传感器在自动化生产线中

传感器在自动生产线中的应用

就像人的眼睛、耳朵、鼻子等感官器件，正如人的眼睛可以清楚的看到事物一样，传感器在自动生产线中起到了一定的检测作用。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。光纤式光电开关磁性开关简介及应用1光电开关简介及应用2光纤式光电开关简介及应用3电感式接近开关简介及应用4电涡流式接近开关简介及应用5电容式接近开关简介及应用6简介及应用7编码器简介及应用8

磁性开关是一种非接触式位置检测开关，主要用于各类气缸的位置检测，其特点是不会磨损和损伤检测对象，响应速度高。磁性开关还用于检测磁性物质的存在，常见的安装方式有：导线引出型、接插件型等。安装与调试在自动化生产线的控制中，可以利用该信号判断气缸的运动状态或所处的位置，来确定工件是否被推出或气缸是否返回。电气连接与检查磁性开关在气缸上的安装与调试

光电接近开关通常在环境条件比较好、无粉尘污染的场合下使用，工作时对被测对象几乎无任何影响。因此，在生产线上被广泛地使用。

工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射器接收，光电开关处于常态而不动作；反之若接近开关前方一定距离内有物体，只要反射回来的光足够强，则接收器接收到的足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。光电开关的结构和分类

光电开关可分为遮断型和反射型两大类。遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。

光电开关外形1、遮断型光电开关示意图遮断报警遮断式光电开关原理ObjectReceiver

遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。被检测物体光发射器光接收器遮断型光电开关用于人体保护

光电开关在流水线上的应用送料器定区域式光电开关咖啡罐流水线运行方向罐装高度检测储料仓落料口遮断式光电开关（计数）光幕

两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。接收器

光幕应用

当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号，起保护、预警等作用。光线被遮断（报警）

光幕应用（续）

三维尺寸检测宽度测量长度测量高度测量

光幕应用（续）纠偏

光幕可检测出带材在卷曲过程中的偏移，经控制器和执行机构使带材向正确的方向运动（纠偏）。

光幕应用（续）锻压机床的安全区域设置及入侵报警2、反射型光电开关

反射型光电开关分为两种情况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。

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度以取得最佳的反射效果。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光）反射回去，提高抗干扰能力。定区域反射式光电开关原理

定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。检测距离检测距离反射型光电开关及反射镜外形三角反射镜集发射、接收器于一身反射镜反射型光电开关工作原理

反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏振光。反射板反射镜被测物体偏振光发射光反射镜反射镜反射型光电开关的应用

塑料瓶的反射光不是偏振光，不会引起报警。反射镜反射型光电开关的应用（续）摆放错误检测反射镜反射型光电开关的应用（续）遮光检测被测物漫反射型光电开关原理漫反射光线反射光线被检测物体光发射器和光接受器发射光线

漫反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接受器接受，于是产生开关信号。额定距离漫反射型光电开关的应用请思考如何将光电开关用于卫生间的自动冲水设备反射型光电开关外形电源指示信号指示反射型光电开关外形（续）灵敏度调节电位器表面反射率

对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回接收器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程度将决定接收器接收到光线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于光电开关的发射光线。常用材料的反射率（相对于白纸的估计值）光电开关的最大指向角示意图

光电开关应用（续）加工控制

齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。光电断续器的应用（续）请写出转速与频率的关系式n=？n光电开关应用（续）机械手定位光电传感器的其他用途注料检测瓶盖检测光电传感器的其他用途（续）阀门手柄位置检测产品计数光电传感器的其他用途（续）进出检测磨床行程控制光电传感器的其他用途（续）物体倒置辨别转速检测其他光电传感器外形光电开关在分拣单元中的应用在分拣单元中，当工件进入分拣输送带时，分拣站上的光电开关发出的光线遇到工件反射回自身的光敏原件，光电开关输出信号启动输送带运转。

光纤传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，放大器和光线检测头是分离的两个部分，以光纤本身作为敏感元件，使光纤兼有感受和传递被测信息的作用。光纤传感器没有丝毫电路连接，不产生热量，只利用很少的光能。光导纤维传感器光的全反射实验

各种装饰性光导纤维光纤传感器外形

光在光纤中的全反射

光纤的结构

光缆的外形及光纤的拉制

光纤的类型

阶跃型：光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。

梯度型：梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。

单孔型光纤

单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米）接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模”的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。

与光纤耦合的电光与光电转换器件

实现电光转换的元件通常是发光二极管或激光二极管。激光二极管的外形

激光二极管芯片专用的光纤连接头及光纤插座

光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及光纤插座来完成。光纤传感器

光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元件（也称作测量臂），直接接收外界的被测量。被测量可引起光纤的长度、折射率、直径等方面的变化，从而使得在光纤内传输的光被调制。若将光看成简谐振动的电磁波，则光可以被调制的参数有四个，即振幅（强度）、相位、波长和偏振方向。

保护管内为高温光纤低温光纤光纤温度传感器光纤式光电开关反射型遮断型反射镜反射型光纤式光电开关应用标志孔电路板标志检测

当光纤发出的光穿过标志孔时，若无反射，说明电路板方向放置正确。

光纤耦合器传输光纤出射光纤光纤式光电开关在分拣单元中的应用通过调节光纤式光电开关的灵敏度，可以实现对不同颜色物体的检测。1、电气与机械安装2、灵敏度调节光纤传感器组件外形及放大器的安装示意光纤传感器组件光纤传感器调整电感式接近开关属于电感式传感器的一种，是利用涡流效应制成的有开关量输出的位置传感器由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。从而使电路的参数发生变化，由此识别有无物体接近，来控制开关的通断先看一个实验：

将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如图4-1所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。

电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作电感传感器的基本工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小F电涡流传感器工作原理电涡流效应演示

当电涡流线圈与金属板的距离x减小时，电涡流线圈的等效电感L减小，等效电阻R增大。感抗XL的变化比R的变化大得多，流过电涡流线圈的电流i1增大。电涡流的应用

——在我们日常生活中经常可以遇到

干净、高效的电磁炉电磁炉内部的励磁线圈电磁炉的工作原理

高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。

电涡流传感器结构及特性

电涡流探头外形交变磁场电涡流探头内部结构

1—电涡流线圈2—探头壳体3—壳体上的位置调节螺纹4—印制线路板5—夹持螺母6—电源指示灯

7—阈值指示灯8—输出屏蔽电缆线9—电缆插头

各类接近开关的图形符号电感接近开关在生产线的应用11、原点接近开关是一个无触点的电感式接近传感器，用来提供直线运动的起始点信号。2、左、右极限开关均是有触点的微动开关，用来提供越程故障时的保护信号：当滑动溜板在运动中越过左或右极限位置时，极限开关会动作，从而向系统发出越程故障信号。电感接近开关在生产线的应用2供料单元中，为了检测待加工工件是否金属材料，在供料管底座侧面安装了一个电感式传感器，如图所示1、增量式编码器（相对式编码器）转轴盘码及狭缝光敏元件光栏板及辨向用的A、B狭缝LEDABC零位标志光电编码器---增量式

在上图的码盘里圈，还有一根狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。增量式光电编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，而这与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关。相对式光电编码器­位置和方向的判断

光电编码器的光栏板上有A组与B组两组狭缝，彼此错开1/4节距，两组狭缝相对应的光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90相位，用于辩向。当编码正转时，A信号超前B信号90；当码盘反转时，B信号超前A信号90。

辨向信号和零标志传动机构

滚珠丝杠螺母副、齿轮-齿条副等传动机构能够将旋转运动转换成直线运动。但应设法消除传导过程产生的间隙误差。齿距齿条齿轮θ

x滚珠丝杠螺母副

滚珠丝杠螺母副能够将减小传动磨檫力，延长使用寿命，减小间隙误差。螺母丝杠xθ

传动分析1

设：螺距t=4mm，丝杠在4s时间里转动了10圈，求：丝杠的平均转速n(r/min)及螺母移动了多少毫米？螺母的平均速度v又为多少？螺母丝杠螺距x=？N=10圈

在间接测量中，多使用旋转式位置传感器。测量到的回转运动参数仅仅是中间值，但可由这中间值再推算出与之关联的移动部件的直线位移间接测量须使用丝杠-螺母、齿轮-齿条等传动机构。工作台丝杠编码器进给电机θ

xM法测速（适合于高转速场合）T

编码器每转产生N个脉冲，在T时间段内有m1

个脉冲产生，则转速（r/min)为：n=60m1/（NT）

m1例题T

有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：

n=60×65536/（1024×5）r/min

=768r/min

m1T法测速（适合于低转速场合）时钟脉冲fc

编码器输出脉冲

m2

···

编码器每转产生N个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2

，则转速(r/min)为n=60fc/（Nm2）

T法测速举例时钟脉冲fc

编码器输出脉冲

m2

···n=60fc

/（Nm2

）

=60*1000000/（1024*3000）

=19.53r/min

有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc为1MHz，则转速（r/min)为：传动分析2

设：螺距t=4mm，丝杠在4s时间里转动了10圈，求：螺母移动了多少毫米？如果丝杠与编码器同轴连接，编码器分辨率为1024，则能测出多少个脉冲信