傳感器原理與技術(shù)課件：位移檢測(cè)、速度和加速度檢測(cè)

Halleffect同學(xué)們，本節(jié)課我們學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是霍爾效應(yīng)。位移檢測(cè)、速度和加速度檢測(cè)Halleffect同學(xué)們，本節(jié)課我們學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)霍爾效應(yīng)霍爾位置傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的磁場(chǎng)傳感器霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，霍爾效應(yīng)磁電效應(yīng)這一現(xiàn)象是霍爾(A.H.Hall，1855-1938)于1879年在研究金屬的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的?；魻栃?yīng)1879年(A.H.Hall，1855-1938)霍爾效應(yīng)后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，半導(dǎo)體比金屬?gòu)?qiáng)得多利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面。霍爾效應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)檢測(cè)技術(shù)信息處理霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)，置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電勢(shì)稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)。載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)霍爾電動(dòng)勢(shì)每個(gè)電子受洛侖茲力fm的作用，fm大小為Fm=eBv霍爾效應(yīng)每個(gè)電子受洛侖茲力fm的作用fmFm=eBvee:電子電荷v:電子運(yùn)動(dòng)平均速度B:磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度vBfm的方向在圖5-1-1中是向上的，電子在fm的作用下漂移，霍爾效應(yīng)fm的方向在金屬導(dǎo)電板上底面積累電子在下底面積累正電荷附加內(nèi)電場(chǎng)EH霍爾電場(chǎng)該電場(chǎng)強(qiáng)度為EH=UH/b式中：UH為電位差。霍爾效應(yīng)

由于霍爾電場(chǎng)，定向運(yùn)動(dòng)的電子除了受洛侖茲力外，還受霍爾電場(chǎng)的作用，其大小為eEH，該力與洛侖茲力方向相反，阻止電荷繼續(xù)積累。電子所受作用力大小相等、方向相反時(shí)

Thankyou謝謝大家謝謝大家TheworkingprincipleandapplicationofHallsensors同學(xué)們，本節(jié)課我們學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是霍爾位置傳感器工作原理?；魻杺鞲衅鞯墓ぷ髟砼c應(yīng)用霍爾傳感器的工作原理與應(yīng)用霍爾位置傳感器的工作原理同極性相對(duì)放置霍爾位置傳感器的工作原理如圖5-1-2所示，將霍爾元件置于磁場(chǎng)中，兩側(cè)是磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的兩塊永久磁鐵，同極性相對(duì)放置。磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0霍爾電勢(shì)UH=0位移Δx=0當(dāng)霍爾元件在兩磁鐵之間移動(dòng)時(shí)，霍爾元件感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之改變，磁感應(yīng)強(qiáng)度也隨之改變霍爾元件在兩磁鐵之間移動(dòng)

U值大小反應(yīng)的是霍爾元件與磁鐵之間相對(duì)位置的變化量接下來(lái)，我們一起來(lái)學(xué)習(xí)霍爾傳感器的應(yīng)用?；魻杺鞲衅鞯膽?yīng)用常見(jiàn)的霍爾傳感器供電范圍Vcc在4.5~24V內(nèi)選擇(1)霍爾接近開(kāi)關(guān)電路如圖5-1-4所示。它是一個(gè)無(wú)接觸磁控開(kāi)關(guān)。當(dāng)磁鐵靠近時(shí)，開(kāi)關(guān)接通;當(dāng)磁鐵離開(kāi)后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。無(wú)接觸磁控開(kāi)關(guān)當(dāng)磁鐵靠近時(shí)，開(kāi)關(guān)接通當(dāng)磁鐵離開(kāi)后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(2)霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器圖5-1-5是幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。幾種不同結(jié)構(gòu)的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定在轉(zhuǎn)盤(pán)附近的霍爾傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過(guò)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖，檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可知道被測(cè)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)盤(pán)的輸入軸與被測(cè)轉(zhuǎn)軸相連磁性轉(zhuǎn)盤(pán)上的小磁鐵的數(shù)目確定傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的分辨率圖5-1-6所示為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路，其中霍爾傳感器采用UGN3040，輸出端接入一個(gè)小功率PNP型晶體管VT。輸出端接入小功率PNP型晶體管VT霍爾傳感器采用UGN3040將A、B信號(hào)接入到轉(zhuǎn)速表獲得電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值2.鋼球計(jì)數(shù)鋼球計(jì)數(shù)具有較高靈敏度的集成霍爾元件感受到很小的磁場(chǎng)變化對(duì)金屬零件進(jìn)行計(jì)數(shù)檢測(cè)圖5-1-7是對(duì)鋼球進(jìn)行計(jì)數(shù)的工作示意圖和電路。鋼球計(jì)數(shù)的工作示意圖和電路傳感器輸出峰值20mV的負(fù)脈沖電壓鋼球通過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)傳感器該電壓經(jīng)運(yùn)算放大器(μA741)放大后，驅(qū)動(dòng)晶體管VT(2N5812)工作，工作VT輸出端可接計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)由顯示器顯示檢測(cè)數(shù)值同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了霍爾傳感器的工作原理與應(yīng)用，大家都學(xué)會(huì)了嗎？Thankyou謝謝大家謝謝大家Eddycurrenteffect同學(xué)們，本節(jié)課，我們學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是電渦流效應(yīng)。電渦流效應(yīng)電渦流效應(yīng)電渦流傳感器能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離，具有非接觸、高線性度、高分辨率等特點(diǎn)。非接觸高線性度高分辨率非接觸式的線性化計(jì)量工具準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)體與探頭端面之間靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的相對(duì)位移變化渦流效應(yīng)原理圖如圖5-2-1所示，在一方形導(dǎo)體外面繞上線圈，并讓線圈通入交變電流，那么線圈就產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。圖5-2-1渦流效應(yīng)原理圖交變磁場(chǎng)磁通量在不斷發(fā)生改變所以在導(dǎo)體的圓周方向會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，電流的方向沿導(dǎo)體的圓周方向轉(zhuǎn)圈，就像一圈圈的漩渦，圖5-2-1渦流效應(yīng)原理圖電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電流渦流現(xiàn)象導(dǎo)體的外周長(zhǎng)越長(zhǎng)，交變磁場(chǎng)的頻率越高，渦流就越大。圖5-2-1渦流效應(yīng)原理圖導(dǎo)體的外周長(zhǎng)越長(zhǎng)交變磁場(chǎng)的頻率越高渦流越大導(dǎo)體內(nèi)部的渦流會(huì)產(chǎn)生熱量如果導(dǎo)體的電阻率小，則渦流很強(qiáng)，產(chǎn)生的熱量就很大。圖5-2-1渦流效應(yīng)原理圖導(dǎo)體的電阻率小渦流很強(qiáng)產(chǎn)生的熱量很大渦流效應(yīng)有很廣泛的應(yīng)用，如電測(cè)儀表的阻尼制動(dòng)、高速機(jī)車(chē)制動(dòng)的渦流閘等，還有應(yīng)用渦流熱效應(yīng)制成的電磁爐等。渦流效應(yīng)的廣泛應(yīng)用阻尼制動(dòng)渦流閘電磁爐當(dāng)然，在生產(chǎn)和生活中，有時(shí)也要避免渦流效應(yīng)，如電動(dòng)機(jī)、變壓器的鐵心在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流，增加能耗，并導(dǎo)致變壓器發(fā)熱。產(chǎn)生渦流增加能耗導(dǎo)致發(fā)熱在生產(chǎn)和生活中避免渦流效應(yīng)減少渦流把整塊鐵心改成用薄片疊壓的鐵心增大回路電阻削弱回路電流減少發(fā)熱損失本節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了什么是電渦流效應(yīng)，大家都學(xué)會(huì)了嗎？Thankyou謝謝大家謝謝大家Workingprincipleandapplicationofgratingpositionsensor光柵位置傳感器的工作原理與應(yīng)用光柵位置傳感器的工作原理與應(yīng)用光柵是由很多等節(jié)距的透光縫隙和不透光的刻線均勻相間排列構(gòu)成的光電器件光柵物理光柵計(jì)量光柵物理光柵利用光的衍射現(xiàn)象光柵計(jì)量光柵物理光柵衍射現(xiàn)象光譜分析光波長(zhǎng)等量的測(cè)量計(jì)量光柵主要利用莫爾現(xiàn)象，測(cè)量位移、速度、加速度、振動(dòng)等物理量。光柵物理光柵計(jì)量光柵莫爾現(xiàn)象位移速度加速度振動(dòng)本節(jié)課，我們學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是光柵位置傳感器的工作原理與應(yīng)用。光柵位置傳感器的工作原理與應(yīng)用光柵式傳感器實(shí)際上是光電式傳感器的一個(gè)特殊應(yīng)用。光柵式傳感器光電式傳感器莫爾條紋把光柵作為測(cè)量元件，具有結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)測(cè)量元件結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單測(cè)量精度高在數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床精密定位長(zhǎng)度速度加速度振動(dòng)測(cè)量首先，我們先來(lái)學(xué)習(xí)光柵位置傳感器的工作原理。光柵位置傳感器的工作原理如圖5-3-4所示圖5-3-4光柵位置傳感器的結(jié)構(gòu)當(dāng)主光柵產(chǎn)生位移時(shí)，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生位移圖5-3-4光柵位置傳感器的結(jié)構(gòu)當(dāng)主光柵產(chǎn)生位移時(shí)，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生位移圖5-3-4光柵位置傳感器的結(jié)構(gòu)當(dāng)主光柵產(chǎn)生位移時(shí)，莫爾條紋便隨著產(chǎn)生位移圖5-3-4光柵位置傳感器的結(jié)構(gòu)若用光敏元件記錄莫爾條紋通過(guò)某點(diǎn)的數(shù)目圖5-3-4光柵位置傳感器的結(jié)構(gòu)通過(guò)驅(qū)動(dòng)線路轉(zhuǎn)換輸出便可知主光柵移動(dòng)的距離圖5-3-4光柵位置傳感器的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換輸出也就測(cè)得了被測(cè)物體的位移量，從而知道了被測(cè)物體的精確位置。被測(cè)物體位移量精確位置圖5-3-4光柵位置傳感器的結(jié)構(gòu)利用上述原理，通過(guò)多個(gè)光電器件對(duì)莫爾條紋信號(hào)的內(nèi)插細(xì)分，便可檢測(cè)出光柵距很小的位移量，以及被測(cè)物體的移動(dòng)方向。通過(guò)多個(gè)光電器件對(duì)莫爾條紋信號(hào)的內(nèi)插細(xì)分光柵距很小的位移量被測(cè)物體的移動(dòng)方向接下來(lái)，我們學(xué)習(xí)光柵傳感器的應(yīng)用。光柵傳感器的應(yīng)用由于光柵位移傳感器測(cè)量精度高（分辨率為0.1um。)，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍廣（0～1000mm)測(cè)量精度高動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍廣分辨率：0.1um0～1000mm無(wú)接觸測(cè)量自動(dòng)化數(shù)字化因而在機(jī)械工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)械工業(yè)量具、數(shù)控機(jī)床閉環(huán)反饋控制工作主機(jī)坐標(biāo)測(cè)量光柵位移傳感器起著重要的作用光柵位移傳感器如圖5-3-5所示為安裝直線光柵的數(shù)控機(jī)床。圖5-3-5安裝直線光柵數(shù)控機(jī)床2.光柵傳感器的安裝與調(diào)試光柵傳感器的安裝與調(diào)試從光柵的使用壽命考慮，一般將主光柵尺安裝在機(jī)床或設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部件上光柵的使用壽命而讀數(shù)頭則安裝在固定部件上光柵的使用壽命固定部件反之亦可，但對(duì)讀數(shù)頭引出電纜線的固定要采取保護(hù)措施。電纜線的固定保護(hù)措施合理的安裝方式還要考慮切削冷卻液等的濺向問(wèn)題光柵傳感器對(duì)安裝基面也有一定要求，不能直接固定在粗糙不平或涂漆的床身上。安裝基面不能直接固定在粗糙不平或涂漆的床身安裝基面應(yīng)達(dá)到直線度誤差≤0.1mm/m，表面粗糙度R≤6.3um，與機(jī)床相應(yīng)導(dǎo)軌的平行度誤差在全長(zhǎng)范圍內(nèi)≤0.1mm安裝基面直線度誤差：≤0.1mm/m表面粗糙度：R≤6.3um與機(jī)床相應(yīng)導(dǎo)軌的平行度誤差在全長(zhǎng)范圍內(nèi)≤0.1mm如達(dá)不到此要求安裝基面直線度誤差：≤0.1mm/m表面粗糙度：R≤6.3um與機(jī)床相應(yīng)導(dǎo)軌的平行度誤差在全長(zhǎng)范圍內(nèi)≤0.1mm則要求制作專門(mén)的光柵主尺尺座和一個(gè)與尺身基座等高的讀數(shù)頭基座專門(mén)的光柵主尺尺座與尺身基座等高的讀數(shù)頭基座兩者之間的要求如圖5-3-6所示。圖5-3-6光柵傳感器的基座（a）主尺尺座（b）讀數(shù)頭基座3.使用光柵傳感器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題使用光柵傳感器注意事項(xiàng)①插拔讀數(shù)頭與數(shù)顯表的連接插頭時(shí)讀數(shù)頭數(shù)顯表1關(guān)閉電源②使用過(guò)程中應(yīng)及時(shí)清理濺落在測(cè)量裝置上的切