第7章位移数字传感器精品PPT课件
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位移传感器及工程应用ppt课件
为了提高灵敏度， 减少非线性误差，通常 把它做成差动形式，图 7-6是螺线管型差动自 感式位移传感器的结构 图。它由两个完全相同 的螺线管组合而成。
图7-6 螺线管型差动自感式位移传感器结构
21
第7章 位移传感器及工程应用
显然，当衔铁处于两个螺线管相连的中心位置时，两边的 螺线管电感量相等。当衔铁偏离中心位置时，左右两个线圈 的电感量，一个增加一个减少，形成差动形式。同样可以证 明，螺线管型差动自感式位移传感器与螺线管型单自感式位 移传感器相比，灵敏度提高了一倍，并且非线性误差也大大 减少。
对于阶梯骨架结构，在骨架宽度b一定的情况下，骨架 高度hi可按下式计算
kD 2 hi 8
Ri Ri1 b xi xi1
(i 1,2,3,4) (7-1)
式中：D为电阻丝直径；k为电阻丝绕制节距；ρ为电阻率；Ri 为Ai点所对应的电阻值；xi为Ai点所对应的位移；b为骨架宽 度；R0=0；x0=0。
线圈
u
铁芯
铁芯 δ0
衔铁
衔铁
rs 骨架
A0/2 A0 δ
x 衔铁
(a)变气隙型
A u
线圈
x
(b)变面积型
u
ls
l
线圈 r0 x
(c)螺线管型
图7-4 单自感式位移传感器的基本结构示意图 15
第7章 位移传感器及工程应用
1.变气隙型自感式位移传感器
变气隙型单自感式位移传 感器的基本结构如图7-4(a)所 示。按本书4.6.1节的分析可 得，该传感器的自感系数L 为
l ls
(7-9)
式中，µ0为空气的磁导率；µr为活动衔铁的相对磁导率；N为
螺线管线圈的匝数。
传感器数字式位置传感器精选精品PPT
细分前 细分技术能在不 增加光栅刻线数及价 格的情况下提高光栅 的分辨力。细分前， 光栅的分辨力只有一 个栅距的大小。采用 4细分技术后，计数 脉冲的频率提高了4
细分后 倍，相当于原光栅的 分辨力提高了3倍， 测量步距是原来的 1/4 ， 较 大 地 提 高 了 测量精度。
光栅细分举例
有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细 分数为4细分，则：
由计算可知，莫尔条纹的宽度是栅距的32倍： L ≈W/θ = 0.02mm/（180 ）
由于莫尔条纹间距较大，因此可以用小 面积的光电池“观察”莫尔条纹光强的变化。
光栅的输出信号（TTL）
余弦信号 （超前） 正弦信号 零位信号
光栅输出信号（电压正弦波）
余弦信号 细分点 正弦信号 零位信号
脉冲细分
360
n
分 辨 率 1 n
11-3
11-4
二、增量式编码器
转轴 LED 光栏板及辨向用的A、B狭缝
AB AC
B
C
光敏元件
盘码及 狭缝
零位标志
光栏板及
辨向原理 A、B狭缝 LED
光敏元件所产生的信号A、B彼 此相差90相位。当码盘正转时， A信号超前B信号90；当码盘反转 时，B信号超前A信号90。
角编码器能将被测轴的角位移转换成二 进制编码或一连串脉冲。角编码器有两种基 本类型：绝对式角编码器和增量式角编码器。
一、绝对式角编码器 10码道光电绝对式码盘
绝对式角编码 器按照角度直接进 行编码。根据内部 结构和检测方式有 接触式、光电式、 磁阻式等。
透光区
不透光区绝对式码盘与增量式 Nhomakorabea盘有何区别？
编码器在数控 加工中心的刀库选 刀控制中的应用
细分后 倍，相当于原光栅的 分辨力提高了3倍， 测量步距是原来的 1/4 ， 较 大 地 提 高 了 测量精度。
光栅细分举例
有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细 分数为4细分，则：
由计算可知，莫尔条纹的宽度是栅距的32倍： L ≈W/θ = 0.02mm/（180 ）
由于莫尔条纹间距较大，因此可以用小 面积的光电池“观察”莫尔条纹光强的变化。
光栅的输出信号（TTL）
余弦信号 （超前） 正弦信号 零位信号
光栅输出信号（电压正弦波）
余弦信号 细分点 正弦信号 零位信号
脉冲细分
360
n
分 辨 率 1 n
11-3
11-4
二、增量式编码器
转轴 LED 光栏板及辨向用的A、B狭缝
AB AC
B
C
光敏元件
盘码及 狭缝
零位标志
光栏板及
辨向原理 A、B狭缝 LED
光敏元件所产生的信号A、B彼 此相差90相位。当码盘正转时， A信号超前B信号90；当码盘反转 时，B信号超前A信号90。
角编码器能将被测轴的角位移转换成二 进制编码或一连串脉冲。角编码器有两种基 本类型：绝对式角编码器和增量式角编码器。
一、绝对式角编码器 10码道光电绝对式码盘
绝对式角编码 器按照角度直接进 行编码。根据内部 结构和检测方式有 接触式、光电式、 磁阻式等。
透光区
不透光区绝对式码盘与增量式 Nhomakorabea盘有何区别？
编码器在数控 加工中心的刀库选 刀控制中的应用
《位移传感器》PPT课件
h
3
它可以用来测量各种形式的位移量。(a)为汽轮机主轴的 轴向位移测量示意图；(b)为磨床换向阀、先导阀的位移 测量示意图，(c)为金属试件的热膨胀系数测量示意图。
1-被测件；2-传感器探头
h
4
4
四线制电涡流位移传感器的接线说明
该位移传感器同时具备两种动作输出状态，用户可选择从高电压向低电压转变、
n 60 f z
涡流传感器
h
14
14
电动机转速测量
h
15
四、镀层厚度测量
由于存在集肤效应，镀层或箔层越薄，电涡流越小。测量前，可先 用电涡流测厚仪对标准厚度的镀层和铜箔作出“厚度-输出”电压的标定曲 线，以便测量时对照。
h
16
电涡流涂层厚度仪h17源自五、电涡流式通道安全检查门
安检门的内部设置有发射线圈和接收线
位移传感器
电涡流传感器
h
1
涡流式传感器的原理
利用金属导体在交流磁场中的涡流效应。 涡流指什么？ 涡流产生的条件是什么？
h
2
电涡流传感器的应用
一、位移测量
位移测量包含： 偏心、间隙、位置、倾斜、
弯曲、变形、移动、圆度、冲击、 偏心率、冲程、宽度等等。来自 不同应用领域的许多量都可归结 为位移或间隙变化。
h
19
六、电涡流表面探伤 手持式裂纹测量仪
油管探伤
h
20
滚子涡流探伤机
滚子涡流探伤机是由计算机 控制的轴承滚子表面微裂纹探伤的 专用设备，可探出深 30μm的表面微 小裂纹。
h
21
掌上型 电涡流 探伤仪
h
22
用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹
h
23
传感器技术ppt课件
• 电压衰减---是接近开关接通负载后（负载电流为Ie时）开关两端的电压值； • 空载电流---是指在没有负载时，测量所得的传感器自身所消耗的电流； • 剩余电流（漏电流）---是接近开关断开时，流过负载的电流；
8
第一章 感应式接近开关
输出电路：（直流三线型）
NPN型
棕色(BN)
PNP型
棕色(BN)
21
目录
第三章 光电开关
第一节、简 介 第二节、漫反射型光电开关 第三节、反光板型光电开关 第四节、对射型光电开关
22
第三章 光电开关
第一节 简介 光电开关利用光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的
目的。
23
第三章 光电开关
基本工作原理
目标物
发射器
控制电路
1 0
1
0
接收器
信号处理电路 输出电路
第三节 热电阻 热电阻常用于低温测量（测温范围：-200-500℃）。
工作原理： 热电阻是由一种对温度非常敏感的金属材料构成。自身电阻随温度 变化而变化（电阻增加或减少），输出信号：电阻。
电气符号
39
第四章 温度传感器
第三节 热电阻 分类：
热电阻分正温度系数和负温度系数。 正温度系数：热电阻 阻值随着温度的升高而增大； 负温度系数：热电阻 阻值随着温度的升高而减小；
近开关的工作电压及输出电流需 通过计算确定串联开关的数量。
总压降 U总降= U降 * n; 额定电流Ie串= Ie - Io * n
U降----单个接近开关的电压衰减值； Ie----单个接近开关的额定电流；
n----串联接近开关数量；
13
第一章 感应式接近开关
多开关并联接线图：
8
第一章 感应式接近开关
输出电路：（直流三线型）
NPN型
棕色(BN)
PNP型
棕色(BN)
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目录
第三章 光电开关
第一节、简 介 第二节、漫反射型光电开关 第三节、反光板型光电开关 第四节、对射型光电开关
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第三章 光电开关
第一节 简介 光电开关利用光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的
目的。
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第三章 光电开关
基本工作原理
目标物
发射器
控制电路
1 0
1
0
接收器
信号处理电路 输出电路
第三节 热电阻 热电阻常用于低温测量（测温范围：-200-500℃）。
工作原理： 热电阻是由一种对温度非常敏感的金属材料构成。自身电阻随温度 变化而变化（电阻增加或减少），输出信号：电阻。
电气符号
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第四章 温度传感器
第三节 热电阻 分类：
热电阻分正温度系数和负温度系数。 正温度系数：热电阻 阻值随着温度的升高而增大； 负温度系数：热电阻 阻值随着温度的升高而减小；
近开关的工作电压及输出电流需 通过计算确定串联开关的数量。
总压降 U总降= U降 * n; 额定电流Ie串= Ie - Io * n
U降----单个接近开关的电压衰减值； Ie----单个接近开关的额定电流；
n----串联接近开关数量；
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第一章 感应式接近开关
多开关并联接线图：
第7章胡向东传感器与检测技术PPT
变磁通式磁电传感器
43
2
1
NS
(a)
31
A 6
A
7
5
5
6
(b)
(a) 开磁路； (b) 闭磁路
图（a）为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量 齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次， 线圈中 产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的 乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上 加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。
7.1.2
当测量电路接入磁电传感器电路时，磁电传感器的输出电
流Io为
I0
=
E R Rf
NBLv
=
R Rf
式中： Rf——测量电路输入电阻； R——线圈等效电阻。
I0
传E
感
器R
指示器
Rf
传感器的电流灵敏度为
SI
I0 v
NBL R Rf
而传感器的输出电压和电压灵敏度分别为
U0
I0Rf
NBLvRf R Rf
R3
R4
Rw
R3
R4
Rw
d
d
d
d
b
b
（a）不对称补偿
b
b
（b）对称补偿
寄生直流电动势的补偿
元件在制作安装时，尽量做到使电极欧姆接 触，并做到均匀散热。
欧姆接触：金属与半导体的接触，其接触面 的电阻值远小于半导体本身的电阻。
霍尔元件的温度误差及其补偿
Ip
IH
Rp
I
UH
KH KH 0 (1 T )
7.1.1工作原理
数字式传感器
常采用的细分方法有：四倍频细分、电桥细分、 复合细分等。
（1）四陪频细分
将辨向原理中相隔B／4的两个光电元件的 输出信号反相，就可以得到4个依次相位差为 π/2的信号，即在一个栅距内得到四个计数脉冲 信号，实现所谓四倍频细分。
在上述两个光电元件的基础上再增加两个 光电元件，每两个光电元件间隔1／4条纹间距， 同样可实现四倍频细分。
6.1 数字调制传输系统的实际应用 6.2 二进制数字调制及其抗噪声性能分析 6.3 数字信号的最佳接收 6.4 多进制数字调制 6.5 本章 MATLAB仿真实例 本章小结 习题
6.1 数字调制传输系统的实际应 用
在数字电视系统中,多采用多进制的数字调制。所谓数 字电视,就是将传统的模拟电 视信号经过抽样、量化和编码 转换成用二进制数代表的数字式信号,然后进行各种功能的 处理、传输、存储、监测和控制的一种全数字处理过程的端 到端系统。它从电视节目的录 制、播出到发射和接收,全部 采用数字编码与数字传输技术。
• 图6－4 包络(非相干)检波法的原理框图
光栅栅距
两光栅刻 线间夹角 （弧度）
莫尔条纹 的间距
α
莫尔条纹 的斜率
tan tan
2
莫尔条纹的间距B
当 1 时，有 B W
当标尺光栅移动方向 向左时，莫尔方向——顺时针
当标尺光栅移动方向 向右时，莫尔条纹的 移动方向？
同轴形 带形 尺形
• 图6－1 数字电视系统的基本原理框图
的数 字信号进行变换,用尽量少 的数字脉冲来表示信源产生的信
息,这就是压缩编码。 信道编码器包括纠错编码和 数字调制,主要解决数字信号传输 的可靠性问题,故又称 为抗干扰 编码。经过纠错编码的传输码流 具有检错和纠错的能力,其作用是 最大限度地减 少在信道传输中的 误码率,然后将经过纠错编码后的
《位移传感器》课件
位移传感器的分类
总结词
位移传感器有多种分类方式，常见的有电感式、电容式、光电式、超声波式等。
详细描述
根据工作原理的不同，位移传感器可以分为多种类型，如电感式位移传感器、电 容式位移传感器、光电式位移传感器、超声波式位移传感器等。这些不同类型的 传感器各有其特点和应用范围。
位移传感器的应用领域
总结词
《位移传感器》课件
CATALOGUE
目 录
• 位移传感器概述 • 位移传感器的原理 • 位移传感器的特点与性能指标 • 位移传感器的使用与维护 • 位移传感器的发展趋势与未来展望
01
CATALOGUE
位移传感器概述
位移传感器的定义
总结词
位移传感器是一种用于测量物体位置变化的装置。
详细描述
位移传感器是一种能够感知物体位置变化的传感器，它通过内部的敏感元件将 物体的位移量转换成电信号或其他形式的信号，以便进行测量和控制。
误差来源 误差来源主要包括传感器本身的 误差、测量电路的误差、环境因 素等。
误差分析 误差分析主要包括对误差来源的 识别、误差大小的估算以及对误 差的修正等。
04
CATALOGUE
位移传感器的使用与维护
位移传感器的安装与调试
01
02
03
安装前的准备
检查位移传感器的规格、 型号是否符合要求，准备 好安装所需的工具和材料 。
多功能化
网络化
一种传感器具备多种物理量的测量能力， 如同时测量位移、温度、压力等，简化系 统结构，降低成本。
通过物联网技术实现位移传感器的远程监 控和数据传输，提高数据处理的效率和可 靠性。
位移传感器的未来展望
新材料的应用
利用新型材料，如石墨烯、二维材料 等，提高传感器的性能和稳定性。
传感器位移与速度检测重点课件
02
CHAPTER
位移传感器原理及应用
电感式位移传感器
总结词
利用电磁感应原理，通过测量线圈的电感量变化来检测物体 的位移。
详细描述
电感式位移传感器通常由线圈和铁芯组成，当线圈中通入交 变电流时，铁芯的磁通量会产生变化，从而引起线圈电感量 的变化。通过测量这个电感量的变化，可以推算出铁芯的位 移量。
03
CHAPTER
速度传感器原理及应用
霍尔速度传感器
总结词
基于霍尔效应原理，测量磁场变化，输出电压信号，用于测量旋转速度。
详细描述
霍尔速度传感器利用霍尔效应，通过测量磁场变化来检测转速。当磁场产生变化时，霍尔元件会产生 相应的电压信号，经过信号处理后，可以计算出转速。霍尔速度传感器广泛应用于汽车、工业自动化 等领域。
数控机床中的位移与速度检测
总结词
数控机床中，传感器用于检测刀具的位移和速度，以确 保加工精度和效率。
详细描述
在数控机床中，传感器主要用于检测刀具的位移和速度 。这些传感器将实时监测刀具的位置和运动状态，并将 数据反馈给数控系统。数控系统根据这些数据调整机床 的工作状态，如刀具的进给速度和位置，以实现高精度 的加工效果。
电容式位移传感器
总结词
利用电容原理，通过测量电容极板间距的变化来检测物体的位移。
详细描述
电容式位移传感器通常由两个平行极板组成，当极板间有物体移动时，电容极 板的间距会产生变化，从而引起电容量的变化。通过测量这个电容量的变化， 可以推算出物体的位移量。
光学位移传感器
总结词
利用光的干涉、衍射或反射原理，通 过测量光束的位移来检测物体的位移 。
光电速度传感器
总结词
利用光敏元件检测光束变化，通过测量 光束遮挡次数计算转速。
数字量位移传感器与位移的测试PPT教案
器的滑尺，转子相当于定尺。
2021/7/29
2、感应同步器的工作原理
当定尺和滑尺产生相对线位移时
，或定子与转子产生相对角位移
时，两绕组间的耦合状态发生变
化，这时，在定尺和转子绕组上
感应出一个与位移有关的电压信
号，由021/7/29
2021/7/29
2021/7/29
2021/7/29
1、绝对编码器
四位光电码盘上，有四圈数字码道，在圆
周范围内编码数为24=16个。
每个数位都对应有一个光电器件及放大、
整形电路。码盘转到不同位置，光电元件
接受光信号，并转成相应的电信号，经放
大整形后，成为相应数字信号。
标准二进制编码器(8421码盘)
2021/7/29
由于光电器件安装误差的影响，当码盘回转在两码段边缘交替位置时，就会产
。
2021/7/29
2. 栅距
在直光栅中，若a为刻线宽度，b为缝隙宽度，则W＝a+b称为光栅的栅距
(也称光栅常数)。通常a＝b，或a：b＝1.1：0.9。
2021/7/29
3.莫尔条纹的形成及特点
当两块光栅互相靠近且沿刻线方
向保持有一个夹角时，由于挡光
效应(当线纹密度≤50条/mm时)或
光的衍射作用(当线纹密度≥100条
只有三个码道，不直接输出编码。
外码道——产生计数脉冲的增量码道；
内码道——辨向码道，其辨向方法与光栅
的辨向原理相同。
另一码道——用于产生定位或零位信号。
输出光电脉冲，通过整形、放大、辨向后输出脉冲信号
2021/7/29
3、光电编码器的应用——数字测速
2021/7/29
5.3 感应同步器
2021/7/29
2、感应同步器的工作原理
当定尺和滑尺产生相对线位移时
，或定子与转子产生相对角位移
时，两绕组间的耦合状态发生变
化，这时，在定尺和转子绕组上
感应出一个与位移有关的电压信
号，由021/7/29
2021/7/29
2021/7/29
2021/7/29
1、绝对编码器
四位光电码盘上，有四圈数字码道，在圆
周范围内编码数为24=16个。
每个数位都对应有一个光电器件及放大、
整形电路。码盘转到不同位置，光电元件
接受光信号，并转成相应的电信号，经放
大整形后，成为相应数字信号。
标准二进制编码器(8421码盘)
2021/7/29
由于光电器件安装误差的影响，当码盘回转在两码段边缘交替位置时，就会产
。
2021/7/29
2. 栅距
在直光栅中，若a为刻线宽度，b为缝隙宽度，则W＝a+b称为光栅的栅距
(也称光栅常数)。通常a＝b，或a：b＝1.1：0.9。
2021/7/29
3.莫尔条纹的形成及特点
当两块光栅互相靠近且沿刻线方
向保持有一个夹角时，由于挡光
效应(当线纹密度≤50条/mm时)或
光的衍射作用(当线纹密度≥100条
只有三个码道，不直接输出编码。
外码道——产生计数脉冲的增量码道；
内码道——辨向码道，其辨向方法与光栅
的辨向原理相同。
另一码道——用于产生定位或零位信号。
输出光电脉冲，通过整形、放大、辨向后输出脉冲信号
2021/7/29
3、光电编码器的应用——数字测速
2021/7/29
5.3 感应同步器
《位移传感器》PPT课件
如主光栅沿着刻线垂直方向向右移动时，莫尔条纹 将沿着指示光栅的栅线向上移动；反之，当主光栅向 左移动时，莫尔条纹沿着指示光栅的栅线向下移动。 因此根据莫尔条纹移动方向就可以对主光栅的运动进 展辨向。
•莫尔条纹的特征
〔2〕 莫尔条纹移动方向与光栅移动方向的对应关 即：区分方向性
主光栅相对指示 主光栅相对指示 莫尔条纹的移动
光栅式 磁栅式
图7.1 机械位移传感器的分类
❖ 1.电位器的根本概念
❖ 图7-2是电位器的构造图。
❖ 由电阻体、电刷、转轴、滑动臂、焊片 等组成，电阻体的两端和焊片A、C相连， 因此AC端的电阻值就是电阻体的总阻值。
❖ 转轴和滑动臂相连，在滑动臂的一端装 有电刷，靠滑动臂的弹性压在电阻体上并与 之严密接触，滑动臂的另一端与焊片B相连 。
❖ 根据传感器的信号输出形式，可以分为 模拟式和数字式两大类，如图7-1所示。
❖ 根据被测物体的运动形式可细分为线性 位移传感器和角位移传感器。
❖ 机械位移传感器是应用最多的传感器之 一，品种繁多。
模
机
拟
械
式
位
移
传
感
器
数
字
式
电位器式 电阻应变式
电容式 螺旋管电感式 差动变压器式
涡流式 光电式 霍尔器件式 微波式 超声波式
❖ 该变化信号送到压力调节设备，调节 轧辊，使轧制的板材的厚度向要求值变化 。
铁芯随被测物体一起移动，导致线圈电感量发 生变化。其检测位移量可从数毫米到数百毫米。缺 点是灵敏度低。
❖ 如图7-6所示。初级线圈L1加交流励磁 电压Uin，次级线圈上产生感应电压。
❖ 由于两个次级线圈相反极性串接，所以 两个次级线圈中的感应电压UOUT1和 UOUT2的相位相反，当铁芯处于中心对称 位置时，那么UOUT1=UOUT2，所以 UOUT=0。
•莫尔条纹的特征
〔2〕 莫尔条纹移动方向与光栅移动方向的对应关 即：区分方向性
主光栅相对指示 主光栅相对指示 莫尔条纹的移动
光栅式 磁栅式
图7.1 机械位移传感器的分类
❖ 1.电位器的根本概念
❖ 图7-2是电位器的构造图。
❖ 由电阻体、电刷、转轴、滑动臂、焊片 等组成，电阻体的两端和焊片A、C相连， 因此AC端的电阻值就是电阻体的总阻值。
❖ 转轴和滑动臂相连，在滑动臂的一端装 有电刷，靠滑动臂的弹性压在电阻体上并与 之严密接触，滑动臂的另一端与焊片B相连 。
❖ 根据传感器的信号输出形式，可以分为 模拟式和数字式两大类，如图7-1所示。
❖ 根据被测物体的运动形式可细分为线性 位移传感器和角位移传感器。
❖ 机械位移传感器是应用最多的传感器之 一，品种繁多。
模
机
拟
械
式
位
移
传
感
器
数
字
式
电位器式 电阻应变式
电容式 螺旋管电感式 差动变压器式
涡流式 光电式 霍尔器件式 微波式 超声波式
❖ 该变化信号送到压力调节设备，调节 轧辊，使轧制的板材的厚度向要求值变化 。
铁芯随被测物体一起移动，导致线圈电感量发 生变化。其检测位移量可从数毫米到数百毫米。缺 点是灵敏度低。
❖ 如图7-6所示。初级线圈L1加交流励磁 电压Uin，次级线圈上产生感应电压。
❖ 由于两个次级线圈相反极性串接，所以 两个次级线圈中的感应电压UOUT1和 UOUT2的相位相反，当铁芯处于中心对称 位置时，那么UOUT1=UOUT2，所以 UOUT=0。
《位移传感器》课件
位移传感器的工作原理
1 示波器信号的读取
2 变化电阻的应用
3 光电传感器的使用
利用示波器读取位移传感器 产生的电信号，从而确定物 体的位移。
通过改变电阻值来测量位移， 这种技术常用于传统的电阻 式位移传感器中。
利用光电效应来测量物体位 置变化，例如通过光栅和光 电二极管的组合。
常见的位移传感器类型
3
航空航天
位移传感器在航空航天工业中应用广泛，可用于飞机机翼和舵面的位移测量以及 航天器的姿态控制。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
局限性：受环境因素影响、价格较 高、安装复杂
位移传感器的性能可能会受到温度、湿度和其他环境 因素的影响。此外，它们通常价格较高且安装复杂。
位移传感器在不同领域的应用
1
军事与国防
位移传感器用于导弹制导、自动机械系统和其他军用设备上，以确保高精度的定 位和控制。
2
汽车工业
位移传感器在汽车制造中发挥着重要作用，用于测量车辆的悬挂系统、转向机构 和传动装置的位移。
《位移传感器》课件
位移传感器是用于测量物体位置变化的设备。它们根据其工作原理和应用场 景的不同被划分为多个类型。让我们一起了解这个有趣的主题。
什么是位移传感器
定义
位移传感器用于测量物体从初始位置到新位置之间的距离或变化。
分类和应用场景
位移传感器可以根据其原理和应用特点进行分类，广泛应用于自动化、机械工程和航天领域 等。
电容位移传感器
利用电容变化来测量物体的位移， 适用于精确度要求较高的应用。
压电位移传感器
利用压电效应来测量物体的位移， 常用于振动测量和控制应用。
感应位移传感器
利用感应原理来测量位移，适用 于非接触式测量和高频动态测量。
数字式传感器PPT课件
第26页/共81页
第27页/共81页
数字转换原理
1．辨向原理
光栅的位移变成莫尔条纹的移动后，经光电转换就成电信 号输出。但在一点观察时，无论主光栅向左或向右移动， 莫尔条纹均作明暗交替变化。若只有一条莫尔条纹的信号， 则只能用于计数，无法辨别光栅的移动方向。 为了能辨向，尚需提供另一路莫 尔条纹信号，并使两信号的相位 差为π/2。通常采用在相隔1／4 条纹间距的位置上安放两个光电 元件来实现，
第39页/共81页
旋转式光电编码器
• 接触式编码器的实际应用受到电刷的限制。目前应用最广的是 利用光电转换原理构成的非接触式光电编码器。由于其精度高， 可靠性好，性能稳定，体积小和使用方便，在自动测量和自动 控制技术中得到了广泛的应用。目前大多数关节式工业机器人 都用它作为角度传感器。国内已有16位绝对编码器和每转＞ 10000脉冲数输出的小型增量编码器产品，并形成各种系列。
第14页/共81页
数字测量系统
第15页/共81页
鉴相法测量系统
• 图10－9为鉴相法测量系统的原理框图。它的作用是通过感应同步器将代表位移量的电相位变化转换成数字 量。鉴相法测量系统通常由位移－相位转换，模一数转换和计数显示三部分组成。
第16页/共81页
第17页/共81页
• 位移－相位转换的功能是通过感应同步器将 位移量转换为电的相位移。
号。
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第43页/共81页
．增量编码器
• 增量编码器，其码盘要比绝对编码器码盘简单得多，一般只需三条码道。这里的码道实际上已不具有绝对 码盘码道的意义。
第44页/共81页
• 与绝对编码器类似，增量编码器的精度主要取决于码盘本身的精度。用于光 电绝对编码器的技术，大部分也适用于光电增量编码器。
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数字转换原理
1．辨向原理
光栅的位移变成莫尔条纹的移动后，经光电转换就成电信 号输出。但在一点观察时，无论主光栅向左或向右移动， 莫尔条纹均作明暗交替变化。若只有一条莫尔条纹的信号， 则只能用于计数，无法辨别光栅的移动方向。 为了能辨向，尚需提供另一路莫 尔条纹信号，并使两信号的相位 差为π/2。通常采用在相隔1／4 条纹间距的位置上安放两个光电 元件来实现，
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旋转式光电编码器
• 接触式编码器的实际应用受到电刷的限制。目前应用最广的是 利用光电转换原理构成的非接触式光电编码器。由于其精度高， 可靠性好，性能稳定，体积小和使用方便，在自动测量和自动 控制技术中得到了广泛的应用。目前大多数关节式工业机器人 都用它作为角度传感器。国内已有16位绝对编码器和每转＞ 10000脉冲数输出的小型增量编码器产品，并形成各种系列。
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数字测量系统
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鉴相法测量系统
• 图10－9为鉴相法测量系统的原理框图。它的作用是通过感应同步器将代表位移量的电相位变化转换成数字 量。鉴相法测量系统通常由位移－相位转换，模一数转换和计数显示三部分组成。
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• 位移－相位转换的功能是通过感应同步器将 位移量转换为电的相位移。
号。
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第43页/共81页
．增量编码器
• 增量编码器，其码盘要比绝对编码器码盘简单得多，一般只需三条码道。这里的码道实际上已不具有绝对 码盘码道的意义。
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• 与绝对编码器类似，增量编码器的精度主要取决于码盘本身的精度。用于光 电绝对编码器的技术，大部分也适用于光电增量编码器。
检测与转换技术-第07章 位移一数字传感器
1．四倍频直接细分 在通常情况下，光栅移过一个栅距，莫尔条纹变化一个周期。由 于光栅副是一个谐波发生器，因而用位臵四细分法可获得四路信号。
一种四细分逻辑图
它用运算放大器对由光电元件VL 1、VL3、VL 2、VL4获得的输入信 号进行差接放大。输出的四路信号分别为s i n θ、一s i n θ，c o s θ、 一c o s θ，各自送到鉴零器整形成方波。 ２．电位器桥（电阻链）细分 在θ＝0～360°之间欲细分成n等分，ｎ应为4的整数倍。
直线式感应同步器结构示意图
考虑对定尺接长的要求和安装的方便，可将定尺绕组制成连续式的。
a)
而将滑尺绕组制成分段式的。
b)
直线式感应同步器的基本参数表
（二）感应同步器的工作原理 1．工作原理 a是连续绕组的一部分，b是分段绕组相邻的两导体组，它们分属 于A相和B相。
a)
绕组展开示意图
b)
B相导体组输出的感应电动势以正弦函数关系反映了感应同步器的 机械转角或位移的变化。
光栅光学系统
1—光源 2—聚光镜 3—标尺光栅 4—指示光栅 5—光电接收元件
（1）照明系统。 （2）光栅副。 （3）光电接收系统。 （4）光栏。 （四）光栅测量的特点及应用现状 1．光栅测量的特点 （1）高精度。 （2）高分辨率、大量程。 （3）抗干扰能力强。
（4）价格较高，其成本比感应同步器、磁栅测量装臵高。
损、寿命短、转速不能太高(每分钟几十转以内)。
第二节 光栅与电子细分
一、光栅、莫尔条纹及光栅测量装臵 （一）光栅测量的基本原理 （１）光栅。 （２）莫尔条纹。 在与光栅刻线大致垂直的方向上，产生明暗相间的条纹，这些条 纹叫莫尔条纹。
莫尔条纹形成示意图
（３）标尺光栅、指示光栅 （二）莫尔条纹的转换特点 （１）莫尔条纹的移动量、移动方向与光栅尺的位移量，位移方向 具有对应关系。 （２）莫尔条纹间距对光栅栅距具有放大作用。
位移数字传感器
C0
x
d
2d
第26页，本讲稿共48页
二、容栅传感器电极的结构形式
❖ 常用的电极的结构形式有反射式、透射式和倾斜式。
透射式容栅传感器结构示意图
第27页，本讲稿共48页
三、测量电路
❖
容栅式电容传感器测量电路主要有调幅式和调相式测量电路
两种形式。
❖ 1.调幅式测量原理
B
l0
x
2
l0 2
P
A
U0
S1
测量转换系统
从而导致Um由原来的C 0 0发生改变，这时可以通过电子开关改变差 动电容器CA、CB的输l 0入电压，使得QP的值减小，直至为零。这时有:
CAC0(1x/l0)
CBC0(1x/l0)
上两式中C0为初始电容量，l0为发射电极的极距，则
Um
x l0
U0
第29页，本讲稿共48页
x0
2.调相式测量原理
❖ 调相式测量原理如图10-23所示。
0 / 4 / 2 3 / 4 5 / 4 3 / 2 / 4
发射电极 S 1
2
3
4
5
6
7
8
反射栅尺相对位置示意图 x 0
/4 0 /4 /2 3 /4 5 /4 3 /2 /4
发射电极 S 1
2
3
4
5
6
7
8
1
反射电极 E
接收电极 R
x
能分辨的最小角度为
min
360 2n
n位二进制码盘,该图n为4。
接触式四位二进制码盘
分
与 Y1
门
1
R触Q
发
器
S
可逆 计数器
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第七章 位移-数字传感器
电气信息工程系
概述
一、位移-数字传感器的特点： 大量程，高精度，高分辨率，抗干扰
能力强，稳定性好，易于与计算机接口。
二、分类 角度数字编码器 光栅传感器 感应同步器
第一节 角度－数字编码器
一、分类 脉冲盘式编码器（增量编码器） 接触式编码器
编码器 码盘式编码器 电磁式编码器 （绝对编码器）光电编码器
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
第二节 栅式数字传感器
一、分类
1、光栅： 物理光栅：利用光的衍射原理，主要用于 光谱分析，波长等的测定。 计量光栅：利用莫尔（Moire）现象，主
要用于测量长度、角度、v、a
、震动等。 2、磁栅：一种磁电转换器，工作原理类似录
音带。 本节主要介绍计量光栅
二、计量光栅 1、分类
透射光栅 长光栅 幅值光栅（黑白光栅） 反射光栅 圆光栅 相位光栅（闪耀光栅） 新型：激光全息光栅，偏振光栅 此处主要讲透射光栅
二、码盘式编码器（绝对编码器） 循环码盘
电刷
α=3600/2n 1、接触式码盘 1）四位二进制码盘
n决定了码盘的精度，受电刷数量的限制 特点：简单 对码盘的制作与电刷的安装要求严
2）循环码盘
相邻的两个数码间只有一个是变化的。 可降低对对码盘的制作与电刷的安装要 求。
码制转换
Cn Bn Ci Bi Bi1(i 0
3）光能分布： 理想：三角波 实际：正弦波
四、光栅测量系统
组成：
光栅光学系统
电子系统（细分、辩向、显示）
机械部分 1、光栅光学系统（简称光栅系统） 1）组成与功能 a 照明系统； b 光栅副：标尺光栅与指示光栅，在平行
光照射下形成莫尔条纹。 测量装置的精度主要由标尺光栅决定。
3
2
4
1
5
1—光 源 ； 2—透 镜 ； 3—标 尺 光 栅 ； 4—指 示 光
n 1)
二进制码： 0 1 1 0
0 1 1 循环码： 0 1 0 1
Bn Cn Bi Ci Bi1(i 0
n 1)
循环码： 0 1 1 0 0 1 0 二进制码： 0 1 0 0
2、光电式编码器（非接触式）
结构：采用照相腐蚀工艺，刻出透光、不透 光的码形。装有与码道相同个数的光电转换 元件替代电刷。
辩向：
2、电子系统
1）电子细分
目的：提高分辨率 措施：倍频、插补，在信号的一个周期内
插入许多计数脉冲，以提高信号的 重复频率和分辨率。 分类：直接细分、矢量细分、电桥细分等
向 a 四倍频直接细分电路：
整形、辩向。
b 矢量细分(P201)
10 倍 频 矢 量 图
2、光栅测量的特点
高精度：0.2- 0.4μm/m，仅次于激光
高分辨率：0.1μm
大量程：可大于1米
抗干扰能力强，可实现动态测量。
3、应用范围 长度与角度的精密测量（如数控机床，测
量机等），以及能变为位移的物理量（如震 动、应力、应变等）。
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败 也是伟大的，所以不要放弃，坚持 就是正确的。
2、工作原理
光栅：栅尺，尺面刻有排列规则、形状规则、 平行的刻线，透明（白）、不透明（黑）。
d a
b
a=b
光栅距： d = a+b
莫尔条纹：两块栅尺面对面相迭合，并使两块栅线 形成很小的夹角θ，由此出现的明暗相间的条纹。
ww w
莫尔条纹两个亮 条纹之间的宽度 既为其间距。
1）栅尺： 标尺光栅：主光栅，长度由测量范围定，不移动 指示光栅：移动，需有足够长以获得足够的莫尔
特点：非接触式，分辨率高，精度高 （10-8），n可达16，体积小， 易于集成，允许高速旋转。但 复杂，光源寿命较短。
3 2
N NS SN NS SN NS S
4 1 1—磁 鼓 ； 2—气 隙 ； 3—磁 敏 传 感 部 件 ； 4—磁 敏 电 阻 元 件
磁编码器的基本结构 电磁式编码器由于精度高，寿命长， 工作可靠，对环境条件要求较低，但成本较高。
5—光 电 元 件
x
光栅读数头结构示意图
c 光电接收系统：光电接收元件，把由光栅副 形成的莫尔条纹的明暗强弱转换为电量输出。
光电元件输出信号的周期数与移过的栅距 数相等。
光栅读数头：照明系统，指示光栅，光电接收 系统（除标尺光栅外）组合在一起。在它与标尺光 栅作相对位移的过程中，根据标尺光栅读出移动部 件的位移量。
条纹区。 2）莫尔条纹：
w = d/θ 当θ很小时w对d有几百倍的放大作用 例：令d = 0.02mm, θ = 0.00174532rad
则 w = d/θ = 11.4592mm
K= w / d=573
栅尺移动一个d ，莫尔条纹移动一个w ； 栅尺移动的方向与莫尔条纹移动的方向相对应 误差平均效应： 栅线标准均方差σ 莫尔条纹均方差： σ=√n
三、脉冲盘式编码器（增量编码器） 1、结构与工作原理
光电转换器
光电管 光栅盘缝隙 (1度1个)
三、脉冲盘式编码器（增量编码器）
零位 外圈
内圈
光电 转换
零位脉冲
A相脉冲 B相脉冲
实际码盘
辩向电路：
2、输出 例：国产SZGH-01
600P/r A、B相脉冲，相差90度 1P/r C脉冲，作零位标记 30KHZ 最高可达25000P/r 3、精度取决于码盘本身的精度 分辨率取决于每转的脉冲数 4、利用C相脉冲，每转一圈复位一次， 因而无论正、反转，计数器每次反映的 都是相对于上次角度的增量，故称为增 量法。
电气信息工程系
概述
一、位移-数字传感器的特点： 大量程，高精度，高分辨率，抗干扰
能力强，稳定性好，易于与计算机接口。
二、分类 角度数字编码器 光栅传感器 感应同步器
第一节 角度－数字编码器
一、分类 脉冲盘式编码器（增量编码器） 接触式编码器
编码器 码盘式编码器 电磁式编码器 （绝对编码器）光电编码器
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
第二节 栅式数字传感器
一、分类
1、光栅： 物理光栅：利用光的衍射原理，主要用于 光谱分析，波长等的测定。 计量光栅：利用莫尔（Moire）现象，主
要用于测量长度、角度、v、a
、震动等。 2、磁栅：一种磁电转换器，工作原理类似录
音带。 本节主要介绍计量光栅
二、计量光栅 1、分类
透射光栅 长光栅 幅值光栅（黑白光栅） 反射光栅 圆光栅 相位光栅（闪耀光栅） 新型：激光全息光栅，偏振光栅 此处主要讲透射光栅
二、码盘式编码器（绝对编码器） 循环码盘
电刷
α=3600/2n 1、接触式码盘 1）四位二进制码盘
n决定了码盘的精度，受电刷数量的限制 特点：简单 对码盘的制作与电刷的安装要求严
2）循环码盘
相邻的两个数码间只有一个是变化的。 可降低对对码盘的制作与电刷的安装要 求。
码制转换
Cn Bn Ci Bi Bi1(i 0
3）光能分布： 理想：三角波 实际：正弦波
四、光栅测量系统
组成：
光栅光学系统
电子系统（细分、辩向、显示）
机械部分 1、光栅光学系统（简称光栅系统） 1）组成与功能 a 照明系统； b 光栅副：标尺光栅与指示光栅，在平行
光照射下形成莫尔条纹。 测量装置的精度主要由标尺光栅决定。
3
2
4
1
5
1—光 源 ； 2—透 镜 ； 3—标 尺 光 栅 ； 4—指 示 光
n 1)
二进制码： 0 1 1 0
0 1 1 循环码： 0 1 0 1
Bn Cn Bi Ci Bi1(i 0
n 1)
循环码： 0 1 1 0 0 1 0 二进制码： 0 1 0 0
2、光电式编码器（非接触式）
结构：采用照相腐蚀工艺，刻出透光、不透 光的码形。装有与码道相同个数的光电转换 元件替代电刷。
辩向：
2、电子系统
1）电子细分
目的：提高分辨率 措施：倍频、插补，在信号的一个周期内
插入许多计数脉冲，以提高信号的 重复频率和分辨率。 分类：直接细分、矢量细分、电桥细分等
向 a 四倍频直接细分电路：
整形、辩向。
b 矢量细分(P201)
10 倍 频 矢 量 图
2、光栅测量的特点
高精度：0.2- 0.4μm/m，仅次于激光
高分辨率：0.1μm
大量程：可大于1米
抗干扰能力强，可实现动态测量。
3、应用范围 长度与角度的精密测量（如数控机床，测
量机等），以及能变为位移的物理量（如震 动、应力、应变等）。
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败 也是伟大的，所以不要放弃，坚持 就是正确的。
2、工作原理
光栅：栅尺，尺面刻有排列规则、形状规则、 平行的刻线，透明（白）、不透明（黑）。
d a
b
a=b
光栅距： d = a+b
莫尔条纹：两块栅尺面对面相迭合，并使两块栅线 形成很小的夹角θ，由此出现的明暗相间的条纹。
ww w
莫尔条纹两个亮 条纹之间的宽度 既为其间距。
1）栅尺： 标尺光栅：主光栅，长度由测量范围定，不移动 指示光栅：移动，需有足够长以获得足够的莫尔
特点：非接触式，分辨率高，精度高 （10-8），n可达16，体积小， 易于集成，允许高速旋转。但 复杂，光源寿命较短。
3 2
N NS SN NS SN NS S
4 1 1—磁 鼓 ； 2—气 隙 ； 3—磁 敏 传 感 部 件 ； 4—磁 敏 电 阻 元 件
磁编码器的基本结构 电磁式编码器由于精度高，寿命长， 工作可靠，对环境条件要求较低，但成本较高。
5—光 电 元 件
x
光栅读数头结构示意图
c 光电接收系统：光电接收元件，把由光栅副 形成的莫尔条纹的明暗强弱转换为电量输出。
光电元件输出信号的周期数与移过的栅距 数相等。
光栅读数头：照明系统，指示光栅，光电接收 系统（除标尺光栅外）组合在一起。在它与标尺光 栅作相对位移的过程中，根据标尺光栅读出移动部 件的位移量。
条纹区。 2）莫尔条纹：
w = d/θ 当θ很小时w对d有几百倍的放大作用 例：令d = 0.02mm, θ = 0.00174532rad
则 w = d/θ = 11.4592mm
K= w / d=573
栅尺移动一个d ，莫尔条纹移动一个w ； 栅尺移动的方向与莫尔条纹移动的方向相对应 误差平均效应： 栅线标准均方差σ 莫尔条纹均方差： σ=√n
三、脉冲盘式编码器（增量编码器） 1、结构与工作原理
光电转换器
光电管 光栅盘缝隙 (1度1个)
三、脉冲盘式编码器（增量编码器）
零位 外圈
内圈
光电 转换
零位脉冲
A相脉冲 B相脉冲
实际码盘
辩向电路：
2、输出 例：国产SZGH-01
600P/r A、B相脉冲，相差90度 1P/r C脉冲，作零位标记 30KHZ 最高可达25000P/r 3、精度取决于码盘本身的精度 分辨率取决于每转的脉冲数 4、利用C相脉冲，每转一圈复位一次， 因而无论正、反转，计数器每次反映的 都是相对于上次角度的增量，故称为增 量法。