chapter信息傳輸元件課件

1、6.1. Functions 作用Data transmission element: Sensors 信號傳輸元件：傳感器Detecting output parameter, then transform it into voltage or digital numbers proportionally 檢測輸出量，并將其成比例地變換成電壓或數(shù)字量Output analogue parameters: analogue sensors 輸出模擬量模擬式傳感器Output digital parameters: digital sensors 輸出數(shù)字量數(shù)字式傳感器第1頁，共28頁。6.2.

2、 Classifications and working principles 類型及其工作原理According to the parameters transmitted, it can be: 根據(jù)檢測傳輸?shù)牡奈锢砹靠煞譃椋?1) Position sensors 位移傳感器（線位移和角位移）(2) Velocity sensors 速度傳感器（線速度和角速度） (3) Acceleration sensors 加速度傳感器(4) Force (pressure) sensors 力（壓力）傳感器(5) Flow sensors 流量傳感器第2頁，共28頁。（1）Position sen

3、sors 位移傳感器 輸入 輸出信號 種 類 檢測范圍 線性度（%） 應用范圍 線 位 移 模擬直 流直線式電位計 10-150mm (0.1-1)% 實驗室用 交流50,400, 3000(Hz)差動變壓器 25 mm (0.1-1)% 一般位移檢測數(shù) 字 式 感應同步器 250 mm可接長 1m 高精度位移檢測直線光柵 1000-1500 mm 1m 高精度位移檢測磁 柵 1m 高精度位移檢測角 位 移 模擬直 流回轉電位計 1轉360o，多轉360o40(0.1-1)% 位移給定 交 流 50,400 (Hz) 差動變壓器 10o (0.1-1)% 一般角位移檢測 自整角機 180o0.

4、1-0.5度一般角位移檢測旋轉變壓器 0-60o0.1% 一般角位移檢測數(shù) 字 式 感應同步器 連 續(xù) 1-5角秒 高精度角位移 檢測圓光柵 模擬第3頁，共28頁。（1） 位移傳感器電位器輸出電壓u與電刷位移x或角位移（旋轉式）成正比分辨率取決繞線的粗細和均勻程度（塑料膜片式的例外）優(yōu)點：簡單、價廉、易維護缺點：速度低，易產(chǎn)生雜波，壽命短，分辨率低不適合小位移、高精度和長期連續(xù)工作第4頁，共28頁。A 直線式（1）位移傳感器差動變壓器（電感式）直線式和回轉式，直線式最常用一次線圈加恒幅高頻(1kHz,3kHz,5kHz甚至10kHz)交流電壓激磁，二次繞組(差動連接)產(chǎn)生感應電勢E1和E2鐵芯

5、中間位E1=E2，輸出E=E1-E2=0鐵芯左右移動時，輸出電壓E的大小和極性與鐵芯位移x的大小和方向相關優(yōu)點：簡單，精度較高，線性區(qū)大，無機械摩擦，壽命長。廣泛應用缺點：線圈幾何形狀不對稱和存在磁環(huán)等造成不靈敏區(qū)B 回轉式第5頁，共28頁。（1）位移傳感器自整角機 發(fā)送機輸入電壓與接收機輸出電壓的相位角分別顯示指令軸和輸出軸的實時轉角差(r-c) 轉角位移差傳感器優(yōu)點：精度高，簡單，可靠，壽命長缺點：繞組不對稱、不均勻時，磁路發(fā)生畸變而引起誤差控制用微電機，成對工作組成：發(fā)送機和接收機均有轉子（1個繞組）和定子（3個定子繞組），定子繞組星形互連工作原理：基于電磁感應指令輸入軸帶發(fā)送機，系統(tǒng)輸

6、出軸帶接收機發(fā)送機轉子輸入指令電壓ui，在對應的定子繞組上產(chǎn)生感應電勢，形成大小與轉子繞組A和定子繞組Bi夾角相關的感應電流Ii流過接收機定子繞組Ci的電流Ii在接收機轉子繞組D中產(chǎn)生大小與Ci和D夾角相關的感應電勢Uc第6頁，共28頁。（1） 位移傳感器旋轉變壓器控制用微電機，原理、結構與自整角機類似區(qū)別：定子A和轉子B均為兩相繞組應用范圍廣，精度更高定子繞組A1通激磁電壓，A2短接A2開路時，A1激磁電壓產(chǎn)生交變磁通a在B1， B2產(chǎn)生感應交變正、余弦電勢Eb1， Eb2當輸出繞組接負載時，感應電流產(chǎn)生電樞反應磁通b1，b2使激磁通a畸變影響檢測精度A2短接，電樞反應磁通b1，b2在A2上

7、產(chǎn)生的交變磁通a2與b1，b2相反而抵消其對a的影響定子和轉子的一相繞組串接可提高線性度范圍單個：檢測角度，成對：檢測角差第7頁，共28頁。（1） 位移傳感器感應同步器 高精度的位移檢測元件，有直線和圓形直線式：定尺（連續(xù)繞組）和滑尺（正、余弦相間繞組），節(jié)距均為為P繞組用印刷電路，激磁頻率極高(10kHz)滑尺正、余弦繞組激磁，從定尺的連續(xù)繞組輸出電壓實際是一個展成平面的無鐵芯多級旋轉變壓器，與旋轉變壓器工作原理相同滑尺相對定尺每移動一節(jié)距，定尺輸出就有變化，將其處理顯示及可獲得相應的位移信息根據(jù)激磁電源的供電方式分鑒幅和鑒相兩類第8頁，共28頁。（1）位移傳感器感應同步器圓形感應同步器圓形

8、感應同步器是直線感應同步器的變形定子：正、余弦相間多級繞組，激磁轉子：連續(xù)繞組輸出電壓圓盤上一般等分108格54對磁極，每格制作1個印刷電路繞組當轉子相對定子每轉一格，轉子輸出就會產(chǎn)生相應的變化，將這種變化處理后顯示就可獲得相應的角位移信息級數(shù)多且高頻激磁，精度極高第9頁，共28頁。（1）位移傳感器感應同步器（鑒幅工作方式）滑尺正、余弦繞組加頻率、相位相同而幅值不等的激磁電壓定尺繞組產(chǎn)生感應電壓u1式中：K：滑尺與定尺的電磁耦合系數(shù)X：滑尺與定尺的相對位移P：繞組的節(jié)距c ：與機械位移x相應的角位移第10頁，共28頁。（1）位移傳感器感應同步器（鑒幅工作方式測位移差）根據(jù)疊加原理，定尺繞組上的

9、總輸出電壓：則定尺的輸出電壓： 如果滑尺激磁電壓幅值?。?和頻率高，角差小時，忽略動態(tài)，輸出電壓經(jīng)放大、解調后就有：可見，鑒幅工作時，定尺繞組上輸出的是角差在閉環(huán)控制系統(tǒng)中r為指令， c使輸出位移（即x）第11頁，共28頁。（1） 位移傳感器感應同步器（鑒相工作方式測位移）正、余弦繞組分別加頻率和幅值相等，相位差90度的激磁電壓和定尺繞組上產(chǎn)生電壓：定尺輸出電壓反映機械位移即x，第12頁，共28頁。（1） 位移傳感器感應同步器（鑒相工作方式測位移）零值法：能使輸出電壓的相位超前或滯后變化的相對分頻器使相頻器與定尺的輸出電壓相位差為零，這時分頻器輸出電壓的相位角e恰好等于c。通過數(shù)顯裝置便可測出

10、c直讀法：定尺輸出電壓整形成移相方波后與基準方波比較，形成相位差門寬，門寬內加入一串脈沖，由計數(shù)器顯示脈沖數(shù)便可測出反映機械位移的相角c變換放大控制電路相對分頻器ce第13頁，共28頁。（1） 位移傳感器磁柵組成：磁尺、磁頭和檢測電路磁尺尺面上鍍有節(jié)距為的柵狀磁信號的磁性薄膜磁頭讀取磁信號，有激磁繞組和輸出繞組激磁繞組加激磁電壓Us，輸出繞組對應有輸出電壓Uo磁尺和磁頭相對運動時，磁頭輸出電壓幅值是位移量x的余弦函數(shù)，頻率是激磁頻率的2倍，即第14頁，共28頁。（1） 位移傳感器磁柵 輸出幅值系數(shù)； 磁柵的節(jié)距，通常為0.05mm和0.2m； 磁頭在磁柵一個節(jié)距范圍內的相對位移； 輸出信號的頻

11、率。兩個磁頭的間距為 （m為正整數(shù)），即兩個磁頭相對磁柵相差1/4節(jié)距，輸出信號的相位差 也分鑒幅和鑒相兩種，經(jīng)檢測電路處理，利用相位計原理測出輸出信號的相位，便可測的位移第15頁，共28頁。（1）位移傳感器光柵由主光柵（標尺光柵）、指示光柵和測量電路組成主光柵：條狀光學玻璃（或金屬板），刻有與其間距等寬w 且均勻的線紋，形成明暗相間的線條指示光柵短，刻有與主光柵同樣密度線紋指示光柵與主光柵平行安放，兩光柵的刻線互傾微小夾角莫爾條紋光經(jīng)主光柵投射，在指示光柵上出現(xiàn)莫爾條紋主光柵沿刻線的垂直方向移動，莫爾條文沿夾角 平分線的方向移動主光柵移動一柵距w ，莫爾條紋移動一條紋間距B 用計數(shù)器記錄下指

12、示光柵移過的條紋數(shù)，便測出主光柵的移動位移x第16頁，共28頁。原理：永磁鐵在線圈中運動，線圈切割磁力線產(chǎn)生與速度成比例的感應電勢B：磁場強度，L：導線長度,：磁鐵速度磁鐵不動，線圈運動，即動圈式速度傳感器線圈的感應電勢E與運動速度v成比例（2） 速度傳感器 動圈式第17頁，共28頁。（2） 速度傳感器 測速發(fā)電機（交流式）定子激磁繞組和輸出繞組垂直安裝激磁繞組加頻率、振幅恒定的電壓，便產(chǎn)生脈動磁場轉子不轉，輸出繞組不產(chǎn)生感應電勢當轉子旋轉切割激磁磁通，在轉子產(chǎn)生感應電勢引起電流形成轉子磁通而在輸出繞組中產(chǎn)生感應電勢EE的幅值與轉子速率成比例優(yōu)點：無電刷、無雜波、空心轉子慣量小缺點：輸出電壓較

13、小多用于交流伺服系統(tǒng)第18頁，共28頁。（2)）速度傳感器 測速發(fā)電機 （直流式）永磁式測速發(fā)電機它激式測速發(fā)電機運動轉子線圈切割磁力線而產(chǎn)生感應電勢：幅值與轉速成比例，極性與轉動方向相關感應電勢經(jīng)換向器電刷A、B引出優(yōu)點：簡單，輸出電壓波動小缺點：長期使用后，永磁鐵受振動后將發(fā)生減磁現(xiàn)象而使特性改變它激式。需配激磁穩(wěn)壓電源第19頁，共28頁。（2）速度傳感器 差動變壓器式 直流磁化鐵芯。鐵芯運動二次繞組感應出與鐵芯速度成比例電勢交流使二次繞組感應出與鐵芯位移成比例的電勢Ei交流和直流同時送入一次繞組，用一只差動變壓器同時檢測位移和速度位移：兩個二次繞組的電壓之差；速度：一繞組中的輸出70年代

14、末日本研制成功，并應用于航空、振動臺電液控制系統(tǒng)第20頁，共28頁。（2） 速度傳感器 脈沖發(fā)生器（電磁式）齒輪旋轉，氣隙變化，導致磁阻變化，進而磁通變化，線圈便產(chǎn)生與磁阻變化頻率相同的脈沖經(jīng)整形后得到與轉速成比例的脈沖輸出信號如果把齒輪換成齒條，便成為直線式電磁脈沖發(fā)生器 電磁式脈沖發(fā)生器第21頁，共28頁。（2） 速度傳感器 脈沖發(fā)生器（光電式 ）光源通過轉盤的透光孔射到光敏元件上，轉盤旋轉時，光電管便發(fā)出與轉速成比例的電脈沖信號光電脈沖信號處理方便，脈沖頻率高，檢測精度高，被廣泛應用 第22頁，共28頁。當應變筒受拉、壓力F作用時，電阻R1和R2 的阻值發(fā)生變化電橋的輸出電壓U，因阻值改

15、變而發(fā)生變化電壓U與力F成比例作用力轉變成電壓信號（3） 力傳感器 電阻式FF第23頁，共28頁。（3） 力傳感器 電磁式組成：彈性支架，壓磁元件壓磁元件：多層導磁硅鋼片疊成裝于彈性支架中孔1，2激磁繞組，3，4裝輸出繞組原理壓磁元件不受力時，激磁繞組通交變電流，A、B、C、D四區(qū)磁阻相同，磁力線對稱分布(圖b)次級繞組無輸出壓磁元件受F力，A、B區(qū)磁阻增大，C、D區(qū)磁阻不變磁力線扭曲而與次級繞組交鏈(圖c)，產(chǎn)生與力F成正比的感應電勢E特點：輸出力和輸出功率大，過載能力強，壽命長，無位移，運行條件要求低，抗干擾能力強第24頁，共28頁。（4） 壓力傳感器 組成：垂鏈形膜片，應變筒，輸出插座，殼體垂鏈形膜片將流體壓力轉換成總力應變筒將力轉換成電壓信號工作原理同力傳感器第25頁