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第三章 传感器及测量系统;3.1 传感器及测量系统概述 ;发展趋势： (1)集成化：集成（传感器、放大器、运算器、补偿器等）；组合（不同功能的传感器）；排列（成矩阵）。 (2)多功能化：如温度与湿度、气敏与湿度、速度与长度等多功能传感器。 (3)智能化：不但能对外界信号进行转换与测量，同时还具有记忆存储、运算及数据处理等功能。 (4)数字化：数字显示与微处理机的应用，使传感器应用更为方便，可提高稳定性及精度，简化结构。;3.2 模拟量传感器及测量电路 ;传感检测系统;;四、传感器选用原则 ;第二节 位移测量传感器;3．变介质型电容传感器 原理结构如图。图中两平行极板固定不动，极距为，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??测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体的物质的湿度。 ;二、电感式传感器被测量转换为电感量变化的装置。变换原理：电磁感应原理。按变换方式的不同分为自感型（可变磁阻式与涡流式)与互感型(差动变压器）。1、自感型（一）可变磁阻式;光栅;图3-18 莫尔条纹示意; 光栅莫尔条纹的特点是起放大作用,用W表示条纹宽度,P表示栅距,θ表示光栅条纹间的夹角,则有 若P＝0.01mm,把莫尔条纹的宽度调成10mm,则放大倍数相当于1000倍,即利用光的干涉现象把光栅间距放大1000倍,因而大大减轻了电子线路的负担。 光栅测量系统的基本构成如图3-19所示。   ;图3-19 光栅测量系统; 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。;感应同步器;圆盘式感应同步器如图3-21所示,其转子相当于直线感应同步器的滑尺,定子相当于定尺,而且定子绕组中的两个绕组也错开1/4节距。 ; （1） 鉴相式。 所谓鉴相式,就是根据感应电势的相位来鉴别位移量。 即uA=Umsinωt,uB=Umcosωt时,则定尺上的绕组由于电磁感应作用将产生与激磁电压同频率的交变感应电势。图3-22说明了感应电势幅值与定尺和滑尺相对位置的关系。 ;图3-22 滑尺绕组位置与定尺感应电势幅值的变化关系; 滑尺在定尺上每滑动一个节距,定尺绕组感应电势就变化了一个周期,即 eA=Ku –Acosθ  式中: ; K——滑尺和定尺的电磁耦合系数；  θ——滑尺和定尺相对位移的折算角。 若绕组的节距为W,相对位移为l,则  ; 同样,当仅对正弦绕组B施加交流激磁电压UB时,定尺绕组感应电势为 e B=-Ku B sinθ  对滑尺上两个绕组同时加激磁电压,则定尺绕组上所感应的总电势为  e =e A+eB=Ku A cosθ-KuBsinθ =KUm sinωt cosω-KU m cosωtsinω =KUm sin (ωt-θ)  从上式可以看出,感应同步器把滑尺相对定尺的位移l的变化转成感应电势相角θ的变化。因此,只要测得相角θ,就可以知道滑尺的相对位移l：  ; （2）鉴幅式。 在滑尺的两个绕组上施加频率和相位均相同,但幅值不同的交流激磁电压uA和uB。  uA=Umsinθ-1sinωt （4-16） uB=Umcosθ -1 sinωt （4-17） 式中: θ1——指令位移角。 设此时滑尺绕组与定尺绕组的相对位移角为θ,则定尺绕组上的感应电势为 e =KuA cosθ-KuB sinθ=KUm (sinθ -1 cosθ-cosθ-1sinθ)sinωt=KUm sin (θ1-θ) sinωt （4-18）   ;;3.3 速度、加速度检测; 3.3.1 光电式转速传感器 光电式转速传感器是一种角位移传感器,由装在被测轴(或与被测轴相连接的输入轴)上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成,如图3-23所示。 ;图 3-23 光电式转速传感器的结构原理图; 根据测量单位时间内的脉冲数N,则可测出转速为  式中: ; Z——圆盘上的缝隙数；  n——转速(r／min)；  t——测量时间(s)。 一般取Zt=60×10m(m＝0,1,2,…)。利用两组缝