第二章传感器及测量系统(3) 吉林大学机械电子工程学科 赵丁选
第二章 传感器及测量系统（3） 吉林大学 机械电子工程学科 赵丁选
29线位移传感器 291线位移传感器概述 用途:测量距离,高度、宽度等 ■种类:接触型与非接触型 常用类型:电阻式、电容式、电感式 光电式,霍尔效应式等。 ■重点介绍:半导体激光位移传感器、电 蜗流位移传感器,属非接触型位移传感 器
2.9线位移传感器 2.9.1线位移传感器概述 ◼ 用途：测量距离，高度、宽度等 ◼ 种类：接触型与非接触型。 ◼ 常用类型：电阻式、电容式、电感式、 光电式，霍尔效应式等。 ◼ 重点介绍：半导体激光位移传感器、电 蜗流位移传感器，属非接触型位移传感 器
292半导体激光位移传感器 动电 放大器 前霞器 半导体 改光露 发射 透镜 位置敏感 拴测器 接受器 紧固螺幅 位移 x昨离 不锈解壳体 50Q或59 阿轴缆接头 射频同轴电缆 目体 图2-9-1半导体激光位移传感器 图2-9-2电蜗流位移传感器
2.9.2半导体激光位移传感器 ◼ 图2-9-1半导体激光位移传感器 图2-9-2电蜗流位移传感器
292半导体激光位移传感器 结构:包括一个发光元件(发光二极管、激光器) 个位置敏感检测器 原理:采用三角测量。通过检测聚焦到位置敏感检测 器上的光柱点的运动即可确定工作物体的位移量 特点: 1)具有高分辨率,可对各种不同的材料进行精确测量 (2)测量范围宽,可对高温快速移动的物体进行测量。 (3)具有先进的激光安全性,不会对被测物体或人造成伤 (4)在任何安裝位置均可实现精确0V设定 (5)易于安装
2.9.2半导体激光位移传感器 ◼ 结构：包括一个发光元件（发光二极管、激光器）、 一个位置敏感检测器 ◼ 原理：采用三角测量。通过检测聚焦到位置敏感检测 器上的光柱点的运动即可确定工作物体的位移量。 ◼ 特点： (1)具有高分辨率，可对各种不同的材料进行精确测量。 (2)测量范围宽，可对高温快速移动的物体进行测量。 (3)具有先进的激光安全性，不会对被测物体或人造成伤 害。 (4)在任何安装位置均可实现精确0V设定。 (5)易于安装
293电蜗流位移传感器 基本结构:由探头(线圈、骨架、壳体 射频电缆和射频插头)、与前置器构成 测量原理: 前置放大器→高频信号激励→线圈 生高频磁场→金属表面会感应出 涡流→涡流损耗→线圈磁感应强度变 化→经前置器转换成电压信号∝距离 (线性关系)
2.9.3电蜗流位移传感器 ◼ 基本结构：由探头（线圈、骨架、壳体、 射频电缆和射频插头）、与前置器构成。 ◼ 测量原理： 前置放大器 → 高频信号激励 → 线圈 → 产生高频磁场 → 金属表面会感应出 涡流 → 涡流损耗 → 线圈磁感应强度变 化 → 经前置器转换成电压信号 ∝ 距离 （线性关系）
293电蜗流位移传感器 ■特点: ①非接触式测量 ■②线性范围宽,0~80mm ③动态响应好,0-10kHz ④长期连续可靠工作,抗干扰能力强 ⑤在水、油等恶劣环境条件下工作 ⑥可长线传输 ⑦直接与A、D接口相连配计算机使用
2.9.3电蜗流位移传感器 ◼ 特点： ◼ ①非接触式测量 ◼ ②线性范围宽，0～80mm ◼ ③动态响应好，0-10kHz ◼ ④长期连续可靠工作，抗干扰能力强 ◼ ⑤在水、油等恶劣环境条件下工作 ◼ ⑥可长线传输 ◼ ⑦直接与A、D接口相连配计算机使用
210光栅传感器 210.1光栅传感器概述 ■用途:精密直线位移、角位移测量,应用甚广 举例:如髙精度数控机床、三坐标轮廓仪、直径测量 仪器。 精度:直线位移测量精度可达0.5μm,转角位移测量 精度可分度±1"(1、3600度)。 组成:一块测量栅,一块指示光栅 结构原理:两栅均有相间条纹,间距相等,两光栅相 对移动一个栅距,莫尔条纹也移动一个条纹间距。 用光电元件接收透过两块光栅的光能量,根据计数器 累计的信号数,就可测得移动长度或移过转角
2.10光栅传感器 2.10.1光栅传感器概述 ◼ 用途：精密直线位移、角位移测量，应用甚广 ◼ 举例：如高精度数控机床、三坐标轮廓仪、直径测量 仪器。 ◼ 精度：直线位移测量精度可达0.5μm，转角位移测量 精度可分度±1"(1、3600度)。 ◼ 组成：一块测量栅，一块指示光栅。 ◼ 结构原理：两栅均有相间条纹，间距相等，两光栅相 对移动一个栅距，莫尔条纹也移动一个条纹间距。 用光电元件接收透过两块光栅的光能量，根据计数器 累计的信号数，就可测得移动长度或移过转角
210光栅传感器 世回团 37/4 移动方向 图2-10-1长光栅模尔条纹图2-11-1感应同步器的结构与工作原理
2.10光栅传感器 图2-10-1长光栅模尔条纹 图2-11-1感应同步器的结构与工作原理
21感应同步器 特点:是一种数字传感器, 分类:直线式与旋转式两种,前者用来检测直线位移, 后者用来检测旋转角位移。 结构:旋转式(定子、转子),直线式(定尺、滑 尺)。滑尺上绕阻接成S组(正弦绕组)与C组(余弦绕 阻) 安装:定尺安装于固定部分,滑尺安装在运动部分, 者作间隙很小的非接触移动。 ■原理:正弦电压→S组或C组→定尺上产生幅值按 正弦或余弦变化的感应电势输出信号可用幅值与相位 来描述,通过鉴幅或鉴相系统可以检测出位移信号并 进行数值显示
2.11感应同步器 ◼ 特点：是一种数字传感器， ◼ 分类：直线式与旋转式两种，前者用来检测直线位移， 后者用来检测旋转角位移。 ◼ 结构：旋转式（定子、转子），直线式（定尺、滑 尺）。滑尺上绕阻接成S组(正弦绕组)与C组(余弦绕 阻)。 ◼ 安装：定尺安装于固定部分，滑尺安装在运动部分， 二者作间隙很小的非接触移动。 ◼ 原理： 正弦电压 → S组 或C组 → 定尺上产生幅值按 正弦或余弦变化的感应电势输出信号可用幅值与相位 来描述，通过鉴幅或鉴相系统可以检测出位移信号并 进行数值显示
2.12接近传感器 212.1接近传感器概述 用途:属无触点接近开关,用于导电、导磁金属材料 的限位置、固体料位和液体液位检测等 常用的接近传感器:感应式接近传感器,电容式接近 传感器,及电磁式接近传感器 高精度的接近传感器,还能检测金属薄板及渡层的厚 度。 优点:不直接接触被测物体,开关及被测物均没有机 械磨损,使寿命很长,可适用于高速检测 原理:但当被测物体进入接近开关的灵敏区时,就会 发出一个脉冲信号。 ■灵敏区形状:探头附近的一个近似半球区域
2.12接近传感器 2.12.1接近传感器概述 ◼ 用途：属无触点接近开关，用于导电、导磁金属材料 的限位置、固体料位和液体液位检测等 ◼ 常用的接近传感器：感应式接近传感器，电容式接近 传感器，及电磁式接近传感器 ◼ 高精度的接近传感器，还能检测金属薄板及渡层的厚 度。 ◼ 优点：不直接接触被测物体，开关及被测物均没有机 械磨损，使寿命很长，可适用于高速检测。 ◼ 原理：但当被测物体进入接近开关的灵敏区时，就会 发出一个脉冲信号。 ◼ 灵敏区形状：探头附近的一个近似半球区域