【正文】 組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映編碼器軸的轉(zhuǎn)速或者加速度。因此，帶型磁柵在工作時磁頭是壓在磁帶上的，這樣即使帶面有些不平整，磁頭與磁帶也能良好的接觸。鑒相器輸出是感應(yīng)電動勢與參考信號的相位差，即對應(yīng)的位移值。圖25 感應(yīng)同步器如圖26所示為感應(yīng)同步器原理，感應(yīng)同步器由兩個磁耦合部件組成，其工作原理類似于一個多極對的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。圖22 電阻尺二、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是利用電磁原理將位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。電刷滑動時，導(dǎo)線是一圈一圈被接入的，長度變化是不連續(xù)的，其與電刷滑動量之間呈現(xiàn)階躍特性。能夠正確選用數(shù)顯表。結(jié)合圖片講解光電耦合器常見的組合形式。講解霍爾效應(yīng)基本原理，及霍爾電動勢。 ℃；結(jié)構(gòu)安裝尺寸，在相同條件下，盡可能選用表盤較大的顯示儀表，容易觀察和讀數(shù)；考慮傳感器情況；考慮工作電源；考慮通信接口等。(1)如果舊設(shè)備改造，需要充分了解原來設(shè)備的用途、型號、原來使用表頭的外形尺寸和型號、配合的傳感器等，這是進(jìn)行設(shè)備改造的基礎(chǔ)。%FS。（3）具有小數(shù)點(diǎn)設(shè)定、比率、量程及零點(diǎn)自由調(diào)整功能。任務(wù)三 接近開關(guān)的應(yīng)用（二）一、 數(shù)顯表簡介數(shù)顯表輸入信號一般為開關(guān)量和模擬量，信號經(jīng)過計數(shù)電路或者模/數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換），采用數(shù)碼發(fā)光二極管（LED）或液晶屏幕來完成顯示功能，作為檢測器件的顯示終端和人機(jī)界面。根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。三、感應(yīng)型接近開關(guān)感應(yīng)式傳感器也稱為渦流式傳感器，由振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路三部分組成。光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖118所示。光敏電阻的測量原理如圖116 所示。圖19 霍爾計數(shù)裝置二、光電效應(yīng)型接近開關(guān)光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，這類光致電變的現(xiàn)象統(tǒng)稱為光電效應(yīng)，如圖110所示。圖16霍爾開關(guān)1)霍爾式位移傳感器霍爾元件具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)特性好和壽命長的優(yōu)點(diǎn)，它不僅用于磁感應(yīng)強(qiáng)度、有功功率及電能參數(shù)的測量，也在位移測量中得到廣泛應(yīng)用。素質(zhì)目標(biāo)： 教學(xué)重點(diǎn)接近開關(guān)的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)接近開關(guān)的基本工作原理教學(xué)手段理實(shí)一體實(shí)物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時10教 學(xué) 內(nèi) 容 與 教 學(xué) 過 程 設(shè) 計注 釋項目一 開關(guān)量檢測〖理論學(xué)習(xí)〗任務(wù)一 認(rèn)識接近開關(guān)一、霍爾效應(yīng)型接近開關(guān)霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動電荷在磁場作用下受到洛侖茲力作用的結(jié)果。如圖12所示，把N型半導(dǎo)體薄片放在磁場中，通以固定方向的電流i圖12霍爾效應(yīng)（從a點(diǎn)至b點(diǎn)），那么半導(dǎo)體中的載流子（電子）將沿著與電流方向相反的方向運(yùn)動。圖17 霍爾式位移傳感器的工作原理圖2)霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器圖18 所示的是幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。圖110 光電效應(yīng)光電管的典型結(jié)構(gòu)如圖111 所示。圖116 光敏電阻的測量原理光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般的二極管相似，其 PN 結(jié)對光敏感。圖118 光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理1)光電耦合器光電耦合器的發(fā)光和接收元件都封裝在一個外殼內(nèi)，一般有金屬封裝和塑料封裝兩種。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場，并達(dá)到感應(yīng)距離時，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的電磁感應(yīng)參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通斷。（2）輸入濾波器。（4）逆變?？刂齐娐芬环矫鎻妮敵龆巳?，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定；另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。二、數(shù)顯表規(guī)格與應(yīng)用其特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。（4）帶隔離變送功能，隔離485通信功能。 （7）應(yīng)用范圍有二線制變送器、壓力傳感器、四線制稱重傳感器等，具有mA、mV和V輸出或者電阻類檢測的傳感器檢測設(shè)備。(2)若是研制新型產(chǎn)品，需要設(shè)定檢測需要達(dá)到的目標(biāo)值?！紝?shí)訓(xùn)〗1. 接近開關(guān)的特性檢測2. 接近開關(guān)對不同材料的敏感性檢測3. 使用接近開關(guān)檢測轉(zhuǎn)動次數(shù)〖思考與練習(xí)〗。了解霍爾傳感器的應(yīng)用。結(jié)合圖片講解感應(yīng)接近開關(guān)原理。教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：了解位移傳感器檢測的一般方法，掌握各種位移傳感器的量程、精度等檢測性能，掌握直線型位移傳感器的使用方法，掌握無接觸狀態(tài)下的位移傳感器的使用方法能力目標(biāo)： 認(rèn)識各種位移傳感器及其檢測適應(yīng)性，裝配使用光柵尺位移傳感器應(yīng)用系統(tǒng)，使用無接觸超聲波位移傳感器實(shí)現(xiàn)基本一維定位素質(zhì)目標(biāo)： 教學(xué)重點(diǎn)各種位移傳感器及其檢測適應(yīng)性教學(xué)難點(diǎn)光柵尺位移傳感器應(yīng)用系統(tǒng)教學(xué)手段理實(shí)一體實(shí)物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時11教 學(xué) 內(nèi) 容 與 教 學(xué) 過 程 設(shè) 計注 釋項目二 位移檢測〖理論學(xué)習(xí)〗任務(wù)一 認(rèn)識位移傳感器一、電阻尺將被測量轉(zhuǎn)換為電阻變化是電阻傳感器的基本思路，電阻式位移傳感器由位移轉(zhuǎn)換為電阻的原理如圖21（a）所示。這種躍變限定了變阻器的靜態(tài)靈敏度，而動態(tài)靈敏度則由電刷的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動慣量決定，變阻器的躍變特性如圖21（b）所示。根據(jù)用途可將感應(yīng)同步器分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種，分別用于檢測線位移和角位移。圖26 感應(yīng)同步器原理如圖28所示，脈沖發(fā)生器發(fā)出頻率一定的脈沖系列，輸出參考信號方波和指令信號方波，指令信號方波使勵磁供電線路產(chǎn)生振幅頻率相同而相位差為90176。圖28 感應(yīng)同步器的鑒相控制示例三、磁柵尺與錄音技術(shù)相似，通過記錄磁頭在磁性尺（或盤）上錄制出間隔嚴(yán)格相等的磁波，稱為磁柵。 mm的間隙，由于裝配和調(diào)整不可能達(dá)到理想狀態(tài)，故實(shí)際上線型磁柵也處于準(zhǔn)接觸式的工作狀態(tài)。光電編碼器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖212所示。圖212 光電編碼器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖213 A、B、Z三相光電編碼盤除了增量式光電編碼器之外，還有一種絕對式光電編碼器，其原理如圖214所示。（1）莫爾條紋由光柵的大量刻線共同形成，對線紋的刻畫誤差有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周期誤差的影響。)。同樣，在接收光強(qiáng)的地方設(shè)置兩個光電傳感器，分別為光敏元件1和光敏元件2。為了保證檢測的精度，除了對光柵的刻劃質(zhì)量和運(yùn)動精度有要求外，還必須對光柵的莫爾條紋信號的質(zhì)量加以要求，因?yàn)檫@影響電子細(xì)分的精度，也就是影響光柵檢測信號的細(xì)分?jǐn)?shù)（倍頻數(shù)）和檢測分辨力（檢測步距）。1）光柵絕對位置的確立為了縮短回零位的距離，一般設(shè)計了在檢測全長內(nèi)按距離編碼的參考標(biāo)記，每當(dāng)經(jīng)過兩個參考標(biāo)記后就可以確定光柵尺的絕對位置。5．光柵尺故障及處理三、光柵尺專用數(shù)顯表頭圖222所示為機(jī)床常用的光柵尺專用數(shù)顯表，光柵尺指示光柵所處在標(biāo)尺光柵的位置顯示到如圖所示的左上部分，分為x、y和z三個方向，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)空間上三個坐標(biāo)的定位。波長越長，頻率越小，檢測距離越大，如具有毫米級波長的緊湊型傳感器的檢測范圍為300~500 mm。~15176。還需要注意的是，一個垂直于聲波軸的平直的目標(biāo)物體將把大部分的能量反射回傳感器。圖230 氣流對超聲波檢測的影響圖231 反射面角度對超聲波檢測的影響在檢測時，超聲波傳感器引線為5條，如圖233所示。，請設(shè)計超聲波傳感器的使用說明書。教師講解磁柵的工作原理，學(xué)生分析其特點(diǎn)。學(xué)生分組討論光柵尺在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題及解決方法。圖31 電容式傳感器1）變面積型電容傳感器 圖32 電容傳感器的形式2）極距變化型電容傳感器如圖33（a）所示，如平行電容器兩個極板間覆蓋面積和極間介質(zhì)不變，則其電容量C與極距呈現(xiàn)非線性關(guān)系。圖中考慮了電容器的損耗和電感效應(yīng)，Rp為并聯(lián)損耗電阻，它代表極板間的泄漏電阻和介質(zhì)損耗。圖35 電容式傳感器的等效2）測量電路（1）調(diào)頻測量電路。電容式傳感器的特點(diǎn)如下。（2）小的靜電引力和良好的動態(tài)特性。電容式傳感器廣泛地應(yīng)用在位移、振動、角度和加速度等機(jī)械量的精密檢測，而且目前檢測范圍已經(jīng)擴(kuò)大到了壓力、液面和成分等方面的檢測。圖310 可變磁阻式傳感器的構(gòu)造原理圖311列出了幾種常用可變磁阻位移傳感器的典型結(jié)構(gòu)方案。圖311（c）所示是單螺線管線圈型位移傳感器結(jié)構(gòu)，當(dāng)鐵芯在線圈中移動時，磁阻改變，使得線圈自感發(fā)生改變。圖312所示為渦流傳感器的工作原理。圖316 差動變壓器傳感器差動變壓器式位移傳感器的使用具有的特點(diǎn)。圖324所示為一維線性圖像傳感器（PSD）的結(jié)構(gòu)原理，光敏元陣列與CCD之間有一層轉(zhuǎn)移控制柵，CCD作為移位寄存器。與此同時，上一次的一串電荷信號沿移位寄存器順序地轉(zhuǎn)移并串行輸出。把OCR 的“讀取頭”傳感過來的信號放大后，經(jīng)A/D 變換后的二進(jìn)制信號通過特別濾光片后，文字更加清晰，然后把文字逐個斷切出來。激光器有很多種，尺寸大至幾個足球場，小至一粒稻谷或鹽粒?；谌菣z測原理的激光位移傳感器采用激光作為光源投射一個亮點(diǎn)或者直線條紋到被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線型相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，CCD線型相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個光點(diǎn)，根據(jù)這個角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號處理器就能計算出傳感器和被測物體之間的距離。三、光纖式傳感器光導(dǎo)纖維是用比頭發(fā)絲還細(xì)的石英玻璃絲制成的，每一根光導(dǎo)纖維由一個圓柱形芯子、包層、保護(hù)套組成。光在界面上經(jīng)無數(shù)次反射，呈鋸齒形狀路線在芯內(nèi)向前傳播，最后從光纖的另一端傳出，這就是光纖的導(dǎo)光原理。當(dāng)一個光脈沖信號通過光纖時，由于光纖的色散，在輸出端的光脈沖被展寬，出現(xiàn)明顯失真，這種現(xiàn)象稱為色散。當(dāng)光從光纖的一端射入從另一端射出時，光強(qiáng)將減弱，光在光纖中傳播時產(chǎn)生了損耗。整個過程中，光束經(jīng)由光纖導(dǎo)入，通過調(diào)制器后再射出，其中光纖的作用首先是傳輸光束，其次是起到光調(diào)制器的作用。此類傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高，但是它需用特殊光纖和先進(jìn)的檢測技術(shù)，因此，成本高。此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術(shù)，比較容易實(shí)現(xiàn)，成本低，但靈敏度也較低，應(yīng)用于對靈敏度要求不太高的場合。，要求檢測速度能跟得上流水線生產(chǎn)的速度。根據(jù)圖33引導(dǎo)學(xué)生討論電容的變化量及靈敏度。學(xué)生分組討論不同結(jié)構(gòu)的可變磁阻傳感器。講解激光三角法檢測原理圖。素質(zhì)目標(biāo)： 教學(xué)重點(diǎn)各種速度傳感器的量程、精度等檢測性能教學(xué)難點(diǎn)各種速度傳感器的量程、精度等檢測性能教學(xué)手段理實(shí)一體實(shí)物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時7教 學(xué) 內(nèi) 容 與 教 學(xué) 過 程 設(shè) 計注 釋項目四 速度和加速度檢測系統(tǒng)〖理論學(xué)習(xí)〗任務(wù)一 認(rèn)識速度傳感器一、測速發(fā)電機(jī)傳感器的要求測速發(fā)電機(jī)(tachogenerator)是一種檢測機(jī)械轉(zhuǎn)速的電磁裝置。（2）剩余電壓（轉(zhuǎn)速為零時的輸出電壓）要小。（6）摩擦轉(zhuǎn)矩和慣性要小。永磁式測速發(fā)電機(jī)原理如圖43所示。1．電樞反應(yīng)的影響當(dāng)直流測速發(fā)電機(jī)帶負(fù)載時，負(fù)載電流流經(jīng)電樞，產(chǎn)生電樞反應(yīng)的去磁作用，使電機(jī)氣隙磁通減小。電刷接觸電阻是非線性的，它與流過的電流密度有關(guān)。考慮電刷接觸壓降的影響時，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性如圖46所示。4．溫度的影響電磁式直流測速發(fā)電機(jī)在實(shí)際工作時，由于周圍環(huán)境溫度的變化以及發(fā)電機(jī)本身發(fā)熱（由發(fā)電機(jī)各種損耗引起），都會引起發(fā)電機(jī)中勵磁繞組電阻的變化。所以，溫度的變化對電磁式直流測速發(fā)電機(jī)輸出特性的影響是很大的。由于發(fā)電機(jī)中每個電樞元件的感應(yīng)電動勢是變化的，所以電樞電動勢也不是恒定的，即存在紋波。三、交流異步測速發(fā)電機(jī)交流測速發(fā)電機(jī)分為同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī)兩大類。鼠籠轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)輸出斜率大，但線性度差，相位誤差大，剩余電壓高，一般只用在精度要求不高的控制系統(tǒng)中。當(dāng)電機(jī)的勵磁繞組加上頻率為f的交流電壓f，則在勵磁繞組中就會有電流f通過，并在內(nèi)外定子間的氣隙中產(chǎn)生脈振磁場。因此，脈振磁場在勵磁繞組和轉(zhuǎn)子杯中分別產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為變壓器電動勢。圖48異步測速發(fā)電機(jī)的工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子杯中除了上述變壓器電動勢外，轉(zhuǎn)子杯導(dǎo)條切割磁通d而產(chǎn)生切割電動勢r（或稱旋轉(zhuǎn)電動勢），如圖4