稱值。 設定距離設定距離 指整定距離，一般為額定指整定距離，一般為額定動作距離的動作距離的0.8倍，以保證工作可倍，以保證工作可靠?？?。 復位距離復位距離 接近開關動作后，又再次接近開關動作后，又再次復位時的與物的距離，它略大于動作復位時的與物的距離，它略大于動作距離。距離?；夭钪祷夭钪?動作距離與復位距離之間的動作距離與復位距離之間的絕對值?；夭钪翟酱?，對外界的干擾絕對值。回差值越大，對外界的干擾以及被測物的抖動等的抗干擾能力就以及被測物的抖動等的抗干擾能力就越強。越強。接近開關的術(shù)語解釋（接近開關的術(shù)語解釋（2） 接近開關的安裝方式：分齊平式和非齊平式。齊平式（

34、又稱埋入型）接近開關的安裝方式：分齊平式和非齊平式。齊平式（又稱埋入型）的接近開關表面可與被安裝的金屬物件形成同一表面，不易被碰壞，但靈的接近開關表面可與被安裝的金屬物件形成同一表面，不易被碰壞，但靈敏度較低；非齊平式（非埋入安裝型）的接近開關則需要把感應頭露出一敏度較低；非齊平式（非埋入安裝型）的接近開關則需要把感應頭露出一定高度，否則將降低靈敏度。定高度，否則將降低靈敏度。齊平式安裝齊平式安裝非齊平式安裝非齊平式安裝檢測與傳感器檢測與傳感器 電感式接近開關電感式接近開關接近開關的術(shù)語解釋（接近開關的術(shù)語解釋（3） 響應頻率響應頻率f 按規(guī)定，在按規(guī)定，在1秒的時間間隔內(nèi)，秒的時間間隔內(nèi)，

35、接近開關動作循環(huán)的最接近開關動作循環(huán)的最大次數(shù)，重復頻率大于該值時，接近開關無反應。大次數(shù)，重復頻率大于該值時，接近開關無反應。 響應時間響應時間t 接近開關檢測到物體時刻到接近開關出現(xiàn)電平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)接近開關檢測到物體時刻到接近開關出現(xiàn)電平狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時間之差?？捎霉綋Q算：的時間之差?？捎霉綋Q算： t=1/ f檢測與傳感器檢測與傳感器 電感式接近開關電感式接近開關接近開關的術(shù)語解釋（接近開關的術(shù)語解釋（4 4） 輸出狀態(tài)：常開輸出狀態(tài)：常開/ /常閉型接近開關常閉型接近開關 當無檢測物體時，對常開型接近開關而言，由于接近開關內(nèi)部的輸出三極當無檢測物體時，對常開型接近開關而言，由于接近開關內(nèi)部的

36、輸出三極管截止，所接的負載不工作（失電）；當檢測到物體時，內(nèi)部的輸出級三極管管截止，所接的負載不工作（失電）；當檢測到物體時，內(nèi)部的輸出級三極管導通，負載得電工作。導通，負載得電工作。 對常閉型接近開關而言，當未檢測到物體時，三極管反而處于導通狀態(tài)，對常閉型接近開關而言，當未檢測到物體時，三極管反而處于導通狀態(tài)，負載得電工作；反之則負載失電。負載得電工作；反之則負載失電。 常用的輸出形式有：常用的輸出形式有： NPN二線、二線、 NPN三線三線、 NPN四線；四線； PNP二線、二線、 PNP三線、三線、 PNP四線；四線； DC二線、二線、AC二線、二線、 AC五線（帶繼電器）等幾種，讀者可

37、查閱以下有關資料。五線（帶繼電器）等幾種，讀者可查閱以下有關資料。檢測與傳感器檢測與傳感器 電感式接近開關電感式接近開關輸出形式（輸出形式（14）負載負載負載負載檢測與傳感器檢測與傳感器 電感式接近開關電感式接近開關輸出形式（輸出形式（58）負載負載負載負載負載負載檢測與傳感器檢測與傳感器 電感式接近開關電感式接近開關檢測與傳感器檢測與傳感器 速度傳感器速度傳感器5. 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器原理霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器原理 磁鐵和開關型霍爾磁鐵和開關型霍爾IC保持一定的間隙且固定不動，軟鐵分流翼片隨轉(zhuǎn)軸保持一定的間隙且固定不動，軟鐵分流翼片隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。當翼片轉(zhuǎn)到磁鐵與霍爾一起轉(zhuǎn)動。當翼片轉(zhuǎn)到磁鐵與霍爾I

38、C之間時，磁場被屏蔽，霍爾之間時，磁場被屏蔽，霍爾IC輸出高電輸出高電平，反之為低電平。隨著轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，霍爾平，反之為低電平。隨著轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，霍爾IC輸出一串脈沖，且轉(zhuǎn)速越快，輸出一串脈沖，且轉(zhuǎn)速越快，脈沖頻率脈沖頻率f（Hz）越大。若翼片數(shù)為）越大。若翼片數(shù)為Z，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（r/min）為：）為： n=60f / Z檢測與傳感器檢測與傳感器 速度傳感器速度傳感器 若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器若汽車在剎車時車輪被抱死，將產(chǎn)生危險。用霍爾轉(zhuǎn)速傳感器來檢測和保持車輪的轉(zhuǎn)動，有助于控制剎車力的大小和防止側(cè)偏。來檢測和保持車輪的轉(zhuǎn)動，有助于控制剎車力的大小和

39、防止側(cè)偏。6. 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器應用霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器應用 檢測與傳感器檢測與傳感器 速度傳感器速度傳感器 半導體薄片置于磁感應強度為半導體薄片置于磁感應強度為B 的磁場中，磁場方向的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流垂直于薄片，當有電流I 流過薄片時，在垂直于電流和磁流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為稱為霍爾效應霍爾效應。7. 霍爾效應霍爾效應 霍爾集成電路可分為線性霍爾集成電路可分為線性型和開關型兩大類。前者輸出型和開關型兩大類。前者輸出電壓在一定磁場強度范圍內(nèi)與電壓在一定磁場強度范圍內(nèi)與磁場強度成線性關系；后者當磁場強度成

40、線性關系；后者當磁場強度超過規(guī)定的工作點磁場強度超過規(guī)定的工作點時，時，輸出低電平，當磁場強度低于輸出低電平，當磁場強度低于釋放點時，輸出高電平。開關釋放點時，輸出高電平。開關型集成電路是組成霍爾式轉(zhuǎn)速型集成電路是組成霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的基礎。傳感器的基礎。 檢測與傳感器檢測與傳感器 霍爾傳感器多已集成化，霍爾傳感器多已集成化，制成霍爾集成電路（又稱霍爾制成霍爾集成電路（又稱霍爾IC），具有體積小、靈敏度高），具有體積小、靈敏度高的特點。的特點。8. 霍爾集成電路霍爾集成電路 速度傳感器速度傳感器開關型三端霍爾集成電路開關型三端霍爾集成電路檢測與傳感器檢測與傳感器 速度傳感器速度傳感器10.光電

41、斷續(xù)器測速光電斷續(xù)器測速 光電斷續(xù)器的工作原理與光電斷續(xù)器的工作原理與光電開關光電開關相同，相同，但其發(fā)射、接收器做在體積很小的同一塑料但其發(fā)射、接收器做在體積很小的同一塑料殼體中，為安裝使用提供了方便。光電斷續(xù)殼體中，為安裝使用提供了方便。光電斷續(xù)器有遮斷型和反射型兩種類型。器有遮斷型和反射型兩種類型。光電開關詳見光電傳感器的內(nèi)容光電開關詳見光電傳感器的內(nèi)容 齒盤每轉(zhuǎn)過一個齒盤每轉(zhuǎn)過一個齒，光電斷續(xù)器就輸齒，光電斷續(xù)器就輸出一個脈沖。通過脈出一個脈沖。通過脈沖頻率的測量或脈沖沖頻率的測量或脈沖計數(shù)，即可獲得齒盤計數(shù)，即可獲得齒盤轉(zhuǎn)速和角位移。轉(zhuǎn)速和角位移。 光電斷續(xù)器廣泛應用于自動控制光電斷

42、續(xù)器廣泛應用于自動控制系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線、機電一體化設備、系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線、機電一體化設備、辦公設備和家用電器中。光電斷續(xù)器辦公設備和家用電器中。光電斷續(xù)器的發(fā)光二極管可以用直流電驅(qū)動，亦的發(fā)光二極管可以用直流電驅(qū)動，亦可用可用40kHz尖脈沖電流驅(qū)動；紅外尖脈沖電流驅(qū)動；紅外LED的正向壓降約為的正向壓降約為1.11.3V，驅(qū)動，驅(qū)動電流控制在電流控制在20mA以內(nèi)。以內(nèi)。檢測與傳感器檢測與傳感器 速度傳感器速度傳感器邏輯邏輯電路電路6個功率管的個功率管的導通、關斷導通、關斷 在電動機尾部機座上固定著霍在電動機尾部機座上固定著霍爾開關組件，組件上有三個霍爾開爾開關組件，組件上有三個霍爾開關；轉(zhuǎn)

43、子上有帶磁性條的感應盤，關；轉(zhuǎn)子上有帶磁性條的感應盤，并隨轉(zhuǎn)子在霍爾開關槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)。當并隨轉(zhuǎn)子在霍爾開關槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)。當磁性條與霍爾開關對應時，霍爾開磁性條與霍爾開關對應時，霍爾開關便發(fā)出信號，該信號反映了轉(zhuǎn)子關便發(fā)出信號，該信號反映了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，經(jīng)控制電路處理后對轉(zhuǎn)過的角度，經(jīng)控制電路處理后對定子三相繞組進行換向控制，實現(xiàn)定子三相繞組進行換向控制，實現(xiàn)了電子換向器的功能。了電子換向器的功能。9. 直流無刷電機換相直流無刷電機換相控制控制 （BLDCM）霍爾開關霍爾開關3磁性環(huán)磁性環(huán) 加速度傳感器加速度傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器1壓電式振動加速度傳感器壓電式振動加速度傳感器 壓電式振動加速度

44、傳感器是一種接觸壓電式振動加速度傳感器是一種接觸式測量的傳感器。當傳感器與被測振動加式測量的傳感器。當傳感器與被測振動加速度的機件緊固在一起后，傳感器受機械速度的機件緊固在一起后，傳感器受機械運動的振動加速度作用，運動的振動加速度作用，壓電晶片壓電晶片受到質(zhì)受到質(zhì)量塊慣性引起的壓力，大小由量塊慣性引起的壓力，大小由Fma決定。決定。慣性引起的壓力作用在壓電晶片上產(chǎn)生電慣性引起的壓力作用在壓電晶片上產(chǎn)生電荷，電荷由引出電極輸出，由此將振動加荷，電荷由引出電極輸出，由此將振動加速度轉(zhuǎn)換成電參量。速度轉(zhuǎn)換成電參量。 許多壓電加速度傳感器將電荷放大器許多壓電加速度傳感器將電荷放大器做在同一殼體中，傳感

45、器輸出信號是電壓，做在同一殼體中，傳感器輸出信號是電壓，同時用標準重力加速度同時用標準重力加速度g作為加速度的單位，作為加速度的單位，所以壓電加速度傳感器的靈敏度單位為所以壓電加速度傳感器的靈敏度單位為mV/g，通常為，通常為101000mV/g。 技術(shù)指標：技術(shù)指標：靈敏度：靈敏度：500mV/g 量程：量程：10g 頻率范圍：頻率范圍：4-4000Hz安裝諧振點安裝諧振點:15kHz 分辨力：分辨力：0.00004g 重量：重量：40g 安裝螺紋：安裝螺紋：M5 mm 線性：線性：1%檢測與傳感器檢測與傳感器 加速度傳感器加速度傳感器2壓電晶片壓電晶片 某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力作某

46、些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力作用而變形時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在用而變形時，內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在其表面會產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷量與所受外其表面會產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷量與所受外力的大小成正比；當外力去掉后又重新回到力的大小成正比；當外力去掉后又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。具不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。具有壓電效應的電介質(zhì)有石英晶體、壓電陶瓷有壓電效應的電介質(zhì)有石英晶體、壓電陶瓷等。壓電效應產(chǎn)生的電荷經(jīng)電荷放大器放大等。壓電效應產(chǎn)生的電荷經(jīng)電荷放大器放大后轉(zhuǎn)換成電壓值。后轉(zhuǎn)換成電壓值。 在壓電式動態(tài)力傳感器中，被測力通過在壓電式動態(tài)力傳感器中，被測力通過傳力上蓋使

47、壓電晶片受壓力作用而產(chǎn)生電荷，傳力上蓋使壓電晶片受壓力作用而產(chǎn)生電荷，通過電極和引出插頭將電荷輸出。電荷量與通過電極和引出插頭將電荷輸出。電荷量與所受的動態(tài)力成正比，只要用電荷放大器測所受的動態(tài)力成正比，只要用電荷放大器測出電荷的變化量就可測量出動態(tài)力的變化量。出電荷的變化量就可測量出動態(tài)力的變化量。 當力的方向改變時，電當力的方向改變時，電荷的極性隨之改變，輸出電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動態(tài)力的頻率相壓的頻率與動態(tài)力的頻率相同；當動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，同；當動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，電荷將由于表面漏電而很快電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。泄漏、消失。檢測與傳感器檢測與傳感器 加速度傳感

48、器加速度傳感器3振動的時域和頻譜分析振動的時域和頻譜分析 頻譜圖或頻域圖：它的橫坐標為頻率頻譜圖或頻域圖：它的橫坐標為頻率f，縱坐標可，縱坐標可以是加速度，也可以是振幅或功率等。它反映了在頻以是加速度，也可以是振幅或功率等。它反映了在頻率范圍之內(nèi)，對應于每一個頻率分量的幅值。率范圍之內(nèi)，對應于每一個頻率分量的幅值。時域波形時域波形頻域波形頻域波形檢測與傳感器檢測與傳感器 加速度傳感器加速度傳感器4頻譜分析法進行故障診斷頻譜分析法進行故障診斷 頻譜頻譜分析儀分析儀檢測與傳感器檢測與傳感器 加速度傳感器加速度傳感器5電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器 電容式加速度傳感器外觀與普電容式加速度傳感器

49、外觀與普通集成電路相似。通過表面微加工通集成電路相似。通過表面微加工技術(shù)，在硅襯底上制造出三個多晶技術(shù)，在硅襯底上制造出三個多晶硅電極，組成差動電容。底層和頂硅電極，組成差動電容。底層和頂層多晶硅固定不動，中間層多晶硅層多晶硅固定不動，中間層多晶硅是一個可以上下振動的振動片。當是一個可以上下振動的振動片。當電容加速度傳感器受到上下振動時，電容加速度傳感器受到上下振動時，電容差動電容差動變化，與加速度測試單元變化，與加速度測試單元封裝在一起的信號處理電路將電容封裝在一起的信號處理電路將電容變化量摶換成電壓輸出。電容加速變化量摶換成電壓輸出。電容加速度傳感器允許的撞擊加速度可達度傳感器允許的撞擊加

50、速度可達100g以上。以上。 1加速度測試單元加速度測試單元 2信號處理電路信號處理電路 3襯底襯底 4底層多晶硅（下電極）底層多晶硅（下電極） 5硅懸臂梁硅懸臂梁 6頂層多晶硅（上電極）頂層多晶硅（上電極）檢測與傳感器檢測與傳感器 加速度傳感器加速度傳感器6電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器 圖示加速度傳感器以微細加工圖示加速度傳感器以微細加工技術(shù)為基礎，既能測量交變加速度技術(shù)為基礎，既能測量交變加速度（振動），也可測量慣性力或重力（振動），也可測量慣性力或重力加速度。其工作電壓為加速度。其工作電壓為2.75.25V，加速度測量范圍為數(shù)個加速度測量范圍為數(shù)個g，可輸出與，可輸出與加速度成正

51、比的電壓，也可輸出占加速度成正比的電壓，也可輸出占空比正比于加速度的空比正比于加速度的PWM 脈沖。脈沖。 使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣碰撞時，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣 。 檢測與傳感器檢測與傳感器 加速度傳感器加速度傳感器7差動差動電容電容 電容的大小與極板的面積、電容的大小與極板的面積、極距和極板間的介質(zhì)有關。極距和極板間的介質(zhì)有關。 當極板面積和介質(zhì)不變時，電當極板面積和介質(zhì)不變時，電容大小與極距成反比。當動極板容大小與極距成反比。當動極板在兩靜極板中間時，電容在兩靜極板中間時，電容C1等于等于C2，總電容值，總電容值C等于

52、零（等于零（CC1C20），當動極板向上有微小移），當動極板向上有微小移動時，電客動時，電客C1增大增大C（C1C1C），電客），電客C2減小減小C（C2C2C），則總電容），則總電容CC1C22C，這就是差動的基本原理。，這就是差動的基本原理。C1C2 測力傳感器測力傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器金屬箔式應變片金屬箔式應變片金屬絲式應變片金屬絲式應變片1. 應變片應變片 導體或半導體材料在外界力的作用下會產(chǎn)生機械變形，其電導體或半導體材料在外界力的作用下會產(chǎn)生機械變形，其電阻值也將隨之發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應變效應。電阻絲或半導阻值也將隨之發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為應變效應。電阻絲或半導體應變片

53、的電阻相對變化量體應變片的電阻相對變化量R/R與材料力學中的軸相應變與材料力學中的軸相應變x的關的關系在很大范圍內(nèi)是線性的。系在很大范圍內(nèi)是線性的。檢測與傳感器檢測與傳感器 測力傳感器測力傳感器電橋平衡條件電橋平衡條件 ： R1/R2=R4/R3 調(diào) 節(jié)調(diào) 節(jié) R P ， 最 終 可 以 使， 最 終 可 以 使R1 /R2 =R4/R3（ R1 、R2 是是R1、R2并聯(lián)并聯(lián)RP后的等效電阻），電后的等效電阻），電橋趨于平衡，橋趨于平衡，Uo被預調(diào)到零位，被預調(diào)到零位，這一過程稱為調(diào)零。圖中的這一過程稱為調(diào)零。圖中的R5是是用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。用于減小調(diào)節(jié)范圍的限流電阻。 2. 電橋

54、平衡電路電橋平衡電路檢測與傳感器檢測與傳感器 測力傳感器測力傳感器FF 電阻應變片的應用可分為兩大類：電阻應變片的應用可分為兩大類： （1）將應變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)）將應變片粘貼于某些彈性體上，并將其接到測量轉(zhuǎn)換電路，這樣就構(gòu)成測量各種物理量的專用應變式傳感器。應變式傳感器中，敏感元件一般為各種成測量各種物理量的專用應變式傳感器。應變式傳感器中，敏感元件一般為各種彈性體。傳感元件就是應變片，測量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路。彈性體。傳感元件就是應變片，測量轉(zhuǎn)換電路一般為橋路。 （2）是將應變片貼于被測試件上，然后將其接到應變儀上就可直接從應變）是將應變片貼于被測試件上

55、，然后將其接到應變儀上就可直接從應變儀上讀取被測試件的應變量。儀上讀取被測試件的應變量。固定端固定端F懸臂梁彈性元件懸臂梁彈性元件S型彈性元件型彈性元件3. 彈性敏感元件彈性敏感元件 測力傳感器測力傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器F應變片應變片F(xiàn)F4. 應變式荷重傳感器應變式荷重傳感器 應變式荷重傳感器主要用來測力和稱重。應變式荷重傳感器主要用來測力和稱重。 應變片應變片粘貼在承重等截面鋼制圓柱表面上，當?shù)冉孛鎴A柱受粘貼在承重等截面鋼制圓柱表面上，當?shù)冉孛鎴A柱受外加力作用時外加力作用時,應變片隨圓柱的變形而產(chǎn)生相應的變形，應變片隨圓柱的變形而產(chǎn)生相應的變形，從而使應變片的電阻值發(fā)生變化，應變片組

56、成的電橋從而使應變片的電阻值發(fā)生變化，應變片組成的電橋電路將電阻的變化量轉(zhuǎn)換成相應的電壓輸出，經(jīng)后續(xù)電路將電阻的變化量轉(zhuǎn)換成相應的電壓輸出，經(jīng)后續(xù)電路處理顯示出外加力的大小。電路處理顯示出外加力的大小。 荷重傳感器荷重傳感器（共（共 3個，個，120度分布）度分布）底座底座檢測與傳感器檢測與傳感器 測力傳感器測力傳感器墊塊墊塊電纜電纜底座底座被測構(gòu)件被測構(gòu)件5. 荷重傳感器稱重荷重傳感器稱重 壓力傳感器壓力傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器 利用擴散工藝制作的四個半導體應變利用擴散工藝制作的四個半導體應變電阻處于同一硅片上（俗稱電阻處于同一硅片上（俗稱“硅杯硅杯”），），工藝一致性好，靈敏度相等，

57、漂移抵消，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動態(tài)響應快。遲滯、蠕變非常小，動態(tài)響應快。1. 壓阻式固態(tài)壓力傳感器壓阻式固態(tài)壓力傳感器 壓力傳感器壓力傳感器檢測與傳感器檢測與傳感器2. 壓阻式固態(tài)壓力傳感器壓阻式固態(tài)壓力傳感器不銹鋼隔離、承壓膜片不銹鋼隔離、承壓膜片壓力壓力 p硅杯硅杯 隔離、承壓膜片可隔離、承壓膜片可以將腐蝕性的氣體、液以將腐蝕性的氣體、液體與硅膜片體與硅膜片 隔離開來。隔離開來。 壓力傳感器壓力傳感器 機電一體化技術(shù)機電一體化技術(shù)檢測與傳感器檢測與傳感器高壓進氣口高壓進氣口低壓進氣口低壓進氣口3. 小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器小型壓阻式固態(tài)壓力傳感器進氣管進氣

58、管 當硅杯兩側(cè)有壓力差時，硅當硅杯兩側(cè)有壓力差時，硅杯產(chǎn)生變形，杯產(chǎn)生變形，4個應變片阻值發(fā)個應變片阻值發(fā)生變化，經(jīng)電橋電路輸出與壓差生變化，經(jīng)電橋電路輸出與壓差成正比的電壓。成正比的電壓。 當進氣口向大氣敞開時，當進氣口向大氣敞開時，輸出電壓對應于輸出電壓對應于“表壓表壓”（相（相對于大氣壓的壓力）；當進氣對于大氣壓的壓力）；當進氣口封閉并抽真空時，輸出電壓口封閉并抽真空時，輸出電壓對應于對應于“絕對壓力絕對壓力”。表壓壓力傳感器表壓壓力傳感器 機電一體化技術(shù)機電一體化技術(shù)檢測與傳感器檢測與傳感器 光電傳感器光電傳感器1. 遮斷式光電開關遮斷式光電開關 遮斷式光電開關遮斷式光電開關由相互由相

59、互分離且相對安裝的光發(fā)射器和分離且相對安裝的光發(fā)射器和光接受器組成。當被檢測物體光接受器組成。當被檢測物體位于發(fā)射器和接受器之間時，位于發(fā)射器和接受器之間時，光線被阻斷，接受器接受不到光線被阻斷，接受器接受不到紅外線而產(chǎn)生開關信號。紅外線而產(chǎn)生開關信號。Receiver被檢測物體被檢測物體光發(fā)射器光發(fā)射器光接收器光接收器 機電一體化技術(shù)機電一體化技術(shù)檢測與傳感器檢測與傳感器 光電傳感器光電傳感器2. 定區(qū)域反射式光電開關定區(qū)域反射式光電開關 定區(qū)域式光電開關有一個定區(qū)域式光電開關有一個非常確定的檢測區(qū)域，不經(jīng)過非常確定的檢測區(qū)域，不經(jīng)過該區(qū)域的被測物體不會引起光該區(qū)域的被測物體不會引起光電開關

60、產(chǎn)生開關信號。電開關產(chǎn)生開關信號。檢測距離檢測距離檢測距離 機電一體化技術(shù)機電一體化技術(shù)檢測與傳感器檢測與傳感器 光電傳感器光電傳感器 反射鏡使用偏光三角棱鏡，反射鏡使用偏光三角棱鏡，能將發(fā)射器發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏能將發(fā)射器發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成偏振光反射回去，光接收器表面振光反射回去，光接收器表面覆蓋一層偏光透鏡，只能接受覆蓋一層偏光透鏡，只能接受反射鏡反射回來的偏振光。反射鏡反射回來的偏振光。反射鏡反射鏡被測物體被測物體偏振光偏振光發(fā)射光發(fā)射光3. 反射鏡反射型光電開關反射鏡反射型光電開關 機電一體化技術(shù)機電一體化技術(shù)檢測與傳感器檢測與傳感器 光電傳感器光電傳感器 漫反射型光電開關漫反射型光電開關集集