传感器及其接口电路详解.ppt

测速机的结构有多种，但原理基本相同。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。 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 时，其输出电压U0与转速n 成正比。随着负载电阻RL 变小，其输出电压下降，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。 直流测速机的特点是输出斜率大、线性好，但由于有电刷和换向器，构造和维护比较复杂，摩擦转矩较大。 直流测速机在机电控制系统中，主要用作测速和校正元件。在使用中，为了提高检测灵敏度，尽可能把它直接连接到电动机轴上。有的电动机本身就已安装了测速机。 光电式转速传感器是由装在被测轴（或与被测轴相连接的输入轴）上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成，如图3-16 所示。 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： 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，确定是否已到达某一位置。因此，它只需要产生能反映某种状态的开关量就可以了。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。 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 所示的几种构造和分布形式。 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。 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、气压式和超声波式。其基本工作原理可用图3-19 表示出来。这里重点介绍前三种常用的接近式位置传感器。 1、电磁式传感器 当一个永久磁铁或一个通有高频电流的线圈接近一个铁磁体时，它们的磁力线分布将发生变化，因此，可以用另一组线圈检测这种变化。当铁磁体靠近或远离磁场时，它所引起的磁通量变化将在线圈中感应出一个电流脉冲，其幅值正比于磁通的变化率，图3-20 给出了线圈两端的电压随铁磁体进入磁场的速度而变化的曲线，其电压极性取决于物体进入磁场还是离开磁场。因此，对此电压进行积分便可得出一个二值信号。当积分值小于特定的闹值时，积分器输出低电平；反之，则输出高电平，此时表示已接近某一物体。 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应而产生极化现象，被测物体越靠近检测电极，检测电极上的电荷就越多，由于检测电极的静电电容C = Q / U ，所以电荷的增多，使电容C 随之增大，从而有使振荡电路的振荡减弱，甚至停止振荡。振荡电路的振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。 电磁感应式传感器只能检测电磁材料，对其它非电磁材料则无能为力。而电容传感器却能克服以上缺点，它几乎能检测所有的固体和液体材料。 3 ．光电式传感器 这种传感器具有体积小、可靠性高、检测位置精度高、响应速度快、易与TTL 及CMOS电路兼容等优点，它分透光型和反射型两种。 透光型光电传感器接口电路在透光型光电传感器中，发光器件和受光器件相对放置，中间留有间隙。当被测物体到达这一间隙时，发射光被遮住，从而接收器件（光敏元件）便可检测出物体已经到达。 反射型光电传感器发出的光经被测物体反射后再落到检测器件上，由于是检测反射光，所以得到的输出电流Ie较小。 第五节 传感器前期信号处理 传感器所感知、检测、转换和传递的信息表现为形