【2017年整理】机电一体化系统的检测环节

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1、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 ）

2、， 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

3、 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

4、 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

5、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

6、取 的 有 关 外 界 环 境 及 自 身 状 态 变 化 的 信 息 ， 一 般 反 馈 给淮南联合大学教师授课教案2计 算 机 进 行 处 理 或接触型（如微动开关、行程开关、接触开关）开关型（ 二 值型 ） 非接触型（如光电开关、接近开关）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）模拟型 电感、电容型（如电感、电容式位移传感器）计数型（二值计数器）传感器数字型 代码型（如旋转编码器、磁尺等）图 21 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

7、字 型 ， 如 图 21 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

8、， 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 ，

9、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

10、 ， 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

11、 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 传淮南联合大学教师授课教案3感 器 ， 这 是 发 展 高 性 能 、 多 功 能 、 低

12、成 本 和 小 型 化 传 感 器 的 重 要 途 径 。 总 之 ， 传 感器 正 经 历 着 从 以 结 构 型 为 主 转 向 以 物 性 型 为 主 的 过 程 。（ 二 ） 传 感 器 的 集 成 化 和 多 功 能 化随 着 微 电 子 学 、 微 细 加 工 技 术 和 集 成 化 工 艺 等 方 面 的 发 展 ， 出 现 了 多 种 集 成 化传 感 器 。 这 类 传 感 器 ， 或 是 同 一 功 能 的 多 个 敏 感 元 件 排 列 成 线 性 、 面 型 的 阵 列 型 传感 器 ； 或 是 多 种 不 同 功 能 的 敏 感 元 件 集 成 一 体 ， 成 为 可

13、 同 时 进 行 多 种 参 数 测 量 的 传感 器 ； 或 是 传 感 器 与 放 大 、 运 算 、 温 度 补 偿 等 电 路 集 成 一 体 具 有 多 种 功 能 实 现了 横 向 和 纵 向 的 多 功 能 。（ 三 ） 传 感 器 的 智 能 化“电 五 官 ”与 “电 脑 ”的 相 结 合 ， 就 是 传 感 器 的 智 能 化 。 智 能 化 传 感 器 不 仅 具有 信 号 检 测 、 转 换 功 能 ， 同 时 还 具 有 记 忆 、 存 储 、 解 析 、 统 计 处 理 及 自 诊 断 、 自 校准 、 自 适 应 等 功 能 。 如 进 一 步 将 传 感 器 与

14、 计 算 机 的 这 些 功 能 集 成 于 同 一 芯 片 上 ， 就成 为 智 能 传 感 器 。3.1 位置检测环节的构成和接口3.1.1 感应同步器1。概述及应用特点感 应 同 步 器 是 利 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 位 移 传 感 器 。 按 测 量 机 械 位 移 的 对 象 不 同 可 分 为 直 线 型 和 圆 盘 型 两 类 ， 分 别用 来 检 测 直 线 位 移 和 角 位 移 。 由 于 它 成 本 低 ， 受 环 境 温 度 影 响 小 ， 测 量 精 度 高 ，且 为 非 接 触

15、测 量 ， 所 以 在 位 移 检 测 中 得 到 广 泛 应 用 ， 特 别 是 在 各 种 机 床 的 位 移 数字 显 示 、 自 动 定 位 和 数 控 系 统 中 。2。 感 应 同 步 器 的 结 构直 线 型 感 应 同 步 器 由 定 尺 和 滑 尺 两 部 分 组 成 ， 如 图 25 所 示 。 图 26 为 直 线型 感 应 同 步 器 定 尺 和 滑 尺 的 结 构 。 其 制 造 工 艺 是 先 在 基 板 （ 玻 璃 或 金 属 ） 上 涂 上 一层 绝 缘 粘 合 材 料 ， 将 铜 箔 粘 牢 ， 用 制 造 印 刷 线 路 板 的 腐 蚀 方 法 制 成 节

16、距 T 一 般 为2mm 的 方 齿 形 线 圈 。 定 尺 绕 组 是 连 续 的 。 滑 尺 上 分 布 着 两 个 励 磁 绕 组 ， 分 别 称 为 正 弦绕 组 和 余 弦 绕 组 。 当 正 弦 绕 组 与 定 尺 绕 组 相 位 相 同 时 ， 余 弦 绕 组 与 定 尺 绕 组 错 开1/4 节 距 。 滑 尺 和 定 尺 相 对 平 行 安 装 ， 其 间 保 持 一 定 间 隙 （ 0.050.2mm） 。3。 感 应 同 步 器 的 工 作 原 理在 滑 尺 的 正 弦 绕 组 中 ， 施 加 频 率 为 f（ 一 般 为 210kHz） 的 交 变 电 流 时 ， 定 尺 绕组 感 应 出 频 率 为 f 的 感 应 电 势 。 感 应 电 势 的 大 小 与 滑 尺 和 定 尺 的 相 对 位 置 有 关 。 当两 绕 组 同 向 对 齐 时 ， 滑 尺 绕 组 磁 通 全 部 交 链 于 定 尺 绕 组 ， 所 以 其 感 应 电 势 为 正 向 最大 。