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1、 数控机床传感器简介v 在数控机床上应用的传感器主要有光电编码器 、直线光栅、接近开关、温度传感器、霍尔传感器 、电流传感器、电压传感器、压力传感器、液位传 感器、旋转变压器、感应同步器、速度传感器等,主 要用来检测位置、直线位移和角位移、速度、压力 、温度等 数控机床对传感器的要求：va. 可靠性高和抗干扰性强;vb. 满足精度和速度的要求;vc. 使用维护方便,适合机床运行环境;vd. 成本低。位移的检测 位移检测的传感器主要有：v脉冲编码器v直线光栅v旋转变压器v感应同步器 脉冲编码器v脉冲编码器是一种角位移(转速)传感器, 它能够把机械转角变成电脉冲。脉冲编 码器可分为光电式、接触式和
2、电磁式三 种,其中,光电式应用比较多。脉冲编码器工作原理格雷码的绝对编码器的分度盘格雷码的绝对编码器的分度盘脉冲编码器应用直线光栅v直线光栅是利用光的透射和反射现象制 作而成,常用于位移测量,分辨力较高,测 量精度比光电编码器高,适用于动态测量 。在进给驱动中,光栅尺固定在床身上, 其产生的脉冲信号直接反映了拖板的实 际位置。用光栅检测工作台位置的伺服 系统是全闭环控制系统。 直线光栅工作原理光栅位移检测装置由光源、两块光栅(长光栅、短光栅)和光电 元件等组成(如右图) 光栅是在一块长条形的光学玻璃上均匀地到上许多与运动方向 垂直的线条，线条之间距(称为栅距)可以根据所需的精度决定 ，一般每毫
3、米刻50、100、200条线。长光栅G1装在机床的移 动部件上，称为标尺光栅；短光栅G2装在机床的固定部件上 ，称为指示光栅。两块光栅互相平行并保持一定的间隙(如 0.05mm或0.1mm等)，而两块光栅的刻线密度相同。 如果将指示光栅在其自身的平面内转过一个很小的角度，这 样两块光栅的割线相交，当平行光线垂直照射标尺光栅时，则 在相交区域出现明暗交替、间隔相等的粗大条纹，称为莫尔 条纹。由于两块光栅的刻线密度相等，即栅距相等，使产生的 莫尔条纹的方向与光栅刻线方向大致垂直。直线光栅的应用旋转变压器v旋转变压器是一种输出电压与角位移量成连 续函数关系的感应式微电机。旋转变压器由 定子和转子组成
4、,具体来说,它由一个铁心、两 个定子绕组和两个转子绕组组成,其原、副绕 组分别放置在定子、转子上,原、副绕组之间 的电磁耦合程度与转子的转角有关。 旋转变压器原理旋转变压器是根据互感原理工作的。定子与转 子之间的空气隙内的磁通分布呈正弦规律，当 定于绕组上加交流激磁电压时，通过互感在转 于绕组中产生感应电动势，其输出电压的大小 取决于定子与转子两个绕组轴线在空间的相对 位置夹角。两者平行时互感最大，副边的感应 电动势也最大；两者垂直时互感为零，感应电 动势也为零。当两者呈一定角度时，其互感校 正弦规律变化。（如右图）旋转变压器应用感应同步器v感应同步器是利用两个平面形绕组的互感随 位置不同而变
5、化的原理制成的。其功能是将 角度或直线位移转变成感应电动势的相位或 幅值,可用来测量直线或转角位移。按其结构 可分为直线式和旋转式两种。 感应同步器原理感应同步器的工作原理与旋转变压器基本上相同使用时，在滑尺绕组通以一定频率 的交流电压，由于电磁感应，在定尺绕组中产生感应电动势，其幅恒和相位取决于定 尺与滑尺的相对位置，按照滑尺上两个正交绕组激磁的不同信号，感应同步器的测量 方式分为鉴相测量力式和鉴幅测量力式两种。感应同步器的应用感应同步器数显表 位置传感器 v位置传感器可用来检测位置,反映某种状态的 开关 位置传感器接触式 接近式 行程开关 二维矩阵式位置传感器 自感式 差动变压器式 电涡流
6、式 行程开关原理及应用v行程开关结构简单、动作可 靠、价格低廉。当某个物体在 运动过程中,碰到行程开关时,其 内部触头会动作,从而完成控制, 如在加工中心的X、Y、Z 轴方 向两端分别装有行程开关,则可 以控制移动范围。 LK23X 接近开关原理及应用接近开关是指当物体与其接近到设定距离时就可以 发出“动作”信号的开关,它无需和物体直接接触。速度传感器 v速度传感器是一种将速度转变成电信号的 传感器,既可以检测直线速度,也可以检测 角速度,常用的有测速发电机和脉冲编码器 等。 测速发电机原理(1)交流测速发电机当在励磁绕组上施加恒定的单相交流电压U1时，发电机工作绕组便会输出与转 速n大小成正
7、比的交流电压信号U2，其有效值为：(2)直流测速发电机它一般都做成永磁式，在恒定磁场 0下，当电枢以转速n旋转时，电枢 上导体切割磁力线，在瞬间产生空载 感应电势E0，它的值由下式确定：测速发电机应用压力传感器 v压力传感器是一种将压力转变成电信号的传 感器。根据工作原理,可分为压电式传感器、 压阻式传感器和电容式传感器。它是检测气 体、液体、固体等所有物质间作用力能量的 总称压力继电器原理压力继电器把油压讯 号转换为电器讯号的 一种发送装置。它是 弹簧载荷式，当压力 达到预先设定值时， 继电器的活塞产生机 械位移以接通微动开 关的触点。 压力继电器应用位移检测的传感器比较增量式编码器绝对式编
8、码器光栅旋转变压 器旋转式感应同步器 原 理利用光电原理把机械角位移变成电 信号利用光的衍射原 理产生的明 暗交替的莫 尔条纹利用电磁感应原理 的模拟式测角 器件，本质上 是互感系数可 变的变压器利用电磁感应原理， 两个平面形印制 绕组的互感随位 置不同而变化， 工作原理与多极 旋转变压 器相似 分 类原理和结构 （1）接触式 （2）光电式 （3）电磁式 反馈形式 （3）增量式编码器 （4）绝对式编码器 （5）混合式编码器材料 （1）玻璃光栅 （2）金属光栅 原理 （3）透射式 （3）反射式（1）正余弦旋转 变压器 （2）线性旋转变 压器 （3）比例式旋转 变压器（1）直线式 （2）旋转式基 本 组 成发光二极管，光电圆盘 ，遮光板， 光敏元件，（1）圆光栅金 属圆环，标 尺光栅，读 数头（2） 直线光栅标 尺光栅，读 数头分有刷和无刷两种 ，定子铁心与 线圈，转子铁 心与线圈，转 子输出变压器定尺和滑尺，绕组特 点每产生一个输出 脉冲信号就 对应一个增 量角位移通过读取编码 盘上的图案 来表示绝对 角位移通过光敏元件测 量莫尔条纹 移动的数量 来测量角位 移输出为模拟量感应输出电动势为 幅 值不变，相位随 定尺和滑尺相对 变化的交流电压 。
