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1、 傳 感 器 及 其 接 口 技 術(shù) 4.1 概 述 在 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 中 有 各 種 不 同 的 物 理 量 (如 位 移 、 壓 力 、速 度 等 )需 要 測(cè) 量 與 控 制 ， 如 果 沒(méi) 有 傳 感 器 對(duì) 原 始 的 各 種 參 數(shù) 進(jìn)行 精 確 而 可 靠 的 檢 測(cè) ， 那 么 對(duì) 機(jī) 電 產(chǎn) 品 的 各 種 控 制 是 無(wú) 法 實(shí) 現(xiàn)的 。 因 此 能 把 各 種 不 同 的 非 電 量 轉(zhuǎn) 換 成 電 量 的 傳 感 器 便 成 為 機(jī)電 一 體 化 系 統(tǒng) 中 不 可 缺 少 的 組 成 部 分 。 傳 感 器 ： 傳 感 器 是 一 種 以 一 定 的 精

2、 確 度 將 被 測(cè) 量 (如 位 移 、 力 、加 速 度 等 )轉(zhuǎn) 換 為 與 之 有 確 定 對(duì) 應(yīng) 關(guān) 系 的 、 易 于 精 確 處 理 和 測(cè)量 的 某 種 物 理 量 (如 電 量 )的 測(cè) 量 部 件 或 裝 置 。 4.1.2 傳 感 器 的 組 成 組 成 ： 敏 感 元 件 、 轉(zhuǎn) 換 元 件 、 電 子 線(xiàn) 路 等 組 成 。 1 敏 感 元 件 直 接 感 受 被 測(cè) 量 、 并 以 確 定 關(guān)系 輸 出 物 理 量 。 如 彈 性 敏 元 件 將 力 轉(zhuǎn) 換 為 位 移或 應(yīng) 變 輸 出 。 2 轉(zhuǎn) 換 元 件 將 敏 感 元 件 輸 出 的 非 電 物 理 量(如

3、 位 移 、 應(yīng) 變 、 光 強(qiáng) 等 )轉(zhuǎn) 換 成 電 量 參 數(shù) (如 電阻 、 電 感 、 電 容 等 )等 。 3 基 本 轉(zhuǎn) 換 電 路 將 電 路 參 數(shù) 量 轉(zhuǎn) 換 成 便 于測(cè) 量 的 電 量 ， 如 電 壓 、 電 流 、 頻 率 等 。 傳 感 器 的 組 成 4.1.3 傳 感 器 的 特 性傳 感 器 比 較 常 用 的 性 能 指 標(biāo) 有 以 下 幾 種 :1. 關(guān) 于 輸 入 量 的 特 性 ： (1) 量 程 或 測(cè) 量 范 圍 傳 感 器 預(yù) 期 要 測(cè) 量 的 被 測(cè) 量 值 的 范 圍 ， 一 般 用傳 感 器 允 許 測(cè) 量 的 上 下 極 限 值 來(lái) 表

4、示 ， 其 中 上 限值 也 稱(chēng) 為 滿(mǎn) 量 程 FS。 (2) 過(guò) 載 能 力 傳 感 器 允 許 承 受 的 最 大 輸 入 量 (被 測(cè) 量 ),通 常 用 一個(gè) 最 大 允 許 值 或 滿(mǎn) 量 程 的 百 分 比 來(lái) 表 示 。 2. 關(guān) 于 輸 入 輸 出 關(guān) 系 的 靜 態(tài) 特 性 (1)精 度 表 示 測(cè) 量 結(jié) 果 與 被 測(cè) 的 “ 真 值 ” 的 接 近 程 度 。一 般 用 “ 極 限 誤 差 ” 或 極 限 誤 差 與 滿(mǎn) 量 程 的 比 值按 百 分 數(shù) 給 出 。 (2)重 復(fù) 性 反 映 傳 感 器 在 工 作 條 件 不 變 的 情 況 下 ， 重 復(fù)地 輸 入

5、 某 一 相 同 的 輸 入 值 ， 其 輸 出 值 的 一 致 性 ，其 意 義 與 精 度 類(lèi) 似 。 (3)線(xiàn) 性 度 也 稱(chēng) 非 線(xiàn) 性 ， 表 示 傳 感 器 輸 出 與 輸 入 之 間 的關(guān) 系 曲 線(xiàn) 與 選 定 的 工 作 曲 線(xiàn) 的 靠 近 程 度 ， 采 用 工作 直 線(xiàn) 與 實(shí) 際 工 作 曲 線(xiàn) 之 間 的 最 大 偏 差 值 與 滿(mǎn) 量程 輸 出 之 比 來(lái) 表 示 。 max1 FS1max FS 100%Y ( )Y 非 線(xiàn) 性 誤 差 線(xiàn) 性 度 最 大 非 線(xiàn) 性 絕 對(duì) 誤 差 輸 出 滿(mǎn) 量 程 (4) 靈 敏 度 傳 感 器 輸 入 增 量 與 輸 出

6、增 量 之 比 ； (5) 穩(wěn) 定 性 (溫 度 漂 移 ， 時(shí) 間 零 漂 ) 時(shí) 間 零 漂 : 在 規(guī) 定 的 時(shí) 間 內(nèi) ， 在 溫 度 不 變 的 條 件 下 ，零 輸 出 的 變 化 ； 溫 度 漂 移 :當(dāng) 溫 度 發(fā) 生 變 化 時(shí) ， 其 輸 出 特 性 的 變 化 ，通 常 用 零 點(diǎn) 輸 出 變 化 值 表 示 ， 也 可 以 用 它 與 滿(mǎn) 量程 的 比 值 來(lái) 表 示 。 3. 動(dòng) 態(tài) 響 應(yīng) 特 性 在 被 測(cè) 量 的 物 理 量 隨 時(shí) 間 變 化 的 情 況 下 ， 傳 感 器 的 輸出 能 否 很 好 地 追 隨 輸 入 量 的 變 化 是 一 個(gè) 很 重 要

7、 的 問(wèn) 題 。 有的 傳 感 器 盡 管 其 靜 態(tài) 特 性 非 常 好 ， 但 由 于 不 能 很 好 追 隨 輸入 量 的 快 速 變 化 而 導(dǎo) 致 嚴(yán) 重 誤 差 ， 這 種 動(dòng) 態(tài) 誤 差 若 不 注 意加 以 控 制 ， 可 以 高 達(dá) 百 分 之 幾 十 其 至 百 分 之 百 。 在 被 測(cè) 信號(hào) 變 化 速 度 較 快 的 情 況 下 要 求 我 們 要 認(rèn) 真 注 意 傳 感 器 的 動(dòng)態(tài) 響 應(yīng) 持 性 。 頻 率 響 應(yīng) 特 性 幅 頻 特 性 相 頻 特 性 階 躍 響 應(yīng) 特 性 時(shí) 間 常 數(shù) 上 升 時(shí) 間 過(guò) 沖 量 (超 調(diào) 量 ) 固 有 頻 率 阻 尼

8、 比 (對(duì) 數(shù) 減 縮 ) 4.1.4 機(jī) 電 一 體 化 系 統(tǒng) 對(duì) 傳 感 器 的 基 本 要 求 1. 精 度 和 靈 敏 度 高 、 響 應(yīng) 快 、 穩(wěn) 定 性 好 、 信 噪 比 高 ； 2. 體 積 小 、 重 量 輕 、 對(duì) 整 機(jī) 的 適 應(yīng) 性 好 ； 3. 安 全 可 靠 、 壽 命 長(zhǎng) ； 4. 便 于 與 計(jì) 算 機(jī) 連 接 ； 5. 不 易 受 被 測(cè) 對(duì) 象 特 性 (如 電 阻 、 導(dǎo) 磁 率 )的 影 響 ， 也不 影 響 外 部 環(huán) 境 ； 6. 對(duì) 環(huán) 境 條 件 適 應(yīng) 能 力 強(qiáng) ; 7. 現(xiàn) 場(chǎng) 處 理 簡(jiǎn) 單 、 操 作 性 能 好 ； 8. 價(jià) 格

9、 便 宜 。 4.1.5 傳 感 器 的 分 類(lèi) 傳 感 器 的 分 類(lèi) 方 法 有 多 種 ; 1、 按 被 測(cè) 物 理 量 的 性 質(zhì) 分 ； 位 置 、 位 移 傳 感器 、 速 度 傳 感 器 、 加 速 度 傳 感 器 、 轉(zhuǎn) 速 傳 感 器 、溫 度 傳 感 器 、 壓 力 傳 感 器 等 等 ； 2、 按 工 作 機(jī) 理 分 ； 電 阻 式 、 電 感 式 、 電 容 式 、光 電 式 ； 3、 按 照 輸 出 信 號(hào) 的 性 質(zhì) 分 類(lèi) ； 可 分 為 開(kāi) 關(guān) 型(二 值 型 ) 、 數(shù) 字 型 和 模 擬 型 ， 如 下 圖 所 示 ： 1).開(kāi) 關(guān) 型 開(kāi) 關(guān) 型 傳 感

10、器 的 二 值 就 是“ 1”和 “ 0”或 開(kāi) (ON)和 關(guān)(OFF)。 這 種 “ l”和 “ 0”數(shù) 字信 號(hào) 可 直 接 (經(jīng) 隔 離 后 )傳 送到 微 機(jī) 進(jìn) 行 處 理 ， 使 用 方 便 。 特 性 曲 線(xiàn) 中 如 果 設(shè) 輸 出 狀 態(tài)從 斷 到 通 時(shí) 的 輸 入 值 為 INon，而 從 通 到 斷 時(shí) 的 輸 入 值 為INoff， 則 特 性 滿(mǎn) 足 : INoff INon INoff與 INon的 差 稱(chēng) 為 磁 滯 寬度 或 瞬 動(dòng) (snap)寬 度 。 2). 數(shù) 字 型 數(shù) 字 型 傳 感 器 有 計(jì) 數(shù) 型 和 代 碼 型 兩 大 類(lèi) 。 其 中 計(jì)

11、數(shù) 型 又 稱(chēng) 脈 沖 數(shù) 字 型 ； 它 可 以 是 任 何 一 種 脈 沖 發(fā) 生 器 ， 所 發(fā) 出 的 脈 沖數(shù) 與 輸 入 量 成 正 比 ， 加 上 計(jì) 數(shù) 器 就 可 對(duì) 輸 入 量 進(jìn) 行計(jì) 數(shù) ， 如 可 用 來(lái) 檢 測(cè) 通 過(guò) 輸 送 帶 上 的 產(chǎn) 品 個(gè) 數(shù) ， 也可 用 來(lái) 檢 測(cè) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 位 移 量 。 這 時(shí) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 每 移動(dòng) 一 定 距 離 或 轉(zhuǎn) 動(dòng) 一 定 角 度 就 會(huì) 發(fā) 生 一 個(gè) 脈 沖 信 號(hào) ，例 如 增 量 式 光 電 碼 盤(pán) 和 檢 測(cè) 光 柵 就 是 如 此 。 代 碼 型 傳 感 器 又 稱(chēng) 編 碼 器 ， 它 輸 出

12、 的 信 號(hào) 是 數(shù)字 代 碼 ， 每 一 代 碼 相 當(dāng) 于 一 個(gè) 一 定 的 輸 入 量 之 值 。例 如 編 碼 式 光 電 碼 盤(pán) 。 3). 模 擬 型 模 擬 型 傳 感 器 的 輸 出 是 與 輸 入 物 理 量 變 化 相對(duì) 應(yīng) 的 連 續(xù) 變 化 的 電 量 ， 如 距 離 、 壓 力 、 溫 度等 信 號(hào) 。 輸 入 與 輸 出 可 以 是 線(xiàn) 性 的 也 可 以 是 非線(xiàn) 性 的 。 4.2.1位 置 傳 感 器 位 置 傳 感 器 和 位 移 傳 感 器 不 一 樣 ， 它 所 測(cè) 量的 不 是 一 段 距 離 的 變 化 量 ， 而 是 通 過(guò) 檢 測(cè) ， 確 定是

13、 否 已 到 某 一 位 置 。 因 此 ， 它 只 需 要 產(chǎn) 生 能 反 映某 種 狀 態(tài) 的 開(kāi) 關(guān) 量 就 可 以 了 。 位 置 傳 感 器 分 接 觸 式 和 接 近 式 兩 種 。 所 謂 接觸 式 傳 感 器 就 是 能 獲 取 兩 個(gè) 物 體 是 否 己 接 觸 的 信息 的 一 種 傳 感 器 ； 而 接 近 式 傳 感 器 是 用 來(lái) 判 別 在某 一 范 圍 內(nèi) 是 否 有 某 一 物 體 的 一 種 傳 感 器 。 1. 接 觸 式 位 置 傳 感 器 這 類(lèi) 傳 感 器 用 微 動(dòng) 開(kāi) 關(guān) 之 類(lèi) 的 觸 點(diǎn) 器 件 便 可 構(gòu) 成 : 2. 接 近 式 位 置 傳

14、 感 器 接 近 式 位 置 傳 感 器 按 其 工 作 原 理 主 要 分 ： 電磁 式 ； 光 電 式 ； 電 容 式 ； 超 聲 波 式 ； 氣壓 式 等 。 其 基 本 工 作 原 理 可 用 下 圖 表 示 出 來(lái) 。 接 近 式 位 置 傳 感 器 的 工 作 原 理 1. )接 近 開(kāi) 關(guān) 檢 測(cè) 滾 動(dòng) 的 硬 幣 檢 測(cè) 進(jìn) 料 器 的 金 屬 部 件 下 圖 是 生 產(chǎn) 線(xiàn) 工 件 計(jì) 數(shù) 裝 置 的 示 意 圖 。 接 近 傳 感 器 設(shè)置 在 工 件 傳 送 帶 的 一 側(cè) ， 當(dāng) 傳 送 帶 運(yùn) 行 時(shí) ， 一 個(gè) 個(gè) 工件 經(jīng) 過(guò) 接 近 傳 感 器 ， 當(dāng) 工 件

15、 靠 近 接 近 傳 感 器 時(shí) ， 傳 感器 輸 出 脈 沖 開(kāi) 關(guān) 信 號(hào) ， 該 信 號(hào) 可 直 接 送 往 計(jì) 數(shù) 器 進(jìn) 行計(jì) 數(shù) 。 (1).電 感 式 接 近 開(kāi) 關(guān) 電 感 式 接 近 開(kāi) 關(guān) 由 三 大 部 分 組 成 ： 振 蕩 器 、 開(kāi) 關(guān) 電 路及 放 大 輸 出 電 路 。 振 蕩 器 產(chǎn) 生 一 個(gè) 交 變 磁 場(chǎng) 。 當(dāng) 金 屬 目標(biāo) 接 近 這 一 磁 場(chǎng) ， 并 達(dá) 到 感 應(yīng) 距 離 時(shí) ， 在 金 屬 目 標(biāo) 內(nèi) 產(chǎn)生 渦 流 ， 從 而 導(dǎo) 致 振 蕩 衰 減 ， 以 至 停 振 。 振 蕩 器 振 蕩 及停 振 的 變 化 被 后 級(jí) 放 大 電 路

16、 處 理 并 轉(zhuǎn) 換 成 二 進(jìn) 制 開(kāi) 關(guān) 信號(hào) ， 觸 發(fā) 驅(qū) 動(dòng) 控 制 器 件 ， 從 而 達(dá) 到 非 接 觸 式 之 檢 測(cè) 目 的 . (2).霍 爾 接 近 開(kāi) 關(guān)當(dāng) 一 塊 通 有 電 流 的 金 屬 或 半 導(dǎo) 體 薄 片 垂 直 地 放 在 磁 場(chǎng) 中 時(shí) ， 薄片 的 兩 端 就 會(huì) 產(chǎn) 生 電 位 差 ， 這 種 現(xiàn) 象 就 稱(chēng) 為 霍 爾 效 應(yīng) 。 兩 端 具有 的 電 位 差 值 稱(chēng) 為 霍 爾 電 勢(shì) U， 其 表 達(dá) 式 為 U=KIB/d 其 中 K為霍 爾 系 數(shù) ， I為 薄 片 中 通 過(guò) 的 電 流 ， B為 外 加 磁 場(chǎng) (洛 倫 慈 力Lorr

17、entz)的 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 ， d是 薄 片 的 厚 度 。 由 此 可 見(jiàn) ， 霍 爾 效 應(yīng)的 靈 敏 度 高 低 與 外 加 磁 場(chǎng) 的 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 成 正 比 的 關(guān) 系 ?；?爾 開(kāi) 關(guān) 就 屬 于 這 種 有 源 磁 電 轉(zhuǎn) 換 器 件 ， 霍 爾 開(kāi) 關(guān) 的 輸 入 端 是以 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 B來(lái) 表 征 的 ， 當(dāng) B值 達(dá) 到 一 定 的 程 度 時(shí) ， 霍 爾 開(kāi) 關(guān)內(nèi) 部 的 觸 發(fā) 器 翻 轉(zhuǎn) ， 霍 爾 開(kāi) 關(guān) 的 輸 出 電 平 狀 態(tài) 也 隨 之 翻 轉(zhuǎn) 。 輸出 端 一 般 采 用 晶 體 管 輸 出 ， 和 其 他 傳 感 器 類(lèi) 似 有 N

18、PN、 PNP、常 開(kāi) 型 、 常 閉 型 、 鎖 存 型 (雙 極 性 )、 雙 信 號(hào) 輸 出 之 分 ?；?爾 開(kāi) 關(guān) 具 有 無(wú) 觸 電 、 低 功 耗 、 長(zhǎng) 使 用 壽 命 、 響 應(yīng) 頻 率 高 等 特點(diǎn) ， 內(nèi) 部 采 用 環(huán) 氧 樹(shù) 脂 封 灌 成 一 體 化 ， 所 以 能 在 各 類(lèi) 惡 劣 環(huán) 境下 可 靠 的 工 作 。 霍 爾 開(kāi) 關(guān) 可 應(yīng) 用 于 接 近 傳 感 器 、 壓 力 傳 感 器 、 里 程 表 等 ， 作 為 一 種 新 型 的 電 器 配 件 (3)、 電 容 式 接 近 傳 感 器電 容 式 接 近 傳 感 器 由 高 頻 振 蕩 器 和 放 大

19、 器 等 組 成 ， 由 傳 感 器的 檢 測(cè) 面 與 大 地 間 構(gòu) 成 一 個(gè) 電 容 器 ， 參 與 振 蕩 回 路 工 作 ， 起始 處 于 振 蕩 狀 態(tài) 。 當(dāng) 物 體 接 近 傳 感 器 檢 測(cè) 面 對(duì) ， 回 路 的 電 容量 發(fā) 生 變 化 ， 使 高 頻 振 蕩 器 振 蕩 。 振 蕩 與 停 振 這 二 種 狀 態(tài) 轉(zhuǎn)換 為 電 信 號(hào) 經(jīng) 放 大 器 轉(zhuǎn) 化 成 二 進(jìn) 制 的 開(kāi) 關(guān) 信 號(hào) 。注 意 :可 以 為 非 金 屬 PNP型 輸 出 接 線(xiàn) 關(guān) 系 I/O電 路 圖 和 線(xiàn) 路 圖 某 型 接 近 開(kāi) 關(guān) I/O電 路 圖 和 線(xiàn) 路 圖NPN輸 出 型

20、I/O電 路 圖 線(xiàn) 路 圖 PNP輸 出 型 線(xiàn) 路 圖I/O電 路 圖 2). 光 電 開(kāi) 關(guān) 光 電 開(kāi) 關(guān) 在 制 造 業(yè) 自 動(dòng) 化 包 裝 線(xiàn) 及 安 全 裝 置 中作 光 控 制 和 光 探 測(cè) 裝 置 。 可 實(shí) 現(xiàn) 限 位 控 制 、 產(chǎn) 品 計(jì)數(shù) , 料 位 檢 測(cè) ， 越 限 安 全 報(bào) 警 及 計(jì) 算 機(jī) 輸 入 接 口 等用 途 。 (1).光 電 開(kāi) 關(guān) 結(jié) 構(gòu) 透 射 式 和 反 射 式 的 光 電 開(kāi) 關(guān) 。 利 用 輸 出 電 平 的 狀 態(tài) 判 斷 有 無(wú) 被 測(cè) 物 。 (2). 基 本 電 路 （ 透 射 式 ）如 圖 （ a)(c)無(wú) 被 測(cè) 物 ，

21、輸 出 高 電 平 ； 有 被 測(cè) 物 ， 輸 出 低 電 平 。 (b)無(wú) 被 測(cè) 物 ， 輸 出 低 電 平 ； 有 被 測(cè) 物 ， 輸 出 高 電 平 。 (3)某 公 司 光 電 開(kāi) 關(guān) 輸 出 接 口 4.2.2. 位 移 檢 測(cè) 傳 感 器 位 移 測(cè) 量 是 直 線(xiàn) 位 移 測(cè) 量 和 角 位 移 測(cè) 量 的總 稱(chēng) ， 位 移 測(cè) 量 在 機(jī) 電 一 體 化 領(lǐng) 域 中 應(yīng) 用 十 分廣 泛 ， 這 不 僅 因 為 在 各 種 機(jī) 電 一 體 化 產(chǎn) 品 戶(hù) 常需 位 移 測(cè) 量 ， 而 且 還 因 為 速 度 、 加 速 度 力 、 壓力 、 扭 矩 等 參 數(shù) 的 測(cè) 量 都

22、 是 以 位 移 測(cè) 量 位 移 為基 礎(chǔ) 的 。 直 線(xiàn) 位 移 傳 感 器 主 要 有 ： 電 感 傳 感 器 、 差動(dòng) 變 壓 器 傳 感 器 、 電 容 傳 感 器 、 感 應(yīng) 同 步 器 和光 柵 傳 感 器 。 角 位 移 傳 感 器 主 要 有 ： 電 容 傳 感 器 、 旋 轉(zhuǎn)變 壓 器 和 光 電 編 碼 盤(pán) 等 。 1、 電 容 直 線(xiàn) 位 移 或 角 位 移 傳 感 器1). 變 極 距 型 電 容 傳 感 器 ： (直 線(xiàn) 位 移 ) 當(dāng) 動(dòng) 極 板 因 被 測(cè) 量 變 化 而 向 上 移 動(dòng) 使 減 小 時(shí) ， 電 容 量 增 大 。注 意 ： 傳 感 器 輸 出 特

23、 性 是 非 線(xiàn) 性 的 ， 規(guī) 定 在 較 小 間 隙 變 化 范 圍 內(nèi) 工 作 。 2). 變 面 積 型 電 容 傳 感 器 (直 線(xiàn) 位 移 或 角 位 移 )原 理 ： 它 與 變 極 距 型 不 同 的 是 ， 被 測(cè) 量 通 過(guò) 動(dòng) 極 板 移 動(dòng) ， 引 起 兩 極 板 有 效 覆蓋 面 積 A改 變 ， 從 而 得 到 電 容 的 變 化 。 這 種 傳 感 器 的 輸 出 特 性 呈 線(xiàn) 性 。 因 而 其 量 程 不 受 線(xiàn) 性 范 圍 的 限 制 ， 適 合 于 測(cè)量 較 大 直 線(xiàn) 位 移 和 角 位 移 。 3) 變 介 質(zhì) 型 電 容 傳 感 器 (直 線(xiàn) 位

24、移 ,厚 度 等 )原 理 結(jié) 構(gòu) 如 圖 。 圖 中 兩 平 行 極 板 固 定 不 動(dòng) ， 相 對(duì) 介 電 常 數(shù) 為 的電 介 質(zhì) 以 不 同 深 度 插 入 電 容 器 中 ， 從 而 改 變 電 容 。 應(yīng) 用 ： 這 種 電 容 傳 感 器 有 較 多 的 結(jié) 構(gòu) 形 式 ， 可 以 用 來(lái) 測(cè) 量 紙 張 、絕 緣 薄 膜 等 的 厚 度 ， 也 可 以 用 來(lái) 測(cè) 量 糧 食 、 紡 織 品 、 木 材 或 煤等 非 導(dǎo) 電 固 體 的 物 質(zhì) 的 濕 度 。 2、 電 感 式 直 線(xiàn) 位 移 傳 感 器將 被 測(cè) 量 轉(zhuǎn) 換 為 電 感 量 變 化 的 裝 置 。變 換 原

25、理 ： 電 磁 感 應(yīng) 原 理 。按 變 換 方 式 的 不 同 分 為 自 感 型 （ 可 變 磁 阻 式與 渦 流 式 ),互 感 型 (差 動(dòng) 變 壓 器 ） 。 1)、 自 感 型（ 1） 可 變 磁 阻 式 1線(xiàn) 圈 2鐵 心 3銜 鐵 由 此 可 見(jiàn) ： 只 要 改 變 空 氣 隙 厚 度 或 改 變 氣 隙 截 面 積 ， 即 可 改 變線(xiàn) 圈 的 電 感 量 。注 意 ： 改 變 空 氣 隙 厚 度 傳 感 器 輸 出 特 性 是 非 線(xiàn) 性 的 ， 規(guī) 定 在 較小 間 隙 變 化 范 圍 內(nèi) 工 作 。 2 0022 AWRWL m （ 2） 渦 流 式原 理 ： 金 屬

26、板 在 交 變 磁 場(chǎng) 中 的 渦 電 流 效 應(yīng) 。 金 屬 板 置 于 一 線(xiàn) 圈 附 近 ， 相 互 間 距 為 。當(dāng) 線(xiàn) 圈 中 有 高 頻 交 流 電 流 通 過(guò) 時(shí) ， 便 產(chǎn) 生 磁 通 。 此 交 變 磁 通 通 過(guò) 相 鄰 近 的 金 屬 板 ，金 屬 板 上 便 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 流 ， 這 種 電 流 在 金 屬 體 內(nèi) 是 閉 合 的 ， 稱(chēng) 為 渦 流 。 這 種 渦 流 將產(chǎn) 生 交 變 磁 通 1， 根 據(jù) 楞 次 定 律 ， 渦 流 的 交 變 磁 場(chǎng) 與 線(xiàn) 圈 的 磁 場(chǎng) 變 化 方 向 相 反 。 由于 渦 流 磁 場(chǎng) 的 作 用 使 原 線(xiàn) 圈 的 等

27、 效 阻 抗 發(fā) 生 變 化 ， 變 化 程 度 與 距 離 有 關(guān) 。影 響 因 素 ： 線(xiàn) 圈 與 金 屬 板 間 距 離 ； 金 屬 板 的 電 阻 率 ； 磁 導(dǎo) 率 ； 線(xiàn) 圈 激 磁 園 頻 率 等 。應(yīng) 用 ： 變 化 線(xiàn) 圈 與 金 屬 板 間 距 離 ， 可 作 為 位 移 、 振 動(dòng) 測(cè) 量 。 變 化 金 屬 板 的 電 阻 率 、磁 導(dǎo) 率 ， 可 作 為 材 質(zhì) 鑒 別 或 探 傷 等 。 可 用 于 動(dòng) 態(tài) 非 接 觸 測(cè) 量 。 用 作 渦 流 式 位 移 計(jì) 、 振 動(dòng) 測(cè) 量 儀 、 無(wú) 損 探 傷 儀 、 測(cè)厚 儀 等 。特 點(diǎn) ： 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ， 使

28、用 方 便 ， 不 受 油 污 等 介 質(zhì) 的 影 響 。 2)、 互 感 型 ： (差 動(dòng) 變 壓 器 式 ) 原 理 ： 將 被 測(cè) 位 移 轉(zhuǎn) 換 成 線(xiàn) 圈 互 感 變 化 。注 意 ： 1、 輸 出 交 流 電 壓 、 幅 值 與 鐵 心 位 移 成 正 比 。 只反 映 鐵 心 位 移 大 小 ， 不 反 映 移 動(dòng) 極 性 。 2、 零 點(diǎn) 殘 余 電 壓 。 原 因 ： 兩 次 級(jí) 線(xiàn) 圈 結(jié) 構(gòu) 不 對(duì)稱(chēng) ； 初 級(jí) 線(xiàn) 圈 銅 損 電 阻 、 鐵 磁 材 質(zhì) 不 均 勻 、 線(xiàn) 圈 間 分布 電 容 等 形 成 。 鐵 心 處 在 中 間 位 置 時(shí) ， 輸 出 不 為 零

29、 。解 決 辦 法 ： 后 接 電 路 。應(yīng) 用 ： 位 移 測(cè) 量 儀 。 適 用 于 直 線(xiàn) 位 移 的 測(cè) 量 、 顯 示 、 控 制 。 量 程 ： 0mm -1000mm 內(nèi) 任 何 規(guī)格 精 度 ： 0.5% 、 1% 、 1.5% 輸 出 ： 0-5V 、 0-10mA、 4-20mA 電 源 ： AC220V旋 轉(zhuǎn) 角 度 位 移 傳 感 器 (電 容 ) 量 程 ： 45 、 90 、 180 精 度 ： 0.5%、 1%、 1.5% 輸 出 ： 4-20mA 電 源 電 壓 ： DC 24V 電 感 式 直 線(xiàn) 位 移 傳 感 器 光 柵 是 一 種 新 型 的 位 移 檢

30、 測(cè) 元 件 ， 按 照 制 造 方 法 和 光 學(xué) 原 理的 不 同 ， 分 為 透 射 光 柵 和 反 射 光 柵 。 它 的 持 點(diǎn) 是 測(cè) 量 精 確 高 、響 應(yīng) 速 度 快 和 量 程 范 圍 大 等 。 1).光 柵 結(jié) 構(gòu) 光 柵 結(jié) 構(gòu) 把 指 示 光 柵 平 行 地 放 在 標(biāo) 尺 光 柵 上 面 ， 并 且 使 它 們 的 刻線(xiàn) 相 互 傾 斜 一 個(gè) 很 小 的 角 度 ， 這 時(shí) 在 指 示 光 柵 上 就 出 現(xiàn)幾 條 較 粗 的 明 暗 條 紋 ， 稱(chēng) 為 莫 爾 條 絞 。 它 們 是 沿 著 與 光柵 條 紋 幾 乎 成 垂 直 的 方 向 排 列 ， 如 圖

31、 所 示 。2).光 柵 原 理 主 光 柵 和 被 測(cè) 物 體 相連 ， 他 隨 被 測(cè) 物 體 的 直線(xiàn) 位 移 而 產(chǎn) 生 位 移 。 當(dāng)主 光 柵 產(chǎn) 生 位 移 時(shí) ， 莫爾 條 紋 便 隨 著 產(chǎn) 生 上 、下 位 移 ， 若 用 光 電 器 件記 錄 下 莫 爾 條 紋 通 過(guò) 某點(diǎn) 的 數(shù) 目 ， 便 可 知 主 光柵 移 動(dòng) 的 位 移 ， 也 就 測(cè)得 了 被 測(cè) 物 體 的 位 移 量 。 莫 爾 條 紋 的 特 征(1) 放 大 作 用 WWBCABBH 2422sin22放 大 倍 數(shù) 為 1/ , 越 小 , B越 大 。例 如 =0.1 時(shí) =0.1 =0.1 2

32、 /360 =0.00175432radW=0.02mm BH=11.4592mm。 光 柵 輸 出 信 號(hào) )cos)2cos(0 xUUxWUUU mavmav W2( , 由 于 位 移 是 一 個(gè) 矢 量 ， 即 要 檢 測(cè) 其 大 小 ， 又 要 檢 測(cè) 其 方向 ， 因 此 至 少 需 要 兩 路 相 位 不 同 的 光 電 信 號(hào) 。為 了 消 除 共 模 干 擾 、 直 流 分 量 和 偶 次 諧 波 ， 采 用 了 由 低漂 移 運(yùn) 放 構(gòu) 成 的 差 分 放 大 器 。 由 4個(gè) 光 敏 電 器 件 獲 得 的 4路 光 電 信 號(hào) 分 別 送 到 2只 差 分 放 大 器

33、 輸 入 端 ， 從 差 分 放 大器 輸 出 的 兩 路 信 號(hào) 其 相 位 差 為 /2， 為 得 到 判 向 和 計(jì) 數(shù) 脈沖 ， 需 對(duì) 這 兩 路 信 號(hào) 進(jìn) 行 整 形 ， 首 先 把 它 們 整 形 為 占 空比 為 1： 1的 方 波 ， 經(jīng) 由 兩 個(gè) 與 或 非 門(mén) 74LS54芯 片 組 成 的四 細(xì) 分 判 向 電 路 輸 入 可 逆 計(jì) 數(shù) 器 ， 最 后 送 入 單 片 機(jī) 系 統(tǒng)中 進(jìn) 行 處 理 。(3） 計(jì) 數(shù) 與 辨 向 電 路 計(jì) 數(shù) 辨 向 電 路設(shè) 計(jì) 數(shù) 器 記 得 脈 沖 數(shù) 為 N， 位 移 x=N W 光 柵 測(cè) 量 位 移 屬 于 增 量 式

34、 測(cè) 量 。 光 柵 尺 輸 出 信 號(hào) 為 矩 形 方 波 . A， B相 相 差 90 的 兩 路 波 形 ， 能 夠 指 示 出 移動(dòng) 距 離 以 及 方 向 。Z相 波 形 為 零 位 脈 沖 信 號(hào) ， 一 般 每 50mm一 個(gè)信 號(hào) 。(5)光 柵 傳 感 器 的 應(yīng) 用 安 裝 將 機(jī) 械 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 模 擬 量 轉(zhuǎn) 換 成 旋 轉(zhuǎn) 角 度 的 數(shù) 字 電 信 號(hào) ， 進(jìn) 行角 位 移 檢 測(cè) 的 傳 感 器 稱(chēng) 為 編 碼 器 。 編 碼 器 的 種 類(lèi) 很 多 ， 根 據(jù) 檢測(cè) 原 理 ， 它 可 以 分 為 電 磁 式 、 電 刷 式 、 電 磁 感 應(yīng) 式 及 光 電

35、式 等 。 由 于 光 電 編 碼 器 具 有 非 接 觸 和 體 積 小 的 特 點(diǎn) ， 且 分 辨 率 很高 ， 在 旋 轉(zhuǎn) 一 周 內(nèi) 已 能 產(chǎn) 生 數(shù) 百 萬(wàn) 個(gè) 脈 沖 ， 因 此 ， 它 是 目 前 應(yīng)用 最 為 廣 泛 的 一 種 編 碼 器 。 光 電 編 碼 器 在 數(shù) 控 機(jī) 床 、 機(jī) 器 人 的 位 置 控 制 、 機(jī) 床 進(jìn) 給 系統(tǒng) 的 控 制 以 及 角 度 的 測(cè) 量 、 通 訊 及 自 動(dòng) 化 控 制 等 方 面 部 發(fā) 揮 著重 要 的 作 用 。4.旋 轉(zhuǎn) 式 光 電 編 碼 器 轉(zhuǎn) 軸 碼 盤(pán) 及 狹 縫光 敏 元 件批 示 光 柵 及 辨 向用 的

36、A、 B狹 縫光 源 ABC 零 位 標(biāo) 志光 電 編 碼 器 1).增 量 式 旋 轉(zhuǎn) 光 電 編 碼 器 增 量 式 光 電 盤(pán)(1).工 作 原 理 編 碼 器 軸 每 旋 轉(zhuǎn) 一 圈 ， A相 和 B相 都 發(fā) 出 相 同 的 脈 沖 個(gè) 數(shù) ， 但 是 A相和 B相 之 間 存 在 一 個(gè) 90 （ 電 氣 角 的一 周 期 為 360 ） 的 電 氣 角 相 位 差 ，可 以 根 據(jù) 這 個(gè) 相 位 差 來(lái) 判 斷 編 碼 器 旋轉(zhuǎn) 的 方 向 是 正 轉(zhuǎn) 還 是 反 轉(zhuǎn) ， 正 轉(zhuǎn) 時(shí) ，A相 超 前 B相 90 先 進(jìn) 行 相 位 輸 出 ，反 轉(zhuǎn) 時(shí) ， B相 超 前 A相

37、90 先 進(jìn) 行 相位 輸 出 （ 如 下 圖 所 示 ） 。 編 碼 器 每 旋轉(zhuǎn) 一 圈 ， Z相 只 在 一 個(gè) 固 定 的 位 置 發(fā)一 個(gè) 脈 沖 ， 所 以 可 以 作 為 復(fù) 位 相 或 零位 相 來(lái) 使 用 。 ( ).旋 轉(zhuǎn) 方 向 的 判 別 2).絕 對(duì) 式 光 電 編 碼 器(1).測(cè) 量 原 理 (2).絕 對(duì) 式 光 電 碼 盤(pán) n2360min ( ).提 高 分 辨 率 的 方 法 插 值 法 3).光 電 編 碼 器 的 應(yīng) 用(1).在 數(shù) 控 機(jī) 床 中 的 應(yīng) 用 (2).角 度 及 轉(zhuǎn) 速 的 測(cè) 量 脈 沖 頻 率 法 脈 沖 周 期 法 集 電 極

38、 開(kāi) 路 輸 出 是 以 輸 出 電 路的 晶 體 管 發(fā) 射 極 作 為 公 共 端 ，并 且 集 電 極 懸 空 的 輸 出 電 路 。一 般 分 為 NPN集 電 極 開(kāi) 路 輸出 （ 見(jiàn) 圖 1） 和 PNP集 電 極 開(kāi)路 輸 出 （ 見(jiàn) 圖 2） 。 ).光 電 編 碼 器 的 接 線(xiàn)（ ） 集 電 極 開(kāi) 路 輸 出 NPN集 電 極 開(kāi) 路 輸 出 應(yīng) 用 于 當(dāng) 傳 感 器 的 工 作 電 壓 與 PLC的 輸 入電 壓 不 同 時(shí) ， 取 編 碼 器 晶 體 管 部 分 ， 另 外 串 入 電 源 ， 以 無(wú) 電 壓 形 式接 入 PLC。 但 是 需 要 注 意 的 是

39、， 外 接 電 源 的 電 壓 必 須 在 DC30V以下 ， 開(kāi) 關(guān) 容 量 每 相 35mA以 下 ， 超 過(guò) 這 個(gè) 工 作 電 壓 ， 則 編 碼 器 內(nèi) 部可 能 會(huì) 發(fā) 生 損 壞 。 PNP集 電 極 開(kāi) 路 輸 出 則 使 用 同 一 電 源 。 NPN集 電 極 開(kāi) 路 輸 出 PNP集 電 極 開(kāi) 路 輸 出接 線(xiàn) 方 式 如 下 圖 所 示 ： 電 壓 輸 出 是 在 集 電 極 開(kāi) 路 輸 出 的 電 路 基 礎(chǔ) 上 ， 在 電 源間 和 集 電 極 之 間 接 了 一 個(gè) 上 拉 電 阻 ， 使 得 集 電 極 和 電源 之 間 能 有 一 個(gè) 穩(wěn) 定 的 電 壓 狀

40、 態(tài) ， 見(jiàn) 圖 3。 電 壓 輸 出接 線(xiàn) 方 式 （ ） 電 壓 輸 出 （ ） 互 補(bǔ) 輸 出是 輸 出 上 具 備 NPN和 PNP兩 種 輸 出 晶 體 管 的 輸 出 電 路 。 根據(jù) 輸 出 信 號(hào) 的 H、 L2個(gè) 輸 出 晶 體 管 交 互 進(jìn) 行 ON、 OFF動(dòng) 作 ， 比 集 電 極 開(kāi) 路 輸 出 的 電 路 傳 輸 距 離 能 稍 遠(yuǎn) ， 也 可 與集 電 極 開(kāi) 路 輸 入 機(jī) 器 （ NPN、 PNP） 連 接 。 輸 出 電 路 見(jiàn) 圖 4。 （ ） 線(xiàn) 性 驅(qū) 動(dòng) 輸 出是 采 用 RS-422標(biāo) 準(zhǔn) ， 用 AM26LS31芯 片 應(yīng) 用 于 高 速 、 長(zhǎng) 距離 數(shù) 據(jù) 傳 輸 的 輸 出 模 式 。 信 號(hào) 以 差 分 形 式 輸 出 ， 因 此 抗干 擾 能 力 更 強(qiáng) 。 輸 出 信 號(hào) 需 專(zhuān) 門(mén) 能 接 收 線(xiàn) 性 驅(qū) 動(dòng) 輸 出 的設(shè) 備 才 能 接 收 。 輸 出 電 路 見(jiàn) 圖 5。