第六章课件2010.ppt

6.3.1 直接编码器 直接将角位移或线位移转换为二元码(即0和1)的数字式传感器 。 1 工作原理 图6-14 光电绝对编码器结构示意图 码盘是一块圆形光学玻璃，上面刻有许多同心码道，每圈码道上都有按一定规律排列着的若干透光和不透光部分，即亮区和暗区。 2 码制与码盘 码盘按其所用码制可分为：二进码、循环码(格雷码)、十进制码、六十进制(度、分、秒进制)码等。 图6-15 二元码盘 黑色、白色区域分别表示透光、不透光区域。 n位二元码盘的最小分辨力为： 二进码盘的缺点： 每个码道的黑白分界线总有一半与相邻内圈码道的黑白分界线是对齐的，这样就会因黑白分界线刻画不精确造成粗误差。 循环码盘： 十进制 N 二进制码 循环码 十进制数 N 二进制码 循环码 0 0000 0000 8 1000 1100 1 0001 0001 9 1001 1101 2 0010 0011 10 1010 1111 3 0011 0010 11 1011 1110 4 0100 0110 12 1100 1010 5 0101 0111 13 1101 1011 6 0110 0101 14 1110 1001 7 0111 0100 15 1111 1000 6.3.2 增量编码器 1 结构与工作原理 码盘上最外圈码道上只有一条透光的狭缝，它作为码盘的基准位置，所产生的脉冲将给计数系统提供一个初始的零位(清零)信号；中间一圈码道称为增量码道，最内一圈码道称为辨向码道。 扇形区的多少决定了增量编码器的分辨率 图6-17 增量码道与辩向码道 2 旋转方向的判别 图6-19 波形图 图6-18辨向和计数环节的电路框图 6.4 光纤传感器 优点： 灵敏度高、精度高、固有的安全性、良好的抗电磁场干扰能力、高绝缘强度以及耐高温、耐腐蚀、轻质、柔韧、宽频带等。 在机械、电子仪器仪表、航空航天、石油、化工、生物医学、环保、电力、冶金、交通运输、轻纺、食品等国民经济各领域以及军事等方面有着广泛的应用。 6.4.1 光纤的结构 由导光的芯体玻璃(简称纤芯)和包层组成，纤芯位于光纤的中心部位，由高强度石英玻璃、常规玻璃和塑料制成。 包层外面常有塑料或橡胶外套，可保护纤芯和包层并使光纤具有一定的机械强度。 6.4.2 光纤的传光原理 图6-21 光线入射角小于、等于和大于临界角时界面上发生的反射 6.4.3 光纤传感器的分类 光纤传感器系统分为两种类型：功能型(或称传感型)和非功能型(或称传光型)。 功能型：光纤不仅起传光作用，又是敏感元件． 非功能型：光纤只是传输元件，不是敏感元件。 6.4.4 光纤传感器的原理 光纤中光波参数(如光强、频率、波长、相位以及偏振态等)随外界被测参数的变化而变化，可通过检测光纤中光波参数的变化以达到检测外界被测物理量的目的。 6.4.5 光纤传感器的特点 1）抗电磁干扰能力强 2）耐高温 3）绝缘性能好 4）光纤细而柔软 5） 防爆、耐腐蚀、耐水性好 6）适于遥控 7）灵敏度高 6.4.6 光纤传感器应用举例 1 串讯(Cross-talk)光纤温度传感器 2 光纤流量传感器 图6-24 光纤流量传感器原理图 6.5 超声波传感器 6.5.1 超声波及其性质 图6-25 声波的频率界限 超声波同其他声波一样，其传播速度也取决于介质的密度和介质的弹性常数。 6.5.2 超声波检测原理 当超声波以一定的入射角α从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上，一部分能量反射回原介质称为反射波；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播，称为折射波。 图6-27 波的反射与折射 6.5.3 超声波传感器的结构 产生超声波和接收超声波的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。 按其工作原理，超声波探头可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等。 图6-28 几种典型超声波传感器探头结构 6.5.4 超声波传感器的应用 1 探伤 2 测量物体厚度 6.6 红外传感器 6.6.1 红外辐射 红外辐射俗称红外线，是一种不可见光。由于它是位于可见光中红色光线以外的光线，所以被称为红外线。它的波长范围大致在0.76~1000μm。 图6-31 电磁波谱图 红外辐射的物理本质是热辐射。 红外辐射与所有电磁波一样，是以波的形式在空间以直线传播的。 6.6.2 红外探测器 红外探测器常见的有两大类：热探测器和光子探测器。 1 热探测器 利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化，便可确定探测器所吸收的红外辐射。 2 光子探测器 光子探测器利用入射红外辐射的光子流与