2机电一体化技术(传感器)第二章PPT课件
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机电一体化系统设计课件——第2章(5)：机械系统的部件选择与设计(轴系)
微型滚动轴承
精 密 分 度 头 主 轴 系 统
上图为一精密分度头主轴系统。它采用的是密 珠轴承，主轴由止推密珠轴承2、4和径向密珠轴承1、 3组成。这种轴承所用滚珠数量多且接近于多头螺旋 排列。由于密集的钢珠有误差平均效应，减小了局 部误差对主轴轴心位置的影响，故主轴回转精度有 所提高；每个钢珠公转时沿着自己的滚道滚动而不 相重复，减小了滚道的磨损，主轴回转精度可长期 保持。实践证明，提高钢珠的密集度有利于主轴回 转精度的提高，但过多地增加钢珠会增大摩擦力矩。 因此，应在保证主轴运转灵活的前提下，尽量增多 钢珠数量。图b为推力密珠轴承保持架孔分布情况， 图c为径向密珠轴承保持架孔的分布情况。
液体静压轴承工作原理
液体静压轴承工作原理 1、2、3、4-油腔；5-金属薄膜；6-圆盒；7-回油槽；8-轴套
磁悬浮轴承工作原理
磁悬浮轴承是利用磁场力将轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种新型轴承。其工 作原理如下图所示。径向磁悬浮轴承由转子(转动部件)6和定子(固定部件)5两部分组成。定子 部分装上电磁体，保持转子悬浮在磁场中。转子转动时，由位移传感器4检铡转子的偏心，并 通过反馈与基准信号l(转子的理想位置)进行比较，调节器2根据偏差信号进行调节，并把调节 信号送到功率放大器3以改变电磁体(定子)的电流，从而改变磁悬浮力的大小，使转子恢复到 理想位置。 径向磁悬浮轴承的转轴(如主轴一般要配备辅助轴承，工作时辅助轴承不与转轴接触当断 电或磁悬浮失控时能托住高速旋转的转轴，起到完全保护作用。辅助轴承与转子之间的间隙 一般等于转子与电磁体气隙的一半。轴向悬浮轴承的工作原理与径向磁悬浮轴承相同 。
会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化，影响整 个传动系统的传动精度、旋转精度及位置精度。又由 于温度的上升会使润滑油的粘度发生变化，使滑动或 滚动轴承的承载能力降低。
机电一体化技术讲稿(PPT42张)
优点：在高频浮动中达到回珠圆弧槽进出口的自动对接，通道流
畅、摩擦特性较好，更适用于高速、高灵敏度、高刚性的精密进给系 统。
外循环
从结构上看，外循环有三
种形式： ①螺旋槽式 ：在螺母2的 外圆表面上铣出螺纹凹槽， 槽的两端钻出二个与螺纹 滚道相切的通孔，螺纹滚 道内装入二个挡珠器4引 导滚珠3通过这二个孔， 应用套筒1盖住凹槽，构 成滚珠的循环回路。 结构的特点：工艺简单、 径向尺寸小、易于制造。 但是挡珠器刚性差、易磨 损。
原理：丝杆上有基本导程 ( 或螺距 ) 不同的 ( 如 l01 、
102) 两段螺纹，其旋向相同。当丝杆 2 转动时， 可动螺母 1 的移动距离为 s ＝ n(10l—l02) ，如果两 基本导程的大小相差较少，则可获得较小的位 移s。 应用场合：多用于各种微动机构中。
2.1.3 滚珠丝杠传动部件
紧方式；
3.滚珠丝杠副的选择方法
实例：X-Y工作台的结构
第二章 机械系统的部件选择与设计
概述 采取措施 (1)采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件。 (2)缩短传动链，提高传动与支承刚度， (3)选用最佳传动比，以达到提高系统分辨率、
减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量， 尽可能提高加速能力。 (4)缩小反向死区误差。 (5)改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减 少振动、降低噪声。
缘，但制有螺纹，并通过二个圆螺母固定。调整时旋转 圆螺母2消除轴向间隙并产生一定的预紧力，然后用锁 紧螺母1锁紧。预紧后两个螺母中的滚珠相向受力(如图 b)，从而消除轴向间隙。其特点是结构简单、刚性好、 预紧可靠，使用中调整方便，但不能精确定量地调整。
工作原理
(2)双螺母齿差预紧调整式
结构如图，二个螺母
《传感器说课。》PPT课件
其他
视觉
味觉
人体
嗅觉
机电一体化系统中，有些机器 设备也和人一样，需要感知诸 如光、颜色、温度、压力、声 音、湿度、气味等信息。
传感器
哈哈我知道了， 传感器就相当于 我的眼睛和耳朵
触觉
听觉
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15
新合
知作
二环 探 节究
建
构
概念
发展
传感器
优势
分类
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16
传感器的概念
通俗说法
传感器是一种仪 器，能检。测到光 线、温度、压力 、声音、气味等 环境的变化。
国家级重点 ******学校
机电一体化概论
第二章第二节 传感器
主讲：****
L/O/G/O
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1
教学项目：传感器
说课 步骤
1 说教材
2
说教法
3 说学法
4 说教学过程
5 说教学反思
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2
说 说 说程说思说 教 教学教教 材 法法学学
过反
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3
一、把握大纲，说教材
1.选教材
➢ 高等教育出版社余洵主编 ➢ 教育部规划教材中职机电专业 ➢《机电一体化概论》第1版 ➢ 第二章 机电一体化系统的组成 ➢ 第二节 传感器
复杂的定理和公式 平时少见案例
学习兴趣不浓学生
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33
• THE END!
欢迎各位专家批评指正！
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34
水烧开后，不会 自动断电，存在 安全隐患，费电
水烧开后，自 动断电，安全
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21
其
他
例
子
自动旋转门
风速传感器
第二章 机电一体化系统数学建模(新)ppt课件
质点相对壳体的位移为 x x1 x2
k m
mdd2 tx2 bd dx tK xmd d2 tx 21f(t)
d dt22 x2nd dx tn2xa(t)fm (t)
自然频率
n
K m
阻尼比
b 2 Km
b
x1
x2 f (t)
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7
2.1 质点平移系统
问题1 解答：
d dt22 x2nd dx tn2xa(t)fm (t)
X F 1 ( ( s s ) ) m 1 m 2 s 4 B ( m 1 m 2 ) s 3 ( K 1 m B 1 s K K 1 1 m 2 K 2 m 1 ) s 2 K 2 B s K 1 K 2
X F 2 ( ( s s ) ) m 1 m 2 s 4 B ( m 1 m 2 ) s 3 ( m K 1 s 1 m 2 1 B K s 1 m K 2 1 K 2 m 1 ) s 2 K 2 B s K 1 K 2
(a) (a)
1
11M MM (b)
(b) (b)
222
M(t)Jd2 Jd
dt2 dt
m 2 s 2 X 2 ( s ) F ( s ) B s [ X 2 ( s ) X 1 ( s ) ] K 1 [ X 2 ( s ) X 1 ( s ) ] K 2 X 2 ( s )
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9
2.1 质点平移系统
问题2 解答：
m1
k1
m 1 s 2 X 1 ( s ) B s [ X 1 ( s ) X 2 ( s ) ] K 1 [ X 1 ( s ) X 2 ( s ) ]
解答： m 1d d2 tx 21B(d d xt1d d xt2)K 1(x1x2)
k m
mdd2 tx2 bd dx tK xmd d2 tx 21f(t)
d dt22 x2nd dx tn2xa(t)fm (t)
自然频率
n
K m
阻尼比
b 2 Km
b
x1
x2 f (t)
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7
2.1 质点平移系统
问题1 解答：
d dt22 x2nd dx tn2xa(t)fm (t)
X F 1 ( ( s s ) ) m 1 m 2 s 4 B ( m 1 m 2 ) s 3 ( K 1 m B 1 s K K 1 1 m 2 K 2 m 1 ) s 2 K 2 B s K 1 K 2
X F 2 ( ( s s ) ) m 1 m 2 s 4 B ( m 1 m 2 ) s 3 ( m K 1 s 1 m 2 1 B K s 1 m K 2 1 K 2 m 1 ) s 2 K 2 B s K 1 K 2
(a) (a)
1
11M MM (b)
(b) (b)
222
M(t)Jd2 Jd
dt2 dt
m 2 s 2 X 2 ( s ) F ( s ) B s [ X 2 ( s ) X 1 ( s ) ] K 1 [ X 2 ( s ) X 1 ( s ) ] K 2 X 2 ( s )
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9
2.1 质点平移系统
问题2 解答：
m1
k1
m 1 s 2 X 1 ( s ) B s [ X 1 ( s ) X 2 ( s ) ] K 1 [ X 1 ( s ) X 2 ( s ) ]
解答： m 1d d2 tx 21B(d d xt1d d xt2)K 1(x1x2)
《机电一体化介绍》课件
工业控制网络
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景
如Profibus、Modbus等，用于实现分布式控制和数据传输。
可编程控制器（PLC）
用于自动化生产线和工业控制系统的逻辑控制和顺序控制。
检测技术
传感器技术
利用各种物理效应和化学反应， 将物理量或化学量转换为电信号 ，用于监测和控制机电一体化系
统的运行状态。
信号处理技术
对传感器输出的电信号进行滤波、 放大、转换等处理，提取出有用的 信息。
数控机床的应用范围广泛，涉及汽车 、航空、模具、仪器仪表等领域，对 提高产品质量和生产效率具有重要作 用。
数控机床通常包括数控系统、伺服系 统、主轴系统、刀具系统等部分，各 业机器人
工业机器人是用于自动化生产线 的机电一体化产品，能够执行各 种重复性或危险性任务，提高生
电子电路设计
包括模拟电路、数字电路、集成电路等，为机电 一体化系统提供信号处理和能源供给。
嵌入式系统
将微处理器嵌入到机械系统中，实现智能化控制 和数据处理。
传感器与执行器
用于检测和驱动机电一体化系统的各种物理量， 如温度、压力、位移等。
控制技术
控制算法
如PID控制、模糊控制等，用于实现机电一体化系统的精确控制。
自动化生产线广泛应用于汽车、家电、食品等领域，能够大幅提高生产效 率、降低能耗和减少人力成本。
智能家居系统
1
智能家居系统是利用机电一体化技术将家居设备 进行智能化改造，实现家庭生活的智能化和舒适 化。
2
智能家居系统包括智能照明、智能安防、智能环 境控制等子系统，通过互联网和物联网技术实现 远程控制和智能化管理。
机电一体化技术使得定制化生产成为可能，满足了消费者对个性化 产品的需求。
在人工智能领域的应用前景
机电一体化项目教程PPT课件任务1 传感器技术
任务1-2光电传感器的使用 任务实施
2.电气接线与调试 欧姆龙公司的E3ZG-R60/61-S光电传感器实物图如图所示,采
用漫射式检测方式，实现小型、长距离、节省电力和能源的光电 传感器，检测距离是4M，输出类型是NPN型，检测φ75mm以上的 不透明物体。输出回路如图所示，它的输出有三根线，分别是褐 色、黑色和蓝色线。在使用时，我们要将直流电源（12-24V）的 高电位接到褐色线，低电位接蓝色线，输出负载接褐色线和黑色 线之间。
任务1-2光电传感器的使用
任务描述
认识光电传感器的作用、安装和电气接线与调试。系统中光 电传感器主要作用是进行瓶盖料筒检测、瓶盖拧紧检测、升降台 原点检测、物料台和仓位检测，
任务实施
设备中主要使用3种光电传感器，分别是佛山辉智公司的 UE-11D型号、欧姆龙公司的E3ZG-R60（或61）-S型和EESX951-W 1M型
在门可槛动 值部的位大使小用可传以感根器据时环，境请的固变定化导、具体的要求来设定。 输在出调回 试路时如可图以所通示过，调它整的极输性出和有门三槛根值线来，合分理别使是用褐传感器， 棕接色褐线 色，线低和电白位色接线蓝之色间线。，输出负载接棕色和黑色线之间。 低设电备位 中接主蓝要色使线用，3种输光出电负传载感1接器褐，色分线别和是黑佛色山线辉之智间公，司输的出负载2 欧认姆识龙 光公电司传E感E-器SX的95作1-用W、1安M装光和电电传气感接器线输与出调回试路。如图所示，
任务1-1光纤传感器的使用
Байду номын сангаас任务实施
2.电气接线与调试 在调试时可以通过调整极性和门槛值来合理使用传感器，
门槛值的大小可以根据环境的变化、具体的要求来设定。门 槛值设定可以采用手动法、一点示教和两点示教的方法。我 们经常使用的是手动法，方法最简单。只要看有工件时的受 光量，建议把门槛值设为有工件和无工件时受光量的中间值。
第2章 机电一体化的单元技术2.1-2.2
12
机械传动系统的特性
机电一体化的机械系统应具有良好的伺服性能， 要求机械传动部件应有足够的制造精度，满足快 速稳定和高效的要求，还应使机械传动部分动态 特性与执行元件的动态特性相匹配。 机械传动系统的主要特性有： 转动惯量 阻尼 刚度 间隙
第二章 机电一体化的单元技术
13
转动惯量
转动惯量过大的不利影响：
缩短传动链，提高传动与支承刚度，以减小结构的 弹性变形
通过刚度、质量和摩擦系数等参数的合理匹配得到 适当的阻尼比
第二章 机电一体化的单元技术
9
常用传动机构及其传动功能
第二章 机电一体化的单元技术
10
传动机构的发展
随着机电一体化技术的发展，要求传动机 构不断适应新的技术要求： 精密化 高速化 小型化和轻量化
6
第二章 机电一体化的单元技术
7
2.机械系统设计要求 机电一体化中的机械系统应满足以下三方面的要求， 以达到伺服系统的设计指标： 1．高精度 2．动作响应快 3．稳定性好
3. 设计内容 机械本体设计
无间隙、低惯性、低振动、低噪声和适当阻尼比的要求
机械传动设计
机械传动的控制
第二章 机电一体化的单元技术
第二章 机电一体化的单元技术
11
传动机构的设计内容
包括系统设计和结构设计两个方面 估算载荷 选择总传动比，选择伺服电机 选择传动机构的形式 确定传动级数，分配各级传动比 配置传动链，估算传动链精度 传动机构结构设计 计算传动装置的刚度和结构固有频率 做必要的工艺分析和经济分析
第二章 机电一体化的单元技术
Ek
1 2
Jerwk2
∵ E Ek
∴
Jerim 1m i(w vik)2jn 1Jj(w w kj)2
机电一体化 完整ppt课件
2
3
1
图7-27 带锥度齿轮的消除间隙结构 1、2-齿轮 3-垫片
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31
2. 斜齿轮传动
图7-29是垫片错齿调整法，薄片齿轮由平 键和轴连接，互相不能相对回转。斜齿轮 1和2的齿形拼装在一起加工。装配时，将 垫片厚度增加或减少Δt，然后再用螺母拧 紧。这时两齿轮的螺旋线就产生了错位， 其左右两齿面分别与宽齿轮的齿面贴紧， 从而消除了间隙。
被测量（包括物理量、化学量和生物量等）转换
为与之成比例的电量；二是研究对转换的电信号
的加工处理，如放大、补偿、标度变换等。
6.
机电一体化系统要求传感检测装置能快速、
准确、可靠的获取信息
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15
3 信息处理技术
实现信息处理的主要工具是计算机，计算机技术包括计算机的软件技术、硬件 技术、网络与通讯技术和数据技术。机电一体化系统中主要采用工业控制机（包 括可编程控制器，单、多回路调节器，单片微控制器，总线式工业控制机，分布 式计算机测控系统）进行信息处理。信息处理的发展方向是提高信息处理的速度、 可靠性和智能化程度。人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术等都属于计 算机信息处理技术的范畴。
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三、学科构成
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17
四、机电一体化系统设计方法
1. 取代法 取代法就是用电气控制取代原系统中
的机械控制机构。该方法是改造旧产品、 开发新产品或对原系统进行技术改造常 用的方法,也是改造传统机械产品的常用 方法。
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18
2. 整体设计法
整体设计法主要用于新产品的开发设计。在设 计时完全从系统的整体目标出发,考虑各子系统的 设计。
机电一体化技术基础课件：传感与检测技术
传感与检测技术
知识导入：
汽车仪表盘之所以能显示温度、转速等多种车况信息，是因 为汽车电子控制系统上应用了多种传感器。
传感与检测技术
那么，什么是传感与检测技术呢？常见的传感器 主要有哪些类型？这些传感器主要检测哪些参量？它 们常用于什么场合？希望通过下面的学习能得到解答。
传感与检测技术
3.1 认识传感与检测技术
测量介质温度的一端叫作测量端，又称为工作端或热端。另一 端叫作冷端，又称自由端或参考端。冷端与显示仪表或配套仪 表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电动势，如图3-12 所示。
传感与检测技术
2) 热电偶传感器 （4）热电偶传感器定义 热电偶传感器(简称热电偶)就是利用热电效应原理，将温差 转换为电动势量的热电动势传感器。热电偶，如图3-13所示。
2. 电阻应变式传感器 （8）电阻应变式传感器的应用
①测力传感器
传感与检测技术
（8）电阻应变式传感器的应用 ②压力传感器。 压力传感器主要用来测量流体的压力。
③ 位移传感器 应变式位移传感器是把被测位移量转变成弹性元件的
变形和应变，然后通过应变计和应变电桥，输出正比于被 测位移的电量。
传感与检测技术
传感器的别称: 变送器、发送器、发信器、探头等。 这些提法反映了在不同的技术领域中，根据它们的用途 使用了不同术语
传感与检测技术
2.传感器的组成 传感器一般由敏感元件、传感元件和测量转换电路三部
分组成。
（1）敏感元件 直接感受被测量，将被测量→确定关系的某一物理量。
（2）传感元件 将上述产生的某一物理量→电参量。
（5）热电偶传感器特点 具有结构简单、使用方便、精度高、热惯性小、测温范围宽、
测温上限高、可测量局部温度和便于远程传送等优点。
机电一体化技术ppt课件
n 2．方案的评价对多种构思和多种方案进行筛选， 选择较好的可行方案进行分析组合和评价，从中
再选几个方案按照机电一体化系统设计评价原则
和评价方法进行深入的综合分析评价，最后确定 实施方案。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5 机电一体化系统设计
n 一、市场调研 n 二、总体方案设计 n 三、详细设计 n 四、样机试制与试验 n 五、小批量生产 n 六、大批量生产
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5 机电一体化系统设计
四、样机试制与试验
n 完成产品的详细设计后，即可进入样机试制与 试验阶段。根据制造的成本和性能试验的要求， 一般制造几台样机供试验使用。样机的试验分为 实验室试验和实际工况试验，通过试验考核样机 的各种性能指标是否满足设计要求，考核样机的 可靠性。如果样机的性能指标和可靠性不满足设 计要求，则要修改设计，重新制造样机，重新试 验。如果样机的性能指标和可靠性满足设计要求， 则进入产品的小批量生产阶段。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.4
共性关键技术
1、检测传感技术
研究对象：传感器及其信号检测装置（即变送器）
作用：感受器官、反馈环节。 要求：能快速、精确地获得信息并在相应的应 用环境中具有高可靠性。
1.5 机电一体化系统设计
最新机电一体化技术-第二章-传感器与检测课件PPT
3—光电器件 4—光源
•一般标尺光栅和指 示光栅的刻线密度是 相同的，而刻线之间 的距离W 称为栅距。
•光栅条纹密度一般 为每毫米25、50、 100、250条等。
（二）工作原理
机电一体化 第二章
如果把两块栅距W 相等的光栅平行安装， 且让它们的刻痕之间有较小的夹角θ时，这时
光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，这种条 纹称莫尔条纹(Mole stripe)，它们沿着与光栅 条纹几乎垂直的方向排列。
机电一体化 第二章
感应同步器的磁路系统可视为线性，可进行 线性叠加，所以定尺上总的感应电势为
U 2 U '2 U "2 K U s c o s K U c s in (2—11)
式中
K——定尺与滑尺之间的耦合系数；
θ——定尺与滑尺相对位移的角度表示 量（电角度）；
T——节距，表示直线感应同步器的周期，
莫尔条纹具有如下特点：
1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。当指示 光栅不动，标尺光栅向左右移动时， 莫尔条纹 将沿着近于栅线的方向上下移动；光栅每移动过
一个栅距W，莫尔条纹就移动过一个条纹间距B，
查看莫尔条纹的移动方向，即可确定主光栅的移 动方向。
机电一体化 第二章
2.莫尔条纹具有位移放大作用。
机电一体化 第二章
第二节 线位移检测传感器
一、光栅位移传感器 (Raster Displacement Sensor)
光栅是一种新型的位移检测元件，是一 种将机械位移或模拟量转变为数字脉冲的测量 装置。
机电一体化 第二章
特 点：
测量精确度高（可达±1μm）、响应速 度快、量程范围大、可进行非接触测量等。 其易于实现数字测量和自动控制，广泛用于 数控机床和精密测量中。
•一般标尺光栅和指 示光栅的刻线密度是 相同的，而刻线之间 的距离W 称为栅距。
•光栅条纹密度一般 为每毫米25、50、 100、250条等。
（二）工作原理
机电一体化 第二章
如果把两块栅距W 相等的光栅平行安装， 且让它们的刻痕之间有较小的夹角θ时，这时
光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，这种条 纹称莫尔条纹(Mole stripe)，它们沿着与光栅 条纹几乎垂直的方向排列。
机电一体化 第二章
感应同步器的磁路系统可视为线性，可进行 线性叠加，所以定尺上总的感应电势为
U 2 U '2 U "2 K U s c o s K U c s in (2—11)
式中
K——定尺与滑尺之间的耦合系数；
θ——定尺与滑尺相对位移的角度表示 量（电角度）；
T——节距，表示直线感应同步器的周期，
莫尔条纹具有如下特点：
1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。当指示 光栅不动，标尺光栅向左右移动时， 莫尔条纹 将沿着近于栅线的方向上下移动；光栅每移动过
一个栅距W，莫尔条纹就移动过一个条纹间距B，
查看莫尔条纹的移动方向，即可确定主光栅的移 动方向。
机电一体化 第二章
2.莫尔条纹具有位移放大作用。
机电一体化 第二章
第二节 线位移检测传感器
一、光栅位移传感器 (Raster Displacement Sensor)
光栅是一种新型的位移检测元件，是一 种将机械位移或模拟量转变为数字脉冲的测量 装置。
机电一体化 第二章
特 点：
测量精确度高（可达±1μm）、响应速 度快、量程范围大、可进行非接触测量等。 其易于实现数字测量和自动控制，广泛用于 数控机床和精密测量中。
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37
4) 绝对值检波
38
5) 峰值保持电路
39
6）电压比较电路
迟滞比较见自编教材的P20页
40
2. 电容传感器
原理：由两块平行的金属板构成。通过改变 板间距离、相对面积或介质特性引起电容量 变化。其优点： 1.所需的作用能量小 2.能在恶劣环境下工作 3.本身发热影响小 4.动态响应快 5.缺点是非线性和泄露。
13
输出特性 主要为阻抗匹配问题，阻抗/转动惯量，实质是 增大前级对后级的影响，使后级获得更大的能 量。
14
2.4 传感器的基本转换电路 1.电阻型
1）分压电路 用得极为广泛。
15
分压电路控制的自动灯光启闭系统
16
2) 桥式电路 阻抗Z1，Z2，当测量发 生变化时，Z1变化，此 时用控制器控制Z2变化， 使输出为零，可以实现 电脑自动测量。
U 0 U 1 U 1 U i1
Rf
R1
U1 U2
(2)
R1 R2, R3 Rf
•
Uo
Rf R1
(Ui2
Ui1)
0
U1 U2
当只有共模信号，共模
抑制比无穷大
21
22
23
24
25
❖电 荷 放 大 器
26
半波调幅
27
全波调幅
28
❖ 包络检波
29
30
31
32
33
34
35
7
8
9
10
11
2.3 广义输入特性
传感器的输入特性用来衡量传感器对被测对象的影 响（称为负荷效应）程度。
1) 广义输入阻抗
被测作用变量
q1
类比
U
Z= 被测流通变量 = q2
I
说明：q1 ----示强变量 如力、温度等 q2 ----示容变量 如力、温度等 q1与q2的乘积与能量有关
12
即：
▪ 测量条件
测量的目的；测定量的选定；测量的范围；输入信号的带宽；要求的精 度；测量所需时间等
▪ 传感器的性能
精度；响应速度；稳定性；模拟还是数字信号；输出量及电平；被测对 象特征的影响；校准周期；过载输入保护等
▪ 传感器的使用条件
放置的场所；环境（温度、湿度、振动）；测量的时间（寿命周期）； 传输距离；与设备连接方式；供电电源；价格
第二章 机电一体化系统中的传感器技术
机电一体化一体化系统检测系统实质：
非电量
电量
显示
2.1 传感器的定义
定义：是一种以一定的精确度将被测量（如 位移、力、加速度等）转换为与之能确定对 应关系的，易于精确处理和测量的某种物理 量（如电量）的测量部件或装置。
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
Pq1q2
q12 Z
q22Z
所以，当被测量为作用变量（力、温度等） 时，传感器的广义输入阻抗Z越大，对被测 对象的干扰就越小，带来的误差也越小；反 之，当被测量为流通变量（速度、流量）时， 传感器的广义输入阻抗Z越小，负荷效应也 越小。（能量小），反映后级（传感器）对 前级（被测对象）的影响，实质是要求后级 减少对前级的影响。
❖ 转换元件：将敏感元件输出的非电物理量 （如位移、应变、光强等）转换成电参数 （如电阻、电感、电容等）
❖ 基本转换电路：将电路参数量转换成便与 测量的电量，如电压、电流、频率等
4
❖ 传感器的功能及分类
5
▪ 按工作原理不同分
分类
按 输 出 信 号 性 质 分
6
❖ 传感器的选用 传感器千差万别，测量同一种测定量，可以采用不同工作原理的传感器， 注意以下几个方面：
51
定尺绕组
1
A
B
滑
2
尺
绕 组
3
位
置 4
A
B
A
B
A
B
5
1 eA
5
定
尺
感应 况
电
势
变
化0 情2
4
3
仅 对A绕 组 激 磁
A
B
eB 1 0
4 35
2
仅 对B绕 组 激 磁
滑尺绕组位置与定尺感应电势幅值的变化关系
52
滑尺在定尺上每滑动一个节距,定尺绕组感应 电势就变化了一个周期,
ec=KuAcosθ ，es=KuAsinθ
17
3) 信号放大电路
18
19
(3) 高输入阻抗放大器 虚短，虚断，”虚地”
为保证共模抑制比，要配出（U2-U1）的因子项
R 1/R f1R f2/R 4 U o(1R R f4 2)U (2 U 1)
20
(4) 高共模抑制比放大器
U2
R2
R3
R3
U
i
2
(1)
Uo(1R R1 f )R2R 3R3Ui2R R1 f Ui1
式中: K——滑尺和定尺的电磁耦合系数； θ——滑尺和定尺相对位移的折算角。 若绕组的节距为W,相对位移为l,
l 360
W
53
❖ 同样,当仅对正弦绕组B施加交流激磁电压UB时, ❖ e s=Ku B sinθ ❖ 当滑尺上两个绕组加以幅值相等，频率相同的正弦和余弦激励电压：
U c U si n t,U s U co ts
S
C C
S
S
C
C S—正 弦 绕 组
C—余 弦 绕 组 S
(a)
(b)
图4-19 （a） 定子； （b）
50
先回顾一下数学公式
❖ sin(α+β) = sinαcosβ+ cosαsinβ ❖ cos(α+β)= cosαcosβ- sinαsinβ
（1） 鉴相式。 所谓鉴相式,就是根据感应电势的相位 来鉴别位移量。当滑尺上输入为幅值uc=UA, us=UA的 交流电压时,则定尺上的绕组由于电磁感应作用将产生 与激磁电压同频率，不同相位的交变感应电势。下图 说明了感应电势幅值与定尺和滑尺相对位置的关系。
❖ e =e c+es=KUcosθ+KUsinθ
2
2.2 传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换元件和基本 转换电路三部分组成
两个功能：
被测量
被测量
敏感作用（被测对象 变换作用（被测非电量
信号拾取） 电量输出）
转换元件
电量 基本转换电路
3
❖ 敏感元件：直接感受被测量，并以确定关 系输出某一物理量，如弹性敏感元件将力 转换为位移或应变输出，光敏、热敏、气 敏、湿敏、温敏、磁敏等
41
（1）调频电路:抗干扰能力强，用得广泛。 要求查资料掌握相位平衡条件原理，起振条件：β取
50~90，C2/C1=0.01~0.5
42
实用图:
43
44
Hale Waihona Puke 453. 电感型，旋转变压器
46
47
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感应同步器
定尺 1/ 4W
滑尺
cos
sin
图4-18 感应同步器原理图
49
圆盘式感应同步器如图4-19所示,其转子相当 于直线感应同步器的滑尺,定子相当于定尺,而且 定子绕组中的两个绕组也错开1/4节距。