机电一体化系统设计--第三章 传感检测及其接口电路.pptVIP

第三章 传感检测及其接口电路 第一节 传感器 一、传感器定义及分类 1、定义： 传感器是将力、温度、位移、速度等量转换成电信号的元件。 2、分类：按输出信号分： 三、传感器特性： 静态特性：1、线性度：传感器实际特性曲线与拟合直线之间的偏差 2、灵敏度：输出变化对输入变化的比值 3、迟滞性：在正反行程期间输入—输出特性曲线不重合程度 4、重复性：输入量按同一方向多次测试时所得特性曲线的不重合程度 动态特性：传递函数、时间响应函数、频率响应函数、脉冲响应函数。 四、传感器选用原则 快速、准确、可靠、经济的获取信号 1）足够的量程 2）与测量或控制系统匹配、转换灵敏度高 3）精度适当、稳定性高 4）反应速度快、工作可靠 5）适用性和适应性强 6）使用经济 第二节 位移测量传感器 一、电容传感器 1. 变极距型电容传感器 ： 当动极板因被测量变化而向上移动使δ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。Δδ/ δ0≤0.1 2. 变面积型电容传感器 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。 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，极距不变，相对介电常数不同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。 二、电感式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 （二）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。 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。 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。 应用：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。 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。 三、光栅 光栅是一种新型的位移检测元件，它的特 点是测量精确度高、响应速度快和量程范围大等。 1、光栅的构造： 2、工作原理： 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。 3、光栅的莫尔条纹有如下特点： （1）起放大作用。 （2）莫尔条纹的移动与栅距成正比。 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。 1.感应同步器结构 测量方法 根据对滑尺绕组供电方式的不同，以及对输出电压检测方式的不同，感应同步器的测量方式有鉴相式和鉴幅式两种工作法。 (1) 鉴相式 根据感应电动势的相位来检测位移量，在滑尺的正弦绕组上分别输入频率、振幅相同但相位差90。的励磁电压。 UA=UMsinωt UB=UMcosωt eA=KUAcosθ eB=－KUBsinθ e=eA+eB=KUAcos θ－KUBsin θ = KUMsinωt cos θ－K UMcosωt sin θ = KUMsin(ωt－ θ) θ：滑尺、定尺相对位移的折算角 θ=(L/ W)360 L= (θ/360) W