数字式位移传感器

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位移传感器

传感器实质是一个输出电压的变压器。当变压器初级线圈输入稳定交流电压后，次级线圈便产生感应电压输出，该电压随被测量的变化而变化。
差动变压器式电感传感器是常用的互感型传感器，其结构形式有多种，以螺管形应用较为普遍，其结构及工作原理如图3-7（a）、（b）所示。传感器主要由线圈、铁心和活动衔铁三个部分组成。线圈包括一个初级线圈和两个反接的次级线圈，当初级线圈输入交流激励电压时，次级线圈将产生感应电动势e1和e2。由于两个次级线圈极性反接，因此传感器的输出电压为两者之差，即ey=e1-e2。活动衔铁能改变线圈之间的耦合程度。输出ey的大小随活动衔铁的位置而变。当活动衔铁的位置居中时，即e1=e2，ey=0；当活动衔铁向上移时，即e1> e2 ， ey>0；当活动衔铁向下移时，即e1< e2 ，ey<0。活动衔铁的位置往复变化，其输出电压ey，也随之变化，输出特性如图3-7（c）所示。
2. 数字式位移传感器数字式位移传感器有光栅、磁栅、感应同步器等，它们的共同
特点是利用自身的物理特征，制成直线型和圆形结构的位移传感器，输出信号都是脉冲信号，每一个脉冲代表输入的位移当量，通过计数脉冲
就可以统计位移的尺寸。下面主要以光栅传感器和感应同步器来介绍数字式传感器的工作原理。 1）光栅位移传感器
光栅是一种新型的位移检测元件，有圆光栅和直线光栅两种。它的特点是测量精确高（可达±1um）、响应速度快和量程范围大（一般为1—2m，连接使用可达到10m）等。
光栅由标尺光栅和指示光栅组成，两者的光刻密度相同，但体长相差很多，其结构如图3-8所示。
光栅条纹密度一般为每毫米25，50，100，250条等。把指示光栅平行地放在标尺光栅上面，并且使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度，这时在指示光栅上就出现几条较粗的明暗条纹，称为莫尔条纹。

LVDT详解

图1-7。
图1-6
图1-5
图1-7
回弹式LVDT 内弹簧式LVDT
弹簧在线圈内运动，要求弹簧无磁，如图1-8所示。滚珠导轨式LVDT
用于精密测量，与带滚珠导轨的测量头相连接，弹簧为宝塔形态，如图19所示。
图1-21 图1-8
图1-9
高压LVDT 气密封型LVDT
LVDT线圈密封在焊接的外管中，引出线用耐压的插座连接，如图1-10所示。
器分为三级：商业级：0℃～+70℃ 工业级：-40℃～+85℃ 军级：-55℃～+125℃ 9. 时间常数小，动态特性好，频带宽一般为200HZ（5ms）最高可500HZ （2ms）。 10.毛利率高：50%。
LVDT的特点
LVDT与光栅，磁栅，同步感应器等高精度测长仪器相比有以下几个优点：
度20g。 5. 体积小，价格低，性能价格比高。
LVDT分类
按用途分类交流LVDT 直流LVDT 回弹式LVDT 高压LVDT 航空航天LVDT 特种LVDT
交流LVDT 技术指标
交流LVDT的技术指标：
输入电压: 3Vrms (1～20Vrms)
激励频率: 2.5KHz (1～10KHz)
线性度: 0.5%;0.25%;0.2%;0.1%
LVDT工作原理直流LVDT，更确切地说应该称为位移变送器。它是在位移传感器
LVDT基础上，外加电路，不论多大行程，都可以使其输出均为0～ ±5V，或0～±10V标准电压信号，或4～20mA标准电流信号的变送器，其方框图如图1-2：
图1-2
LVDT的特点
1.结构简单，工作可靠，寿命长，线性度好，重复性好，性能价格比高，利税率高。
（6.36—127毫米）≤0.5% 10.0英寸（254毫米）≤1.0% 输出： 4～20mA，二线制环路回路供电： 12.75 to 28VDC 最大回路电阻： 600Ω@28VDC\ 输出噪声与纹波：25µA Pk-Pk (最大) 工作温度： -13°F至185°F（-25°至85°C）灵敏度温度系数：0.04%/°C （最大）稳定性： 30分钟预热之后为0.10%

位移的测量

敏度的位移测量。
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3.3 常用位移传感器测量电路
3.3.1电感式传感器
电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感量的改变这一物理现象来实现测量的。根据转换原理不同，电感式传感器可分为自感式和互感式两大类。人们习惯上讲的电感式传感器通常是指自感式传感器。而互感式传感器由于它是利用变压器原理，又往往做成差动式，故常称为差动变压器传感器。
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3.3 常用位移传感器测量电路
采用差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等也基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。所以，实用的电感传感器几乎全是差动的。
(2)电感传感器的测量电路电感传感器可以通过交流电桥将线圈电感的变化转换成电压
式中，
——空气隙厚度; ——空气隙的有效截面积; ——真空磁导率，与空气的磁导率相近。
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3.3 常用位移传感器测量电路
因此电感线圈的电感量为：
此式表明，当被测量使 , 或发生变化时，都会引起电感L的变化，如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，电感量即为该参数的单一函数。由此，电感传感器可分为变隙型、变面积型和螺管型三种类型，如图3-2所示。
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3.3 常用位移传感器测量电路
差动变压器式传感器也有变气隙式和变面积式，但最多采用的是螺管式。图3-6为螺管式差动变压器的结构示意图。
差动变压器工作在理想情况下(忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等的影响)，它的等效电路如图3-7所示。图中u1为一次线圈激励电压;M1、M2分别为一次线圈与两个二次线圈间的互感；L1、R1分别为一次线圈的电感和有效电阻；L21、 L22分别为两个二次线圈的电感；R21、R22分别为两个二次线圈的有效电阻。

1-4 位移传感器解析

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4.1.1 光栅传感器
放大
圆光栅还有一个参数叫栅距角 γ 或称 w 放大 a b 节距角 , 它是指圆光栅上相邻两条栅线的夹角。
a w
b
(a ) 长光栅
(b ) 圆光栅
4.1.1 光栅传感器
2. 莫尔条纹原理
莫尔条纹的成因是由主光栅和指示光栅的遮光和透光效应形成的（两只光栅参数相同）。主光栅用于满足测量范围及精度，指示光栅（通常是从主尺上裁截一段）用于拾取信号。
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4.正弦微窗光栅位移传感器
所谓正弦微窗光栅是指光栅是由许多微小的窗口排列而成。
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4.正弦微窗光栅位移传感器
微窗单元为一长方形, 中间有一透光孔, 透光孔内光强透过率为一常数C, 孔以外区域光强透过率为零或接近于零, 透光孔的内边缘沿y 方向的跨度Δ y是一个变量，可表示为 h y 1 sin 2 x W 2
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4.1.1 光栅传感器
1.光栅位移传感器的结构光栅通常是由在表面上按一定间隔制成透光和不透光的条纹玻璃构成，称之为透射光栅，或在金属光洁的表面上按一定间隔制成全反射和漫反射的条纹，称为反射光栅。
利用光栅的一些特点可进行线位移和角位移的测量。测量线位移的光栅为矩形并随被测长度增加而加长，称之为长光栅；而测量角位移的光栅为圆形，称之为圆光栅。
如果滑尺相对于定尺自某初始位置算起的位移量为x。则x机械位移引起的电角度变化θ＝2πx/W。
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4. 感应同步器信号处理方式
当滑尺正弦绕组上加激磁电压us后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为： uos= K us cos K— 电磁感应系数 —定尺绕组上感应电压的相位角（空间相位角）当滑尺余弦绕组上加激磁电压uc后，与之相耦合的定尺绕组上的感应电压为： uoc = K uc cos（ + π /2） =－K ucsin

位移传感器

位移传感器一、简介位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。

在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。

按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。

模拟式又可分为物性型和结构型两种。

常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。

这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。

小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。

其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。

二、工作原理电位器式位移传感器，它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。

普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。

但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。

电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。

物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。

阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。

通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。

线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。

如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。

因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。

电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。

它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。

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

栅位移传感器

光栅位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测。

常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度 θ ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上，形成明暗相间的条纹。这种条纹称为“莫尔条纹”。
导电塑料电位器

导电塑料电位器又称实心电位器，这种电位器的电阻是由塑料粉及导电材料的粉料经塑压而成的。导电塑料电位器的耐磨性很好，使用寿命较长，允许电刷的接触压力很大，在振动、冲击等恶劣环境下仍能可靠工作。此外，它的分辨率较高，线性度较好，阻值范围大，能承受较大的功率。导电塑料电位器的缺点是阻值易受湿度影响，故精度不易做得很高。导电塑料电位器的标准阻值有 1 kΩ 、2 kΩ 、5 kΩ 和10 kΩ ，线性度为0.1%和0.2%。

差动变压器的输出特性
（a）理想特性；（b）零点残余电压；（c）相敏检波后的特性

由绕组不对称引起的零点残余电压可以通过调节衔铁初始位置进行消除，然而因相位误差造成的零点残余电压是无法通过调节衔铁初始位置进行消除的。（1）从设计和工艺上尽量保证线圈和磁路对称，选用高性能的导磁材料，导磁体必须经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。（2）采用相敏检波电路不仅可以鉴别衔铁的移动方向，而且有利于消除零点残余电压。（3）采用适当的补偿电路。

变气隙式自感式传感器的结构原理图

（a）单边式；（b）差动式

数字位移传感器的工作原理

数字位移传感器由差动变压器（lvdt）和电测仪器组成。

lvdt是把被测位移量变换成电信号的传感器，它具有结构简单使用方便、使用寿命长等特点，可直接用于测量物体间的相对变位，物体的长度变化。

它不但可测静态位移也可测量动态位移，电测仪器由电子测量线路和数字面板表、a/d转换板组成。

a/d转换板有单端16路模拟量输入，a/d转换位数为14位，转换速度达到10μs。

lvdt最基本的结构是由在圆柱形骨架上绕有螺旋形的原边和两个付边绕组所组成的线圈及一可动铁芯构成。

当原边供给一振荡电压时，由于电磁感应，两付边就分别产生感应电压v1和v2。

若铁芯正处线圈的中心位置时，两付边对原边的互感量正好相等，同时两付边的交流电压分别经检测电路检波后，把所得两直流电压取其差值，则输出差动直流电压v为零。

当铁芯往上位移时，上边的付边与原边的互感量增大，而下边的减小，即出现v1》v2，则差动直流输出电压v》o，反之亦然。

lvdt两付边的感应电压v1，v2和差动直流输出电压v与铁芯在线圈中的位置的定性关系见图3，可见差动直流电压v与铁芯位移的大小在某一范围内是呈线性关系的。

直线位移传感器测量时把lvdt壳体夹固在参照物上，把和铁芯连接的测杆紧固在被测点上，当被测对象位移时就带动铁芯相对于线圈移动，从而线性地改变lvdt的输出电压。

这样通过电测仪器测量lvdt输出电压的大小，即可测量出被测对象的位移量。

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机电一体化设计基础题库答案

《机电一体化设计基础》试题库答案一、判断题（正确的打√，错误的打×）1．机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理，输出具有所需特性的物质。

（×）2.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础，是机电一体化技术的方法论。

（√）3．信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中，与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。

（√）4．自动控制是在人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。

（×）5．产品的组成零部件和装配精度高，系统的精度一定就高。

（×）6．为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响，机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍，同时，传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率，以免系统产生振荡而失去稳定性。

（×）7．传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。

（×）8．在闭环系统中，因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡，采用消隙装置，以提高传动精度和系统稳定性。

（×）9．进行机械系统结构设计时，由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响，因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。

（×）10．滚珠丝杠垂直传动时，必须在系统中附加自锁或制动装置。

（√）11．采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整，结构简单，且可以自动补偿侧隙。

（×）12．采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估，延长了产品开发周期，增加了产品开发成本，但是可以改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求能力。

（×）×13．机电一体化系统是以微电子技术为主体、以机械部分为核心，强调各种技术的协同和集成的综合性技术。

（×）14．机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比，应具有高精度、良好的稳定性、快速响应性的特性。

位移传感器的原理及分类解析

位移传感器的原理及分类解析1.电阻位移传感器：使用电阻元件的电阻值随位移改变的原理进行测量。

常见的类型有电位器和应变片。

2.容抗位移传感器：使用电容器的电容值随位移改变的原理进行测量。

常见的类型有平行板电容器和微妙电容器。

3.磁敏位移传感器：利用磁敏材料的磁场强度随位移改变的原理进行测量。

常见的类型有霍尔效应传感器和磁电阻传感器。

4.光电位移传感器：利用光电二极管或光敏电阻的光强随位移改变的原理进行测量。

常见的类型有光电编码器和光栅尺。

5.超声波位移传感器：利用超声波传感器发射和接收超声波的时间差来计算位移。

常见的类型有超声波测距模块和超声波回波测距传感器。

6.激光位移传感器：利用激光束照射到目标物体上后反射回来的光的位移来计算位移。

常见的类型有激光测距仪和激光位移传感器。

1.绝对位移传感器：能够直接测量物体的绝对位置或位移，不需要进行参考点或起始位置的校准。

例如，线性位移传感器和角度传感器。

2.相对位移传感器：只能测量物体相对于初始位置的位移，需要进行参考点或起始位置的校准。

例如，编码器和增量式位移传感器。

3.接触式位移传感器：需要物体与传感器之间有直接接触才能进行测量。

例如，机械式测微计和针尖感应式传感器。

4.非接触式位移传感器：无需与物体直接接触，可以通过传感器与物体之间的电磁、光学或声波信号进行测量。

例如，光电位移传感器和激光位移传感器。

5.数字式位移传感器：输出信号为数字信号，通常采用数字接口进行数据传输和处理。

例如，数字式光电编码器和数字式线性位移传感器。

6.模拟式位移传感器：输出信号为模拟信号，通常采用电压或电流形式进行传输。

例如，电位器和应变片。

第八章数字式位移传感器(光栅)

8.1 光栅传感器
8.1.1 光栅传感器的类型与结构
1．光栅传感器的分类
（a）直射光栅
（b）反射光栅
1—光源 2—透镜 3—主光栅 4—指示光栅 5—光电元件 6—聚光镜图8-1 光栅传感器的基本结构
第八章数字式位移传感器
8.1 光栅传感器
8.1.1 光栅传感器的类型与结构
1．光栅传感器的分类 ② 按光栅的形状和用途不同，可分为长光栅和圆光栅。长光栅用于测量长度，它分为黑白光栅和闪耀光栅两种；圆光栅用于测量角度，它又进一步分为径向光栅和切向光栅，径向光栅是通过沿圆形基体周边在直径方向刻栅线形成，而切向光栅沿周边刻划的全部栅线均与光栅中央一个半径为r的圆相切。
程及其自动化、机电一体化等专业人士的重视。本
章主要讲述光栅传感器、旋转编码器、感应同步器
等内容。
第八章数字式位移传感器
8.1 光栅传感器
8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.1.4 光栅传感器的类型与结构光栅传感器工作原理莫尔条纹细分技术光栅传感器的应用
8.2 旋转编码器
8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 旋转编码器的种类光电式编码器的结构与工作原理码盘误差及其处理旋转编码器的应用
8.1 光栅传感器
8.1.2 莫尔条纹细分技术
提高光栅传感器分辨率的两种基本方法： 1）在光栅片面积不变的前提下，增加刻线密度，减小栅距。但是该方法受光栅刻线工艺的限制，就目前工艺水平看，栅线密度7千条/mm基本可实现，但要上万条就困难了。 2）采用细分技术，被测物移动一个栅距，均匀输出 n 个脉冲，则分辨率可以提高到W/n 。这种在一个莫尔条纹周期内有多个脉冲输出的方法，主要有电子细分法、光学细分法和机械细分法等几种。由于细分后，计数脉冲的频率提高了，所以也称为倍频

数字式位置传感器

零标志（一转脉冲）波形及作用
在码盘里圈，还有一条狭缝 C ，每转产生一个脉冲。该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起
始基准（ 0）。
C A B
一转（360） C
2019/3/27 23
三、角编码器的应用
角编码器除了能直接测量角位移或间
接测量直线位移外，还可用于数字测速、
工位编码、伺服电机控制等。
2019/3/27
24
M法测速（适合于高转速场合）
m1
T
编码器每转产生 N 个脉冲，在 T 时间段内有 m1 个脉冲产生，则转速（r/min)为：n = 60m1/（NT）
例题
m1
T
有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min) 为： n = 60 × 65536 /（1024 × 5） r/min = 768 r/min
x θ
二、增量式编码器
转轴 LED 光栏板及辨向用的A、B狭缝
A B C B C
A
光敏元件
盘码及狭缝零位标志
2019/3/27 17
增量式编码器（INC）
增量式光电编码器的内部结构
分辨力＝360/条纹数

设：条纹数＝1024
＝360/1024＝0.352
一个脉冲对应一个分辨角
角编码器与旋转刀库连接
刀具旋转刀库角编码器的输出为当前刀具号被加工工件
用不同的刀具加工复杂的工件
2019/3/27
34
编码器在伺服电机中的应用
利用编码器测量伺服电机的转速、转角，并通过伺服控制系统控制其各种运行参数。

传感器的种类

传感器的种类（一）电阻式电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。

主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

（二）变频功率变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样，再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连，数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算，可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。

（三）称重称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力f电转换装置，是电子衡器的一个关键部件。

能够实现力f电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。

电磁力式主要用于电子天平，电容式用于部分电子吊秤，而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。

电阻应变式称重传感器结构较简单，准确度高，适用面广，且能够在相对比较差的环境下使用。

因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。

（四）电阻应变式传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。

电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。

半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍、横向效应小等优点。

（五）压阻式压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。

其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。

当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。

用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。

（六）热电阻热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

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驻马店职业技术学院毕业论文(设计)设计题目：基于电容式传感器的数字式位移测量仪的设计学生姓名：毛胜杰学号： 106293020231专业： 10应用电子指导教师：张亚军xxxx年xx月xx日目录摘要 (3)第一章数字式电容式位移测量仪的原理介绍 (4)1电容传感器的原理： (4)1.2变介电常数型电容式传感器 (5)第二章数字式电容式位移测量仪的电路设计 (7)2.1 测量电路的设计 (7)2.1.1单片机最小系统 (7)2.1.2 AT89C51管脚介绍 (9)2.1.3电平转换电路 (10)2.1.4按键接口及电源设计 (12)2.2电容传感器的设计 (13)检测电路的设计 (13)单稳态触发器 (13)多谐振荡器 (14)555定时器的介绍 (15)(3)显示电路的设计 (16)CD4511的引脚 (17)第三章编程环境Keil的介绍 (17)软件程序： (18)第四章系统调试： (20)结论 (20)致谢 (21)参考文献 (20)摘要电容式位移传感器是把位移的变化换作电容的变化进行制作的。

对于振动频率很高境条件下，最适合选用这种类型的传感器。

它具有灵敏度高、能实现非接触量的测量，而且可以在恶劣场合下工作。

它也有一些缺点，比如对连接线缆有很高的要求，它要有屏蔽性能；而且最好选用高频电源用来供电。

现在做的最好的电容式位移传感可以测量0.001 微米的位移，误差非常小。

电容位移传感器是一种非接触电容式原理的精密测量仪器，能将被测物理量位移、压力等的变化转换成电容量变化的元件，通过检测电路再把电容量的变化换成电信号电压、电流或频率。

它与其他传感器相比，具有一系列突出的优点:结构特别简单，能实现无接触测量。

电容位移传感器还具有一般非接触式仪器所共有的无磨擦、无损磨和无惰性特点外，还具有信噪比大，灵敏度高，零漂小，频响宽，非线性小，精度稳定性好，抗电磁干扰能力强和使用操作方便等优点。

数字式电容式位移传感器广泛应用于高精度的精密加工、高精度定位及高速高精度、大行程机器人的运行定位中以及石油、化工、电力、储运、建筑等工业生产领域，尤其能在强光照射、核辐射条件、过载冲击震动等恶劣环境下工作。

数字式传感器

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4.4 数字式角编码器
码道的圈数（不包括最里面的公用码道）就是二进制的位数，且高位在内，低位在外。若是n位二进制码盘，就有n 圈码道，且圆周均分2n个数据来分别表示其不同位置，所能分辨的角度a为：
360 n 2
分辨率为：
分辨率
1 2n
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4.4 数字式角编码器
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4.1 光栅传感器

光栅的分类光栅按照光的传播方式不同可分为物理光栅和计量光栅。物理光栅主要利用光的衍射现象，常用于光谱分析和光波波长测定。计量光栅主要是利用光的透射和反射现象，常用于位移测量，有很高的分辨力，非常适用于动态测量。计量光栅按照光线的走向可分为透射式光栅和反射式光栅两大类。
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4.1 光栅传感器

所谓莫尔条纹效应就是将光栅常数相等的标尺光栅G1和指示光栅G2刻线面对面叠合在一起，如图4-3 所示，中间留有很好的间隙，并使两者之间保持一很小的夹角θ，于是在近似垂直栅线方向出现明暗相间的条纹，这种现象称莫尔条纹效应。形成的明暗相间的条纹称为莫尔条纹。测量时，当指示光栅沿x 轴自左向右移动，莫尔条纹的亮带和暗带将顺序自下而上（图中）方向不断地掠过光敏元件。光敏元件“观察”到莫尔条纹的光强变化近似于正弦波变化，如图4-3所示。
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4.1 光栅传感器

镜像式光路镜像式光路如图4-7 所示。它不设指示光栅，光源1发出的光线，经半透半反镜2 和聚光镜3 后成为平行光束，照射到主光栅4 上，光栅上的栅线经物镜5 和反射镜6 又成像在主光栅仁形成莫尔条纹，然后经半透半反镜2 反射由光电元件7 接收。这种光路不存在光栅间隙问题。同时，光学系统保证了光栅和光栅像按相反方向移动。因此，光栅移过半个栅距，莫尔条纹就变化一个周期，即灵敏度提高了一倍。

LVDT原理分类和特点

直流LVDT分类直流LVDT按性能分为以下几种：电压输出 A. 输入±15V电压，输出0～±5V或0～±10V B. 输入±8.5～±28V电压，输出0～5V或0～10V 三线制4～20mA电流输出输入24V电压，输出为4～20mA电流，接线图如图1-3。二线制4～20mA电流输出输入12.75V～28VDC电压，输出4～20mA电流上，接线图如图1-4所示。
航空传感器大行程高稳定性LVDT 外形图见图1-17，CW-HKAC20-384，行程与体长之比为78%。
图1-17
特种LVDT 高温LVDT 主要技术指标：输入电压和频率：3Vrms 2.5KHz 行程：±25mm 线性度：0.25% 灵敏度：18mV/V/mm 工作温度：-50℃ ～ +300℃ 输入阻抗：600 OHMS ±20% 骨架用Φ12.7x 1.6 x 164mm陶瓷管，绝缘垫片是可承受800℃的 HP6M-3无机胶白云母垫片。高精度高稳定性防幅射LVDT 主要技术指标：激励频率：2.5KHz 激励电压：3Vrms (5 Vrms Max) 行程：±40mm 机械行程：±50mm 线性度：≤0.1%FS 灵敏度：>15mV/V/mm 工作温度：0℃ ～ 155℃ 温漂：≤0.01%/℃ (+10℃～+70℃) 抗辐射：>50 M Gray 外形图见图1-18
航空传感器航空传感器的特点： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 应用于恶劣环境。温度范围-55℃—150℃ 非常高的稳定性。温漂0.01%1℃ 非常高的一致性。灵敏度一致性±0.5%，Schaevitz产品为±5% 交叉干扰小于0.5%F.S 空间位置限制。要求行程/体长>0.6，最高达78% 要求比例输出：= 0.5±0.004 承受压力 10—15MPa 交流单行程输出

数字式位移传感器

位移传感器

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1-4 位移传感器解析

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第八章 数字式位移传感器(光栅)

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