一种新的拉线式位移传感器的设计及其应用.pdfVIP

学兔兔 第4期(总第173期) 机 械 工程 与 自动 化 NO．4 2012年 8月 MECHANICAL ENGINEERlNG AUT()MATI()N Aug． 文章编号：1672-6413(2012)04-0171—03 一 种新的拉线式位移传感器的设计及其应用 王 兴，戚景观 (太原科技大学，山西 太原 030024) 摘要：研究了一种新的拉线式位移传感器的设计及其应用。简要分析了传统拉线式位移传感器的工作原理及 其不足，针对此从结构上对这种传感器进行了优化设计，并从性能上对所设计的传感器进行了分析。实验证 明所设计的传感器测量精度高、耐磨性好、具有良好的研究和应用价值。 关键词：编码器；性能分析；位移传感器 中图分类号：TP212 文献标识码：B 0 引言 按照工作原理旋转编码器可分为增量式和绝对式 传统的拉线式位移传感器采用电位器方式，通过 两类。增量式编码器转动时输出脉冲，通过计数来确 电位器将机械位移转变为与之成任意函数关系的电阻 定位置。断电时编码器凭借计数设备的内部记忆来识 或电压输出。该传感器结构简单、输出信号大、使用方 别位置，断电以后编码器不能进行任何移动；来电时， 便、价格低廉，但其输出特性呈阶梯形状。在伺服系统 如果输出脉冲受到干扰，那么编码器可能会丢失脉冲。 中这种传感器用作位移反馈元件时，如果阶跃电压过 这样计数设备的记忆零点就会偏移，并且偏移的量只 大系统会发生振荡，因而在制作电位器时每匝的电阻 有等到出现错误结果才能知道。 值应尽量减小。同时，这种传感器易磨损、分辨力差、 使用绝对式编码器则能避免上述问题，绝对式编 阻值偏低、高频特性差、测量精度低。针对目前市场传 码器码盘上有许多道刻线，每道刻线依次编排，因此编 统传感器的不足，本文设计了一种新的拉线式位移传 码器的每个位置都可以通过读取每道刻线的通、暗来 感器，在结构上做了一些优化改进，提高了测量精度。 获得一组唯一的二进制编码，而且任何时候都可去直 1 新的拉线式位移传感器的设计[-1,2 接读取，无需掉电记忆，无需找参考点，不用一直计数。 1．1 工作原理 绝对式编码器具有定位精度高、抗干扰特性强、数据的 拉线式位移传感器是把机械运动转换成可以计算 可靠性提高、反应速度快等特点，越来越广泛地被应用 的电信号的元件，通常是将拉线缠绕在轮毂上，轮毂与 到很多工控系统的位置测量和控制中。 一 个精密旋转感应器连接在一起。感应器可以是增量 1．2．2 编码器信号输出方式选择[3 编码器、绝对编码器、混合或导电塑料旋转电位计等。 旋转编码器是集光、机、电精密技术于一体的结 操作时，位移传感器安装在固定位置上，拉绳缚在移动 晶，它通过光电转换将输出轴的位移量转换成相应的 物体上。运动发生时，拉线伸展或收缩，带动轮毂和旋 电脉冲。旋转编码器信号的输出方式有电压输出、集 转编码器旋转，输出一个与拉绳移动距离成比例的电 电极开路输出、长线驱动器输出、推拉输出等。根据需 信号，测量输出信号可以得出运动物体的位移、方向和 求，本设计选择推拉输出方式，该输出电路是通过两只 速率。设计位移传感器时考虑的主要特性有：量程范 晶体管的发射极对接后进行电压输出的，其电路反应 围、输人电压、输出电压、