第三章传感器检测及其接口电路课件.ppt

第3章 传感器检测及其接口电路 3.1 传感器 3.2 位移测量传感器 3.3 速度、加速度传感器 3.4 位置传感器 3.5 传感器前期信号处理 3.6 传感器接口技术 3.1传感器的分类及特性 一、机械量传感器分类 一、机械量传感器分类 二、传感器的特性 二、传感器的特性 二、传感器的特性 二、传感器的特性 二、传感器的特性 3 传感器的选用原则 快速、准确、可靠、经济的获取信号。传感器的选择所要考虑的问题主要包括： 1）足够的量程； 2）与测量或控制系统匹配、转换灵敏度高； 3）精度适当、稳定性高； 4）反应速度快、工作可靠； 5）实用性和适应性强； 6）使用经济； 作业 1、传感器的性能指标有哪两大类，各包括那些内容？ 2、传感器的选用原则是什么？ 3.2 位移测量传感器 3.2.1 模拟式位移传感器 1. 可变磁阻式电感传感器 典型的可变磁阻式电感传感器的结构如图3-6所示,它主要由线圈、铁心和活动衔铁组成。 3.2 位移传感器 一、电感式位移传感器 1、自感型电感式传感器 1、自感型电感式传感器 1、自感型电感式传感器 螺线管型自感传感器——如果在线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上下移动时，自感量将相应变化，就构成了螺线管型自感传感器。 2、互感型电感式传感器 2、互感型电感式传感器 3、电涡流式传感器 3、电涡流式传感器 二、电容式位移传感器 二、电容式位移传感器 二、电容式位移传感器 二、电容式位移传感器 二、电容式位移传感器 二、电容式位移传感器 二、电容式位移传感器 二、电容式位移传感器 当线圈通以激磁电流时,其自感L与磁路的总磁阻Rm有关,即 （3-5） 式中: W——线圈匝数； Rm——总磁阻。 如果空气隙δ较小,而且不考虑磁路的损失,则总磁阻为 式中: ; L——铁心导磁长度（m）； μ——铁心导磁率（H/m）； A——铁心导磁截面积（m2）, A=a×b; δ——空气隙(m), δ=δ 0+Δδ; μ0——空气磁导率（H／m）,μ0=2π×10-7 ; A0——空气隙导磁截面积（m2）。 由于铁心的磁阻与空气隙的磁阻相比是很小的,因此计算时铁心的磁阻可以忽略不计,故 （3-7） 将式(3-7)代入式(3-5),得 式（3-8）表明,自感L与空气隙δ的大小成反比,与空气隙导磁截面积A0成正比。当A0固定不变而改变δ时,L与δ成非线性关系,此时传感器的灵敏度为 图3-7为差动型磁阻式传感器,它由两个相同的线圈、铁心及活动衔铁组成。当活动衔铁接于中间位置（位移为零）时,两线圈的自感L相等,输出为零。当衔铁有位移Δδ时,两个线圈的间隙为δ0+Δδ, δ0-Δδ,这表明一个线圈的自感增加,而另一个线圈的自感减小。 如图3-9所示,在可变磁阻螺管线圈中插入一个活动衔铁,当活动衔铁在线圈中运动时,磁阻将变化,导致自感L的变化。 2. 电容式位移传感器 以电容器为敏感元件，将机械位移量转换为电容量变化的传感器称为电容式传感器。电容传感器的形式很多，常使用变极距式电容传感器和变面积式电容传感器进行位移测量。 3.互感型差动变压器式电感传感器 差动变压器式电感传感器是常用的互感型传感器,其结构形式有多种,以螺管型应用较为普遍,其结构及工作原理如图3-12（a）、（b）所示。 图3-13是用于小位移的差动相敏检波电路的工作原理。 图3-14是电感测微仪所用的螺旋差动型位移传感器的结构图。 3.2.2 数字式位移传感器 光栅由标尺光栅和指示光栅组成,两者的光刻密度相同,但体长相差很多,其结构如图3-15所示。 它们是沿着与光栅条纹几乎成垂直的方向排列的,如图3-16所示。 光栅莫尔条纹的特点是起放大作用,用W表示条纹宽度,P表示栅距,θ表示光栅条纹间的夹角,则有 若P＝0.01mm,把莫尔条纹的宽度调成10mm,则放大倍数相当于1000倍,即利用光的干涉现象把光栅间距放大1000倍,因而大大减轻了电子线路的负担。 光栅测量系统的基本构成如图3-17所示。 感应同步器 感应同步器是一种应用电磁感应原理把两个平面绕组间的位移量转换成电信号的一种检测元件，有直线式和圆盘式两种，分别用作检测直线位移和转角。 滑尺表面刻有两个绕组,即正弦绕组和余弦绕组,见图3-18。 圆盘式感应同步器如图3-19所示,其转子相当于直线感应同步器的滑尺,定子相当于定尺,而且定子绕组中的两个绕组也错开1/4节距。 （1） 鉴相式。 所谓鉴相式,就是根