机电一体化第三章

从 振 振应 测 C=而荡荡而电Q有减。产 极/使弱振V生 上，振 ，荡极 的所荡 甚电化 电以电 至路现 荷电路停的象 就荷的止振越，的多被增多测，，物由使体于电越检容靠测C近电随检极之测的增电静大极电，电，容检
荡与停振这两种状态
被检测电路转换为开
关信号后向外输出。
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电容式接近开关在检测部分采用导体电极，当电 极与被测物一接近，检测部分的导体电极与被测 对象之间产生静电电容变化。利用这一现象制成 电容式接近开关，检测出这一电容量的变化，产 生输出信号。
有电刷和换向器，构造和维护比较复杂，摩擦转矩较大。 直在流使测 用- 速中机，在为位制机了置器电提控控高制检- 系测速控统灵度制中敏度，主，要尽电机用可作能测把速它传机动构和直校接正连元接执机行构件到。电
机轴上。有的电机本身就已安装速了度测控速制环机。测速电机输出的 模拟电压直接送到速度换比较器位中置用控于制环速度控制。
第三章 传感器及其检测接口电路
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引言
传感器在机电一体化设备中是不可缺少的组成部 分。它是整个设备的感觉器官，监视监测着整个生 产过程，用以保持最佳工作状况。闭环伺服系统中， 传感器作为反馈元件，其精度直接影响到工作机械 的精度和稳定性，因而要求传感器灵敏度高、动态 特性好、特别要求其稳定可靠、抗干扰强，且适应 不同的环境。
检测传感器种类很多，本章在介绍传感器相关知
识的基础上，重点介绍了位移、速度、加速度以及
位置这四种类型的传感器及其后续处理接口电路。
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传感器是借助于检测元件接收一种形式的 信息，并按一定规律将它转换成另一种信息 的装置。它获取的信息，可以是各种物理量、 化学量和生物量，而且转换后的信息也是有 各种形式。
位置传感器分接触式和接近式两种。所谓接触 式传感器就是能获取两个物体是否已接触的信息 的一种传感器；而接近式传感器是用来判别在某 一范围内是否有某一物体的一种传感器。
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一、接触式位置传感器
这类传感器用微动开关之类的触点器件便可构 成，它分以下两种。
1．由微动开关制成的位置传感器
它用于检测物体位置 ，有如图3-17所示的几种
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常用传感器
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第三节 速度、加速度传感器
一、直流测速机
直流测速机是一种测 速元件，实际上它就是一 台微型的直流发电机。根 据电机磁极激磁方式的不 同。直流测速机可分为电 磁式和永磁式两种。以电 枢的结构不同来分，有无 槽电枢、有槽电枢、空心 杯电枢和圆盘电枢等。近 年来，又出现了永磁式直 线测速机。常用的为永磁 式测速机。
构造和分布形式。
1维
2维
图3-17 微动开关制成的位置传感器
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2．二维矩阵式配置的位置传感器
如图3-18所示，它一般用于机器人手掌内侧。 在手掌内侧常安装有多个二维触觉传感器，用以 检测自身与某物体的接触位置，被握物体的中心 位置和倾斜度，甚至还可识别物体的大小和形状。
图3-18 二维矩阵式配置的位置传感器
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二、接近式位置传感器
接近式位置传感器按其工作原理主要分：电磁式、 光电式、静电容式，基本工作原理可用图3-19表示 出来。
图3-19 接近式位置传感器工作原理
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1．电磁式传感器
高频振荡电路在检测部分有检测线圈，检测对象 为金属体。当开关接近金属体时，检测线圈的电 感量发生变化，使振荡回路停振，检测出这一停 振变化，产生输出信号。
电刷
N
－
U
＋
S
换向片
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图3-14所示为永磁式测 速机原理电路图。恒定磁 通由定子产生，当转子在 磁场中旋转时，电枢绕组 中即产生交变的电势，经 换向器和电刷转换成与转 子速度成正比的直流电势。
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直流测速机的输出特性曲线，如图3-15所示。从
图中可以看出，当负载电阻RL→∞时，其输出电 压V。与转速n成正比。随着负载电阻RL变小，其
高
波
百度文库
金
频
检
形
输
属
振
波
整
出
荡
电
形
电
体
电
路
电
路
路
路
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2．电容式传感器
电容式接近传感器是一个以电极为检测端的静电
电容式接近开关，它由高频振荡电路、检波电路、
放大电路、整形电路及输出电路组成。平时检测电
极与大地之间存在一定的电容量，它成为振荡电路
的一个组成部分。当被检测物体接近检测电极时，
由于检测电极加有电压，检测物体就会受到静电感
输出电压下降，而且输出电压与转速之间并不能严 格保持线性关系。由此可见，对于要求精度比较高
的直流测速机，除采取其他措施外，负载电阻RL
应尽量大。
I0
RL
RL1
M
U0
RL
RL
理想值
Rl2
实测值
RL>RL1>RL2
图3-14 永磁式测速机测量电路图 图3-15 直流测速机输出特性
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直流测速机的特点是输出为线性，斜率大、线性好，但由于
n—转速（r/min）；
t—测量时间（S）。
利用两组缝隙间距W相同，位
置相差（i/2+1/4）W（i为正整
数）的指示缝隙和两个光电器件，
则可辨别出圆盘的旋转方向精。品课件
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第四节 位置传感器
位置传感器和位移传感器不一样，它所测量的 不是一段距离的变化量，而是通过检测，确定是 否已到某一指定位置。因此，其输出信号只需要 产生能反映某种状态的开关量就可以了。
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二、光电式转速传感器
光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件 上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间 距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器
件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量时间t内 的脉冲数N，则可测出转速为
n 60N Zt
式中Z—圆盘上的缝隙数；
（3）基本转换电路：将电气参量转换成便于测量的电
量,如电压、电流、频率等。精品课件
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本章主要内容
第一节 传感器 第二节 位移测量传感器 第三节 速度、加速度传感器 第四节 位置传感器 第五节 传感器前期信号处理 第六节 传感器接口技术 第七节 传感器非线性补偿处理 第八节 数字滤波
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1.传感器的分类 2.传感器的特性
其结构包括敏感元件、转换元件和基本转 换电路。
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传感器的组成
0 输C 出
0
（1）敏感元件: 是一种能够将被测量转换成易于测量 的物理量的预变换装置,其输入、输出间具有确定的数 学关系（最好为线性），如弹性敏感元件将力转换为 位移或应变输出。
（2）转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成