(机电一体化系统的检测环节.doc

机电一体化第三章教案（讲稿） 章节名称 第3章 检测环节 教学名称 第1节 位置检测环节的构成和接口 教学时数 学时 2 教学目标 1．掌握光栅的结构，工作原理，摩尔条纹计数概念 2．掌握脉冲编码器的结构和工作原理，分类，应用特点 3．理解感应同步器，旋转变压器，磁栅的工作原理，应用特点 课程重点难点 1. 栅的结构，工作原理，摩尔条纹计数概念 2. 脉冲编码器的结构和工作原理，分类，应用特点 3.光电信号的检测、整形、辨向、计数电路的原理分析 教学方法及手段 1．课堂理论课讲授 2．多媒体教学课件播放辅助教学 概 述 在机电一体化产品中，无论是机械电子化产品（如数控机床），还是机电相互融合的高级产品（如机器人），都离不开检测与传感器这个重要环节。若没有传感器对原始的各种参数进行精确而可靠的自动检测，那么信号转换、信息处理、正确显示、控制器的最佳控制等，都是无法进行和实现的。 检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成部分，用于实现计测功能。在机电一体化产品中，传感器的作用就相当于人的感官，用于检测有关外界环境及自身状态的各种物理量（如力、位移、速度、位置等）及其变化，并将这些信号转换成电信号，然后再通过相应的变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路将有用的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显示。实现上述功能的传感器及相应的信号检测与处理电路，就构成了机电一体化产品中的检测系统。 随着现代测量、控制及自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视，应用越来越普遍。凡是应用到传感器的地方，必然伴随着相应的检测系统。传感器与检测系统可对各种材料、机件、现场等进行无损探伤、测量和计量；对自动化系统中各种参数进行自动检测和控制。尤其是在机电一体化产品中，传感器及其检测系统不仅是一个必不可少的组成部分，而且已成为机与电有机结合的一个重要纽带。 一、传感器的分类 传感器种类繁多，分类方法也有多种，可以按被测物理量分类，这种分法明确表达了传感器的用途，便于根据不同用途选择传感器。还可按工作原理分类，这种分法便于学习、理解和区分各种传感器。机电一体化产品主要以微型计算机作信息处理机和控制器，传感器获取的有关外界环境及自身状态变化的信息，一般反馈给计算机进行处理或 传感器 开关型 （二值型） 接触型（如微动开关、行程开关、接触开关） 非接触型（如光电开关、接近开关） 模拟型 电阻型（如电位器、电阻应变片等） 电压、电流型（如热电偶、光电池等） 电感、电容型（如电感、电容式位移传感器） 数字型 计数型（二值＋计数器） 代码型（如旋转编码器、磁尺等） 图2—1 传感器按输出信号性质分类 实施控制。因此，这里将传感器按输出信号的性质分类，分为开关型、模拟型和数字型，如图2—1所示。 开关型传感器 只输出“1”和“0”或开（ON）和关（OFF）两个值。如果传感器的输入物理量达到某个值以上时，其输出为“1”（ON状态），在该值以下时输出为“0”（OFF状态），其临界值就是开、关的设定值。这种“1”和“0”数字信号可直接送入微型计算机进行处理。 数字型传感器 有计数型和代码型两大类。计数型又称脉冲计数型，它可以是任何一种脉冲发生器，所发出的脉冲数与输入量成正比，加上计数器就可以对输入量进行计数。计数型传感器可用来检测通过输送带上的产品个数，也可用来检测执行机构的位移量，这时执行机构每移动一定距离或转动一定角度就会发出一个脉冲信号，例如光栅检测器和增量式光电编码器就是如此。代码型传感器即绝对值式编码器，它输出的信号是二进制数字代码，每一代码相当于一个一定的输入量之值。代码的“1”为高电平，“0”为低电平，高低电平可用光电元件或机械式接触元件输出。通常被用来检测执行元件的位置或速度，例如绝对值型光电编码器、接触型编码器等。 模拟型传感器 输出是与输入物理量变化相对应的连续变化的电量。传感器的输入/输出关系可能是线性的，也可能是非线性的。线性输出信号可直接采用，而非线性输出信号则需进行线性化处理。这些线性信号一般需进行模拟/数字转换（A/D），将其转换成数字信号后再送给微型计算机处理。 传感器的发展方向 由于传感器位于检测系统的入口，是获取信息的第一个环节，因此它的精度、可靠性、稳定性、抗干扰性等直接关系到机电一体化产品的整机性能指标。因此，传感器的研究与开发一直受到人们的重视，传感器的性能不断提高，主要表现在以下几个方面： （一）新型传感器的开发 鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步发现新现象、采用新原理、开发新材料、采用新工艺，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器，这是发展高