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(hào)傳輸元件：傳感器Detectingoutputparameter,thentransformitintovoltageordigitalnumbersproportionally檢測(cè)輸出量，并將其成比例地變換成電壓或數(shù)字量Outputanalogueparameters:analoguesensors輸出模擬量——模擬式傳感器Outputdigitalparameters:digitalsensors輸出數(shù)字量——數(shù)字式傳感器6.2.Classificationsandworkingprinciples類型及其工作原理Accordingtotheparameterstransmitted,itcanbe:根據(jù)檢測(cè)傳輸?shù)牡奈锢砹靠煞譃椋?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(zhuǎn)式）成正比分辨率取決繞線的粗細(xì)和均勻程度（塑料膜片式的例外）優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、價(jià)廉、易維護(hù)缺點(diǎn)：速度低，易產(chǎn)生雜波，壽命短，分辨率低不適合小位移、高精度和長(zhǎng)期連續(xù)工作A直線式（1）位移傳感器——差動(dòng)變壓器（電感式）直線式和回轉(zhuǎn)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(dòng)連接)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E1和E2鐵芯中間位E1=E2，輸出E=E1-E2=0鐵芯左右移動(dòng)時(shí)，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(guān)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，精度較高，線性區(qū)大，無(wú)機(jī)械摩擦，壽命長(zhǎng)。廣泛應(yīng)用缺點(diǎn)：線圈幾何形狀不對(duì)稱和存在磁環(huán)等造成不靈敏區(qū)B回轉(zhuǎn)式（1）位移傳感器——自整角機(jī)

發(fā)送機(jī)輸入電壓與接收機(jī)輸出電壓的相位角分別顯示指令軸和輸出軸的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角差(θr-θc)——轉(zhuǎn)角位移差傳感器優(yōu)點(diǎn)：精度高，簡(jiǎn)單，可靠，壽命長(zhǎng)缺點(diǎn)：繞組不對(duì)稱、不均勻時(shí)，磁路發(fā)生畸變而引起誤差控制用微電機(jī)，成對(duì)工作組成：發(fā)送機(jī)和接收機(jī)均有轉(zhuǎn)子（1個(gè)繞組）和定子（3個(gè)定子繞組），定子繞組星形互連工作原理：基于電磁感應(yīng)指令輸入軸帶發(fā)送機(jī)，系統(tǒng)輸出軸帶接收機(jī)發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)子輸入指令電壓ui，在對(duì)應(yīng)的定子繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，形成大小與轉(zhuǎn)子繞組A和定子繞組Bi夾角相關(guān)的感應(yīng)電流Ii流過(guò)接收機(jī)定子繞組Ci的電流Ii在接收機(jī)轉(zhuǎn)子繞組D中產(chǎn)生大小與Ci和D夾角相關(guān)的感應(yīng)電勢(shì)Uc（1）位移傳感器——感應(yīng)同步器

高精度的位移檢測(cè)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(shí)際是一個(gè)展成平面的無(wú)鐵芯多級(jí)旋轉(zhuǎn)變壓器，與旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理相同滑尺相對(duì)定尺每移動(dòng)一節(jié)距，定尺輸出就有變化，將其處理顯示及可獲得相應(yīng)的位移信息根據(jù)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(yīng)同步器圓形感應(yīng)同步器圓形感應(yīng)同步器是直線感應(yīng)同步器的變形定子：正、余弦相間多級(jí)繞組，激磁轉(zhuǎn)子：連續(xù)繞組輸出電壓圓盤(pán)上一般等分108格54對(duì)磁極，每格制作1個(gè)印刷電路繞組當(dāng)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子每轉(zhuǎn)一格，轉(zhuǎn)子輸出就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，將這種變化處理后顯示就可獲得相應(yīng)的角位移信息級(jí)數(shù)多且高頻激磁，精度極高（1）位移傳感器——感應(yīng)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(chǎn)生感應(yīng)電壓u1式中：K：滑尺與定尺的電磁耦合系數(shù)X：滑尺與定尺的相對(duì)位移P：繞組的節(jié)距θc

：與機(jī)械位移x相應(yīng)的角位移（1）位移傳感器——感應(yīng)同步器

（鑒相工作方式測(cè)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(chǎn)生電壓：定尺輸出電壓反映機(jī)械位移即x，（1）位移傳感器——感應(yīng)同步器

（鑒相工作方式測(cè)位移）零值法：能使輸出電壓的相位超前或滯后變化的相對(duì)分頻器使相頻器與定尺的輸出電壓相位差為零，這時(shí)分頻器輸出電壓的相位角θe恰好等于θc。通過(guò)數(shù)顯裝置便可測(cè)出θc直讀法：定尺輸出電壓整形成移相方波后與基準(zhǔn)方波比較，形成相位差門(mén)寬，門(mén)寬內(nèi)加入一串脈沖，由計(jì)數(shù)器顯示脈沖數(shù)便可測(cè)出反映機(jī)械位移的相角θc變換放大控制電路相對(duì)分頻器θcθe（1）位移傳感器——磁柵組成：磁尺、磁頭和檢測(cè)電路磁尺尺面上鍍有節(jié)距為λ的柵狀磁信號(hào)的磁性薄膜磁頭讀取磁信號(hào)，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(duì)應(yīng)有輸出電壓Uo磁尺和磁頭相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁頭輸出電壓幅值是位移量x的余弦函數(shù)，頻率是激磁頻率的2倍，即（1）位移傳感器——光柵由主光柵（標(biāo)尺光柵）、指示光柵和測(cè)量電路組成主光柵：條狀光學(xué)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(jīng)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(dòng)，莫爾條文沿夾角平分線的方向移動(dòng)主光柵移動(dòng)一柵距w

，莫爾條紋移動(dòng)一條紋間距B

用計(jì)數(shù)器記錄下指示光柵移過(guò)的條紋數(shù)，便測(cè)出主光柵的移動(dòng)位移x原理：永磁鐵在線圈中運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線產(chǎn)生與速度成比例的感應(yīng)電勢(shì)B：磁場(chǎng)強(qiáng)度，L：導(dǎo)線長(zhǎng)度,υ：磁鐵速度磁鐵不動(dòng)，線圈運(yùn)動(dòng)，即動(dòng)圈式速度傳感器線圈的感應(yīng)電勢(shì)E與運(yùn)動(dòng)速度v成比例（2）速度傳感器——?jiǎng)尤κ剑?）速度傳感器——測(cè)速發(fā)電機(jī)

（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(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，輸出繞組不產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切割激磁磁通，在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)引起電流形成轉(zhuǎn)子磁通而在輸出繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)EE的幅值與轉(zhuǎn)子速率成比例優(yōu)點(diǎn)：無(wú)電刷、無(wú)雜波、空心轉(zhuǎn)子慣量小缺點(diǎn)：輸出電壓較小多用于交流伺服系統(tǒng)（2）速度傳感器——差動(dòng)變壓器式

直流磁化鐵芯。鐵芯運(yùn)動(dòng)二次繞組感應(yīng)出與鐵芯速度成比例電勢(shì)交流使二次繞組感應(yīng)出與鐵芯位移成比例的電勢(shì)Ei交流和直流同時(shí)送入一次繞組，用一只差動(dòng)變壓器同時(shí)檢測(cè)位移和速度位移：兩個(gè)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(yīng)用于航空、振動(dòng)臺(tái)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(zhuǎn)，氣隙變化，導(dǎo)致磁阻變化，進(jìn)而磁通變化，線圈便產(chǎn)生與磁阻變化頻率相同的脈沖經(jīng)整形后得到與轉(zhuǎn)速成比例的脈沖輸出信號(hào)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(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)的透光孔射到光敏元件上，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光電管便發(fā)出與轉(zhuǎn)速成比例的電脈沖信號(hào)光電脈沖信號(hào)處理方便，脈沖頻率高，檢測(cè)精度高，被廣泛應(yīng)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(dǎo)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(shí)，激磁繞組通交變電流，A、B、C、D四區(qū)磁阻相同，磁力線對(duì)稱分布(圖b)次級(jí)繞組無(wú)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(jí)繞組交鏈(圖c)，產(chǎn)生與力F成正比的感應(yīng)電勢(shì)E特點(diǎn)：輸出力和輸出功率大，過(guò)載能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，無(wú)位移，運(yùn)行條件要求低，抗干擾能力強(qiáng)（4）壓力傳感器組成：垂鏈形膜片，應(yīng)變筒，輸出插座，殼體垂鏈形膜片將流體壓力轉(zhuǎn)換成總力應(yīng)變筒將力轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)工作原理同