机电一体化 课件 3.2 位置传感器

3机电一体化检测传感技术任务3.2位置传感器的应用

任务3.2位置传感器的应用

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微动开关

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舌簧传感器3

光电传感器（光电开关）4霍尔传感器

工厂设备若要实现自动化和无人化管理，位置传感器必不可少，特别是对CNC机床和工业机器人进行控制时，位置传感器起着非常重要的作用。它感受被测物体的位置，并输出信号，不但可以检测被测物体是否到达某位置，还能反映被测物体的状态。导读任务3.2位置传感器的应用

按照是否为接触检测，位置传感器分为：

接触式开关、非接触式开关等。接触式开关：能获取两个物体是否已接触信息的一种传感器。例如：微动开关、极限开关近年来，非接触式的接近传感器和光电传感器获得了极为广泛的应用非接触式：又称接近式传感器，用来判别在某一范围内是否有某物体的传感器。例如：接近开关和光电开关位置传感器分类：任务3.2位置传感器的应用

无触点霍尔式、电感式、电容式接近开关有触点行程开关

任务3.2位置传感器的应用

任务3.2位置传感器的应用

1.微动开关——结构

接触式微动开关主要用于极限位置的检测，当机械挡块撞击到微动开关压杆（滚轮）时，微动开关动作。

任务3.2位置传感器的应用

微动开关的用途有很多，例如：鼠标、小家电产品（搅拌机、果汁机等）任务3.2位置传感器的应用

图所示为利用极限开关对CNC机床的进给平台进行位置控制时的一个实例。极限开关在数控机床上的应用1.微动开关——应用任务3.2位置传感器的应用

接触式位置传感器的优点是：可以制成各种大小和形状来适应安装环境，以供使用者选择，同时，价格便宜。

缺点：（1）由于是接触式，使用时故障率较高；

（2）会产生电气噪声，需要采取措施来防止噪声。

由于接触式位置传感器存在上述不足之处，近年来普遍使用噪声较小的非接触式位置传感器1.微动开关——特点任务3.2位置传感器的应用

2.非接触式位置传感器——舌簧传感器

非接触式位置传感器能够感知物体的靠近，利用位移传感器对所接近物体具有的敏感特性达到识别物体靠近并输出开关信号的目的。具有速度快、频率高等特点。任务3.2位置传感器的应用

非接触式位置传感器主要有：

接近传感器：舌簧传感器、接近开关光电传感器：光电开关舌簧传感器结构如图所示：由两个舌簧片组成，在常态下处于断开状态，当与磁块接近时，簧片被磁化结合，转为接通状态，发出信号表明物体的靠近，当用于自动生产线时，可用于检测物体的有无。其位置控制方法如右图所示。基于舌簧传感器的位置控制方法舌簧传感器结构图

任务3.2位置传感器的应用

测量车速车速传感器由带有四磁极的转子、舌簧开关组成。当变速器输出轴通过软轴带动转子旋转时，舌簧开关就会在转子永久磁铁的作用下进行周期性的开关动作，转子每转一周，舌簧开关开闭四次，通过外电路输出4个脉冲。如果将该脉冲信号送数字电路或者计算机进行记数和运算，就可以得到车速输出。任务3.2位置传感器的应用

3.光电传感器（光电开关）光电传感器在一般情况下，由三部分构成：发送器、接收器、检测电路发送器一般是半导体光源：发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。（对准目标发射光束，不间断地发射，或者改变脉冲宽度）接收器：光电二极管、光电三极管、光电池（在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等）检测电路：它能滤出有效信号和应用该信号。

光电传感器是指能够将可见光转换成电量的传感器，又称为光电开关。任务3.2位置传感器的应用

（1）测量原理利用发光二极管作光源，发射可见光或不可见红外光，通过与之相对的光敏二极管或光敏三极管接收光线若中间没有物体遮档，光敏三极管接收到光，输出大电流；若中间有遮档物，光敏三极管接收不到光信号，无电流通过。利用三极管的开关作用可以产生光电脉冲信号，用于位置检测、工件计数或转动物体速度测量。光电开关有透射式(遮档式)与反射式两种工作方式。15光电开关工作原理及产品3.光电传感器任务3.2位置传感器的应用

基于光电传感器的位置控制方法

图（a）所示传感器可检测出物体是否从两元件间通过，成为光电传感器。图（b）所示传感器则将光投向物体，然后检测其反射光，称为反射型光电传感器。3.光电传感器（a）透射型（b）反射型任务3.2位置传感器的应用

光电开关价廉物美、体积小、性能可靠，广泛用于自动控制系统、生产流水线、办公设备和家用电器中。例如检测生产流水线上的工件有无、工件计数、工件位置等；测量旋转物体转速；复印机中检测复印纸有无；安全防盗报警；卫生设备自动冲洗发信开关等。17任务3.2位置传感器的应用

3.光电传感器4．霍尔传感器

霍尔传感器是基于半导体材料(如锗(Ge)、锑化铟(InSb)、砷化铟(InAs)等)的霍尔效应，即利用对磁敏感的半导体三极管效应制成的。（1）霍尔效应将半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过这个半导体薄片一侧时，在垂直于电流和磁场的方向上另一侧将产生电动势UH，此现象称为霍尔效应。该现象是在1879年被E.H.Hall发现的，故称之为霍尔效应。

UH=KH.I.B

式中：KH---霍尔元件的灵敏度。任务3.2位置传感器的应用

UH=KH.I.B

4．霍尔传感器任务3.2位置传感器的应用

4.霍尔传感器——应用

（1）霍尔接近开关从霍尔效应原理图看出，若固定I，用一个小磁铁接近霍尔元件，让B有一突变，则UH将有大的变化，这就是霍尔型接近开关的原理。应用于机床或机械手位置如超限行程、回零点等测量与控制信号。电动自行车无刷电机的换向开关数控机床上的多工位刀架刀位发讯开关，也采用了霍尔接近开关。20UH=KH.I.B

任务3.2位置传感器的应用

闭环式霍尔电流传感器工作原理图

4.霍尔传感器——应用UH=KH.I.B

任务3.2位置传感器的应用

若固定磁场B，则霍尔电势与与穿过一个磁环上导线(也可以在磁环上绕一定匝数)的电流成正比，常用作伺服系统中电流环输出电流的测量与反馈传感器，以保证伺服轴具有恒力矩特性。（2）电流测量（In是被测电流，IM由霍尔元件输出控制，当两边磁势平衡是，IM的大小反应被测电流In的大小）（3）行程控制

如图所示，用霍尔接近开关检测和控制机械手或运动平台的行程。小磁铁安装在运动部件上，霍尔三极管安装在相对固定的部件上。用霍尔开关控制机械行程4.霍尔传感器——应用UH=KH.I.B

任务3.2位置传感器的应用

4.霍尔传感器——应用（4）转速测量

在控制电流I恒定的条件下，如图所示在被测转速盘上对称位置放置四个小磁铁，当转盘旋转至与近旁霍尔三极管接近时，磁感应强度大小发生突变，输出霍尔电势为高。当离开时，输出霍尔电势则为低。这就产生了一个眿冲信号，继续转下去会产生一串序列脉冲信号。由于单位时间内脉冲数目是与转速成是正比的，这就可用作速度测量。UH=KH.I.B

任务3.2位置传感器的应用

任务3.2位置传感器的应用

任务3.2位置传感器的应用

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“汽车怠速是指发动机空转，完全放松油门踏板。以下是汽车怠速的具体介绍：1、怠速过高：油耗增加，发动机工作温度偏高，增加机器磨损。2、怠速过低：起步容易熄火，长期发动机缸内容易积碳，导致加速无力。3、调整怠速前提条件：发动机温度正常、气门间隙适当、点火系统情况正常、各管道密封良好等。”

霍尔式转速传感器在汽车上的应用主要有：发动机转速传感器、判缸传感器(或上止点传感器)、变速器输入轴传感器、变速器输出轴传感器(车速传感器)、轮速传感器等。（1）汽车发动机怠速是发动机运行工况之一，发动机怠速性能对排放、油耗和舒适性有较大影响，发动机怠速时的转速称为怠速转