機電一體化系統(tǒng)設(shè)計第5章檢測系統(tǒng)設(shè)計-文庫吧資料
2025-01-13 20:17本頁面
【正文】 電阻材料或磁性材料把元件、傳輸導線、電路及組合件包圍起來，以隔離內(nèi)外電磁或電場的相互干擾。各種外界因素要影響傳感器的精度和性能，所以在檢測系統(tǒng)中，抗干擾是非常重要的，尤其是在微弱輸入信號的系統(tǒng)中。傳感器使用前要進行標定，使用一段時間后還要定期進行校正，檢查精度性能是否滿足原設(shè)計指標。 一、傳感器的選擇 ? ? 在機電一體化測控系統(tǒng)中，特別是需對被測參量進行顯示時，總是希望傳感器及檢測電路的輸出和輸入特性呈線性關(guān)系，使測量對象在整個刻度范圍內(nèi)靈敏度一致，以便于讀數(shù)及對系統(tǒng)進行分析處理。 ? 。 ? 。若梁的自由端有一被測力 P，則應變與 P力的關(guān)系為： 件 EbhPL26?? 傳感器的正確選擇和使用 ? 一、傳感器的選擇 ? 二、傳感器的正確使用 ? 。可測量 牛頓到幾千牛頓的拉、壓力。 測力傳感器 a)PPb)P1R 4 R2R4R1R2RR3 R3Pc)RR 1R3A1RD R3 R 42B4R2CR? 2. 懸臂梁式彈性元 ? 其特點是結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、應變片粘貼容易、靈敏度較高。如下圖所示。這種加速度傳感器的精度較高，頻率響應范圍寬，可以測得很高的加速度值。該傳感器采用差動式結(jié)構(gòu)，有兩個固定電極，兩極板之間有一用彈簧支撐的質(zhì)量塊，此質(zhì)量塊的兩端經(jīng)過磨平拋光后作為可動極板。壓電加速度傳感器的頻率范圍廣、動態(tài)范圍寬、靈敏度高、應用較為廣泛。壓電元件產(chǎn)生 四、加速度傳感器 引出線3質(zhì)量塊1 殼體壓電晶片m4 2 ?的變形和由此產(chǎn)生的電荷與加速度成正比。 應變片m懸臂梁Z ( t )0Z ( t )1充以阻尼液體的殼體四、加速度傳感器 ? 壓電加速度傳感器結(jié)構(gòu)原理如右圖所示。殼體內(nèi)灌滿的粘性液體作為阻尼之用。它由重塊、懸臂梁、應變片和阻尼液體等構(gòu)成。最常用的有應變片式和壓電式等。 10mA（ max），頻帶寬度 ≥500Hz。差動變壓器式的原邊線圈同時供以直流和交流電流，即 三、差動變壓器式速度傳感器 tIti m ?s in)( 0 I??交流電源直流電源加法器跟隨器跟隨器i ( t )xdxdt減法器低通濾波器放大器 U ? 當差動變壓器以被測速度 V=dx/dt移動時，在其副邊兩個線圈中產(chǎn)生感應電勢，將它們的差值通過低通濾波器濾除勵磁高頻角頻率后，則可得到與速度 v（ m/s）相對應的電壓輸出，即 差動變壓器漂移小，其主要性能為：測量范圍10~2022mm/s（可調(diào)），輸出電壓 177。光源發(fā)出的光通過縫隙圓盤和指示縫隙盤照射到光電器件上，當縫隙圓盤隨被測軸轉(zhuǎn)動時，圓盤每轉(zhuǎn)一周，光電器件輸出與圓盤縫隙數(shù)相等的電脈沖，根據(jù)測量時間 t內(nèi)的脈沖數(shù) N，則可測得轉(zhuǎn)速為 二、光電式速度傳感器 透鏡光源光電器件帶縫隙圓盤指示縫隙盤tZNn 60?? 差動變壓器式除了可測量位移外，還可測量速度。 ? 光電脈沖測速原理如下圖所示。在使用中，為了提高檢測靈敏度，盡可能把它直接連接到電機軸上。恒定磁通由定子產(chǎn)生，當轉(zhuǎn)子在磁場中旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組中即產(chǎn)生交變的電勢，經(jīng)換向器和電刷轉(zhuǎn)換成正比的直流電勢。 二、光電編碼器 0100110111111110101011001010011101100010001110111000100100000001 速度、加速度傳感器 ? 一、直流測速發(fā)電機 ? 二、光電式速度傳感器 ? 三、差動變壓器式速度傳感器 ? 四、加速度傳感器 ? 測速發(fā)電機的結(jié)構(gòu)有多種，但原理基本相同。因 ? 此，在兩數(shù)變換過 ? 程中，所產(chǎn)生的讀 ? 數(shù)誤差最多不超過 ? “ 1”，只可能讀成 ? 相鄰兩個數(shù)中的一個數(shù)。 二、光電編碼器 11000011010101100111010010101001100010111 111000100100 00011101101? 誤差的消除 ? (1).循環(huán)碼盤 ? (或稱格雷碼盤 ) ? 右圖所示為四位二 ? 進制循環(huán)碼。 二、光電編碼器 11000011010101100111010010101001100010111 111000100100 00011101101? 工作時，碼盤的一側(cè)放置電源，另一邊放置光電接受裝置，每個碼道都對應有一個光電管及放大、整形電路。在一個四位光電碼盤上，有四圈數(shù)字碼道，每一個碼道表示二進制的一位，里側(cè)是高位，外側(cè)是低位，在360176。 ? 光電式碼盤是目前應用較多的一種，它是在透明材料的圓盤上精確地印制上二進制編碼。 二、光電編碼器 ? ? 絕對式編碼器是把被測轉(zhuǎn)角通過讀取碼盤上的圖案信息直接轉(zhuǎn)換成相應代碼的檢測元件。 。當主碼盤上的不透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對齊時，光線被全部遮住，光電變換器輸出電壓為最小；當主碼盤上的透明區(qū)正好與鑒向盤上的透明窄縫對齊時，光線全部通過，光電變換器輸出電壓為最大。 。 ），其輸出電壓和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 θ成線性關(guān)系。這樣使得在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)（一般為 177。 一、旋轉(zhuǎn)變壓器 ? 3. 測量方式 ? 當定子繞組中分別通以幅值和頻率相同、相位相差為 90176。當以一定頻率（頻率通常為 400Hz、 500Hz、 1000Hz及5000Hz等幾種）的激磁電壓加于定子繞組時，轉(zhuǎn)子繞組的電壓幅值與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角成正弦、余弦函數(shù)關(guān)系，或在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)與轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。 ，一般將其中一個繞組（如 Z Z2）短接。 。 角位移檢測傳感器 ? 一、旋轉(zhuǎn)變壓器 ? 二、光電編碼器 ? 1. 結(jié)構(gòu)如圖所示 ? 旋轉(zhuǎn)變壓器一般做 ? 成兩極電機的形式。 ，則得到輸出電壓為 ? 在求和電路中相加，則得到磁頭總輸出電壓為 三、磁柵位移傳感器 txUU ??? c o s2s i n01 ?txUU ??? s i n2c o s02 ????????? ?? txUU ???2s in0則合成輸出電壓 U的幅值恒定，而相位隨磁頭與磁尺的相對位置 χ變化而變。這種方法的檢測線路比較簡單，但分辨率受到錄磁節(jié)距 λ的限制，若要提高分辨率就必須采用較復雜的信頻電路，所以不常采用。 ? 三、磁柵位移傳感器 輸出信號勵磁電源654S S3N N S S Sλ7N N1S NN200a b x1— 磁性膜 2— 基體 3— 磁尺 4— 磁頭 5— 鐵芯 6— 勵磁繞組 7— 拾磁繞組 ? ： ? 在用軟磁材料制成的鐵芯上繞有兩個繞組，一個為勵磁繞組，另一個為拾磁繞組，將高頻勵磁電流通入勵磁繞組時，當磁頭靠近磁尺時在拾磁線圈中感應電壓為： 三、磁柵位移傳感器 txUU ??? s i n2s i n0?U0——輸出電壓系數(shù)； ——磁尺上磁化信號的節(jié)距； χ——磁頭相對磁尺的位移； ω——勵磁電壓的角頻率。則：
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