【正文】 機(jī) 電 一 體 化 技 術(shù) 檢測與傳感器 ? 概 述 ? 線位移傳感器 ? 角位移傳感器 ? 速度傳感器 ? 加速度傳感器 ? 測力傳感器 ? 壓力傳感器 ? 光電傳感器 ? 光纖傳感器 ? 磁感應(yīng)式接近開關(guān) ? 溫度傳感器 ? 傳感器的準(zhǔn)確選擇和使用 ? 傳感器的信號(hào)采集與處理 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 概 述 檢測是利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關(guān)信息通過 檢查與測量 的方法賦予 定性與定量 結(jié)果的過程。 大腦 感覺器官 肌肉 關(guān)節(jié) 視覺 嗅覺 聽覺 味覺 觸覺 神經(jīng) 神經(jīng) 四肢 控制器 驅(qū)動(dòng)器 執(zhí)行 機(jī)構(gòu) 傳感器 接口 /通信 接口 /通信 ? 機(jī)電一體化與人 傳感器相當(dāng)于人的感覺器官 ， 控制器相當(dāng)于人的大腦 ， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)于肌肉和關(guān)節(jié) ，接口及通信系統(tǒng)相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng) 。 要使機(jī)電一體化有效地發(fā)揮作用 ， 必須首先借助傳感器獲取外部環(huán)境和系統(tǒng)內(nèi)部各種各樣的信息 。 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 概 述 ? 傳感器 傳感器是一種以測量為目的 、 以一定的精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的 、 便于處理的另一種物理量的測量器件 。 傳感器的輸出信號(hào)多為易處理的電量 ， 如電壓 、 電流 、 頻率等 。 傳感器由敏感元件 、 傳感元件及測量轉(zhuǎn)換電路組成 。 敏感元件 傳感元件 測量轉(zhuǎn)換電路 非電量 非電量 電參量 電量 （被測量） 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 概 述 電 橋 放 大 顯 示 彈性敏感元件 電阻應(yīng)變片 信號(hào)處理電路 被測壓力 F R U 在彈性敏感元件上粘貼有一種稱電阻應(yīng)變片的傳感元件 ， 該傳感元件能將變形量轉(zhuǎn)換為電阻值（ 電參量 ） 的變化 。 應(yīng)變片電阻值的變化由電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出 ， 電橋電路即為測量轉(zhuǎn)換電路 。 因?yàn)樵谵D(zhuǎn)換過程中 ，壓力 、 變形量 、 電阻值及電壓均成線性關(guān)系 ， 因此 ，最終壓力與電壓成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系 。 壓力轉(zhuǎn)換成電壓后 ， 經(jīng)過放大等一系列處理 ， 由手持式顯示器顯示出壓力變化值 。 ? 傳感器分類 （ 1） 按被測量分類 位移 、 力 、 力矩 、 轉(zhuǎn)速 、 振動(dòng) 、 加速度 、 溫度 、 壓力 、 流量 、 流速等傳感器 。 （ 2） 按測量原理分類 電阻 、 電容 、 電感 、 光柵 、 熱電偶 、 超聲波 、 激光 、 紅外 、 光導(dǎo)纖維等傳感器 。 很多情況下 ， 傳感器的命名是將被測量和被測原理相結(jié)合的 ， 如電容式加速度傳感器 ， 表示該傳感器的測量對(duì)象是加速度 ， 測量原理是電容的變化值 。 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 概 述 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 線位移傳感器 1螺旋管式差動(dòng)線圈 2鐵心 3銜鐵 4測桿 5工件 測微是指測量幾個(gè)微米 （ ?m）至幾個(gè)毫米 （ mm） 位移量的變化 。 銜鐵在線圈中伸入長度的變化將引起螺旋管線圈電感量的變化 。當(dāng)銜鐵偏離中間位置時(shí) ， 兩個(gè)線圈的電感量一個(gè)增加 ， 一個(gè)減小 ， 形成差動(dòng)形式 。 對(duì)于長螺旋管 ， 銜鐵工作在螺旋管中部一定區(qū)域時(shí) ， 線圈電感量與銜鐵移動(dòng)的微小距離成線性關(guān)系 。 差動(dòng)式電感傳感器對(duì)外界影響 ，如溫度的變化 、 電源頻率的變化等基本上可以互相抵消 ， 銜鐵承受的電磁吸力也較小 ， 從而減小了測量誤差 。 電感式滾柱直徑分選裝置 1氣缸 2活塞 3推桿 4被測滾柱 5落料管 6電感測微器 7鎢鋼測頭 8限位擋板 9電磁翻板 10容器（料斗） 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 線位移傳感器 線位移傳感器 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 電位器式位移傳感器是基于電阻分壓比原理來進(jìn)行位移測量的 ， 用于直線位移的測量 ，最大行程可達(dá) 500mm。 2． 電位器式位移傳感器 電位器式位移傳感器的輸出電壓 Uo與直線位移 x成正比 ， 即 Uo＝ （ x/L） Ui L為直線電阻長度 。 由于滑動(dòng)觸點(diǎn)與導(dǎo)電塑料和引出軌道之間相互接觸 ， 易磨損 ， 所以電位器式位移傳感器適用于位移變化不是很頻繁的場合 。 L x VCC OUT GND VCC（棕） OUT（黑） GND（藍(lán)） 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 線位移傳感器 電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬量的電子器件 。 當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí) ， 金屬表面將吸取電渦流探頭中的高頻振蕩能量 ， 使振蕩器的輸出幅度線性地衰減 ， 根據(jù)衰減量的變化或振蕩頻率的變化 ， 可計(jì)算出與被檢物體的距離 、 振動(dòng)等參數(shù) 。 電渦流位移傳感器屬于非接觸測量 ， 工作時(shí)不受灰塵等因素的影響 ，可在各種惡劣條件下使用 。 3. 電渦流位移傳感器 δ 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 線位移傳感器 4. 電渦流位移傳感器應(yīng)用（ 1） 注塑機(jī)開合模間隙 封口機(jī)工作間隙 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 線位移傳感器 4. 電渦流位移傳感器應(yīng)用（ 2） 偏心和振動(dòng)檢測 冷軋板厚度測量 線位移傳感器 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 在透射式直線光柵中 ， 把主光柵與指示光柵的刻線面相對(duì)疊合在一起 ， 中間留有很小的間隙 ， 并使兩者的柵線保持很小的夾角 。 在兩光柵的刻線重合處 ， 光從縫隙透過 ，形成亮帶；在兩光柵刻線的錯(cuò)開處 ，由于相互擋光作用而形成暗帶 ， 該亮暗帶稱摩爾條紋 。 光柵水平方向正反移動(dòng)時(shí) ， 摩爾條紋上下移動(dòng) 。因?yàn)槟枟l紋對(duì)柵距的放大作用 ，摩爾條紋距離為 L（ L＞＞ W） ， 光敏元件將摩爾條紋轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào) 。每移動(dòng)一個(gè)柵距 ， 即產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào) 。 光柵指標(biāo)：線 /mm 如 1 0 0 線 / m m ， 則柵距W=， 若計(jì)數(shù)脈沖 1000， 則光柵移動(dòng)距離為 1000=10mm ? 原 理 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 線位移傳感器 5. 直線光柵 尺身 可移動(dòng)電纜 掃描頭 摩爾條紋 ? 概 述 線位移傳感器 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 倍頻技術(shù)能在不增加光柵刻線數(shù)及價(jià)格的情況下提高光柵的分辨力 。 細(xì)分前 ， 光柵的分辨力只有一個(gè)柵距的大小 。 采用 4倍頻技術(shù)后 ， 計(jì)數(shù)脈沖的頻率提高了 4倍 ， 相當(dāng)于原光柵的分辨力提高了 3倍 ， 測量步距是原來的 1/4，較大地提高了測量精度 。 倍頻前 倍頻后 ? 倍 頻 有一直線光柵 ， 每毫米刻線數(shù)為50， 細(xì)分?jǐn)?shù)為 4細(xì)分 ， 則： 分辨力 ? =W /4 =（ 1mm/50） /4 ==5?m 采用細(xì)分技術(shù) ， 在不增加光柵刻線數(shù) （ 成本 ） 的情況下 ， 將分辨力提高了 3倍 。 角位移傳感器 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 1. 圓盤形電位器式角位移傳感器 電位器式角位移傳感器是基于 電阻分壓比原理 來進(jìn)行角度測量的 。 電位器式角位移傳感器的輸出電壓 Uo與角位移 θ， 即 Uo＝ （ θ /360186。） Ui VCC GND OUT θ 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 角位移傳感器 2. 編碼器 ? 軸式 套式 電信號(hào) 二進(jìn)制編碼 脈沖 ? ? 外觀 角位移傳感器 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 位置反饋 ? x 通過測量滾珠絲杠的角位移 ?， 間接獲得工作臺(tái)的直線位移 x， 構(gòu)成 位置半閉環(huán) 伺服系統(tǒng) 。 x＝ t/360? ? 螺母 絲杠 螺距 ? 測量方式 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 角位移傳感器 1 1 1 1 ? 輸出 n位二進(jìn)制編碼，每一個(gè)編碼對(duì)應(yīng)唯一的角度。 ? 0 0 0 0 0? 0 0 0 1 ? 0 0 1 0 45 ? 1 1 1 1 ? 3. 絕對(duì)式測量 （ ABS） ? 二進(jìn)制編碼 角位移傳感器 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 4位二進(jìn)制碼盤 4個(gè)電刷 （導(dǎo)電為“ 1” ，非導(dǎo)電為“ 0” ） 最小分辨角 ?＝ 360176。 ／ 2n 當(dāng) n＝ 4， ?＝ 360176。 ／ 24＝ 176。 ? 分辨角 角位移傳感器 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 ? 輸出信號(hào)為一串脈沖 ， 每一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)分辨角 ?， 對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) N， 就是對(duì) ? 的累加 ，即 ， 角位移 ? ＝ ?N。 如： ?＝ ?， 脈沖 N＝1000， 則：