NO2位移检测 《传感器与检测技术》教学课件

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一、电阻尺
任务一 认识位移传感器
将被测量转换为电阻变化是电阻传感器的基本思路，电阻式位移传 感器由位移转换为电阻的原理如图2-1（a）所示。对于一般的导体电阻 有如下公式
式中，R为电阻阻值（Ω）；ρ为电阻率（Ω·mm）；l为导体长度 （mm）；S为导体截面积（mm2）。
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感应同步器的鉴相控制图示例
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三、磁栅尺
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与录音技术相似，通过记录磁头在磁 性尺（或盘）上录制出间隔严格相等的磁 波，称为磁栅。磁栅相邻栅波间隔距离称 为磁栅的波长，又称为磁栅节距（栅距）。 S和N极均匀间隔排列在磁栅尺上，通过读 数头读取S，N极的变化来记数。
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对于由感应同步器组成的检测系统，可以采取不同的励 磁方式，并对输出信号采取不同的处理方式。
从励磁方式来说，可分为：滑尺励磁，由定尺输出感应 电动势信号；定尺励磁，由滑尺输出感应电动势信号。
根据对输出感应电动势信号的处理方式不同，可把感应 同步器的检测系统分成相位工作状态和幅值工作状态，它们 的特征是有输出感应电动势的相位和幅值来进行处理。
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电阻尺的扩展形式
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电阻尺的使用要求包括以下几个方面
(1) (2) (3) (4)
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供电电压稳定 外界干扰小，包括静电干扰和高频干扰 注意电阻尺的三条线连接 安装要合乎规范
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二、感应同步器
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感应同步器是利用电磁 原理将位移转换成电信号的 一种装置。根据用途可将感 应同步器分为直线式和旋转 式两种，分别用于检测线位 移和角位移。
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1.增量式光电编码器 光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量 转换成脉冲或数字量的传感器，是目前角位移检测中应用最多的传 感器。
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为判断旋转方向，码盘提供相位差 90°两组透光孔，组成辨向系统，通过电 路判断正转还是反转，在一般的光电编码 系统中，这两组编码称为A、B相。
位移检测
位移检测一般分为线位移检测和角位移检测两种。线位移检测直线 位移，角位移检测转动角度，工业中这两种检测均有重要应用。
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知识目标
通过熟悉各种位移传感器，了解位移传感器检测的一般方法，掌握 各种位移传感器的量程、精度等检测性能。
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技能目标
通过实践操作和训练理解，初步认识各种位移传感器及其检测适应 性，了解工业中常用的位移检测特点及位移传感器的基本选用原则。
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绝对式编码器分辨率是由二进制位数来决定，有10位、14位等多 种。它的优点允许转速高，精度和码道数量相关；缺点是结构复杂， 价格高。
总电动势为以上2者之和。
k 为电磁耦合系数； x 为机械位移，m；W 为绕组节距，m；Um 为励磁电压的
幅值，V；
为励磁频率，
1 s
。
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旋转式感应同步器由定子和转子两部分组成，它们 呈圆片形状，用直线式感应同步器的制造工艺制作两绕 组。定子、转子分别相当于直线式感应同步器的主尺和 滑尺。目前旋转式感应同步器的直径一般有50mm、 76mm、178mm和302mm等几种。径向导体数（极数） 有360、720和1080几种。
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感应同步器具有如下优点。
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当滑尺上的正弦绕组和余弦绕组分别以1～10kHz的正弦电压激磁时， 将产生同频率的交变磁通；该交变磁通与定尺绕组耦合，在定尺绕组上 将产生同频率的感应电势。
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正弦或余弦绕组在定尺上相应产生的感应电势分别为
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四、光电编码器
编码器（encoder）是将信号或数据进行编制、转换为可 用以通信、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或 直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照 读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原 理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移 转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用 脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应 一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置 目录 有关，而与测量的中间过程无关。
为了实现定位，增加了Z相作为基准， 由Z相发出零位脉冲，作为转动的起始点。
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2.绝对式光电编码器原理 绝对式光电编码器：在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道， 每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成。相邻码道的扇区数目是 双倍关系，码盘上的道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧 是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时， 各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。
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采用电刷滑动变阻器的弱点 电刷滑动时，导线是一圈一圈被接入的，长度变化将是不连续。 电刷滑动时产生动态接触电阻，阻值不确定，会对检测精度产生难于 忽略的影响。 工业中使用导电塑料作为变阻器材料，将变阻器和电刷施加一定的预 紧力装配成一个部件。
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为了扩大电阻尺的应用范围，出现了其他形式的 电阻尺如图2-3所示。图2-3（a）是圆环式电阻尺，当 接触指针旋转时，AB点之间形成一个可变电阻，对应 于指针的旋转角度，这种方法可以测量角位移。图2-3 （b）是一种非线性电阻尺，一般采用定制，主要应用 于位移和电阻为某种特定函数的场合。
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鉴相处理又叫相位处理，就是根据输出感应电动势 的相位来鉴别感应同步器定滑尺间相对位移量的方法。 鉴幅处理是根据感应电动势的幅值来鉴别位移。采用同 频率、同相位、不同幅值的交流电压，对感应同步器滑 尺两相绕组进行励磁，就可以根据定尺绕组输出感应电 动势的幅值来鉴别定滑尺间的相对位移值，即为感应同 步器输出信号的鉴幅处理。