《傳感器與檢測(cè)技術(shù)(第3版)》教學(xué)教案

知識(shí)目標(biāo)：了解各種傳感器的名稱(chēng)及其典型應(yīng)用，掌握檢測(cè)裝置的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性

教學(xué)能力目標(biāo)：對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的組成，使用信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行分析。

目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)：

教學(xué)

誤差的概念

重點(diǎn)

教學(xué)

檢測(cè)裝置的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性

難點(diǎn)

理實(shí)一體

教學(xué)

實(shí)物講解

手段

小組討論、協(xié)作

教學(xué)

2

學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)注釋

緒論

工理論學(xué)習(xí)】

一、檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)

常用傳感器一般以傳感原理和工作用途命名，如電容式壓力傳感器，其傳感原理是通過(guò)

壓力變化引起電容的極板距離變化，在后續(xù)電路中經(jīng)過(guò)電學(xué)信號(hào)的調(diào)制形成電壓電流信號(hào)，

或者通過(guò)模擬量變換為數(shù)字量形成數(shù)字信號(hào)，它的工作用途是測(cè)量壓力。傳感器以傳感原理

分類(lèi)見(jiàn)表0-1所示。

表0-1傳感器的分類(lèi)

講解檢測(cè)技術(shù)基

礎(chǔ)，及傳感器具體

分類(lèi)。

轉(zhuǎn)換形式中間參量轉(zhuǎn)換原理傳感器名稱(chēng)典型應(yīng)用

移動(dòng)電位器觸點(diǎn)改變電阻電位器傳感器位移

電阻

電阻絲伸縮電阻應(yīng)變傳感器微應(yīng)變.力?載荷

熱絲傳感器氣體流速.液體流速

電Sl溫度效應(yīng)電Sl溫度傳球器溫度.輻射熱

?UR1熱取電阻傳感器溫度

電阻光敏效應(yīng)光敏電阻傳感器光強(qiáng)

電阻濕度效應(yīng)濕取電阻傳感器濕度

電容幾何構(gòu)型力.壓力.載荷.位移

電容電容傳感器

電容的介電常數(shù)液位.厚度?含水赫

電參數(shù)磁路幾何尺寸?位置電感傳感器高精度位移傳感器

渦流效應(yīng)渦流傳感器位移?厚度?硬度

電感壓磁效應(yīng)年磁傳感器力?壓力

差動(dòng)變壓器位移

互想效應(yīng)

旋轉(zhuǎn)變壓器位移

頻率諧振回路中的參數(shù)振弦式傳感器壓力.力了解檢測(cè)技術(shù)的

莫爾條紋光冊(cè)重要性及其發(fā)展

計(jì)數(shù)改變互感感應(yīng)同步器

位移(角度)趨勢(shì)。

數(shù)字增情增依編碼器

鼓字編碼方式絕對(duì)值編碼器

溫質(zhì)電動(dòng)勢(shì)熱電偶溫度.熱流

霍爾效應(yīng)霍爾傳感器磁通.電流

電動(dòng)勢(shì)

電磁感應(yīng)磁電傳感器速度.加逐度

電量

光電效應(yīng)光電池光強(qiáng)

Si射電離電離傳感器離子計(jì)數(shù)?放射性

也荷

壓電效應(yīng)壓電傳感器振動(dòng)加速度

1.檢測(cè)技術(shù)的重要性與發(fā)展趨勢(shì)

人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息,必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自

然現(xiàn)象和規(guī)律時(shí)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要借助于傳感器。因此，傳感器是人

類(lèi)五官的延伸，又將其稱(chēng)為"電五官"。

1)檢測(cè)技術(shù)的重要性

(1)檢測(cè)技術(shù)是產(chǎn)品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的重要手段。

(2)檢測(cè)技術(shù)在設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。

(3)檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)裝置是自動(dòng)化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。

(4)檢測(cè)技術(shù)的完善和發(fā)展推動(dòng)著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

從另一方面來(lái)看，現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也不斷地對(duì)檢測(cè)技術(shù)提出新的課題和要

求，成為促進(jìn)檢測(cè)技術(shù)向前發(fā)展的動(dòng)力?？茖W(xué)技術(shù)的新發(fā)現(xiàn)和新成果不斷應(yīng)用于檢測(cè)技術(shù)中，

也有力地促進(jìn)了檢測(cè)技術(shù)自身的現(xiàn)代化。

檢測(cè)技術(shù)與現(xiàn)代化生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的密切關(guān)系，使它成為一門(mén)十分活躍的技術(shù)學(xué)科，幾

乎滲透到人類(lèi)的一切活動(dòng)領(lǐng)域，發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入

信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲

取自然信息和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。

傳感器和檢測(cè)技術(shù)早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)

查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程甚至文物保護(hù)等極其廣泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太

空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的

傳感器和檢測(cè)裝置。

由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步等方面的重要作用是十分明顯的。世

界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到

與其重要地位相稱(chēng)的新水平。

2.檢測(cè)系統(tǒng)的組成

一般來(lái)說(shuō)，檢測(cè)工作的全過(guò)程所包含的環(huán)節(jié)有以適當(dāng)?shù)姆绞郊?lì)被測(cè)對(duì)象、信號(hào)的檢測(cè)

和轉(zhuǎn)換、信號(hào)的調(diào)理、分析與處理、顯示與記錄，以及必要時(shí)以電量形式輸出檢測(cè)結(jié)果。檢

測(cè)系統(tǒng)可采用如圖OT所示的方式來(lái)表示。

信

信

顯

傳

號(hào)

號(hào)

示

傳

感

調(diào)

處

輸

匕

器

理

理

錄掌握檢測(cè)系統(tǒng)的

組成，以及各組成

部分的具體作用。

圖OT檢測(cè)系統(tǒng)

客觀事物多種多樣，檢測(cè)工作所希望獲取的信息，有可能存在于某種可檢測(cè)的信號(hào)中，

如位移、溫度信號(hào)等；也有可能尚未載于可檢測(cè)的信號(hào)中，需要采用合適的方式對(duì)被測(cè)對(duì)象

進(jìn)行激勵(lì)，使其性能能夠充分表現(xiàn)出來(lái)并能被檢測(cè)，如結(jié)構(gòu)的共振頻率等，就需要對(duì)結(jié)構(gòu)施

加一定頻率的力或位移，檢測(cè)其振動(dòng)值，間接反映其振動(dòng)性能，為高速條件下的加工提供試

驗(yàn)依據(jù)。因此，激勵(lì)裝置在檢測(cè)系統(tǒng)特別是動(dòng)態(tài)檢測(cè)中是必要的，某些情況下，可以采用現(xiàn)

場(chǎng)檢測(cè)方法作為激勵(lì)，如檢測(cè)汽車(chē)懸掛系統(tǒng)的平順性，可以路面為激勵(lì)裝置，在車(chē)輛行進(jìn)中

對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)力大小的檢測(cè)。激勵(lì)裝置有時(shí)候需要調(diào)整參數(shù)，如激振頻率和振幅，這種調(diào)整

往往以檢測(cè)結(jié)果的趨勢(shì)為依據(jù)改變激勵(lì)裝置參數(shù)，如尋找共振頻率，所以有時(shí)需要引入檢測(cè)

結(jié)果信號(hào)至激勵(lì)裝置中。

傳感器直接作用于被測(cè)量并按一定規(guī)律將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出，這種輸出

通常是電信號(hào)，如電壓或電流等。事實(shí)上，這種檢測(cè)方法還可稱(chēng)為非電量的電測(cè)法。

信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)把來(lái)自傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成更適合于進(jìn)一步傳輸和處理的形式。當(dāng)所檢測(cè)

的信息經(jīng)過(guò)傳感器變換后成為電參量（如電壓或電流等）時(shí)，這類(lèi)信號(hào)往往很微弱，難于直

接顯示或傳遞。因此，在傳感器后一般均有放大電路。在信號(hào)放大的過(guò)程中，不可避免地會(huì)

出現(xiàn)其他不必要的干擾信號(hào)也被放大的情況，以至于影響真實(shí)信號(hào)的檢測(cè)，所以一般后續(xù)電

路均有過(guò)濾干擾的措施。這些電路一般集合封裝為一體，形成專(zhuān)用模塊。有時(shí)候，還需要將

這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)通過(guò)工業(yè)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳給控制器（如PLC等），或

將這些信號(hào)進(jìn)行分析變換，成為更容易反映被測(cè)量本質(zhì)特性的量值，這種分析就是信號(hào)處理

技術(shù)。

調(diào)理后的信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)分析模塊。在檢測(cè)工作的許多場(chǎng)合中，忽略信號(hào)的具體物理性結(jié)合式子的舉例

質(zhì)，而將其抽象為變量之間的函數(shù)關(guān)系，特別是時(shí)間函數(shù)或空間函數(shù)進(jìn)行分析研究，從中得了解誤差的概念。

出一些具有普遍意義的理論。這些理論極大地發(fā)展了檢測(cè)技術(shù)，并成為檢測(cè)技術(shù)的重要組成

部分。事實(shí)上，這些分析往往是很多經(jīng)驗(yàn)公式的來(lái)源，也是很多理論的試驗(yàn)依據(jù)。

信號(hào)顯示、記錄環(huán)節(jié)以觀察者易于識(shí)別的形式來(lái)顯示檢測(cè)的結(jié)果，或者將檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ),

供必要時(shí)使用。

二、誤差分析

由于儀器、試驗(yàn)條件、環(huán)境等因素的限制，檢測(cè)不可能無(wú)限精確，物理量的檢測(cè)值與客

觀存在的真實(shí)值之間總會(huì)存在著一定的差異，這種差異稱(chēng)為測(cè)量誤差。誤差不同于錯(cuò)誤，錯(cuò)

誤是應(yīng)該而且可以避免的，而誤差是不可能避免的。從試驗(yàn)的原理、試驗(yàn)所用的儀器及儀器

的調(diào)整，到對(duì)物理量的每次檢測(cè)，都不可避免地存在誤差，誤差貫穿于整個(gè)試驗(yàn)始終。

1.誤差的概念

檢測(cè)值與真實(shí)值之差稱(chēng)為誤差。設(shè)被測(cè)量的真實(shí)值（真正的大小）為a,檢測(cè)值為x,誤

差為E,則有

La=￡(0-1)

事實(shí)上，由于不可能事先知道被測(cè)量的真實(shí)值，誤差值多由統(tǒng)計(jì)估計(jì)值和實(shí)際檢測(cè)值的

差表示。一般的估計(jì)值選用平均值。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，相對(duì)誤差比絕對(duì)誤差更能表現(xiàn)測(cè)量的精度。相對(duì)誤差分為實(shí)際相對(duì)

誤差、示值相對(duì)誤差和滿(mǎn)度相對(duì)誤差等。

實(shí)際相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與測(cè)量值的百分比

Zr=-×100?

“(0-2)

式中，Y*為相對(duì)誤差；Ax為絕對(duì)誤差；a為實(shí)際值。

例如,采購(gòu)員分別在三家商店購(gòu)買(mǎi)IoOkg大米，IOkg蘋(píng)果，0.5kg巧克力，它們的實(shí)際值

分別為99.75kg、9.75kg、0.25kg,絕對(duì)誤差均為0.25kg,相對(duì)誤差分別為0.25%、2.5%、

50%,巧克力的實(shí)際相對(duì)誤差最大。實(shí)際值往往不能準(zhǔn)確取得，一般采用測(cè)量值作為相對(duì)誤差

算式［式(0-2)］中的分母，所得到的相對(duì)誤差稱(chēng)為示值相對(duì)誤差，即

y,=—×1∞%

H(O-3)

式中，X為測(cè)量值。

滿(mǎn)度相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與測(cè)量的量程即滿(mǎn)度的百分比值，即

∕m=-×100?

"(0-4)

式中，X.為量程。顯然，滿(mǎn)度相對(duì)誤差在相當(dāng)程度上代表了測(cè)量?jī)x器的性能。實(shí)際上，最大信號(hào)的分類(lèi)及描

絕對(duì)誤差與儀器量程比值的百分比值就是通常意義上的精度，即述。

S=—XIo0%

(0-5)

式中，S為儀器或者測(cè)量系統(tǒng)的精度；△.為最大絕對(duì)誤差值。精度一般規(guī)定取一系列標(biāo)準(zhǔn)值，

精度等級(jí)越小，則測(cè)量系統(tǒng)的相對(duì)測(cè)量誤差越小。檢測(cè)時(shí)，由于各種因素會(huì)造成少許的誤差，

這些因素必須去了解，并有效地解決，方可使整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中誤差減至最小。

2.誤差來(lái)源及減小誤差的一般方法

導(dǎo)致誤差的原因可歸納為四大類(lèi)：(1)方法誤差；(2)設(shè)備誤差；(3)環(huán)境誤差；(4)人為

誤差。

提高檢測(cè)準(zhǔn)確度意味著減小或消除誤差，因此可在檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)制造方面采取措施，

但對(duì)于使用者更為有效的方法是改進(jìn)檢測(cè)方法，校正測(cè)量手段和數(shù)據(jù)處理等方面。系統(tǒng)誤差

往往與檢測(cè)原理有關(guān)，是有規(guī)律可循的，因此，應(yīng)按規(guī)律引入校正補(bǔ)償；隨機(jī)誤差的出現(xiàn)有掌握檢測(cè)裝置的

統(tǒng)計(jì)規(guī)律，據(jù)此可對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)修正，減小分散性；粗大誤差則應(yīng)依據(jù)檢測(cè)原理予以靜態(tài)特性。

剔除。

三、信號(hào)描述

1.信號(hào)的分類(lèi)

根據(jù)信號(hào)變化情況，信號(hào)可分為確定信號(hào)和不規(guī)則信號(hào)兩類(lèi)。

(1)開(kāi)關(guān)信號(hào)。開(kāi)關(guān)信號(hào)又稱(chēng)為邏輯信號(hào)，指的是非。即1的變化信號(hào)，一般可描述的

有開(kāi)關(guān)、明暗和有無(wú)等變化量。事實(shí)上，這類(lèi)信號(hào)在工業(yè)工程中應(yīng)用最為廣泛，使用量最大。

(2)模擬信號(hào)。模擬信號(hào)是指在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的量，即變量在一定范圍(定義域)

內(nèi)可以取任意值，反映在檢測(cè)電路中一般是指電壓或電流的變化，這類(lèi)信號(hào)可以描述井口水

位、運(yùn)動(dòng)位移、受力變化等，在工程中常用于檢測(cè)精度要求較高的領(lǐng)域。

(3)數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是分立量，而不是連續(xù)變化量，只能取二進(jìn)制數(shù)字變量，其大

多由模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

2.信號(hào)時(shí)域和頻域描述

直接觀測(cè)或記錄到的信號(hào)一般是以時(shí)間為獨(dú)立變量的，稱(chēng)為時(shí)域描述信號(hào)。

信號(hào)的時(shí)域描述直觀地反映信號(hào)瞬時(shí)值隨時(shí)間的變化關(guān)系，頻域描述則反映信號(hào)的頻率

組成及幅值、相位關(guān)系。為了解決不同的問(wèn)題，往往需要掌握信號(hào)的不同方面的特征，因而

可采用不同的信號(hào)描述方式。

四、檢測(cè)裝置的基本特性

1.檢測(cè)裝置的靜態(tài)特性

1)線(xiàn)性度

線(xiàn)性誤差多采用相對(duì)值的方法進(jìn)行描述，其表達(dá)式為

s=^×100%

%(0-6)

線(xiàn)性度反映了檢測(cè)中輸入和輸出變化的均勻性，是衡量檢測(cè)系統(tǒng)的重要指標(biāo)。線(xiàn)性度如

圖0-2所示，圖中曲線(xiàn)代表真實(shí)的輸入和輸出，直線(xiàn)代表其擬合后的關(guān)系。具體分析靜態(tài)特

性。

圖0-2線(xiàn)性度

2)靈敏度

靈敏度(S)是指系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下輸出變化與輸入變化之比，其表達(dá)式為

(0-7)

靈敏度表示單位輸入量的變化所引起傳感器輸出量的變化，顯然，靈敏度越大，表示傳

感器越靈敏，如圖0-3(a)所示。通常情況下傳感器系統(tǒng)的輸入和輸出關(guān)系為非線(xiàn)性，其靈

敏度為工作點(diǎn)處的切線(xiàn)斜率，如圖0-3(b)所示。

圖0-3系統(tǒng)靈敏度

3)分辨力

分辨力是指系統(tǒng)能檢測(cè)到被測(cè)量的最小變化的能力,也稱(chēng)為閾值。

4)回程誤差

回程誤差是指當(dāng)被測(cè)量由小變大或由大變小時(shí)，具有兩條不重合的輸入輸出曲線(xiàn)，其中

最大差值稱(chēng)為回程誤差?；爻陶`差又稱(chēng)為遲滯，如圖0-4所示。

不同技術(shù)的特點(diǎn)。

圖0-4回程誤差特性

5)穩(wěn)定度和漂移

穩(wěn)定度是指檢測(cè)裝置在規(guī)定條件下保持其檢測(cè)特性恒定不變的能力。

檢測(cè)裝置的檢測(cè)特性隨時(shí)間的緩慢變化稱(chēng)為漂移。

2.檢測(cè)裝置的動(dòng)態(tài)特性

數(shù)學(xué)上，動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的描述形式不同。例如，具有線(xiàn)性特性的傳感器的靜態(tài)特

性可表示為

y=Ar+B

(0-9)

式中，X為輸入信號(hào)；y為輸出信號(hào)；A為擬合直線(xiàn)的斜率；B為零點(diǎn)偏移量。

式(0-9)沒(méi)有時(shí)間項(xiàng)。動(dòng)態(tài)特性則反映傳感器對(duì)動(dòng)態(tài)輸入的響應(yīng)情況，如零階及一階傳

感器的動(dòng)態(tài)特性可分別表示為

零階Iya)=AZ(f)(0-10)

一階α∣明產(chǎn)+αoty(f)=jr(f)(0-11)

式中，為時(shí)間；k為動(dòng)態(tài)靈敏度；a。、a［為一階系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)的系數(shù)。由式(0-10)和式(O-H)

擴(kuò)展，n階傳感器的動(dòng)態(tài)特性用n階微分方程描述為

d*v(/)Id'iy(c)dy(t)I.、_/八皿、

■"MHa，i―^p∑i---+α1ιl--------Faoy(<t)=τ(Z)(0-12)

1)采用線(xiàn)性化技術(shù)

例如，在一定條件下忽略某些高次項(xiàng)，或者以直線(xiàn)代替曲線(xiàn)等。

2)采用閉環(huán)技術(shù)

可以有效地改善測(cè)量精度和控制系統(tǒng)的性能。

3)采用補(bǔ)償和校正技術(shù)

例如，進(jìn)行溫度補(bǔ)償、應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)行誤差修正等。

4)采用差動(dòng)技術(shù)

這種方法不僅可以減小非線(xiàn)性誤差，還能很好地抵消共模誤差，使靈敏度提高1倍。

3.傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)

為確保各種量值準(zhǔn)確一致，應(yīng)按國(guó)家有關(guān)計(jì)量部門(mén)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程和管理辦法對(duì)

檢測(cè)裝置進(jìn)行標(biāo)定。如圖0-5所示力值傳遞系統(tǒng)，只能按此系統(tǒng)，用上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定下

一級(jí)傳感器及配套儀表，如果待標(biāo)定傳感器精度高，也可跨級(jí)使用更高一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)裝置。

允許測(cè)量誤差

圖0-5力值傳遞系統(tǒng)

K思考與練習(xí)』

1.測(cè)量一個(gè)圓柱體的直徑，請(qǐng)想出盡可能多的測(cè)量方法，并分析這些方法中的誤差影響

因素和大小。

2.請(qǐng)舉例說(shuō)明動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性的區(qū)別。

3.說(shuō)明傳感器與檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

4.試舉例說(shuō)明頻域分析能解決的問(wèn)題。

5.評(píng)價(jià)公路的路面優(yōu)劣需要一個(gè)既能夠快速測(cè)量，又可以反映整體的方案，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)

合理和可行的檢測(cè)方案。

6.根據(jù)表07,查找網(wǎng)上出售的傳感器，說(shuō)明傳感器的歸屬種類(lèi)和使用方法（兩種以上）。

知識(shí)目標(biāo)：掌握接近開(kāi)關(guān)的基本工作原理，了解各種接近開(kāi)關(guān)的環(huán)境特性及使用方法，識(shí)別接近開(kāi)關(guān)的

基本參數(shù)，能使用簡(jiǎn)單的工具判斷接近開(kāi)關(guān)工作是否正常

能力目標(biāo)：能夠基本判斷工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中開(kāi)關(guān)量傳感器的應(yīng)用場(chǎng)合，從不同材料的敏感距離測(cè)定中得出選擇

教學(xué)

合適接近開(kāi)關(guān)的規(guī)律，使用霍爾接近開(kāi)關(guān)完成轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)的測(cè)量，了解一般工業(yè)中使用接近開(kāi)關(guān)的技術(shù)統(tǒng)

目標(biāo)

計(jì)功能。

素質(zhì)目標(biāo)：

教學(xué)

接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用

重點(diǎn)

教學(xué)

接近開(kāi)關(guān)的基本工作原理

難點(diǎn)

理實(shí)一體

教學(xué)

實(shí)物講解

手段

小組討論、協(xié)作

教學(xué)

10

學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)注

項(xiàng)目一開(kāi)關(guān)量檢測(cè)

（理論學(xué)習(xí)』

任務(wù)一認(rèn)識(shí)接近開(kāi)關(guān)

一、霍爾效應(yīng)型接近開(kāi)關(guān)

1.霍爾效應(yīng)

霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)作用下受到洛侖茲力作用的結(jié)果。如圖1-2所示,

把N型半導(dǎo)體薄片放在磁場(chǎng)中，通以固定方向的電流i圖1-2霍爾效應(yīng)（從a點(diǎn)至b點(diǎn)），

那么半導(dǎo)體中的載流子（電子）將沿著與電流方向相反的方向運(yùn)動(dòng)。

講解霍爾效應(yīng)基

本原理，及霍爾電

動(dòng)勢(shì)。

+++++++

C

圖1-2霍爾效應(yīng)

2.霍爾元件

霍爾元件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由霍爾片、四根引線(xiàn)和殼體組成，如圖1-3所示。

I

ι,

（a）結(jié)構(gòu)示意（b）圖形符號(hào)

圖1-3霍爾元件

3.霍爾原件的性能參數(shù)

1）額定激勵(lì)電流

2）靈敏度KH

3）輸入電阻和輸出電阻

4）不等位電動(dòng)勢(shì)和不等位電阻

5）寄生直流電動(dòng)勢(shì)

6）霍爾電動(dòng)勢(shì)溫度系數(shù)

4.霍爾開(kāi)關(guān)

霍爾開(kāi)關(guān)是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，利用集成封裝和

組裝工藝制作而成,可把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用中的電

信號(hào)，同時(shí)具備工業(yè)場(chǎng)合實(shí)際應(yīng)用易操作和可靠性的要求。

圖1-6霍爾開(kāi)關(guān)

5.霍爾傳感器的應(yīng)用

1）霍爾式位移傳感器

霍爾元件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)態(tài)特性好和壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，它不僅用于磁感應(yīng)強(qiáng)度、

有功功率及電能參數(shù)的測(cè)量，也在位移測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。

了解霍爾傳感器

的應(yīng)用。

圖1-8霍爾式位移傳感器的工作原理圖

3）霍爾計(jì)數(shù)裝置

圖1-10所示的是對(duì)鋼球進(jìn)行計(jì)數(shù)的工作示意圖和電路圖。當(dāng)鋼球通過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)傳感器

時(shí)，傳感器可輸出峰值20mV的脈沖電壓，該電壓經(jīng)運(yùn)算放大器（uA741）放大后，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)

體三極管VT（2N5812）工作，輸出端便可接計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，并由顯示器顯示檢測(cè)數(shù)值。

(b)電路圖

圖170霍爾計(jì)數(shù)裝置

二、光電效應(yīng)型接近開(kāi)關(guān)掌握光電管的街

1.光電效應(yīng)頭，區(qū)分兩種光電

光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，這類(lèi)光致電變的現(xiàn)象統(tǒng)稱(chēng)為光電效管的伏安特性曲

應(yīng)，如圖1-11所示。線(xiàn)。

圖ITl光電效應(yīng)

2.光電管

光電管的典型結(jié)構(gòu)如圖172所示。

結(jié)合圖片講解電

倍增管的典型結(jié)

圖I-12光電管的典型結(jié)構(gòu)構(gòu)和工作原理。

3.光電倍增管

電倍增管是一種常用的靈敏度很高的光探測(cè)器，顧名思義是把微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)

且進(jìn)行放大的器件，光電倍增管的典型結(jié)構(gòu)和工作原理如圖175所示。

W/?

w/?

/?

^

4*

K

-

(a)結(jié)構(gòu)

圖175光電倍增管的典型結(jié)構(gòu)和工作原理

4.光敏電阻

光敏電阻是一種基于光電效應(yīng)制成的光電器件，光敏電阻沒(méi)有極性，相當(dāng)于一個(gè)電阻器

件。光敏電阻的測(cè)量原理如圖177所示。

電流

---

圖1T7光敏電阻的測(cè)量原理

5.光電二極管和光電三極管

光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般的二極管相似，其PN結(jié)對(duì)光敏感。將其PN結(jié)裝在管的頂部,

上面有一個(gè)透鏡制成的窗口，以便使光線(xiàn)集中在PN結(jié)上。光敏二極管是基于半導(dǎo)體光生伏

特效應(yīng)的原理制成的光電器件。光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1-19所示。結(jié)合圖片講解光

.....^H電耦合器常見(jiàn)的

光敏二極管組合形式。

ZP

NZ

(a)結(jié)構(gòu)(b)工作原理

圖179光敏二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理

6.光電耦合器件

1)光電耦合器

光電耦合器的發(fā)光和接收元件都封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，一般有金屬封裝和塑料封裝兩種。

光電耦合器常見(jiàn)的組合形式如圖1-22所示。

(c)(d)

圖1-22光電耦合器常見(jiàn)的組合形式

2)光電開(kāi)關(guān)

光電開(kāi)關(guān)(光電傳感器)是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反

結(jié)合圖片講解感

射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。應(yīng)接近開(kāi)關(guān)原理。

三、感應(yīng)型接近開(kāi)關(guān)

感應(yīng)式傳感器也稱(chēng)為渦流式傳感器，由振蕩器、開(kāi)關(guān)電路及放大輸出電路三部分組成。

振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)

生渦流，渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的電磁感應(yīng)參數(shù)發(fā)生

變化，由此識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通斷。

掌握開(kāi)關(guān)電源的

電纜基礎(chǔ)知識(shí)。

(a)感應(yīng)傳感器的原理(b)感

圖1-25感應(yīng)接近開(kāi)關(guān)原理

任務(wù)二接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用(一)

一、開(kāi)關(guān)電源的基礎(chǔ)知識(shí)

1.主電路

主電路包含的主要功能模塊如下。

(1)沖擊電流限幅電路：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。

(2)輸入濾波器：過(guò)濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。

(3)整流與濾波電路：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。

(4)逆變電路：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分。

(5)輸出整流與濾波電路：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。

2.控制電路

控制電路一方面從輸出端取樣，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或

脈頻，使輸出穩(wěn)定；另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路

對(duì)電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。

3.檢測(cè)電路

檢測(cè)電路提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中的各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。

4.輔助電源

一般工業(yè)使用的開(kāi)關(guān)電源如圖1-28所示,通常有一個(gè)220V電源接口,一個(gè)或多個(gè)電壓輸

出接口。

了解不同種類(lèi)數(shù)

顯表的規(guī)格及特

點(diǎn)。

圖1-28開(kāi)關(guān)電源

二、開(kāi)關(guān)電源的選擇與使用

使用上,開(kāi)關(guān)電源工作效率一般可達(dá)到80%以上,遠(yuǎn)高于一般穩(wěn)壓器35%~60%的轉(zhuǎn)換效率,

故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確檢測(cè)或計(jì)算用電設(shè)備的最大吸收電流，并且按照此電流的

1.5-1.8倍選擇開(kāi)關(guān)電源的額定電流或者功率，以使被選用的開(kāi)關(guān)電源具有高的性?xún)r(jià)比。

任務(wù)三接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用(二)能夠正確選用數(shù)

一、數(shù)顯表簡(jiǎn)介顯表。

數(shù)顯表輸入信號(hào)一般為開(kāi)關(guān)量和模擬量，信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)電路或者模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)，

采用數(shù)碼發(fā)光二極管(LED)或液晶屏幕來(lái)完成顯示功能，作為檢測(cè)器件的顯示終端和人機(jī)界

面。

二、數(shù)顯表規(guī)格與應(yīng)用

1.東崎SV8智能傳感器和變送器控制專(zhuān)用數(shù)顯表

其特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。

(1)開(kāi)關(guān)電源IOO~240VAC供電。

(2)輸入多種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，有0~50mV、0~10V、4~20mA、可變電阻、TC/RTD等，并能

使用軟件自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(3)具有小數(shù)點(diǎn)設(shè)定、比率、量程及零點(diǎn)自由調(diào)整功能。

(4)帶隔離變送功能，隔離485通信功能。

(5)帶24/12VDC輔助電源，兩路報(bào)警輸出。

(6)精度等級(jí)為±0.3%FS°

(7)應(yīng)用范圍有二線(xiàn)制變送器、壓力傳感器、四線(xiàn)制稱(chēng)重傳感器等，具有mA、mV和V

輸出或者電阻類(lèi)檢測(cè)的傳感器檢測(cè)設(shè)備。

2.DTR600系列智能光柱調(diào)節(jié)儀

其特點(diǎn)是：有萬(wàn)能輸入功能，自動(dòng)校準(zhǔn)和人工校準(zhǔn)功能；多重保護(hù)、隔離設(shè)計(jì)、抗干擾

能力強(qiáng)；可靠性高；有良好的軟件平臺(tái)；具備二次開(kāi)發(fā)能力，以滿(mǎn)足特殊的功能；具有模塊

化結(jié)構(gòu)，功能組合、系統(tǒng)升級(jí)方便。

三、數(shù)顯表的選用

挑選一個(gè)適用、經(jīng)濟(jì)和性?xún)r(jià)比最佳的數(shù)顯表與設(shè)備配套應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮。

(1)如果舊設(shè)備改造，需要充分了解原來(lái)設(shè)備的用途、型號(hào)、原來(lái)使用表頭的外形尺寸和

型號(hào)、配合的傳感器等，這是進(jìn)行設(shè)備改造的基礎(chǔ)。

(2)若是研制新型產(chǎn)品，需要設(shè)定檢測(cè)需要達(dá)到的目標(biāo)值。包括需要檢測(cè)控制的最小值和

最大值；需要達(dá)到的控制精度，如果普通試驗(yàn)室的烘箱為±1.0°C,而基準(zhǔn)溫度使用的恒溫

槽為±0.005。C；結(jié)構(gòu)安裝尺寸，在相同條件下，盡可能選用表盤(pán)較大的顯示儀表，容易觀

察和讀數(shù)；考慮傳感器情況；考慮工作電源；考慮通信接口等。

K實(shí)訓(xùn)》

1.接近開(kāi)關(guān)的特性檢測(cè)。

2.接近開(kāi)關(guān)對(duì)不同材料的敏感性檢測(cè)。

3.使用接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)。

K思考與練習(xí)】

1.設(shè)想一個(gè)使用光電接近開(kāi)關(guān)測(cè)量轉(zhuǎn)速的方案。

2.使用數(shù)顯表配合接近開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)一個(gè)方案，測(cè)量傳送帶上輸運(yùn)物料的個(gè)數(shù)。

3.上網(wǎng)查找一個(gè)接近開(kāi)關(guān)的生產(chǎn)廠家，并介紹其生產(chǎn)接近開(kāi)關(guān)的型號(hào)和應(yīng)用場(chǎng)合。

知識(shí)目標(biāo)：了解位移傳感器檢測(cè)的一般方法，掌握各種位移傳感器的量程、精度等檢測(cè)性能，掌握直線(xiàn)

型位移傳感器的使用方法，掌握無(wú)接觸狀態(tài)下的位移傳感器的使用方法

教學(xué)能力目標(biāo)：初步認(rèn)識(shí)各種位移傳感器及其檢測(cè)適應(yīng)性，裝配使用光柵尺位移傳感器應(yīng)用系統(tǒng)，使用無(wú)接

目標(biāo)觸超聲波位移傳感器實(shí)現(xiàn)基本一維定位

素質(zhì)目標(biāo)：

教學(xué)

各種位移傳感器及其檢測(cè)適應(yīng)性

重點(diǎn)

教學(xué)

光柵尺位移傳感器應(yīng)用系統(tǒng)

難點(diǎn)

理實(shí)一體

教學(xué)

實(shí)物講解

手段

小組討論、協(xié)作

教學(xué)

11

學(xué)時(shí)

教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)注釋

項(xiàng)目二位移檢測(cè)

K理論學(xué)習(xí)】

任務(wù)一認(rèn)識(shí)位移傳感器

一、電阻尺

將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電阻變化是電阻傳感器的基本思路，電阻式位移傳感器由位移轉(zhuǎn)換為電

阻的原理如圖2-1(a)所示。對(duì)于一般的導(dǎo)體電阻有如下公式。

RY(2-1)

式中，R為電阻阻值(Q);P為電阻率(0?mm)；I為導(dǎo)體長(zhǎng)度(mm)；S為導(dǎo)體截面積

(mm2)o

電刷滑動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)是一圈一圈被接入的，長(zhǎng)度變化是不連續(xù)的，其與電刷滑動(dòng)量之間呈

現(xiàn)階躍特性。這種躍變限定了變阻器的靜態(tài)靈敏度，而動(dòng)態(tài)靈敏度則由電刷的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動(dòng)慣

量決定，變阻器的躍變特性如圖27(b)所示。

了解電阻尺的產(chǎn)

生過(guò)程。

(a)變阻器原理(b)變阻器躍變特性

圖2-1變阻器原理及其特性

需要注意的是，使用滑線(xiàn)變阻器進(jìn)行位移檢測(cè)時(shí)，電刷滑動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)接觸電阻，接

觸電阻阻值一般不確定，這會(huì)對(duì)檢測(cè)精度產(chǎn)生難以忽略的影響。

為改善以上兩個(gè)問(wèn)題，工業(yè)中通常使用直線(xiàn)導(dǎo)電塑料作為變阻器材料，消除了階躍誤差效應(yīng),

將變阻器和電刷施加一定的預(yù)緊力裝配成一個(gè)部件，外加金屬封裝，形成如圖2-2所示的電

阻尺，又稱(chēng)為導(dǎo)電塑料電位計(jì)或電壓分配計(jì)等。

(b)?繩式電阻尺

圖2-2電阻尺

二、感應(yīng)同步器

感應(yīng)同步器是利用電磁原理將位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。根據(jù)用途可將感應(yīng)同步器

分為直線(xiàn)式和旋轉(zhuǎn)式兩種，分別用于檢測(cè)線(xiàn)位移和角位移。在高精度數(shù)字顯示系統(tǒng)或數(shù)控閉

環(huán)系統(tǒng)中，圓盤(pán)式感應(yīng)同步器用以檢測(cè)角位移信號(hào)，直線(xiàn)式感應(yīng)同步器用以檢測(cè)線(xiàn)位移信號(hào)。

圖2-5所示為感應(yīng)同步器在機(jī)床定位中的應(yīng)用示例。

學(xué)生分組討論感

應(yīng)同步器的有點(diǎn)，

教師總結(jié)。

圖2-5感應(yīng)同步器

如圖2-6所示為感應(yīng)同步器原理，感應(yīng)同步器由兩個(gè)磁耦合部件組成，其工作原理類(lèi)似

于一個(gè)多極對(duì)的正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器。

結(jié)合圖片講解感

余弦繞組正弦繞組應(yīng)同步器原理。

圖2-6感應(yīng)同步器原理

如圖2-8所示，脈沖發(fā)生器發(fā)出頻率一定的脈沖系列，輸出參考信號(hào)方波和指令信號(hào)方

波，指令信號(hào)方波使勵(lì)磁供電線(xiàn)路產(chǎn)生振幅頻率相同而相位差為90。的正弦信號(hào)電壓和余弦

信號(hào)電壓，供給感應(yīng)同步器滑尺或者定尺繞組。在定尺上產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)過(guò)放大整形后

的信號(hào)同樣為方波信號(hào)，反饋至鑒相器與參考信號(hào)進(jìn)行比較。鑒相器輸出是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與參

考信號(hào)的相位差，即對(duì)應(yīng)的位移值。

圖2-8感應(yīng)同步器的鑒相控制示例

三、磁柵尺

與錄音技術(shù)相似，通過(guò)記錄磁頭在磁性尺（或盤(pán)）上錄制出間隔嚴(yán)格相等的磁波，稱(chēng)為

磁柵。

磁柵的一個(gè)重要特點(diǎn)是磁柵尺與磁頭處于接觸式的工作狀態(tài)。磁柵的工作原理是磁電轉(zhuǎn)

換，為保證磁頭有穩(wěn)定的輸出信號(hào)幅度，考慮到空氣的磁阻很大，磁柵尺與磁頭之間不允許

存在較大和可變的間隙，最好是接觸式的。因此，帶型磁柵在工作時(shí)磁頭是壓在磁帶上的，

這樣即使帶面有些不平整，磁頭與磁帶也能良好的接觸。線(xiàn)型磁柵的磁柵尺和磁頭之間約有

0.01E的間隙，由于裝配和調(diào)整不可能達(dá)到理想狀態(tài)，故實(shí)際上線(xiàn)型磁柵也處于準(zhǔn)接觸式

的工作狀態(tài)。

教師講解磁柵的

工作原理，學(xué)生分

析其特點(diǎn)。

圖2-9磁柵尺

四、光電編碼器

1.增量式光電編碼器

增量式光電編碼器由光柵盤(pán)（碼盤(pán)）和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板

上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電編碼盤(pán)自身有旋轉(zhuǎn)軸，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)光電二

極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖

的個(gè)數(shù)就能反映編碼器軸的轉(zhuǎn)速或者加速度。光電編碼器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-12所示。為判斷旋

轉(zhuǎn)方向，碼盤(pán)提供相位差90°的兩組透光孔，組成辨向系統(tǒng)，通過(guò)電路判斷正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，

在一般的光電編碼系統(tǒng)中，這兩組編碼稱(chēng)為A、B相，如圖2-13外圈和中圈虛線(xiàn)所示。另外,

為了實(shí)現(xiàn)定位，增加了Z相作為基準(zhǔn)，由Z相發(fā)出零位脈沖，作為轉(zhuǎn)動(dòng)的起始點(diǎn)，如圖2-13

內(nèi)圈虛線(xiàn)所示。

教師講解增

量式光電編碼器

圖2-12光電編碼器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和絕對(duì)式光電編

碼器原理，學(xué)生分

組討論兩者的不

e?同。

圖2-13A、B、Z三相光電編碼盤(pán)

2.絕對(duì)式光電編碼器原理

除了增量式光電編碼器之外，還有一種絕對(duì)式光電編碼器，其原理如圖274所示。

Ξ

至

Ξ

光

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源Ξ

至Ξ

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(b臉測(cè)側(cè)面圖

圖2-14絕對(duì)式光電編碼器原理

任務(wù)二直線(xiàn)型光柵位移傳感器的應(yīng)用

-、光柵尺

光柵是一種在基體上刻制有等間距均勻分布條紋的光學(xué)元件，用于位移檢測(cè)的光柵稱(chēng)為

計(jì)量光柵。光柵尺外形如圖276所示，

圖2-16光柵尺

透射光柵的光路如圖2-17所示，從上向下透過(guò)兩個(gè)光柵在光電傳感器上產(chǎn)生莫爾條紋,

通過(guò)光電傳感器的明暗變化次數(shù)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。

圖277透射光柵的光路掌握光柵傳感器

1.光柵檢測(cè)原理的組成及原理。

莫爾條紋有如下重要特性。

(1)莫爾條紋由光柵的大量刻線(xiàn)共同形成，對(duì)線(xiàn)紋的刻畫(huà)誤差有平均抵消作用，能在很

大程度上消除短周期誤差的影響。也就是說(shuō)，光柵上刻畫(huà)的條紋誤差對(duì)明暗條紋的影響相對(duì)

降低，這樣可更容易制造光柵。

(2)兩個(gè)光柵相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)(光柵條紋的垂直方向)，莫爾條紋也在上下運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)一個(gè)

柵距(兩個(gè)光柵條紋之間的距離)，在光電傳感器上某一點(diǎn)的光強(qiáng)也變化一個(gè)周期。

(3)莫爾條紋的間距與兩個(gè)光柵條紋夾角的關(guān)系為B=W2sin92右WB(2-5)式中，B為

莫爾條紋的間距(m)；W為光柵柵距(m)；e為兩個(gè)光柵之間的夾角(0)。

光電元件接收莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化，則將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為如圖2-18所示的光強(qiáng)信

號(hào)，圖278光柵位移明暗位置與光強(qiáng)之間的關(guān)系在光電傳感器件的固定位置上，光強(qiáng)弱的信

號(hào)實(shí)際上是由明暗位置關(guān)系決定的(如圖2-18上部所示某一光電器件部位的光接收信號(hào)，黑

色代表無(wú)光，白色代表有光)。

圖278光柵位移明暗位置與光強(qiáng)之間的關(guān)系

2.辨向原理

為了判斷方向，可以使用兩套光電轉(zhuǎn)換裝置。令它們?cè)诳臻g的相對(duì)位置有一定的關(guān)系，

從而保證它們產(chǎn)生的信號(hào)在相位上相差1/4周期，如圖2-19所示，標(biāo)尺光柵可分為上下兩個(gè)

部分，兩個(gè)部分柵距相同，下光柵比上光柵錯(cuò)后1/4柵距，即1/4周期。同樣，在接收光強(qiáng)

的地方設(shè)置兩個(gè)光電傳感器，分別為光敏元件1和光敏元件2。

00□0000□000

0000000□□0□

圖2-19兩個(gè)相位差1/4周期的標(biāo)尺光柵

如圖2-20所示，當(dāng)光柵正向移動(dòng)時(shí)，光敏元件2比光敏元件1先感光，此時(shí)，與門(mén)Yl

有輸出，它控制加減觸發(fā)裝置，使可逆計(jì)數(shù)器的加法母線(xiàn)為高電位。

結(jié)合圖2-