chapter6信息傳輸元件課件

6.DataTransmissionElements信息傳輸元件6.1.Functions作用6.2.Classificationsandworkingprinciple類型及其工作原理Positionsensors位移傳感器Velocitysensors速度傳感器Force(pressure)sensors力（壓力）傳感器Flowsensors流量傳感器6.1.Functions作用Datatransmissionelement:Sensors信號傳輸元件：傳感器Detectingoutputparameter,thentransformitintovoltageordigitalnumbersproportionally檢測輸出量，并將其成比例地變換成電壓或數字量Outputanalogueparameters:analoguesensors輸出模擬量——模擬式傳感器Outputdigitalparameters:digitalsensors輸出數字量——數字式傳感器6.2.Classificationsandworkingprinciples類型及其工作原理Accordingtotheparameterstransmitted,itcanbe:根據檢測傳輸的的物理量可分為：(1)Positionsensors位移傳感器（線位移和角位移）(2)Velocitysensors速度傳感器（線速度和角速度）(3)Accelerationsensors加速度傳感器(4)Force(pressure)sensors力（壓力）傳感器(5)Flowsensors流量傳感器（1）位移傳感器——電位器輸出電壓u與電刷位移x或角位移φ（旋轉式）成正比分辨率取決繞線的粗細和均勻程度（塑料膜片式的例外）優(yōu)點：簡單、價廉、易維護缺點：速度低，易產生雜波，壽命短，分辨率低不適合小位移、高精度和長期連續(xù)工作A直線式（1）位移傳感器——差動變壓器（電感式）直線式和回轉式，直線式最常用一次線圈加恒幅高頻(1kHz,3kHz,5kHz甚至10kHz)交流電壓激磁，二次繞組(差動連接)產生感應電勢E1和E2鐵芯中間位E1=E2，輸出E=E1-E2=0鐵芯左右移動時，輸出電壓E的大小和極性與鐵芯位移x的大小和方向相關優(yōu)點：簡單，精度較高，線性區(qū)大，無機械摩擦，壽命長。廣泛應用缺點：線圈幾何形狀不對稱和存在磁環(huán)等造成不靈敏區(qū)B回轉式（1）位移傳感器——自整角機

發(fā)送機輸入電壓與接收機輸出電壓的相位角分別顯示指令軸和輸出軸的實時轉角差(θr-θc)——轉角位移差傳感器優(yōu)點：精度高，簡單，可靠，壽命長缺點：繞組不對稱、不均勻時，磁路發(fā)生畸變而引起誤差控制用微電機，成對工作組成：發(fā)送機和接收機均有轉子（1個繞組）和定子（3個定子繞組），定子繞組星形互連工作原理：基于電磁感應指令輸入軸帶發(fā)送機，系統(tǒng)輸出軸帶接收機發(fā)送機轉子輸入指令電壓ui，在對應的定子繞組上產生感應電勢，形成大小與轉子繞組A和定子繞組Bi夾角相關的感應電流Ii流過接收機定子繞組Ci的電流Ii在接收機轉子繞組D中產生大小與Ci和D夾角相關的感應電勢Uc（1）位移傳感器——感應同步器

高精度的位移檢測元件，有直線和圓形直線式：定尺（連續(xù)繞組）和滑尺（正、余弦相間繞組），節(jié)距均為為P繞組用印刷電路，激磁頻率極高(10kHz)滑尺正、余弦繞組激磁，從定尺的連續(xù)繞組輸出電壓實際是一個展成平面的無鐵芯多級旋轉變壓器，與旋轉變壓器工作原理相同滑尺相對定尺每移動一節(jié)距，定尺輸出就有變化，將其處理顯示及可獲得相應的位移信息根據激磁電源的供電方式分鑒幅和鑒相兩類（1）位移傳感器——感應同步器圓形感應同步器圓形感應同步器是直線感應同步器的變形定子：正、余弦相間多級繞組，激磁轉子：連續(xù)繞組輸出電壓圓盤上一般等分108格54對磁極，每格制作1個印刷電路繞組當轉子相對定子每轉一格，轉子輸出就會產生相應的變化，將這種變化處理后顯示就可獲得相應的角位移信息級數多且高頻激磁，精度極高（1）位移傳感器——感應同步器

（鑒幅工作方式）滑尺正、余弦繞組加頻率、相位相同而幅值不等的激磁電壓定尺繞組產生感應電壓u1式中：K：滑尺與定尺的電磁耦合系數X：滑尺與定尺的相對位移P：繞組的節(jié)距θc

：與機械位移x相應的角位移（1）位移傳感器——感應同步器

（鑒相工作方式測位移）正、余弦繞組分別加頻率和幅值相等，相位差90度的激磁電壓和定尺繞組上產生電壓：定尺輸出電壓反映機械位移即x，（1）位移傳感器——感應同步器

（鑒相工作方式測位移）零值法：能使輸出電壓的相位超前或滯后變化的相對分頻器使相頻器與定尺的輸出電壓相位差為零，這時分頻器輸出電壓的相位角θe恰好等于θc。通過數顯裝置便可測出θc直讀法：定尺輸出電壓整形成移相方波后與基準方波比較，形成相位差門寬，門寬內加入一串脈沖，由計數器顯示脈沖數便可測出反映機械位移的相角θc變換放大控制電路相對分頻器θcθe（1）位移傳感器——磁柵組成：磁尺、磁頭和檢測電路磁尺尺面上鍍有節(jié)距為λ的柵狀磁信號的磁性薄膜磁頭讀取磁信號，有激磁繞組和輸出繞組激磁繞組加激磁電壓Us，輸出繞組對應有輸出電壓Uo磁尺和磁頭相對運動時，磁頭輸出電壓幅值是位移量x的余弦函數，頻率是激磁頻率的2倍，即（1）位移傳感器——光柵由主光柵（標尺光柵）、指示光柵和測量電路組成主光柵：條狀光學玻璃（或金屬板），刻有與其間距等寬w

且均勻的線紋，形成明暗相間的線條指示光柵短，刻有與主光柵同樣密度線紋指示光柵與主光柵平行安放，兩光柵的刻線互傾微小夾角θ莫爾條紋光經主光柵投射，在指示光柵上出現(xiàn)莫爾條紋主光柵沿刻線的垂直方向移動，莫爾條文沿夾角平分線的方向移動主光柵移動一柵距w

，莫爾條紋移動一條紋間距B

用計數器記錄下指示光柵移過的條紋數，便測出主光柵的移動位移x原理：永磁鐵在線圈中運動，線圈切割磁力線產生與速度成比例的感應電勢B：磁場強度，L：導線長度,υ：磁鐵速度磁鐵不動，線圈運動，即動圈式速度傳感器線圈的感應電勢E與運動速度v成比例（2）速度傳感器——動圈式（2）速度傳感器——測速發(fā)電機

（交流式）定子激磁繞組和輸出繞組垂直安裝激磁繞組加頻率、振幅恒定的電壓，便產生脈動磁場轉子不轉，輸出繞組不產生感應電勢當轉子旋轉切割激磁磁通，在轉子產生感應電勢引起電流形成轉子磁通而在輸出繞組中產生感應電勢EE的幅值與轉子速率成比例優(yōu)點：無電刷、無雜波、空心轉子慣量小缺點：輸出電壓較小多用于交流伺服系統(tǒng)（2）速度傳感器——差動變壓器式

直流磁化鐵芯。鐵芯運動二次繞組感應出與鐵芯速度成比例電勢交流使二次繞組感應出與鐵芯位移成比例的電勢Ei交流和直流同時送入一次繞組，用一只差動變壓器同時檢測位移和速度位移：兩個二次繞組的電壓之差；速度：一繞組中的輸出70年代末日本研制成功，并應用于航空、振動臺電液控制系統(tǒng)（2）

速度傳感器

——脈沖發(fā)生器（電磁式）齒輪旋轉，氣隙變化，導致磁阻變化，進而磁通變化，線圈便產生與磁阻變化頻率相同的脈沖經整形后得到與轉速成比例的脈沖輸出信號如果把齒輪換成齒條，便成為直線式電磁脈沖發(fā)生器電磁式脈沖發(fā)生器（2）速度傳感器——脈沖發(fā)生器

（光電式

）光源通過轉盤的透光孔射到光敏元件上，轉盤旋轉時，光電管便發(fā)出與轉速成比例的電脈沖信號光電脈沖信號處理方便，脈沖頻率高，檢測精度高，被廣泛應用（3）力傳感器——電磁式組成：彈性支架，壓磁元件壓磁元件：多層導磁硅鋼片疊成裝于彈性支架中孔1，2激磁繞組，3，4裝輸出繞組原理壓磁元件不受力時，激磁繞組通交變電流，A、B、C、D四區(qū)磁阻相同，磁力線對稱分布(圖b)次級繞組無輸出壓磁元件受F力，A、B區(qū)磁阻增大，C、D區(qū)磁阻不變磁力線扭曲而與次級繞組交鏈(圖c)，產生與力F成正比的感應電勢E特點：輸出力和輸出功率大，過載能力強，壽命長，無位移，運行條件要求低，抗干擾能力強（4）壓力傳感器組成：垂鏈形膜片，應變筒，輸出插座，殼體垂鏈形膜片將流體壓力轉換成總力應變筒將力轉換成電壓信號工作原理同