传感器原理及应用 第4版 课件 6-位移和速度传感器

位移和速度传感器位移检测位移检测分为测量尺寸和机械位移两种位移传感器分为模拟式和数字式两种类型位移传感器介绍位移传感器模拟式电位器、电感、电容式、电涡流、应变式、霍尔式、自整角机…数字式角编码器、光栅尺、磁栅、容栅…位移传感器数字式——便于将信号直接送入计算机系统、发展迅速、应用广泛。位移传感器的应用01小位移应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器…02大位移感应同步器、光栅、容栅、磁栅…03光栅易于数字化、精度高、抗干扰力强、方便可靠类型测量范围精度线性度特点电位器式线绕式1~300mm0.1%±0.1%简单、有磨损非线绕式1~1000mm0.5%±0.5%分辨力低电阻应变0.1μm~0.1mm<2%0.1%~0.5%分辨力高温度影响自感式±25μm~±50mm0.1μm灵敏度高频响低电容式1μm~10mm0.005%±1%分辨力高温度影响光栅式1μm~10m3μm/m分辨力高磁栅式1m~20m5μm/m速度快激光式20m分辨力0.2μm位移传感器的应用电位器式传感器01特性电位器通过改变滑动臂的位置，可以改变电路分压比；02类型直线式用于测量直线位；圆盘式用于角位移测量；03性能电位器传感器的精度要求高、温漂小；电位器传感器结构电位器式传感器电位器传感器外形直线式角位移式角位移式电位器电源输出接地直线式电位器运动方向电位器与仪表

位移测量原理电位器两端加上电源Ei后，根据电阻分压关系，输出Uo与位移x相关直线式电位器：角位移式电位器：位移测量原理

t

角位移电位器测量直线位移钢丝绕在圆盘形电位器转轴上x-线位移n-圈数（角度）D-直径x=n×

D×π电位器传感器的应用A/D转换器D/A转换器驱动器气源直滑式电位器控制气缸活塞行程1.气缸2.活塞3.直线轴承4.气缸推杆5.电位器滑杆6.直滑式电位器传感器7.滑动触点（电刷）8.9.进/出气孔10.12.消音器11.进气孔13.电磁线圈14.电动比调节阀15.气源处理三联件16.阀心17.阀心杆18.电磁阀壳体19.永久磁铁电位器传感器的应用差动变压器的应用测微计流水线检测测厚测压力………电感测微器结构②固定磁筒③衔铁④线圈⑤测力弹簧⑥防转销①引线电缆⑦钢球导轨（直线轴承）⑧测杆⑨密封套⑩测端⑪被测工件⑫基准面①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫电感式滚柱直径分选装置滚柱直径分选装置①气缸②活塞③推杆④被测滚柱⑤落料管⑥电感测微器⑦钨钢测头⑧限位挡板⑨电磁翻板⑩容器（料斗）

直径分选装置中的电感测微器测微器圆柱滚子差动变压器式厚度测量原理差动变压器式厚度测量原理数字式位移传感器角编码器将被测角位移转换成二进制码或脉冲角编码器原理转轴盘码光敏元件光栏及狭缝LEDABC零位标志ABC光电式角编码器透光区不透光区零位标志10码道光电绝对式码盘4位二进制码盘+5V输入公共码道编码器演示4个电刷最小分辨角度α=360°/2n

编码器的分辨力测量的最小角度——角分辨力α=360°/2n10码道的角编码器，角分辨力是

α=360°÷210≈0.35°若要分辨力达0.1°，则需要

360°÷2n≤0.1°即n≥12，码道数至少12.例编码器在定位加工中的应用伺服电机中的角编码器010203转速测量转子磁极位置测量角位移测量程序控制器控制信号电机转速(角)数码光栅传感器光栅外观角编码器原理指示光栅主光栅主光栅指示光栅（扫描头）莫尔条纹现象32莫尔条纹现象33透射式光栅刻线宽度W条纹宽度L莫尔条纹的光学放大作用L≈W/θ

，（θ为主光栅和指示光栅刻线的夹角，弧度）35光栅传感器原理光栅测量举例某光栅50/mm，则分辨力

=0.02mm,①若计数器显示为“3”，则被测位移：

x=0.02×3=0.06mm②用4细分电路：则分辨力为0.02mm/4=0.005mm=5

m

采用细分技术，在不增加光栅刻线数（成本）的情况下，将分辨力提高为4倍。防护罩内为直线光栅光栅扫描头被加工工件切削刀具角编码器数控机床中的光栅容栅结构变面积式电容传感器，电极排列为栅状特点小巧、价低、省电、量程几百毫米以下应用电子数显卡尺、千分尺、高度仪、坐标仪各种容栅数显卡尺特点成本低、使用方便、测量范围宽、抗干扰力强类型磁栅可分为长磁栅和圆磁栅用途长磁栅主要用于直线位移测量圆磁栅主要用于角位移测量磁尺静态磁头去信号处理电路固定孔磁栅外形及结构尺身读数头数显表XY两维磁栅尺数