第八章传感器概述.pptx

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1、2.1 电阻式位置传感器 线性电位器 骨架截面积处处相等。k为比例系数，实际就是传感器的灵敏度。+-UU0放大电路采用高输入阻抗，消除负载效应。X第1页/共79页2.1 电阻式位置传感器 老式飞机上使用电位器来测量油量。浮子 -杠杆 -电位器电刷 -电阻值第2章 位置传感器第2页/共79页2.1 电阻式位置传感器 函数电位器 电位器骨架截面积按一定的函数规律变化。老式飞机上使用电位器来测量油量。浮子 -杠杆 -电位器电刷 -电阻值输出值与电刷位移量呈一定的函数关系。第2章 位置传感器第3页/共79页2.1 电阻式位置传感器 环形电位器 第2章 位置传感器第4页/共79页2.1 电阻式位置传感器

2、 环形电位器 第2章 位置传感器第5页/共79页2.1 电阻式位置传感器 精密直线电位器环形（弧形）电位器第2章 位置传感器第6页/共79页2.2 电容式位置传感器 电容式位置传感器的原理及应用 变间隙式变面积式 变介电常数式第2章 位置传感器第7页/共79页2.2 电容式位置传感器 电容值的读取 1 运算放大器法可将变间隙式电容传感器的输出变成线性关系第2章 位置传感器第8页/共79页2.2 电容式位置传感器 电容值的读取 2 二极管双T型交流电桥 第2章 位置传感器第9页/共79页2.2 电容式位置传感器 电容值的读取 3 振荡频率检测法 第2章 位置传感器第10页/共79页2.2 电容式

3、位置传感器 电容值的读取 4 差动脉冲调宽法 第2章 位置传感器第11页/共79页2.2 电容式位置传感器 差动测量法第2章 位置传感器第12页/共79页2.2 电容式位置传感器 电容式油量表传感器第2章 位置传感器第13页/共79页2.3 感应式位置传感器 自整角机 1 基本工作原理 转子绕组通交流电，在空间产生脉振磁场，三相绕组输出电压幅值的比值与定、转子相对转角存在一一对应的关系。第2章 位置传感器第14页/共79页 自整角机 2 自整角机对的工作原理 发送机转子绕组通交流电，接收机定子合成脉振磁场与发送机转子磁场方向相同；接收机转子绕组不处在协调位置时，输出的感应电势就反映了误差角。第

4、2章 位置传感器第15页/共79页 自整角机 3 力矩式自整角机 接收机转子绕组通上与发送机转子绕组相同的交流电，在接收机定子合成磁场作用下，接收机转子绕组转到协调位置。输出力矩有限输出力矩有限第2章 位置传感器第16页/共79页 自整角机 4 4 差动自整角发送机 差动自整角发送机转子也由三相绕组构成。用来把发送机指令角，变为发送机指令角和差动发送机转角的差值。（1 1-1 1-2 2）。第2章 位置传感器第17页/共79页 自整角机 角位置数字转换模块 与自整角发送机配套使用，其输入信号为转子励磁电压（参考电压）和三相定子绕组电压，输出为角位置。第2章 位置传感器第18页/共79页2.3

5、感应式位置传感器 旋转变压器 1、组成和基本原理、组成和基本原理第2章 位置传感器第19页/共79页 旋转变压器2 2、负载效应及其误差补偿、负载效应及其误差补偿 负载效应：输出绕组接负载后，绕组电流形成 的磁场使输出特性曲线发生畸变。交轴分量使工作磁场偏离励磁绕组轴线方向，是引起输出特性曲线畸变的主要因素。第2章 位置传感器第20页/共79页 旋转变压器2 2、负载效应及其误差补偿、负载效应及其误差补偿 原边补偿：定子交轴绕组短接，感应电流产生 的磁场抵消转子交轴磁场。第2章 位置传感器第21页/共79页 旋转变压器2 2、负载效应及其误差补偿、负载效应及其误差补偿 副边补偿：另一输出绕组接

6、等值负载，其交轴 磁场抵消工作输出绕组交轴磁场。工作负载变化时，无法完全补偿。第2章 位置传感器第22页/共79页 旋转变压器3 3、线性旋转变压器、线性旋转变压器 UoEZED原边补偿第2章 位置传感器第23页/共79页 旋转变压器3 3、线性旋转变压器、线性旋转变压器 当ku取0.560.59之间时，定转子夹角在60范围内，线性误差可小于0.1%.0.1%.不同的接线方法，可以使得传感器的测量公式和输出特性不同。第2章 位置传感器第24页/共79页 旋转变压器4 4、多极和双通道旋转变压器、多极和双通道旋转变压器 转子转动一周，输出信号变化p个周期。第2章 位置传感器第25页/共79页 旋

7、转变压器4 4、多极和双通道旋转变压器、多极和双通道旋转变压器 极对数为p p的多极旋变转子转动一周时，输出信号有2p2p个零位，有p p个位置对应一个输出电压值（信号不为零时）。双通道旋转变压器由一个两极旋变和一个多极旋变组合而成，两极旋变用来确定粗略的角度值（即确定被测角度的范围），多极旋变则用来进行角度值的精确测量。第2章 位置传感器第26页/共79页 旋转变压器5 5、旋转变压器的应用、旋转变压器的应用 角位置测量：使用方法与自整角机相同，但一般精度较低且要补偿负载效应。三角函数模拟计算：变比k ku u为1 1 调节信号电压：变比可调变压器，但允许通过的电流较小。定子和转子匝数相等；

8、或在输出绕组后面增加放大倍数为1/k1/ku u的放大器。第2章 位置传感器第27页/共79页 旋转变压器5 5、旋转变压器的应用、旋转变压器的应用 第2章 位置传感器第28页/共79页2.3 感应式位置传感器 感应同步器 1、圆形感应同步器、圆形感应同步器 多极旋变的进一步细分。极数一般有180、360、720。励磁正弦余弦第2章 位置传感器第29页/共79页2.3 感应式位置传感器 感应同步器 2、直线式感应同步器、直线式感应同步器 励磁正弦第2章 位置传感器 移动一个极距，产生一个周期变化的正弦和余弦信号。第30页/共79页2.3 感应式位置传感器 感应同步器 3、感应同步器的使用、感应

9、同步器的使用 零位检测：转子基准绕组与定子基准绕组中心线对正，位置传感器输出一个脉冲信号。整周信号读取：由一个计数器专门记录转子基准绕组转过的定子极数。正余弦信号读取：鉴幅法、鉴相法或幅相法。第2章 位置传感器第31页/共79页2.3 感应式位置传感器 其它感应式位置传感器 1、感应式定位传感器、感应式定位传感器 两个输出绕组反相串联，与需要定位控制的被控对象固连。励磁（固定端）输出（移动端）控制电路的输入信号是两个输出绕组感应电势的差值。第2章 位置传感器第32页/共79页2.3 感应式位置传感器 其它感应式位置传感器 2、变电感式位置传感器、变电感式位置传感器 利用铁心在螺线管中的有效长度

10、或磁路磁阻随被测对象位置不同而不同，使得电感线圈的电感值发生变化，从而输出与被测位置成一定函数关系的交流电信号。第2章 位置传感器第33页/共79页2.3 感应式位置传感器 其它感应式位置传感器 2、变电感式位置传感器、变电感式位置传感器 给变电感式位置传感器加上励磁线圈，把两个电感线圈当成变压器的副边绕组，并将它们反向串联后输出给控制电路，则构成了差动变压器。第2章 位置传感器第34页/共79页2.3 感应式位置传感器 其它感应式位置传感器 2、变电感式位置传感器、变电感式位置传感器 差动变压器第2章 位置传感器第35页/共79页2.3 感应式位置传感器 其它感应式位置传感器 2、变电感式位

11、置传感器、变电感式位置传感器 第2章 位置传感器第36页/共79页2.3 感应式位置传感器 其它感应式位置传感器 3、涡流式位置传感器、涡流式位置传感器 通有交流电的电感线圈接近金属导体时，金属导体就会产生感应电流，该电流为闭合回线，故称之为涡流。第2章 位置传感器第37页/共79页2.3 感应式位置传感器 其它感应式位置传感器 3、涡流式位置传感器、涡流式位置传感器 环状涡流也产生交变磁场，会抵消部分原磁场，这一影响可以等效为线圈L L的电感值的变化。第2章 位置传感器第38页/共79页2.3 感应式位置传感器 其它感应式位置传感器 3、涡流式位置传感器、涡流式位置传感器 第2章 位置传感器

12、第39页/共79页2.3 感应式位置传感器 其它感应式位置传感器 3、涡流式位置传感器、涡流式位置传感器 第2章 位置传感器第40页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 干簧管 当有磁铁或磁场靠近干簧管时，两个弹片（干簧片）会被磁化，在磁力的作用下，两弹片克服弹力接触到一起，使开关接通。第2章 位置传感器第41页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 霍尔效应：霍尔元件长度方向通以控制电流、厚度方向存在磁场作用时，在宽度方向产生电势（霍尔电势）。1 1、霍尔效应及其产生的原理、霍尔效应及其产生的原理 UH第2章 位置传感器第42页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 霍尔效应是半导

13、体中自由电荷在磁场中受洛仑兹力作用而产生的。1 1、霍尔效应及其产生的原理、霍尔效应及其产生的原理 UH第2章 位置传感器第43页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 1 1、霍尔效应及其产生的原理、霍尔效应及其产生的原理 第2章 位置传感器第44页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 2 2、霍尔元件的主要技术参数、霍尔元件的主要技术参数 额定功耗P P0 0；输入电阻R Ri i和输出电阻R Ro o；霍尔电势温度系数；内阻温度系数；灵敏度K KH H.第2章 位置传感器 不平衡电势U U0 0 ：在额定控制电流I I作用下，不加磁场时，霍尔电极间的空载霍尔电势（单位为mv

14、mv）。U U0 0与额定控制电流之比称为不平衡电阻r r0 0.有些产品也提供不平衡电阻参数值。第45页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 3 3、霍尔电势的测量和误差补偿、霍尔电势的测量和误差补偿 测量电路第2章 位置传感器第46页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 3 3、霍尔电势的测量和误差补偿、霍尔电势的测量和误差补偿 零位误差补偿电路第2章 位置传感器第47页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 4 4、霍尔集成电路、霍尔集成电路 线性型：三端T型第2章 位置传感器第48页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 4 4、霍尔集成电路、霍尔集成电路

15、线性型：八针双列直插型第2章 位置传感器第49页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 4 4、霍尔集成电路、霍尔集成电路 开关型第2章 位置传感器第50页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 4 4、霍尔集成电路、霍尔集成电路 开关型第2章 位置传感器第51页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 4 4、霍尔集成电路、霍尔集成电路 开关型第2章 位置传感器第52页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 5 5、霍尔元件应用、霍尔元件应用 测量微小位移：线性霍尔集成电路，恒定控制电流、稳定的外部磁场。测量转速：开关型霍尔集成电路。测量电流和磁场的大小，如直流稳流控制

16、装置和高精度高斯计。铁磁材料无损探伤：受损后导磁性能变化。第2章 位置传感器第53页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 霍尔元件 5 5、霍尔元件应用、霍尔元件应用 无刷直流电机 主要由电动机本体、转子位置传感器和电子换向电路组成。可看成齿数很少的步进电机，其定子绕组通电顺序由位置传感器测量值控制。第2章 位置传感器第54页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 飞机发动机转速表 第2章 位置传感器第55页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 磁敏电阻 1 1、磁阻效应、磁阻效应 N N 型半导体元件有电流流过且受到外部磁场作用时，霍尔效应使得沿电流方向电子减少，从而使器件的电阻值增大。第2章 位置

17、传感器第56页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 磁敏电阻 2 2、磁敏电阻、磁敏电阻 T第2章 位置传感器第57页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 磁敏电阻 3 3、磁敏电阻的应用、磁敏电阻的应用 无触点开关、行程控制装置、转速计、电子水表、可变电阻、流量计、计数器、图形识别、读磁头、电流计等。永久磁铁磁敏电阻1 磁敏电阻2+输 出磁敏无刷电位器 注意温度补偿注意温度补偿 第2章 位置传感器第58页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 磁敏二极管和磁敏三极管 1 1、磁敏二极管、磁敏二极管 当偏置电压一定而外部磁场的磁感应强度变化时，磁敏二极管的电流也随之发生变化。第2章 位置传感器第59页

18、/共79页2.4 磁敏式位置传感器 磁敏二极管和磁敏三极管 1 1、磁敏二极管、磁敏二极管 第2章 位置传感器第60页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 磁敏二极管和磁敏三极管 1 1、磁敏二极管、磁敏二极管 感温电阻补偿：在磁敏二极管的偏置电压回路中串联温度补偿电阻。温度补偿方法温度补偿方法 互补工作方式：将面相对或背向放置的两个性能参数一致的磁敏二极管串联，取中点电压为输出电压，使得两个二极管随温度变化的电压量相互抵消，输出电压不随温度变化。第2章 位置传感器第61页/共79页2.4 磁敏式位置传感器 磁敏二极管和磁敏三极管 2 2、磁敏三极管、磁敏三极管 自学自学 第2章 位置传感器第6

19、2页/共79页2.5 光电式位置传感器 光电池 半导体材料吸收光能，使材料中的电子跃迁而产生电子-空穴对，光电池一般看成随光照强度变化的电流源。存在一定的光谱选择性。第2章 位置传感器第63页/共79页2.5 光电式位置传感器 光电池 硅光电池 太阳能电池板 第2章 位置传感器第64页/共79页2.5 光电式位置传感器 光电池 第2章 位置传感器第65页/共79页2.5 光电式位置传感器 光敏电阻 光敏电阻的工作原理是利用半导体材料的光电效应，使得电阻的阻值随光照强度的变化而变化。第2章 位置传感器第66页/共79页2.5 光电式位置传感器 光敏电阻 光敏电阻的工作原理是利用半导体材料的光电效

20、应，使得电阻的阻值随光照强度的变化而变化。光敏二极管和光敏三极管 光敏二极管和光敏三极管结构与普通二极管和三极管相似，原理与光敏电阻相似。第2章 位置传感器第67页/共79页2.5 光电式位置传感器 光栅传感器 莫尔条纹：由于遮光效应，两块光栅的刻线相交处形成亮带，缝隙相交处形成暗带，在与光栅刻线垂直的方向，将出现明暗相间的条纹。第2章 位置传感器第68页/共79页2.5 光电式位置传感器 光栅传感器 B：莫尔条纹间距W：光栅栅距：光栅刻线夹角第2章 位置传感器第69页/共79页2.5 光电式位置传感器 光栅传感器 两光栅沿着垂直于刻线方向相对移动时，莫尔条纹将沿着刻线方向移动，光栅移动一个节

21、距W，莫尔条纹也移动一个间距B。第2章 位置传感器第70页/共79页2.5 光电式位置传感器 光栅传感器 第2章 位置传感器第71页/共79页2.5 光电式位置传感器 光栅传感器 光栅传感器使用光电转换系统（光源和前述光电式位置传感器），来对莫尔条纹的移动进行测量，并转换成相应的电信号输出。第2章 位置传感器第72页/共79页2.5 光电式位置传感器 光栅传感器 在相隔四分之一间距的位置再加装一个光敏器件，两个输出信号的相位就相差四分之一周期，对其鉴相就可以判断出位移的方向。第2章 位置传感器第73页/共79页2.5 光电式位置传感器 光栅传感器 细分法：是沿莫尔条纹宽度方向、在一个莫尔条纹间

22、距内，等距离放置n n个光敏器件。第2章 位置传感器第74页/共79页2.5 光电式位置传感器 光栅传感器 第2章 位置传感器第75页/共79页2.5 光电式位置传感器 光电码盘（光电编码器 ）码盘与被测对象同轴安装。透光码形对正光电元件时，光电元件输出为高电平，表示二进制数字1 1。第2章 位置传感器第76页/共79页2.5 光电式位置传感器 光电码盘（光电编码器 ）从圆盘的圆心向外，依次分成n n个同心圆，每个同心圆称为一个码道。每条码道对应一位二进制输出，靠近圆心的为高位。第2章 位置传感器第77页/共79页2.5 光电式位置传感器 光电码盘（光电编码器 ）第2章 位置传感器第78页/共79页感谢您的观看！第79页/共79页