第6章 檢測子系統(tǒng)選型與設(shè)計(jì)

1、第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6.1 6.1 傳感器概述傳感器概述 6.2 6.2 位移傳感器位移傳感器 6.3 6.3 速度傳感器速度傳感器 6.4 6.4 壓力傳感器壓力傳感器 6.5 6.5 溫度傳感器溫度傳感器 6.6 6.6 視覺、聽力傳感器視覺、聽力傳感器第六章第六章 機(jī)電一體化系統(tǒng)常用傳感器機(jī)電一體化系統(tǒng)常用傳感器返回主目錄第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在工業(yè)生產(chǎn)過程及工程檢測中, 為了對各種機(jī)電系統(tǒng)工作參數(shù)（如壓力、溫度、流量、物位、位移等物理量）進(jìn)行檢測與控制, 首先要把這些參數(shù)轉(zhuǎn)換成便于傳送的信息, 這就要用到各種傳感器。把傳感器與其它裝置組合起來, 構(gòu)

2、成一個(gè)檢測或調(diào)節(jié)系統(tǒng), 完成對工業(yè)參數(shù)的檢測與控制。6.1 傳感器概述傳感器概述 機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及控制參數(shù)檢測所使用的傳感器,是協(xié)調(diào)機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)及工作的感知裝置。其作用等同于人體的五官功能。（缺憾：人類活動(dòng)狹義上講，是一個(gè)不完全“閉環(huán)”系統(tǒng)；而機(jī)電系統(tǒng)不具備人類的高級智慧。）第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 考慮到機(jī)電系統(tǒng)中檢測裝置與其它裝置的兼容性與互換性, 要求它們之間都是用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的信號進(jìn)行傳輸?shù)?。在選型應(yīng)用中對檢測裝置的輸出方式需作一個(gè)界定及選擇。 全量程范圍內(nèi)，提供標(biāo)準(zhǔn)的420mA電流信號； 全量程范圍內(nèi)，提供標(biāo)準(zhǔn)15 V電壓信號； 支持RS-232/RS-422

3、/RS-485通訊； 支持各類現(xiàn)場總線方式的通訊協(xié)議。 6.1 傳感器概述傳感器概述第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 對一般輸出為非標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器, 需把傳感器的輸出信號通過變換電路（或測試儀表、或變送器功能模塊電路）變換成標(biāo)準(zhǔn)信號, 有了統(tǒng)一的信號形式和數(shù)值范圍, 無論是儀表還是計(jì)算機(jī), 只要有同樣的輸入電路或接口, 就可以從各種檢測裝置獲得被測變量的信息，而且便于組成檢測系統(tǒng)或調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 6.1 傳感器概述傳感器概述 在工業(yè)自動(dòng)化儀表中, 只檢測信號而自身不具有將電信號變送為標(biāo)準(zhǔn)電信號功能的非電量電量的轉(zhuǎn)換裝置，稱為傳感器。反之，稱為變送器。 第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4、 本章介紹機(jī)電一體化系統(tǒng)檢測中應(yīng)用的傳感器及變送器應(yīng)用。以傳感器及變送器選型設(shè)計(jì)為主線。 介紹傳感器基本特性、用途及針對不同機(jī)電系統(tǒng)的同一類檢測物理量的傳感器的應(yīng)用選型及比較。 6.1 傳感器概述傳感器概述第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器 位移測量時(shí), 應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測量對象, 選擇適當(dāng)?shù)臏y量點(diǎn)、 測量方向和測量系統(tǒng)。其中位移傳感器選擇是否恰當(dāng), 對測量精確度影響很大, 必須特別注意。 用于位移測量的傳感器很多, 因測量范圍不同, 所用的傳感器是不同的。 小位移通常用應(yīng)變式、電感式、差動(dòng)變壓器式、 電容式、 霍爾式等傳感器來檢測, 精度可達(dá)0.51.0%, 其

5、中電感式和差動(dòng)變壓器式傳感器測量范圍要大一些, 有些可達(dá)100mm。小位移傳感器測微小位移, 從幾微米到幾個(gè)毫米, 如物體振動(dòng)的振幅測量等。 第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器 大的位移常用電阻尺、光柵尺、編碼器、磁柵、感應(yīng)同步器等傳感器來測量, 其特點(diǎn)是易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化, 精度高, 抗干擾能力強(qiáng), 沒有人為讀數(shù)誤差, 安裝方便, 使用可靠等, 這些傳感器既可以測線位移, 也可以測角位移, 還可用來測長度, 它們在自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。 第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器實(shí)例應(yīng)用機(jī)型1：SD-1325廣告雕刻機(jī)。第六

6、章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器實(shí)例應(yīng)用機(jī)型：SD-1325廣告雕刻機(jī)。SD-1325廣告雕刻機(jī) 技術(shù)參數(shù)功率(不含主軸) 1500w 工作電壓 AC220V/50Hz 主軸功率 2.2kw 主軸轉(zhuǎn)速 24000rpm/min 工作方式 步進(jìn)Steper 平臺(tái)尺寸 14003000mm 最大運(yùn)行速度 14m/min最大雕刻速度 12m/min 最大進(jìn)料高度 120mmX、Y軸行程 12502440mm Z軸行程 110mm 分辨率 0.01mm重復(fù)定位精度 0.05mm第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器檢測參數(shù):X軸閉環(huán)定位的運(yùn)動(dòng)位

7、置檢測；（雕刻平面位移軌跡）Y軸閉環(huán)定位的運(yùn)動(dòng)位置檢測；（雕刻平面位移軌跡）Z軸閉環(huán)定位的運(yùn)動(dòng)位置檢測；（雕刻深度位移軌跡）選型方案及精度參數(shù):直線位移檢測：分辨率分辨率 0.01mm; 重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度 0.05mm檢測用可選傳感器：電阻式、電容式、電感式、光電式檢測用可選傳感器：電阻式、電容式、電感式、光電式第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器實(shí)例應(yīng)用機(jī)型2： SGS系列數(shù)控?cái)[式剪板機(jī)備有一軸（后擋料X軸）和二軸（后擋料X軸、刀片間隙調(diào)整）兩種數(shù)控機(jī)型供選用。 數(shù)控系統(tǒng)選用荷蘭Delem DAC250。第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移

8、傳感器位移傳感器技術(shù)規(guī)格：160630/32006300；公稱力kn： 16006300 工作臺(tái)長度mm： 32006300； 立柱間距離mm： 25505100 喉口深度mm： 320400； 滑塊行程mm ：200 320 工作臺(tái)和滑塊間最大開啟高度mm ：500710；主機(jī)床功率kw：1145；機(jī)床外形尺寸mm ：3740；剪切角deg：1.5；測控：一軸（后擋料X軸）；第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器選型方案1及精度參數(shù):直線位移檢測：分辨率分辨率 0.01mm; 重復(fù)定位精度重復(fù)定位精度 0.05mm。折算位移：折算位移：tan0.1*(320063

9、00) =0.001745 *(32006300) =5.8510.99 mm/ 0. 1度度; 選型方案2及精度參數(shù):剪切角deg：1.5；分辨率分辨率 0. 1度度 測控：一軸（后擋料X軸）；？第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器一、電阻式位移傳感器：一、電阻式位移傳感器：電阻電位器位移(電阻尺)第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器一、電阻式位移傳感器：一、電阻式位移傳感器：可選量程：751000mm；電阻：5.0 k線性：0.05/0.07%；重復(fù)性：0.013mm；壽命：100106次；溫度：55125；輸出：標(biāo)準(zhǔn)0V/420

10、mA 實(shí)例：KTC推拉桿式/KTF拖板式電阻電位器位移傳感器（瑞典 ）第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器二、光柵式位移傳感器：二、光柵式位移傳感器： 光柵是一種在基體上刻制有等間距均勻分布條紋的光學(xué)元件。用于位移測量的光柵稱為指示光柵（光柵尺）。標(biāo)尺光柵（掃描光柵），每毫米刻成10、 25、 50、 100、 250條線條。 主光柵（即標(biāo)尺光柵）和副光柵（即指示光柵）進(jìn)行相對位移時(shí)，在光的干涉與衍射共同作用下產(chǎn)生黑白相間（或明暗相間）的規(guī)則條紋圖形，稱之為莫爾條紋。經(jīng)過光電器件轉(zhuǎn)換使黑白（或明暗）相同的條紋轉(zhuǎn)換成正弦波變化的電信號。再經(jīng)過放大器放大，整形電路整形

11、后，得到兩路相差為90的正弦波或方波，送入光柵數(shù)顯表計(jì)數(shù)顯示。 第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光柵檢測裝置的結(jié)構(gòu)光柵檢測裝置的結(jié)構(gòu)光柵檢測裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖光柵檢測裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖 1光源， 2透鏡， 3指示光柵， 4光電元件， 5驅(qū)動(dòng)電路，6標(biāo)尺光柵6.2 位移傳感器位移傳感器二、光柵式位移傳感器：二、光柵式位移傳感器：第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器光柵式位移傳感器分類：光柵式位移傳感器分類：按光源照射方法按光源照射方法透射光柵透射光柵反射光柵反射光柵按制造光柵材料按制造光柵材料玻璃光柵玻璃光柵金屬光柵金屬光柵二、光柵式位移傳感器：二、光柵式位移

12、傳感器：透射光柵透射光柵優(yōu)點(diǎn)：1）光源垂直入射，信號幅值比較大，信噪比好，光電轉(zhuǎn)換器（光柵讀數(shù)頭）的結(jié)構(gòu)簡單；2）光柵每毫米的線紋數(shù)多，減輕了電子線路的負(fù)擔(dān) 。缺點(diǎn)：玻璃易破裂，熱脹系數(shù)與機(jī)床金屬部件不一致，影響測量精度。透射光柵尺的長度一般都在12m，常見的線紋密度為每毫米4、10、25、50、100、200、250線。 反射光柵反射光柵優(yōu)點(diǎn)：光柵和機(jī)床金屬部件的線膨脹系數(shù)一致，可用鋼帶做成長達(dá)數(shù)米的長光柵。安裝面積小，調(diào)整方便，適應(yīng)于大位移測量場所。缺點(diǎn)：為了使反射后的莫爾條紋反差較大，每毫米內(nèi)線紋不宜過多，常用線紋數(shù)為4、10、25、40、50。第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.

13、2 位移傳感器位移傳感器二、光柵式數(shù)字位移傳感器：二、光柵式數(shù)字位移傳感器：典型參數(shù)范圍：精度：5或3m/m ；刻度格子間距：20m 頂級產(chǎn)品（奧地利頂級產(chǎn)品（奧地利RSFRSF光柵尺光柵尺 ）分辯率最高可達(dá)分辯率最高可達(dá)10nm,10nm,尺子長度尺子長度最長可達(dá)最長可達(dá)3030米米 長春七海光電生產(chǎn)光柵尺：分辨率長春七海光電生產(chǎn)光柵尺：分辨率:0.2m-25m 長度長度35米米第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器二、光柵式位移傳感器：二、光柵式位移傳感器：第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器三、數(shù)字編碼器：三、數(shù)字編碼器： 1概述

14、概述 將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的模擬量（位移）轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形式表示的電信號, 這類傳感器稱為編碼器。編碼器以其高精度、 高分辨率和高可靠性被廣泛用于各種位移測量。 編碼器的種類很多。 按其結(jié)構(gòu)形式有直線式編碼器和旋轉(zhuǎn)式編碼器。 由于許多直線位移是通過轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的, 因此旋轉(zhuǎn)式編碼器應(yīng)用更為廣泛。 第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器三、數(shù)字編碼器：三、數(shù)字編碼器： 1概述概述 按其檢測原理有電磁式、接觸式、光電式等。光電式編碼器具有非接觸和體積小的特點(diǎn), 且分辨率高, 它作為精密位移傳感器在自動(dòng)測量和自動(dòng)控制技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前我國已有23位光電編碼器,為科學(xué)研

15、究、軍事、航天和工業(yè)生產(chǎn)提供了對位移量進(jìn)行精密檢測的手段。 第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器三、數(shù)字編碼器：三、數(shù)字編碼器： 1概述概述 旋轉(zhuǎn)式編碼器又分為增量式編碼器和絕對式編碼器。增量式編碼器的輸出是一系列脈沖, 需要一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)對脈沖進(jìn)行累計(jì)計(jì)數(shù), 一般還需要一個(gè)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)即零位基準(zhǔn)才能完成角位移測量。 絕對式編碼器不需要基準(zhǔn)數(shù)據(jù)及計(jì)數(shù)系統(tǒng), 它在任意位置都可給出與位置相對應(yīng)的固定數(shù)字碼輸出。 第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)ghp碼盤的構(gòu)造碼盤的構(gòu)造6.2 位移傳感器位移傳感器三、數(shù)字編碼器：三、數(shù)字編碼器：第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6

16、.2 位移傳感器位移傳感器三、數(shù)字編碼器：三、數(shù)字編碼器：工作原理示意圖工作原理示意圖第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)光電式編碼器外形及結(jié)構(gòu)：第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器可選擇：電阻位移傳感器用于剪板機(jī)剪切角度的測控。 光柵尺位移傳感器：雕刻機(jī)的三軸測控。 旋轉(zhuǎn)編碼器：剪板機(jī)一軸（后擋料X軸） （間接測量直間切線位移）實(shí)例應(yīng)用機(jī)型實(shí)例應(yīng)用機(jī)型1、2傳感器選用結(jié)論：傳感器選用結(jié)論：型號及關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)：可選擇：電阻位移傳感器用于剪板機(jī)剪切角度的測控。 光柵尺位移傳感器：雕刻機(jī)的三軸測控。（間接測量直線位移）第六章 檢測子系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.2 位移傳感器位移傳感器二、光柵式位移傳感器：二、光柵式位移傳感器： 安裝方式：光柵線位移傳感的安裝比較靈活，可安裝在安裝方式：光柵線位移傳感的安裝比較靈活，可安裝在機(jī)床的不同部位。一般將主尺安裝在機(jī)床的工作臺(tái)（滑板）機(jī)床的不同部位。一般將主尺安裝在機(jī)床的工作臺(tái)（滑板）上，隨機(jī)床走刀而動(dòng)，讀數(shù)頭固定在床身上，上，隨機(jī)床走刀而動(dòng)，讀數(shù)頭固定在床身上，盡可能使讀數(shù)盡可能使讀數(shù)頭安裝在主尺的下方頭安裝在主尺的下