NO2位移检测电子课件 传感器与检测技术(第2版）.ppt

目录目录位移检测一般分为线位移检测和角位移检测两种。线位移检测直线位移，角位移检测转动角度，工业中这两种检测均有重要应用。位移检测位移检测目录目录通过熟悉各种位移传感器，了解位移传感器检测的一般方法，掌握各种位移传感器的量程、精度等检测性能。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器知识目标知识目标目录目录通过实践操作和训练理解，初步认识各种位移传感器及其检测适应性，了解工业中常用的位移检测特点及位移传感器的基本选用原则。技能目标技能目标任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录位移传感器又称为线性传感器，是将位移量转换为电量（如电压或电流）的传感器。位移检测时应根据不同的检测对象，选择合适的检测点和检测系统。其中，位移传感器选择是否恰当对检测精度影响很大。知识链接知识链接任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录将被测量转换为电阻变化是电阻传感器的基本思路，电阻式位移传感器由位移转换为电阻的原理如图2-1（a）所示。对于一般的导体电阻有如下公式式中，R为电阻阻值（）；为电阻率（mm）；l为导体长度（mm）；S为导体截面积（mm2）。一、电阻尺任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录采用电刷滑动变阻器的弱点电刷滑动时，导线是一圈一圈被接入的，长度变化将是不连续。电刷滑动时产生动态接触电阻，阻值不确定，会对检测精度产生难于忽略的影响。工业中使用导电塑料作为变阻器材料，将变阻器和电刷施加一定的预紧力装配成一个部件。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录为了扩大电阻尺的应用范围，出现了其他形式的电阻尺如图2-3所示。图2-3（a）是圆环式电阻尺，当接触指针旋转时，AB点之间形成一个可变电阻，对应于指针的旋转角度，这种方法可以测量角位移。图2-3（b）是一种非线性电阻尺，一般采用定制，主要应用于位移和电阻为某种特定函数的场合。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器电阻尺的扩展形式目录目录电阻尺的使用要求包括以下几个方面任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器(1)供电电压稳定(2)外界干扰小，包括静电干扰和高频干扰(3)注意电阻尺的三条线连接(4)安装要合乎规范目录目录任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录感应同步器是利用电磁原理将位移转换成电信号的一种装置。根据用途可将感应同步器分为直线式和旋转式两种，分别用于检测线位移和角位移。二、感应同步器任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录感应同步器具有如下优点。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器1精度高2检测长度不受限制3较高的环境适应能力4维护简单，寿命长5抗干扰能力强，工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产目录目录当滑尺上的正弦绕组和余弦绕组分别以110kHz的正弦电压激磁时，将产生同频率的交变磁通；该交变磁通与定尺绕组耦合，在定尺绕组上将产生同频率的感应电势。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录正弦或余弦绕组在定尺上相应产生的感应电势分别为总电动势为以上2者之和。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录旋转式感应同步器由定子和转子两部分组成，它们呈圆片形状，用直线式感应同步器的制造工艺制作两绕组。定子、转子分别相当于直线式感应同步器的主尺和滑尺。目前旋转式感应同步器的直径一般有50mm、76mm、178mm和302mm等几种。径向导体数（极数）有360、720和1080几种。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录对于由感应同步器组成的检测系统，可以采取不同的励磁方式，并对输出信号采取不同的处理方式。从励磁方式来说，可分为：滑尺励磁，由定尺输出感应电动势信号；定尺励磁，由滑尺输出感应电动势信号。根据对输出感应电动势信号的处理方式不同，可把感应同步器的检测系统分成相位工作状态和幅值工作状态，它们的特征是有输出感应电动势的相位和幅值来进行处理。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录鉴相处理又叫相位处理，就是根据输出感应电动势的相位来鉴别感应同步器定滑尺间相对位移量的方法。鉴幅处理是根据感应电动势的幅值来鉴别位移。采用同频率、同相位、不同幅值的交流电压，对感应同步器滑尺两相绕组进行励磁，就可以根据定尺绕组输出感应电动势的幅值来鉴别定滑尺间的相对位移值，即为感应同步器输出信号的鉴幅处理。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器感应同步器的鉴相控制图示例目录目录与录音技术相似，通过记录磁头在磁性尺（或盘）上录制出间隔严格相等的磁波，称为磁栅。磁栅相邻栅波间隔距离称为磁栅的波长，又称为磁栅节距（栅距）。S和N极均匀间隔排列在磁栅尺上，通过读数头读取S，N极的变化来记数。三、磁栅尺任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录四、光电编码器任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器 编码器（编码器（encoderencoder）是将信号或数据进行编制、转换为可）是将信号或数据进行编制、转换为可用以通信、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或用以通信、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。有关，而与测量的中间过程无关。目录目录1.增量式光电编码器增量式光电编码器光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，是目前角位移检测中应用最多的传感器。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录为判断旋转方向，码盘提供相位差90两组透光孔，组成辨向系统，通过电路判断正转还是反转，在一般的光电编码系统中，这两组编码称为A、B相。为了实现定位，增加了Z相作为基准，由Z相发出零位脉冲，作为转动的起始点。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录2.绝对式光电编码器原理绝对式光电编码器原理绝对式光电编码器：在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成。相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录绝对式编码器分辨率是由二进制位数来决定，有10位、14位等多种。它的优点允许转速高，精度和码道数量相关；缺点是结构复杂，价格高。任务一认识位移传感器任务一认识位移传感器目录目录实训目标实训目标通过电阻尺传感器的特性试验，了解和掌握一般位移传感器的正确使用和调试方法。实训一实训一 认识电阻式位移传感器认识电阻式位移传感器目录目录实训一实训一 认识电阻式位移传感器认识电阻式位移传感器目录目录实训一实训一 认识电阻式位移传感器认识电阻式位移传感器目录目录注意事项注意事项（1）连接电阻尺时，需要限制通过电阻尺的电流。（2）安装时需要注意传感器移动轴和模块定位需要依据安装基准，使用螺纹进行准确安装。（3）检测或者检测传感器性能时，需要旋转手轮缓慢连续移动滑台台面。（4）在安装时，需要注意导线不能过短，以免不能完成满量程测量；导线也不能处于自由状态，以免和导轨发生挤压、摩擦而产生短路现象，进而损坏设备。实训一实训一 认识电阻式位移传感器认识电阻式位移传感器目录目录针对直线型光栅尺的一般应用，掌握直线型位移传感器的使用方法，确保检测的精度和稳定性。任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用知识目标知识目标目录目录练习装配使用光栅尺位移传感器应用系统，学习光栅尺检测的一般方法，使用高精密位移传感器实现精密定位。技能目标技能目标任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用目录目录其中，最常采用的位移传感器为光栅尺位移传感器，其功能如下。知识链接知识链接任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用（1）原点定位（2）辨向目录目录光栅是一种在基体上刻制有等间距均匀分布条纹的光学元件，用于位移检测的光栅称为计量光栅。一、光栅尺任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用目录目录光栅传感器主要由标尺光栅，指示光栅、光路系统和光电元件组成。透射光栅的光路主要如图从上向下透过两个光栅在光电传感器上留下摩尔条纹形状，通过光电传感器的明暗变化记录次数实现检测。任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用目录目录1.光栅检测原理光栅检测原理当指示光栅和标尺光栅的条纹相交一个微小的夹角时，由于挡光效应或光的衍射效应，在与光栅条纹大致垂直的方向上产生明暗相间的条纹，这种条纹称为莫尔条纹。任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用目录目录2.辨向原理辨向原理为了判断方向，可以来用两套光电转换装置。令它们在空间的相对位置有一定的关系，从而保证它们产生的信号在相位上相差1/4周期。如右图所示为辨向电路，使用加减法计数既能区别方向又能自动进行加法或减法计数，每次反映的都是相对于上次的栅距增量任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用目录目录任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用目录目录任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用目录目录3.细分技术简介细分技术简介光学细分法：光学细分法：光学的方法使光栅在一个栅距的位移内发出多个周期的莫尔条纹信号。机械细分法：机械细分法：微动对准来准确地测取栅距的小数部分，类似于游标卡尺读数原理。电子细分法：电子细分法：莫尔条纹信号的周期性，在一个周期内进行插值，获得一个信号周期的高分辨力。任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用目录目录二、光栅检测系统的几个关键问题任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用光栅的参考标记和绝对坐标信号处理光栅制作材料及热性能光栅尺故障及处理检测精度12345目录目录任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用1.检测精度检测精度目录目录任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用2.信号处理信号处理光栅检测是将一个周期内的绝对式检测和周期外的增量式检测结合在一起，也就是说在栅距的一个周期内将栅距细分后进行绝对的检测，超过周期的量程则用连续的增量式检测。目录目录任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用3.光栅的参考标记和绝对坐标光栅的参考标记和绝对坐标1 1）光栅绝对位置的确立光栅绝对位置的确立2 2）绝对坐标传感器绝对坐标传感器目录目录任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用4.光栅制作材料及热性能光栅制作材料及热性能光栅尺在20 0.1 的环境中制造，光栅的热性能直接影响到检测精度，在使用上，光栅尺的热性能最好和检测的对象的热性能一致。考虑到不同的使用环境，光栅尺刻度的载体具有不同的热膨胀系数。目录目录任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用5光栅尺故障及处理光栅尺故障及处理目录目录机床常用的光栅尺专用数显表，光栅尺指示光栅所处在标尺光栅的位置显示到如图所示的左上部分，分为x、y和z三个方向，据此可实现空间上三个坐标的定位。三、光栅尺专用数显表头任务二任务二 直线型光栅位移传感器的应用直线型光栅位移传感器的应用目录目录实训目标实训目标通过光栅尺位移传感器和导轨定位装置共同组成系统，通过进一步装配调试和使用，深入了解光栅尺传感器的传感特性和一般使用方法，并结合前述光栅尺使用注意事项，总结光栅尺使用时的安全措施，达到能够使用光栅尺实现精密检测的结果。实训二实训二 光栅尺精密位移检测系统光栅尺精密位移检测系统目录目录实训二实训二 光栅尺精密位移检测系统光栅尺精密位移检测系统目录目录实训二实训二 光栅尺精密位移检测系统光栅尺精密位移检测系统目录目录五、注意事项五、注意事项（1）尽量选择加工面为安装面，即在安装时尽可能选择加工过的基准面作为安装面，对于动尺和定尺均是如此。（2）安装时需要注意光栅尺开口方向应避开铁屑、油污、水和粉尘，如果无法避免，则需要加装防尘盖，如图2-22所示，避免污物直接进入光栅尺内部。实训二实训二 光栅尺精密位移检测系统光栅尺精密位移检测系统目录目录（3）信号线固定要可靠，在滑台全部范围内，信号线不能脱落或受力，一般在安装时将之固定于中央部位，然后使用扎带固定。（4）在安装时，接地应可靠，接地电阻应小于1。（5）调校光栅尺时，必须以光栅尺的长度中心取两边对称点作为调校基准点。实训二实训二 光栅尺精密位移检测系统光栅尺精密位移检测系统目录目录针对无接触式位移和距离传感器，了解和熟悉超声波传感器的一般应用，掌握无接触状态下的位移传感器的使用方法，确保检测的真实性和稳定性，探索减少粗大误差的方法。任务三任务三 超声波位移传感器的工作特性超声波位移传感器的工作特性知识目标知识目标目录目录练习装配使用超声波位移传感器应用系统，培养超声波检测的一般方法，使用无接触超声波位移传感器实现基本一维定位。技能目标技能目标任务三任务三 超声波位移传感器的工作特性超声波位移传感器的工作特性目录目录在某些工业场合无法使用接触式位移检测，如某些运动复杂或有腐蚀的场合，这时采用非接触式位移检测方法是必需的。有些工业场合为检测方便，也采用非接触式检测。非接触式检测方法很多，大多数采用的是光电式检测和声波式检测。其中，超声波非接触检测在工业上，特别是在机器人行业中，得到了广泛的应用。知识链接知识链接任务三任务三 超声波位移传感器的工作特性超声波位移传感器的工作特性目录目录超过20KHz称为超声波在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器。超声波位移传感器任务三任务三 超声波位移传感器的工作特性超声波位移传感器的工作特性目录目录超声波位移传感器可用于如机器人等运动复杂、量程相对较大、精度不高的检测环境中。超声波测距公式任务三任务三 超声波位移传感器的工作特性超声波位移传感器的工作特性目录目录超声波位移传感器使用的影响因素温度。温度对超声波传输速度的影响风、鼓风机、气动设备或其他来源的气流可以使超声波的传播方向偏转或扰乱其路径。传感器正对物体的反射角度任务三任务三 超声波位移传感器的工作特性超声波位移传感器的工作特性目录目录任务三任务三 超声波位移传感器的工作特性超声波位移传感器的工作特性目录目录任务三任务三 超声波位移传感器的工作特性超声波位移传感器的工作特性在检测时，超声波传感器引线为5条，如图2-28所示目录目录任务三任务三 超声波位移传感器的工作特性超声波位移传感器的工作特性超声波传感器和模拟量数显表头，搭建一个简单检测平台。并检测超声波传感的影响因素。目录目录实训目标实训目标通过非接触式超声波位移传感器和反射金属平面组成测试系统，通过试验，探索超声波传感器的传感特性和一般使用方法，并结合前述超声波传感器的使用注意事项，达到能够使用超声波传感器实现位置检测的目的。实训三实训三 超声波位移传感器的特性检测超声波位移传感器的特性检测目录目录应用超声波传感器和模拟量数显表头，搭建一个简单检测平台，采用24 V开关电源按照引线信号说明连接至超声波传感器的棕色和蓝色端口。实训三实训三 超声波位移传感器的特性检测超声波位移传感器的特性检测目录目录实训三实训三 超声波位移传感器的特性检测超声波位移传感器的特性检测目录目录注意事项注意事项（1）超声波传感器的温度、流场和湿度特性决定了传感器的使用范围，因此应当特别注意超声波传感器的使用环境对超声波传感器信号的影响，条件允许时可自行设定一些使用条件并采用实训内容中的办法使用坐标纸记录结果，并和正常条件下的结果进行比较，如通过空调调节室内温度，使用加湿器调节局部湿度，或使用轴流风机在检测区域人为造成流场。实训三实训三 超声波位移传感器的特性检测超声波位移传感器的特性检测目录目录（2）在搭设检测系统时，需要注意电源引线不要混入信号线，在搭设完毕后应进行认真检查，如果没有结果需要立即断电并检查分析原因。（3）在开始测试时，传感器检测头和金属平板的距离应在有效波束距离之内调整并测试。检测时，注意钢板尺检测传感头至金属平板中心位置的距离，数显表显示数值和距离的对应程度以及正确的检测范围。实训三实训三 超声波位移传感器的特性检测超声波位移传感器的特性检测目录目录思考与练习思考与练习1.从网上查找生产电阻尺的生产厂家，试述各厂家的技术优势。2.请设计一套光栅尺的检查规程，以保证光栅尺可以正常使用。3.根据超声波传感器的实训过程，请设计超声波传感器的使用说明书。思考与练习思考与练习