《机电一体化技术》课件_第四章 4.2 机电一体化系统中常用的传感器.pptx

;位移传感器分为线位移传感器和角位移传感器两类，分别用于线位移测量和角位移测量。

常用位移传感器有电容式传感器、电感式传感器、感应同步器、光栅传感器、磁栅传感器、光电编码器和旋转变压器等。其中，光电编码器和旋转变压器只能测量角位移。;与位移传感器不同，位置传感器用于检测被测对象是否达到或接近某一位置，其输出信号为开关量。

根据被测对象与测量元件接触与否，位置传感器分为接触式和非接触式两类。

接触式位置传感器主要以限位开关为代表；非接触式位置传感器即接近开关，主要有光电开关和接近开关。;（1）光电开关;1)对射式光电开关

对射式光电开关的发射器和接收器独立封装在各自的壳体中，发射器和接收器同轴对向安装。工作时，发射器发出光束，接收器检测接收光束强度，当被测物体经过发射器与接收器之间且阻断光束的情况下产生一个开关信号。

适用范围：对射式光电开关适用于大距离、不透明物体的检测。;

;3)漫反射式光电开关

漫反射式光电开关的发射器和接收器集成在同一壳体内，无需专用反射镜，但对被测物体表面的反光率具有较高要求。

;4)槽式光电开关

槽式光电开关通常采用U型结构，发射器和接收器分别安装于U型槽的两边，并在(型槽内部形成具有一定宽度的光束幅。当被测物体经过并遮挡光束幅时产生一个开关信号。;5)光纤式光电开关

用途：

光纤式光电开关是一种特殊的光电开关，通过光纤传输光信号可实现长距离大型物体检测，可以在油污环境或水(液体)环境下进行检测，还可以对黑橡胶等低反射率物体进行检测。

分类：

光纤头根据结构特点可以分为反射型和对射型两种。实际的光纤式光电开关由光纤放大器和光纤头两部分组成。不同的工况下，可选用不同的光纤头。

优点：

由于光纤传输的是光信号，因此传感器具有良好的抗噪能力。;（2）光电编码器;1)增量式光电编码器

增量式光电编码器的码盘沿圆周方向均匀分布n条狭缝(对应增量式光电编码的角度分辨率)，每转过一个狭缝产生一个电脉冲。在转速测量中，请能式光电编码器与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转。经光电二极管等电子元件组成的检测接收装置输出得到转速、角度信号脉冲序列，其原理如图4.9所示。;1)增量式光电编码器

增量式光电旋转编码器具有A、B和Z三路脉冲信号输出。A、B脉冲序列相位差为90°，从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z相标志(指示)脉冲信号，编码器的码盘每旋转一周，只发出一个标志脉冲信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零，故增量式编码器适用于正反向旋转场合。

增量式光电旋转编码器具有成本低、精度高、结构简单、寿命长、抗干扰能力强、可靠性高的特点，但增量式光电编码器无法输出转动时的绝对位置信息。;2)绝对式光电编码器

绝对式光电编码器码盘由按照二进制规则排列的一系列透明区和不透明区构成(透明区域用1表示，不透明区域用0表示)，故可直接输出数字量。绝对式光电编码器中码盘的透明区和不透明区均匀分布在若干个相邻的圆周(即码道)上。其中，码道的数目为编码器二进制数的位数。显然，码道越多，分辨率越高。为保证低位码的精度，将内侧码道作为编码器的高位，外侧码道作为编码器的低位。;2)绝对式光电编码器

绝对式光电编码器每一条码道对应有一个光电元件。当码盘转动到装一位置时，对应的光电元件根据感光情况将光信号转换为电信号，输出数字编码信息。

绝对式光电编码密无需计数器就能够直接获取每个转角的数字信息，在断电后也能实持转轴的转角信息，重新上电后无需寻找参考零点即可继续工作。但转动超过一周时，么须采用减速机构连接两个以上的编码器组成多级检测装置，导致测量装置结构较为复杂，成本较高。;?;3)光电编码器的应用——转速测量

;?;（3）光栅传感器;1）光栅的种类和结构

根据制造方法和光学原理，光栅分为透射光栅和反射光栅。

透射光栅在玻璃表面上等间距制成透明和不透明的线纹，利用光的透射现象进行检测；反射光栅在金属表面上等间距制成全反射和漫反射的线纹，利用光的反射现象进行检测。根据光栅形状特征，分为用于线位移测量的光栅尺(又称长光栅或直线光栅)和角位移测量的圆光栅。光栅传感器主要由主光栅(标尺光栅)、指示光栅、光源、透镜和光电元件组成，如图4.13所示。

;2）光栅传感器的测量原理

光栅传感器测量是基于主光栅和指示光栅之间的莫尔条纹现象实现的。主光栅与指示光栅以极小的间隙平行重叠放置，并使两者刻线保持一个微小的夹角θ。由于光的干涉效应，在与两光栅刻线角平分线垂直方向上形成明暗相间的平行条纹，即莫尔条纹，如下图所示。

;?;莫尔条纹具有的特点：

(3)莫尔条纹具有误差平均效应。莫尔条纹是由光栅的一系列刻线共同形成的，对刻线误差具