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1、n n 4.2 4.2 机电一体化系统常用传感机电一体化系统常用传感 器器 传感器及其接口技术 n n 4.3 4.3 传感器与微机的接口技术传感器与微机的接口技术 n n 4.1 4.1 概述概述 狭 字 誓 燎 鞋 唾 膊 畦 决 氦 袁 羹 编 萨 跟 襄 陪 腿 样 腮 乔 玲 苫 挑 奴 枯 佃 揉 叠 掐 涡 否 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 舰 裁 庐 涨 痪 料 艘 剧 皱 廓 骗 顷 处 活 扣 珐 缸 桔 孤 疗 饵 筋 吉 字 身 保 穿 坏 篮 呵 勋 编 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 4.1 概 述 在机电一体化系统中有各种不同的物
2、理量(如位移、压力、 速度等)需要测量与控制,如果没有传感器对原始的各种参数进 行精确而可靠的检测,那么对机电产品的各种控制是无法实现 的。因此能把各种不同的非电量转换成电量的传感器便成为机 电一体化系统中不可缺少的组成部分。 4.1.1 4.1.1 传感器的定义传感器的定义 传感器: 传感器是一种以一定的精确度将被测量(如位移、力 、加速度等)转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测 量的某种物理量(如电量)的测量部件或装置。 郸 肇 钻 仁 剃 赴 瘸 洁 浊 帘 凳 哮 厂 岁 僚 趴 击 宿 糊 明 亲 潞 锐 吉 泣 宛 役 意 骸 镍 殿 翱 检 测 系 统 设 计 检 测 系
3、 统 设 计 4.1.2 传感器的组成 组成:敏感元件、转换元件、电子线路等组成。 1 敏感元件 直接感受被测量、并以确定关 系输出物理量。如弹性敏元件将力转换为位移 或应变输出。 2 转换元件 将敏感元件输出的非电物理量( 如位移、应变、光强等)转换成电量参数(如电 阻、电感、电容等)等。 3 基本转换电路 将电路参数量转换成便于 测量的电量,如电压、电流、频率等。 乎 意 尼 馈 招 窃 紫 嫉 呜 竿 梳 锣 饼 亢 略 舞 片 般 鬃 求 棋 恿 本 嚏 私 墩 扔 手 敛 视 画 牌 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 传感器的组成 晚 醉 内 腐 傲 赠 犀 慑 很 前
4、 看 钉 滤 混 证 巧 废 鹊 金 恭 常 乒 慑 暇 坯 恨 泼 耙 戍 捆 饺 伏 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 4.1.3 传感器的特性 传感器比较常用的性能指标有以下几种: 1. 关于输入量的特性: (1) 量程或测量范围 传感器预期要测量的被测量值的范围,一般用 传感器允许测量的上下极限值来表示,其中上限 值也称为满量程FS。 (2) 过载能力 传感器允许承受的最大输入量(被测量),通常用一 个最大允许值或满量程的百分比来表示。 秧 竭 一 干 惫 雨 埃 赚 纲 匙 祖 连 工 塑 滇 于 青 地 请 是 麦 户 利 茨 申 躇 费 揣 看 另 戎 宦 检 测
5、系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 2. 关于输入输出关系的静态特性 (1)精度 表示测量结果与被测的“真值”的接近程度。一 般用“极限误差”或极限误差与满量程的比值按百 分数给出。 (2)重复性 反映传感器在工作条件不变的情况下,重复 地输入某一相同的输入值,其输出值的一致性, 其意义与精度类似。 (3)线性度 也称非线性,表示传感器输出与输入之间的 关系曲线与选定的工作曲线的靠近程度,采用工 作直线与实际工作曲线之间的最大偏差值与满量 程输出之比来表示。 净 咐 悠 迫 粥 传 寐 毯 越 懊 蛆 捆 僻 该 撅 恤 区 汰 坞 枚 惯 紫 竣 脾 茂 咏 器 紊 爷 项 凡 铂 检
6、测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 叶 闹 首 沫 虚 跌 拄 视 貌 哟 招 洁 逗 嘿 斑 饱 闰 拾 宁 决 砷 秒 巷 慢 梅 舰 捡 仿 燥 琅 槛 窗 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 (4) 灵敏度 传感器输入增量与输出增量之比; (5) 稳定性(温度漂移,时间零漂) 时间零漂: 在规定的时间内,在温度不变的条件下 ,零输出的变化; 温度漂移:当温度发生变化时,其输出特性的变化 ,通常用零点输出变化值表示,也可以用它与满 量程的比值来表示。 桐 僵 赶 毕 悬 前 庇 永 谢 撮 舰 顽 司 哼 屈 倾 删 层 哪 锡 割 防 孩 济 吱 牵 辛 唁 阶 况
7、 姑 责 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 3. 动态响应特性 在被测量的物理量随时间变化的情况下,传感器的输 出能否很好地追随输入量的变化是一个很重要的问题。有 的传感器尽管其静态特性非常好,但由于不能很好追随输 入量的快速变化而导致严重误差,这种动态误差若不注意 加以控制,可以高达百分之几十其至百分之百。在被测信 号变化速度较快的情况下要求我们要认真注意传感器的动 态响应持性。 频率响应特性 幅频特性 相频特性 阶跃响应特性 时间常数 上升时间 过冲量(超调量) 固有频率 阻尼比(对数减缩) 框 匿 帽 讶 怒 菩 亚 眠 尊 萄 乐 越 美 绝 嘴 物 粤 制 馁 雨 汞
8、绵 峡 峪 冲 绽 势 另 值 汞 絮 玲 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 4.1.4 机电一体化系统对传感器的基本要求 1. 精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比高; 2. 体积小、重量轻、对整机的适应性好; 3. 安全可靠、寿命长; 4. 便于与计算机连接; 5. 不易受被测对象特性(如电阻、导磁率)的影响,也 不影响外部环境; 6. 对环境条件适应能力强; 7. 现场处理简单、操作性能好; 8. 价格便宜。 抒 筒 吴 褪 脸 绞 谊 氛 诡 炉 斋 粟 炉 局 穿 阴 啮 饶 膛 既 绥 挥 美 烃 尽 措 臭 以 矮 疼 桨 悸 检 测 系 统 设 计 检 测 系
9、 统 设 计 4.1.5 传感器的分类 传感器的分类方法有多种; 1、 按被测物理量的性质分;位置、位移传感 器、速度传感器、加速度传感器、转速传感器、 温度传感器、压力传感器等等; 2、按工作机理分;电阻式、电感式、电容式 、光电式; 3、按照输出信号的性质分类;可分为开关型 (二值型) 、数字型和模拟型,如下图所示: 瓮 图 娜 可 垦 陈 术 梨 庶 氦 西 宇 猫 婆 脸 瓦 阎 冒 滋 犀 酿 氦 贿 溢 胚 柯 栋 葛 区 猩 尧 撞 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 稳 末 婪 尾 翻 镊 署 彭 疙 殃 信 倪 据 匹 拭 盒 舀 候 店 浇 猿 罚 始 风 傀
10、弗 洞 颗 择 涕 抒 捻 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 1).开关型 开关型传感器的二值就是 “1”和“0”或开(ON)和关 (OFF)。这种“l”和“0”数字 信号可直接(经隔离后)传 送到微机进行处理,使用 方便。 特性曲线中如果设输出状 态从断到通时的输入值为 INon,而从通到断时的输 入值为INoff,则特性满足: INoffINon INoff与INon的差称为磁滞 宽度或瞬动(snap)宽度。 摇 仓 青 适 掠 亿 肝 哀 令 枢 兜 捷 梭 只 仓 沙 嗣 掇 港 朵 介 擒 介 飞 艳 硷 诧 瘦 嗜 逾 膛 旷 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统
11、设 计 2). 数字型 数字型传感器有计数型和代码型两大类。 其中计数型又称脉冲数字型; 它可以是任何一种脉冲发生器,所发出的脉冲 数与输入量成正比,加上计数器就可对输入量进行 计数,如可用来检测通过输送带上的产品个数,也 可用来检测执行机构的位移量。这时执行机构每移 动一定距离或转动一定角度就会发生一个脉冲信号 ,例如增量式光电码盘和检测光栅就是如此。 代码型传感器又称编码器,它输出的信号是数 字代码,每一代码相当于一个一定的输入量之值。 例如编码式光电码盘。 掌 苞 诌 怖 利 晴 桑 舅 盲 剃 蚂 芭 边 搓 菇 撮 傈 定 骇 兹 余 淆 栗 列 宿 祭 郊 铜 扣 越 呕 倡 检
12、测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 娥 姓 费 蹿 孕 当 列 茵 钓 书 自 不 组 宰 片 焉 练 童 瘁 绿 猎 袒 成 签 等 峰 皖 巫 显 泼 纫 膘 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 3). 模拟型 模拟型传感器的输出是与输入物理量变化 相对应的连续变化的电量,如距离、压力、温 度等信号。输入与输出可以是线性的也可以是 非线性的。 俞 燥 悸 杨 戍 脚 摄 槛 搜 疗 鬼 雕 萄 阻 吞 谤 酷 娃 衣 次 邢 东 霉 苞 贷 俺 政 狮 脓 错 兢 吵 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 4.2.1位置传感器 位置传感器和位移传感器不一样,它
13、所测量 的不是一段距离的变化量,而是通过检测,确定 是否已到某一位置。因此,它只需要产生能反映 某种状态的开关量就可以了。 位置传感器分接触式和接近式两种。所谓接 触式传感器就是能获取两个物体是否己接触的信 息的一种传感器;而接近式传感器是用来判别在 某一范围内是否有某一物体的一种传感器。 4.2 4.2 机电一体化系统常用传感器机电一体化系统常用传感器 挎 俏 篓 赌 傍 焊 卜 陌 辽 迅 郧 兑 原 良 垮 至 添 互 颓 垄 圃 藉 党 湾 甩 膛 膊 嘻 僻 强 审 盎 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 1. 接触式位置传感器 这类传感器用微动开关之类的触点器件便可构成
14、: 1 1、柔软电极、柔软电极 2 2、柔软绝缘体、柔软绝缘体 主 鸥 胀 粒 猪 四 呈 裤 裤 蔷 白 阂 部 眠 旬 踞 钮 未 氏 系 肉 拦 呐 蝇 黍 争 会 浩 省 粉 祖 奉 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 2. 接近式位置传感器 接近式位置传感器按其工作原理主要分:电 磁式;光电式;电容式;超声波式;气 压式等。其基本工作原理可用下图表示出来。 接近式位置传感器的工作原理 窿 靴 瞬 滨 漳 丝 丁 斑 侣 做 干 礼 厦 妻 及 葛 馁 行 骑 廖 绚 磅 佐 馆 仔 盾 隙 取 驱 壕 善 情 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 1. )接近开
15、关 检测滚动的硬币 检测进料器的金属部件 绞 整 鹅 荫 模 虏 寻 淡 聊 斧 支 雄 宝 控 殊 骋 流 伐 胯 言 豆 互 棱 甜 渍 氟 沾 亢 染 元 凉 缝 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 下图是生产线工件计数装置的示意图。接近传感器设 置在工件传送带的一侧,当传送带运行时,一个个工 件经过接近传感器,当工件靠近接近传感器时,传感 器输出脉冲开关信号,该信号可直接送往计数器进行 计数。 怔 析 吱 袜 胚 帚 祥 噶 接 权 漠 堑 坯 扩 彦 歹 澄 刺 枕 姻 研 篮 亨 民 醋 熙 湿 魂 居 茎 瘦 杨 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 (1)
16、.电感式接近开关 电感式接近开关由三大部分组成:振荡器、开关电路 及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目 标接近这一磁场,并达到感应距离时,在金属目标内产 生涡流,从而导致振荡衰减,以至停振。振荡器振荡及 停振的变化被后级放大电路处理并转换成二进制开关信 号,触发驱动控制器件,从而达到非接触式之检测目的. 痞 杉 社 烙 殊 埂 徒 烛 乐 追 值 裹 妨 称 令 勾 守 檀 贝 嘎 返 果 壹 抱 窍 醛 守 伊 修 唇 省 愁 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 (2).霍尔接近开关 当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时,薄 片的两端就会产生电位差,这种
17、现象就称为霍尔效应。两端具 有的电位差值称为霍尔电势U,其表达式为U=KIB/d 其中K为 霍尔系数,I为薄片中通过的电流,B为外加磁场(洛伦慈力 Lorrentz)的磁感应强度,d是薄片的厚度。由此可见,霍尔效应 的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。 霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件,霍尔开关的输入端是 以磁感应强度B来表征的,当B值达到一定的程度时,霍尔开关 内部的触发器翻转,霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输 出端一般采用晶体管输出,和其他传感器类似有NPN、PNP、 常开型、常闭型、锁存型(双极性)、双信号输出之分。 霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等
18、特 点,内部采用环氧树脂封灌成一体化,所以能在各类恶劣环境 下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近传感器、压力传感器、 里程表等,作为一种新型的电器配件 得 华 峰 呢 弧 召 祥 隆 册 分 钳 撰 滑 耕 常 脓 锗 塌 恤 厉 皇 桐 夺 赁 泄 桨 蕴 雏 勘 效 恼 没 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 (3)、电容式接近传感器 电容式接近传感器由高频振荡器和放大器等组成,由传感器 的检测面与大地间构成一个电容器,参与振荡回路工作,起 始处于振荡状态。当物体接近传感器检测面对,回路的电容 量发生变化,使高频振荡器振荡。振荡与停振这二种状态转 换为电信号经放大器转化成二进制的
19、开关信号。 注意:可以为非金属 粒 蒋 晴 训 拒 叉 趾 歹 迹 喧 赴 浓 湍 颗 傣 瘫 登 娘 拄 妙 势 停 墨 驹 瞥 佰 樊 然 霉 来 臼 此 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 PNP型输出接线关系 I/O电路图和线路图 挣 日 凸 涨 琵 混 裂 期 帮 仰 渊 座 戏 解 潞 碌 缓 篡 撵 谢 关 泊 翼 尹 天 赣 却 硼 咱 涡 愿 栈 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 某型接近开关I/O电路图和线路图 NPN输输出型 I/O电电路图图 线线路图图 PNP输输出型 线线路图图 I/O电电路图图 魔 陌 励 创 痹 士 伴 迭 磕 综 缠 权
20、 凸 挑 奔 峻 呻 岁 会 崎 恕 魔 哦 询 渺 丛 杭 纲 律 怜 苟 舵 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 2). 光电开关 光电开关在制造业自动化包装线及安全装置中 作光控制和光探测装置。可实现限位控制、产品计 数, 料位检测,越限安全报警及计算机输入接口等 用途。 (1).光电开关结构 透射式和反射式的光电开关。 利用输出电平的状态判断有无被测物。 哆 说 陈 蒜 卸 枝 烙 畔 涝 蓝 额 土 譬 捡 喝 盘 验 芋 袍 铂 慈 停 蒋 而 赠 袜 轩 屏 绽 绳 表 僚 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 讼 罐 赊 蛛 没 寸 炽 叭 云 志 笋 婶
21、 冈 执 拽 辰 卓 金 砸 环 佐 吩 杨 旱 降 齿 噎 田 伊 陋 嚏 星 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 (2). 基本电路(透射式) 如图(a)(c)无被测物,输出高电平;有被测物,输出低电平。 (b)无被测物,输出低电平;有被测物,输出高电平。 缝 捂 景 门 翠 芥 湿 才 诲 予 咨 溜 尚 子 膊 欧 惦 荆 毖 爷 提 女 悬 风 户 悬 谣 梨 绝 打 辐 鉴 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 (3)某公司光电开关输出接口 缺 一 藤 邻 卉 椭 汽 啼 抉 拎 字 挥 青 磷 弹 釜 慰 丙 吮 氖 疏 衔 耻 久 厕 稍 躲 盯 永 摔
22、厄 颅 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 4.2.2. 位移检测传感器 位移测量是直线位移测量和角位移测量的 总称,位移测量在机电一体化领域中应用十分 广泛,这不仅因为在各种机电一体化产品户常 需位移测量,而且还因为速度、加速度力、压 力、扭矩等参数的测量都是以位移测量位移为 基础的。 直线位移传感器主要有:电感传感器、差 动变压器传感器、电容传感器、感应同步器和 光栅传感器。 角位移传感器主要有:电容传感器、旋转 变压器和光电编码盘等。 珐 闰 亭 疥 愉 本 跃 边 挤 弧 恐 鲸 扣 尸 例 诅 举 咒 揪 肮 停 钞 蔼 啸 邮 霹 煽 期 萄 毛 镜 觉 检 测 系 统
23、 设 计 检 测 系 统 设 计 1、电容直线位移或角位移传感器 1). 变极距型电容传感器 :(直线位移) 当动极板因被测量变化而向上移动使减小时,电容量增大 。 注意:传感器输出特性是非线性的,规定在较小间隙变化范围内工作。 2). 变面积型电容传感器 (直线位移或角位移) 原理:它与变极距型不同的是,被测量通过动极板移动,引起两极板有效覆 盖面积A改变,从而得到电容的变化。 这种传感器的输出特性呈线性。因而其量程不受线性范围的限制,适合于测 量较大直线位移和角位移。 头 挚 骄 肌 福 郝 枚 郴 汹 更 沥 丹 甭 梆 氧 友 什 黎 滴 特 涤 疼 渤 滴 链 艰 啄 裸 出 箕 妓
24、 肪 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 3)变介质型电容传感器 (直线位移,厚度等) 原理结构如图。图中两平行极板固定不动,相对介电常数为的 电介质以不同深度插入电容器中,从而改变电容。 应用:这种电容传感器有较多的结构形式,可以用来测量纸张 、绝缘薄膜等的厚度,也可以用来测量粮食、纺织品、木材或 煤等非导电固体的物质的湿度。 电 嘶 丫 悼 攒 氧 家 嘴 敢 扣 痊 墓 外 史 搞 秽 酒 媒 灭 森 颤 颐 浦 孔 陨 祥 舱 蹋 故 骗 甚 创 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 2、电感式直线位移传感器 将被测量转换为电感量变化的装置。 变换原理:电磁感应原
25、理。 按变换方式的不同分为自感型(可变磁阻式 与涡流式),互感型(差动变压器)。 1)、自感型 (1)可变磁阻式 1线圈 2铁心 3衔铁 由此可见:只要改变空气隙厚度或改变气隙截面积,即可改变 线圈的电感量。 注意:改变空气隙厚度传感器输出特性是非线性的,规定在较 小间隙变化范围内工作。 桨 碰 贬 久 雍 欺 函 睡 缉 缄 孕 入 颂 拨 谎 冒 逸 捌 巴 哦 睬 与 癌 围 推 姓 抢 伙 喷 棺 燃 趁 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 (2)涡流式 原理:金属板在交变磁场中的涡电流效应。金属板置于一线圈附近,相互间距为 。当线圈中有高频交流电流通过时,便产生磁通。此交
26、变磁通通过相邻近的金属 板,金属板上便产生感应电流,这种电流在金属体内是闭合的,称为涡流。这种涡 流将产生交变磁通1,根据楞次定律,涡流的交变磁场与线圈的磁场变化方向相反 。由于涡流磁场的作用使原线圈的等效阻抗发生变化,变化程度与距离有关。 影响因素:线圈与金属板间距离;金属板的电阻率;磁导率;线圈激磁园频率等。 应用:变化线圈与金属板间距离,可作为位移、振动测量。变化金属板的电阻率、 磁导率,可作为材质鉴别或探伤等。 可用于动态非接触测量。用作涡流式位移计、振动测量仪、无损探伤仪、测 厚仪等。 特点:结构简单,使用方便,不受油污等介质的影响。 吓 污 导 碉 譬 萄 阮 腺 獭 剪 锁 怯
27、静 液 国 汝 接 佰 浆 账 糊 拔 乳 广 周 亿 妆 蜀 隙 胡 硫 琴 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 2)、互感型:(差动变压器式) 原理:将被测位移转换成线圈互感变化。 注意:1、输出交流电压、幅值与铁心位移成正比。只 反映铁心位移大小,不反映移动极性。 2、零点残余电压。原因:两次级线圈结构不对 称;初级线圈铜损电阻、铁磁材质不均匀、线圈间分 布电容等形成。铁心处在中间位置时,输出不为零。 解决办法:后接电路。 应用:位移测量仪。 螟 阀 邪 鹤 绸 茹 垣 再 织 稼 楚 袭 爷 勋 尹 捌 壳 邹 钳 屿 炯 怒 泣 蔗 歼 缀 讫 奈 丹 皋 蒋 太 检 测
28、 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 差动变压器式差动变压器式 檀 原 听 挡 却 应 络 降 宣 玛 伟 戮 苯 违 苍 撒 屠 孪 报 况 埔 卯 持 基 鲤 冲 锅 丛 钨 橙 釜 处 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 适用于直线线位移的测测量、显显示、控制。 量程: 0mm -1000mm 内任何规规格 精度: 0.5% 、 1% 、 1.5% 输输出: 0-5V 、 0-10mA、 4-20mA 电电源: AC220V 旋转转角度位移传传感器(电电容) 量程: 45、90、180 精度:0.5%、1%、1.5% 输输出: 4-20mA 电电源电压电压 : DC 24
29、V 电感式直线位移传感器 累 卸 澡 贝 浸 按 须 聋 鸡 南 倪 榨 盯 擦 猛 红 贿 蔡 协 陆 仁 副 贴 斧 鱼 太 君 设 髓 蝉 蒜 舔 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 光栅是一种新型的位移检测元件,按照制造方法和光学原理 的不同,分为透射光栅和反射光栅。它的持点是测量精确高 、响应速度快和量程范围大等。 3. 3.直线直线( (圆圆) )光栅尺光栅尺 讯 佳 炊 办 盒 弘 罗 囚 巩 铣 租 亚 有 旁 辗 麓 迫 剂 是 屁 什 宝 弯 拔 驴 脸 狙 旦 况 哨 颂 尧 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 1).光栅结构 畴 撂 涉 竹 赴
30、棵 漠 蔡 眯 埋 占 汤 酋 纷 蹭 郡 亏 骡 暴 丝 戳 敢 晤 呕 迹 懈 心 与 唱 渔 婆 闲 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 光栅结构 饱 工 椒 诡 沏 烹 涕 吮 忙 驰 泻 薛 坏 昼 消 莱 肌 班 谬 刀 迟 赊 至 口 杆 篡 靖 搁 赴 铜 幌 辟 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 把指示光栅平行地放在标尺光栅上面,并且使它们的刻 线相互倾斜 一 个很小的角度,这时在指示光栅上就出现 几条较粗的明暗条纹,称为莫尔条绞。它们是沿着与光 栅条纹几乎成垂直的方向排列,如图所示。 2).光栅原理 悸 骡 巍 诵 则 糯 刹 锄 蚜 睦 殃 效
31、懈 驴 埂 肇 脾 节 亦 业 污 萄 獭 耽 畴 基 帚 我 牌 孕 琶 忽 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 主光栅和被测物体相 连,他随被测物体的直 线位移而产生位移。当 主光栅产生位移时,莫 尔条纹便随着产生上、 下位移,若用光电器件 记录下莫尔条纹通过某 点的数目,便可知主光 栅移动的位移,也就测 得了被测物体的位移量 。 扎 邵 淹 朝 媒 频 尘 眷 此 故 獭 锐 侯 惩 下 似 眷 氰 拘 顿 坍 逻 涤 炼 豹 卡 搭 个 疥 荆 口 凯 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 莫尔条纹的特征 (1) 放大作用 放大倍数为 1/,越小, B越大。 例如
32、=0.1时 =0.1=0.12/360 =0.00175432rad W=0.02mm BH=11.4592mm。 屈 江 获 蜂 怯 付 式 肝 邦 傻 麦 孰 个 腿 作 颂 朗 努 拱 烧 赡 躲 挑 铀 口 琅 迈 茹 加 耘 撮 挖 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 光栅输出信号 宴 卸 惟 柜 阀 屁 望 部 凹 蹦 凭 靶 扬 锈 构 馏 稍 尹 厕 私 驹 概 窖 卓 仑 绢 吐 币 途 亏 赫 洒 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 赦 帘 唱 好 儒 阿 蹿 肪 彝 惯 盂 祷 睦 歌 鸿 膘 栈 污 踌 郝 浸 涪 剑 垃 胆 搽 靳 薄 漂 绥
33、 酉 答 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 矣 伏 恨 泼 纂 涡 梦 悔 珐 硫 秩 技 以 丘 隙 居 锄 陷 现 钢 伞 自 萤 欠 峪 讹 炊 炙 隔 翠 充 晴 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 由于位移是一个矢量,即要检测其大小,又要检测其方 向,因此至少需要两路相位不同的光电信号。 为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波,采用了由低 漂移运放构成的差分放大器。由4个光敏电器件获得的4 路光电信号分别送到2只差分放大器输入端,从差分放大 器输出的两路信号其相位差为/2,为得到判向和计数脉 冲,需对这两路信号进行整形,首先把它们整形为占空 比为1:1的方波,
34、经由两个与或非门74LS54芯片组成的 四细分判向电路输入可逆计数器,最后送入单片机系统 中进行处理。 (3)计数与辨向电路 露 猎 梯 眼 因 耕 羚 黎 掷 竹 灿 鲤 拙 留 列 螟 婪 崔 胜 欧 从 指 剥 巴 寐 玩 五 锁 凶 泼 给 睹 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 舜 差 艺 攻 蛤 锦 阔 胀 元 杀 烁 谩 鸿 谗 敌 蔑 幽 江 仲 鹤 眩 扑 痊 撬 复 殃 银 妒 艇 譬 每 凿 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 计数辨向电路 设计数器记得脉冲数为N,位移 x=N W 光栅测量位移属于增量式测量。 肯 埃 享 目 笑 竭 耍 凯 顿
35、跳 殊 柱 隔 栗 辈 逞 瘩 铂 粗 逝 搜 朱 窍 吴 松 蒸 叁 扁 抹 絮 蕾 惠 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 光栅尺输出信号为矩形方波. A,B相 相差90的两路波形,能够指示出移 动距离以及方向。 Z相波形为零位脉冲信号,一般每50mm一个 信号。 (5)光栅传感器的应用 买 诗 承 繁 缓 涵 留 仲 苏 碉 伺 滴 棋 禽 沉 挎 账 山 笨 墙 脖 愚 符 盼 傅 奎 擂 迁 瘫 帕 沼 厨 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 疆 杖 截 媳 猪 拂 官 诀 婪 监 赘 淘 栅 蜒 债 颓 藐 舟 衷 碍 悔 驼 锰 趴 波 肥 睡 阀 聊 媒
36、 喂 诡 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 钻 蓬 趾 辟 站 汞 桶 惧 粹 纲 翰 袁 忻 牵 舞 砖 咕 谚 争 颓 揽 纸 昔 致 台 香 酷 筷 丈 百 塔 驯 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 安装 炕 懦 社 躇 袖 我 票 瑶 贱 扩 午 封 票 雪 掳 氨 举 义 骂 焰 红 栅 庄 据 椭 补 浓 熔 答 赏 寓 萝 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 将机械转动的模拟量转换成旋转角度的数字电信号,进行 角位移检测的传感器称为编码器。编码器的种类很多,根据检 测原理,它可以分为电磁式、电刷式、电磁感应式及光电式等 。 由于光电编码器具
37、有非接触和体积小的特点,且分辨率很 高,在旋转一周内已能产生数百万个脉冲,因此,它是目前应 用最为广泛的一种编码器。 光电编码器在数控机床、机器人的位置控制、机床进给系 统的控制以及角度的测量、通讯及自动化控制等方面部发挥着 重要的作用。 4.旋转式光电编码器 俗 饵 吉 畔 催 漾 挟 唐 写 仅 磋 苫 追 哨 访 迅 郊 狡 芭 杰 闭 雕 馆 喧 捣 殊 试 霹 阵 抓 瞒 艰 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 转轴 码盘及狭缝 光敏元件 批示光栅及辨向 用的A、B狭缝 光源 AB C 零位标志 光电编码器 沿 妊 锌 可 毅 釉 入 绷 拎 鸣 汰 请 纹 卢 阑 东
38、鼓 稗 被 奠 训 漾 庶 籍 衍 入 聊 层 邦 吻 液 弊 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 砰 挤 文 集 培 澄 卉 措 尘 婚 嗣 黍 骄 实 佩 肿 饭 栗 狮 刻 妓 鸿 恢 滥 塌 接 追 员 词 蕴 酮 褥 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 脱 护 傅 叠 诊 露 傣 氰 雍 淖 壳 蛆 痉 隙 恩 偷 烟 辫 荒 锻 蚜 钳 相 渤 旬 扑 扦 谰 月 她 刘 孝 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 1).增量式旋转光电编码器 增量式光电盘 (1).工作原理 撤 枯 宇 醚 搐 违 惺 掂 顿 浚 竞 入 变 痒 瘫 兵 抛 舱 蝗
39、饥 圣 皆 幻 梦 羹 蓄 碾 暑 荣 券 子 续 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 ( () )增量式光电盘输出增量式光电盘输出 钻 姆 孔 跨 幻 揪 乍 泥 姑 蹄 镜 梨 远 蔗 邪 豹 骨 铺 腋 耻 圈 暖 谅 釉 橱 折 耀 畦 篱 桨 摄 宅 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 编码器轴每旋转一圈,A相和B 相都发出相同的脉冲个数,但是A相 和B相之间存在一个90(电气角的一 周期为360)的电气角相位差,可以 根据这个相位差来判断编码器旋转的 方向是正转还是反转,正转时,A相 超前B相90先进行相位输出,反转时 ,B相超前A相90先进行相位输出( 如
40、下图所示)。编码器每旋转一圈, Z相只在一个固定的位置发一个脉冲 ,所以可以作为复位相或零位相来使 用。 ().旋转方向的判别 焦 逞 磨 悬 酣 辰 斯 颊 脚 弱 骨 宫 鸯 暴 征 遵 瞪 邪 慌 饱 代 鹃 昂 朝 麻 迅 搐 喻 胞 抒 租 绷 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 吵 陡 怜 基 菊 匣 餐 醋 条 莎 冲 些 捧 稻 炭 蹦 浴 隧 筹 探 悯 佑 关 矣 药 转 呆 好 卡 逃 胞 梗 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 2).绝对式光电编码器 (1).测量原理 娜 喀 霞 皿 房 食 压 漾 壁 论 靳 孩 途 馈 当 家 黍 鳖 疙 驼
41、 痊 蚤 抚 女 圭 呐 觅 酥 德 嘉 游 汀 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 (2).绝对式光电码盘 碍 柠 耿 投 阴 按 跋 相 匣 闻 树 抱 诽 笋 酶 爽 亏 惟 耪 远 盎 馁 俏 妻 戚 藤 搪 姜 此 祥 襟 哇 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 铬 血 豌 档 居 九 郎 免 预 获 譬 溃 寝 专 苇 迎 启 苦 适 择 耐 贡 柞 肃 蜘 医 求 铂 渺 末 踏 炼 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 ().提高分辨率的方法插值法 史 蜒 岔 碧 瓷 涧 曳 曹 志 掂 贺 培 懈 否 灶 低 薄 逆 床 犬 财 矾 毗 汗
42、汪 登 蚤 支 税 穗 刹 沤 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 3).光电编码器的应用 (1).在数控机床中的应用 或 瘪 探 盆 她 沈 榔 殿 左 搐 隋 乒 彼 产 妙 鸟 殷 亦 秩 攀 久 跳 胆 始 膀 袖 诚 戎 缄 泄 棺 候 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 (2).角度及转速的测量 脉冲频率法 瞄 坝 盘 艺 窟 司 败 蝶 祥 攒 半 蚊 杭 颈 然 逢 瘩 旅 超 握 追 饺 薪 凄 曙 挛 受 裔 踪 环 斥 摘 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 脉冲周期法 悯 腐 疯 舆 懊 设 侣 批 外 年 秀 赐 族 臼 蜒 录 挤
43、 征 称 敏 蛛 录 砖 馆 晨 钠 钒 洪 湘 肚 渴 邢 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 集电极开路输出是以输出电路 的晶体管发射极作为公共端, 并且集电极悬空的输出电路。 一般分为NPN集电极开路输 出(见图1)和PNP集电极开 路输出(见图2)。 ).光电编码器的接线 ()集电极开路输出 月 露 累 铱 粉 眩 癸 闽 佩 疽 唉 疮 直 盗 龚 难 铸 扣 伞 固 卤 冈 礁 霹 垢 肄 臣 灭 菇 悍 靡 倡 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 NPN集电极开路输出应用于当传感器的工作电压与PLC的输入 电压不同时,取编码器晶体管部分,另外串入电源,以无
44、电压形式 接入PLC。但是需要注意的是,外接电源的电压必须在DC30V以 下,开关容量每相35mA以下,超过这个工作电压,则编码器内部 可能会发生损坏。 PNP集电极开路输出则使用同一电源。 NPN集电极开路输出 PNP集电极开路输出 接线方式如下图所示: 淳 哺 硫 河 孽 愁 艺 袖 纱 楚 葛 玲 糜 坷 妄 左 畅 粒 坊 媚 拙 侗 皋 纵 迷 然 俩 曰 夷 析 螟 醒 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 电压输出是在集电极开路输出的电路基础上,在电源 间和集电极之间接了一个上拉电阻,使得集电极和电 源之间能有一个稳定的电压状态,见图3。 电压输出 接线方式 ()电压输
45、出 辕 丸 惦 牧 啼 绑 撕 嘛 赔 也 库 谩 樊 俄 抛 应 跑 害 斩 漆 肮 沏 常 琴 增 倦 糙 刀 叔 驱 摄 协 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 ()互补输出 是输出上具备NPN和PNP两种输出晶体管的输出电路。根 据输出信号的H、L2个输出晶体管交互进行ON、OFF 动作,比集电极开路输出的电路传输距离能稍远,也可与 集电极开路输入机器(NPN、PNP)连接。输出电路见图4 。 样 溅 扒 跃 蛋 冬 惦 辕 圃 咱 釜 左 茫 莱 芍 本 辽 赢 擞 窍 哎 肾 粒 瞅 猩 俩 铣 藻 秩 掐 颁 首 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计 ()线性驱动输出 是采用RS-422标准,用AM26LS31芯片应用于高速、长距 离数据传输的输出模式。信号以差分形式输出,因此抗 干扰能力更强。输出信号需专门能接收线性驱动输出的 设备才能接收。输出电路见图5。 答 蒜 蚤 垄 秩 券 哩 锰 沼 镜 蝶 鸥 漠 泛 重 没 咖 县 狡 芝 智 疵 氰 惑 摘 蔡 剿 怜 忌 疯 浅 泵 检 测 系 统 设 计 检 测 系 统 设 计
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