【机电一体化课件】传感器及测量系统-3.ppt

第二章 传感器及测量系统（3） 吉林大学 机械电子工程学科 赵丁选 2.9线位移传感器 2.9.1线位移传感器概述 ?用途：测量距离，高度、宽度等 种类：接触型与非接触型。 常用类型：电阻式、电容式、电感式、光电式，霍尔效应式等。 重点介绍：半导体激光位移传感器、电蜗流位移传感器，属非接触型位移传感器 2.9.2半导体激光位移传感器 图2-9-1半导体激光位移传感器 图2-9-2电蜗流位移传感器 2.9.2半导体激光位移传感器 结构：包括一个发光元件（发光二极管、激光器）、一个位置敏感检测器 原理：采用三角测量。通过检测聚焦到位置敏感检测器上的光柱点的运动即可确定工作物体的位移量。 特点： (1)具有高分辨率，可对各种不同的材料进行精确测量。 (2)测量范围宽，可对高温快速移动的物体进行测量。 (3)具有先进的激光安全性，不会对被测物体或人造成伤害。 (4)在任何安装位置均可实现精确0V设定。 (5)易于安装。 2.9.3电蜗流位移传感器 基本结构：由探头（线圈、骨架、壳体、射频电缆和射频插头）、与前置器构成。 测量原理： 前置放大器 → 高频信号激励 → 线圈 → 产生高频磁场 → 金属表面会感应出涡流 → 涡流损耗 → 线圈磁感应强度变化 → 经前置器转换成电压信号 ∝ 距离（线性关系） 2.9.3电蜗流位移传感器 特点： ①非接触式测量 ②线性范围宽，0～80mm ③动态响应好，0-10kHz ④长期连续可靠工作，抗干扰能力强 ⑤在水、油等恶劣环境条件下工作 ⑥可长线传输 ⑦直接与A、D接口相连配计算机使用 2.10光栅传感器 2.10.1光栅传感器概述 用途：精密直线位移、角位移测量，应用甚广 举例：如高精度数控机床、三坐标轮廓仪、直径测量仪器。 精度：直线位移测量精度可达0.5μm，转角位移测量精度可分度±1"(1、3600度)。 组成：一块测量栅，一块指示光栅。 结构原理：两栅均有相间条纹，间距相等，两光栅相对移动一个栅距，莫尔条纹也移动一个条纹间距。 用光电元件接收透过两块光栅的光能量，根据计数器累计的信号数，就可测得移动长度或移过转角。 2.10光栅传感器 图2-10-1长光栅模尔条纹 图2-11-1感应同步器的结构与工作原理 2.11感应同步器 特点：是一种数字传感器， 分类：直线式与旋转式两种，前者用来检测直线位移，后者用来检测旋转角位移。 结构：旋转式（定子、转子），直线式（定尺、滑尺）。滑尺上绕阻接成S组(正弦绕组)与C组(余弦绕阻)。 安装：定尺安装于固定部分，滑尺安装在运动部分，二者作间隙很小的非接触移动。 原理： 正弦电压 → S组 或C组 → 定尺上产生幅值按正弦或余弦变化的感应电势输出信号可用幅值与相位来描述，通过鉴幅或鉴相系统可以检测出位移信号并进行数值显示。 2.12接近传感器 2.12.1接近传感器概述 用途：属无触点接近开关，用于导电、导磁金属材料的限位置、固体料位和液体液位检测等 常用的接近传感器：感应式接近传感器，电容式接近传感器，及电磁式接近传感器 高精度的接近传感器，还能检测金属薄板及渡层的厚度。 优点：不直接接触被测物体，开关及被测物均没有机械磨损，使寿命很长，可适用于高速检测。 原理：但当被测物体进入接近开关的灵敏区时，就会发出一个脉冲信号。 灵敏区形状：探头附近的一个近似半球区域。 2.12.2感应式接近传感器 适用：空间有限情况的金属的非接触接近测量 探头结构分类：有屏蔽的、无屏蔽的两种。后者测量距离较前者为大。 结构：振荡器、感应线圈、斯密特电路及输出电路组成。 工作原理：振荡器在探头端部产生磁场作用区，当金属进入该作用区时，引起振荡器停振。 2.12.2感应式接近传感器 图2-12-1感应式接近传感器的工作原理 2.12.3电容式接近传感器 适用：非接触、空间有限。如各种管道内流体的测量、料位测量及对金属物品测量。 结构：由振荡器、斯密特电路及输出电路组成，电容器的一个电极是传感电极，另一个电极是大地。 原理：加电后，两极间产生电场，当与大地连接的金属物体靠近电容器时引起振荡器停振。 2.12.3电容式接近传感器 图2-12-2电容式接近传感器的电路结构及工作原理 2.12.4电磁式接近传感器 适用：非接触式导磁材料测量 结构：内部有4个磁铁和一个常开触点的干簧继电器。 原理：导磁材料外界物体 → 靠近电磁式接近开关诱导面 → 磁场失去平衡 → 干簧继电器的触点闭合 2.13流量传感器 用途：对流动的介质——液体或气体的流量进行检测的传感器。 按工作原理分类：电子流量传感器、电磁流量传感器、超声波流量传感器、涡流流量传感器等。 重点介绍：电子流量传感器与电磁流