检测与传感器

1、100%maxFSyLyFS21max0 xFS1实际曲线2理想曲线yx图2-7 传感器的线性度示意图 xyS0%100FSmyHHyFSHm0 xFSyx图2-8 迟滞特性 100%FSmRyR 1322nyyyiFSRyFS0 xFSxRm1yRm2图2-9 重复特性遮断报警遮断报警ObjectReceiver 遮断式光电开关遮断式光电开关由相互分离且相对安由相互分离且相对安装的光发射器和光接装的光发射器和光接受器组成。当被检测受器组成。当被检测物体位于发射器和接物体位于发射器和接受器之间时，光线被受器之间时，光线被阻断，接受器接受不阻断，接受器接受不到红外线而产生开关到红外线而产生开关信

2、号。信号。被检测物体光发射器光接收器送料器定区域式光电开关定区域式光电开关咖啡罐咖啡罐流水线运行方向流水线运行方向罐装高度检测罐装高度检测储料仓储料仓落料口落料口遮断式光电开关遮断式光电开关（计数）（计数）感器发出感器发出报警信号。报警信号。接收器接收器三维尺寸三维尺寸检测检测宽度宽度 测量测量长度长度 测量测量高度高度 测量测量锻压机床的锻压机床的 安全区域设置安全区域设置 及入侵报警及入侵报警安全区示警安全区示警 反射镜反射型光电开关采用较为方便反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使度以取

3、得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。光）反射回去，提高抗干扰能力。 电源电源指示指示信号信号指示指示 定区域式光电定区域式光电开关有一个非常确定开关有一个非常确定的检测区域，不经过的检测区域，不经过该区域的被测物体不该区域的被测物体不会引起光电开关产生会引起光电开关产生开关信号。开关信号。检测距离检测距离集发射、接收器集发射、接收器于一身于一身漫反射光线反射

4、光线被检测物体光发射器和光接受器发射光线 漫反射型漫反射型光电开关光电开关集光集光发射器和光接发射器和光接受器于一体。受器于一体。当被测物体经当被测物体经过该光电开关过该光电开关时，发射器发时，发射器发出的光线经被出的光线经被测物体表面反测物体表面反射由接受器接射由接受器接受，于是产生受，于是产生开关信号。开关信号。额定距离额定距离断裂检测断裂检测电梯自动运行电梯自动运行条件判断条件判断2.3 2.3 电容式传感器电容式传感器 变换原理变换原理: :将被测量的变化转化为电容量变化将被测量的变化转化为电容量变化两平行极板组成的电两平行极板组成的电容器容器, ,它的电容量为它的电容量为: :AC0

5、+ A 、A A或或发生变发生变化时，都会引起化时，都会引起电容的变化。电容的变化。a)a)极距极距变化型变化型+AC0+b)b)面积变化型面积变化型AC0角位移型角位移型+AC0平面线位移型平面线位移型柱面线位移型柱面线位移型. .AC0c) c) 介质变化型介质变化型AC0产品产品. .电容式液位传感器（液位计电容式液位传感器（液位计/ /料位计）料位计）电容式接近开关电容式接近开关振荡电路振荡电路被测物体被测物体 感应电极感应电极被测电容被测电容测量头构成电容器的一个极板，另一测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接

6、近开关的介电常数开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化状态也随之发生变化. .接近开关的检接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。是绝缘的液体或粉状物体。2.4 2.4 电感式传感器电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。测量转化为电感量的一种装置。分类分类: :电感式传感器电感式传感器自感型自感型可变磁阻型可变磁阻型涡流式涡流式互感型互感型1 1 自感型自感型-可变磁阻式可变磁

7、阻式可变导磁面积型可变导磁面积型差动型差动型2002ANL 原理原理: :电磁感应电磁感应电感式接近传感器（金属）电感式接近传感器（金属）2 2 涡流式涡流式原理原理: :涡流效应涡流效应原线圈的等效阻抗原线圈的等效阻抗Z Z变化：变化：),(ZZ 产品：产品：案例：连续油管的椭圆度测量案例：连续油管的椭圆度测量Coiled TubeEddy Sensor Reference Circle案例：无损探伤案例：无损探伤原理裂纹检测，缺陷造成涡流变化。火车轮检测火车轮检测油管检测油管检测3 3 互感型互感型-差动变压器差动变压器WW1W2Esx-x工作原理工作原理: :互感现象互感现象.EwEou

8、t单螺管线圈型单螺管线圈型螺管线圈差动螺管线圈差动双螺管线圈差动型双螺管线圈差动型传感器测量电路传感器测量电路差动变压器差动变压器测量电路测量电路32411.标尺光栅 2.指示光栅3.光电元件 4.光源ddffddBffddW/2WddW/2指示光栅标尺光栅WWB2sin2U0UW/2oUm2W3W/2WxWxUUUm2sin04lcos360cos2ssKUTxKUUosin360sin2ccKUTxKUUosincos222csKUKUUUUTxTx2360)(otmsUUsintUUmccos222UUU)sin(sincoscossintKUtKUtKUmmmTxo360tmUUssi

9、nsintmUUcsincostKUUUUmsin)sin(222输 出 信 号励 磁 电 源654SS3NNSSS7NN1SNN200abxtxUUsin2sin0 xUU2sin01xUU2cos02txUUcos2sin01txUUsin2cos02txUU2sin0 Z12ZDD21UD13U24DZ3U3Z4tUUmsin1tUUmcos2)cos()90sin(sin213tkUkUkUUmocos1sin13kkUU3DZ2U11DZ43D24DU3Z1Z110000110101011001110100101010011000101111110001001000001110110

10、11100001101010110011101001010100110001011111100010010000011101101100101111111010001011100110111101010101100010110001000100011000010000100110111111110101011001010011101100010001110111000100100000001MI0RLV0 x00ett光电池挡板V速度测量0e微分电路txV/透镜光源光电器件带缝隙圆盘指示缝隙盘tZNn60tItimsin)(0I交流电源直流电源加法器跟随器跟随器i(t)xdxdt减法器低通滤波

11、器放大器UvkIUv02应 变 片m悬 臂 梁Z ( t )0Z ( t )1充 以 阻 尼 液 体 的 壳 体引出线3质量块1 壳体压电晶片m4 2 3241C12Ca)PPb)P1R4R2R4R1R2RR3R3Pc)RR1R3A1RD R3R42B4R2CR1RR2R4(R )(R )R1 3bR43lhAR1PD3RR2CBEbhPL26显示执行机构模/数转换器量程变换电路传感器振 荡 器放大器运算电路解调器滤波器计算机显示执行机构模/数转换器量程变换电路传感器振 荡 器放大器运算电路解调器滤波器计算机放大整形光电转换传感器纠错电路码制变换显示执行机构译码器传感器脉冲当量变换电路放大器细

12、分电路整形电路寄存器计数器计算机显示执行辨向电路 传感器的输出多数为正弦波信号，需先经放大、整形后变成传感器的输出多数为正弦波信号，需先经放大、整形后变成数字脉冲信号。但在多数情况下，为提高分辨率，常采用细分电数字脉冲信号。但在多数情况下，为提高分辨率，常采用细分电路使传感器信号每变化路使传感器信号每变化1/n个周期计一个数，其中个周期计一个数，其中n称为细分数。称为细分数。辨向电路用于辨别被测量的变化方向。当脉冲信号所对应的被测辨向电路用于辨别被测量的变化方向。当脉冲信号所对应的被测量不便读出和处理时，需进行脉冲当量变换。计算机可对信号进量不便读出和处理时，需进行脉冲当量变换。计算机可对信号

13、进行复杂的运算处理，并将结果直接送去显示或打印输出，或求取行复杂的运算处理，并将结果直接送去显示或打印输出，或求取控制量去控制执行机构控制量去控制执行机构。传感器传感器传感器采样/保持采样/保持多路模拟开关控制器A/D缓冲器总线A/D总线传感器多路模拟开关总线放大采样/保持控制器A/D采样/保持A/D采样/保持A/D采样/保持A/D总线传感器输入并行输入口a)b)c)d). 三态缓冲器开关地址输入端开关控制与驱动电路选通信号5模拟输入通道7862431S0S4S6S7S5S1S2S3A/D转换器. AD7501A2译 码 驱 动电 平 转 换 电 路(-15V)(+15V)OUTS1地VSSV

14、DDS2321GNDVSS15A1A016ENVDDS114ENA1A2A08765411S8S7OUT1213S2S6S510S3S49 上图是上图是AD7501型多路模拟开关集成芯片的管脚功型多路模拟开关集成芯片的管脚功能图，这是具有能图，这是具有8路输入通道、路输入通道、1路公共输出的多路开关路公共输出的多路开关CMOS集成芯片。由三个地址线（集成芯片。由三个地址线（A0、A1、A2）的状）的状态及态及EN端来选择端来选择8个通道之中的一路，片上所有的逻辑个通道之中的一路，片上所有的逻辑输入端与输入端与TTL/DTL及及CMOS电路兼容。其真值表如下电路兼容。其真值表如下:VFUcuiN1CN20uVFUcuiN1CN20u全队列数据求累加和修改队尾指针新值放入队尾 冲去旧值返回求平均值采样一次入口o00ooiudtduudtduRCuiRu) 1()()(nYtnXttnYt) t/(t)1()1()()(nYnXnYttfC2)1 (221返 回累 加 到Y ( n )中计 算 （ 1）Y ( n1 )计 算X ( n ) ,暂 存 于Y ( n )中将 已 有 输 出 作 为 上 次 输 出 Y ( n1 )取 新 采 样 值X ( n )入 口0b)xiux0c)uixxia)0u