数字式位移传感器
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位移传感器一、简介位移传感器又称为线性传感器,是一种属于金属感应的线性器件,传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。
在生产过程中,位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。
按被测变量变换的形式不同,位移传感器可分为模拟式和数字式两种。
模拟式又可分为物性型和结构型两种。
常用位移传感器以模拟式结构型居多,包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。
数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。
这种传感器发展迅速,应用日益广泛。
位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量,位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。
小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测,大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。
其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高(目前分辨率最高的可达到纳米级)、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点,在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。
二、工作原理电位器式位移传感器,它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。
普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。
但是,为实现测量位移目的而设计的电位器,要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。
电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。
物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。
阻值的变化量反映了位移的量值,阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。
通常在电位器上通以电源电压,以把电阻变化转换为电压输出。
线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化,其输出特性亦呈阶梯形。
如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件,则过大的阶跃电压会引起系统振荡。
因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。
电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。
它的优点是:结构简单,输出信号大,使用方便,价格低廉。
数字位移传感器由差动变压器(lvdt)和电测仪器组成。
lvdt是把被测位移量变换成电信号的传感器,它具有结构简单使用方便、使用寿命长等特点,可直接用于测量物体间的相对变位,物体的长度变化。
它不但可测静态位移也可测量动态位移,电测仪器由电子测量线路和数字面板表、a/d转换板组成。
a/d转换板有单端16路模拟量输入,a/d转换位数为14位,转换速度达到10μs。
lvdt最基本的结构是由在圆柱形骨架上绕有螺旋形的原边和两个付边绕组所组成的线圈及一可动铁芯构成。
当原边供给一振荡电压时,由于电磁感应,两付边就分别产生感应电压v1和v2。
若铁芯正处线圈的中心位置时,两付边对原边的互感量正好相等,同时两付边的交流电压分别经检测电路检波后,把所得两直流电压取其差值,则输出差动直流电压v为零。
当铁芯往上位移时,上边的付边与原边的互感量增大,而下边的减小,即出现v1》v2,则差动直流输出电压v》o,反之亦然。
lvdt两付边的感应电压v1,v2和差动直流输出电压v与铁芯在线圈中的位置的定性关系见图3,可见差动直流电压v与铁芯位移的大小在某一范围内是呈线性关系的。
直线位移传感器测量时把lvdt壳体夹固在参照物上,把和铁芯连接的测杆紧固在被测点上,当被测对象位移时就带动铁芯相对于线圈移动,从而线性地改变lvdt的输出电压。
这样通过电测仪器测量lvdt输出电压的大小,即可测量出被测对象的位移量。
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《机电一体化设计基础》试题库答案一、判断题(正确的打√,错误的打×)1.机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理,输出具有所需特性的物质。
(×)2.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础,是机电一体化技术的方法论。
(√)3.信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中,与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。
(√)4.自动控制是在人直接参与的情况下,通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。
(×)5.产品的组成零部件和装配精度高,系统的精度一定就高。
(×)6.为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响,机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍,同时,传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率,以免系统产生振荡而失去稳定性。
(×)7.传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。
(×)8.在闭环系统中,因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡,采用消隙装置,以提高传动精度和系统稳定性。
(×)9.进行机械系统结构设计时,由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响,因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。
(×)10.滚珠丝杠垂直传动时,必须在系统中附加自锁或制动装置。
(√)11.采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整,结构简单,且可以自动补偿侧隙。
(×)12.采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估,延长了产品开发周期,增加了产品开发成本,但是可以改进产品设计质量,提高面向客户与市场需求能力。
(×)×13.机电一体化系统是以微电子技术为主体、以机械部分为核心,强调各种技术的协同和集成的综合性技术。
(×)14.机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比,应具有高精度、良好的稳定性、快速响应性的特性。
位移传感器的原理及分类解析1.电阻位移传感器:使用电阻元件的电阻值随位移改变的原理进行测量。
常见的类型有电位器和应变片。
2.容抗位移传感器:使用电容器的电容值随位移改变的原理进行测量。
常见的类型有平行板电容器和微妙电容器。
3.磁敏位移传感器:利用磁敏材料的磁场强度随位移改变的原理进行测量。
常见的类型有霍尔效应传感器和磁电阻传感器。
4.光电位移传感器:利用光电二极管或光敏电阻的光强随位移改变的原理进行测量。
常见的类型有光电编码器和光栅尺。
5.超声波位移传感器:利用超声波传感器发射和接收超声波的时间差来计算位移。
常见的类型有超声波测距模块和超声波回波测距传感器。
6.激光位移传感器:利用激光束照射到目标物体上后反射回来的光的位移来计算位移。
常见的类型有激光测距仪和激光位移传感器。
1.绝对位移传感器:能够直接测量物体的绝对位置或位移,不需要进行参考点或起始位置的校准。
例如,线性位移传感器和角度传感器。
2.相对位移传感器:只能测量物体相对于初始位置的位移,需要进行参考点或起始位置的校准。
例如,编码器和增量式位移传感器。
3.接触式位移传感器:需要物体与传感器之间有直接接触才能进行测量。
例如,机械式测微计和针尖感应式传感器。
4.非接触式位移传感器:无需与物体直接接触,可以通过传感器与物体之间的电磁、光学或声波信号进行测量。
例如,光电位移传感器和激光位移传感器。
5.数字式位移传感器:输出信号为数字信号,通常采用数字接口进行数据传输和处理。
例如,数字式光电编码器和数字式线性位移传感器。
6.模拟式位移传感器:输出信号为模拟信号,通常采用电压或电流形式进行传输。
例如,电位器和应变片。
传感器的种类(一)电阻式电阻式传感器是将被测量,如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。
主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。
(二)变频功率变频功率传感器通过对输入的电压、电流信号进行交流采样,再将采样值通过电缆、光纤等传输系统与数字量输入二次仪表相连,数字量输入二次仪表对电压、电流的采样值进行运算,可以获取电压有效值、电流有效值、基波电压、基波电流、谐波电压、谐波电流、有功功率、基波功率、谐波功率等参数。
(三)称重称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力f电转换装置,是电子衡器的一个关键部件。
能够实现力f电转换的传感器有多种,常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。
电磁力式主要用于电子天平,电容式用于部分电子吊秤,而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。
电阻应变式称重传感器结构较简单,准确度高,适用面广,且能够在相对比较差的环境下使用。
因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。
(四)电阻应变式传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。
电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。
半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍、横向效应小等优点。
(五)压阻式压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。
其基片可直接作为测量传感元件,扩散电阻在基片内接成电桥形式。
当基片受到外力作用而产生形变时,各电阻值将发生变化,电桥就会产生相应的不平衡输出。
用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片,硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视,尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。
(六)热电阻热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
驻马店职业技术学院毕业论文(设计)设计题目:基于电容式传感器的数字式位移测量仪的设计学生姓名:毛胜杰学号: 106293020231专业: 10应用电子指导教师:张亚军xxxx年xx月xx日目录摘要 (3)第一章数字式电容式位移测量仪的原理介绍 (4)1电容传感器的原理: (4)1.2变介电常数型电容式传感器 (5)第二章数字式电容式位移测量仪的电路设计 (7)2.1 测量电路的设计 (7)2.1.1单片机最小系统 (7)2.1.2 AT89C51管脚介绍 (9)2.1.3电平转换电路 (10)2.1.4按键接口及电源设计 (12)2.2电容传感器的设计 (13)检测电路的设计 (13)单稳态触发器 (13)多谐振荡器 (14)555定时器的介绍 (15)(3)显示电路的设计 (16)CD4511的引脚 (17)第三章编程环境Keil的介绍 (17)软件程序: (18)第四章系统调试: (20)结论 (20)致谢 (21)参考文献 (20)摘要电容式位移传感器是把位移的变化换作电容的变化进行制作的。
对于振动频率很高境条件下,最适合选用这种类型的传感器。
它具有灵敏度高、能实现非接触量的测量,而且可以在恶劣场合下工作。
它也有一些缺点,比如对连接线缆有很高的要求,它要有屏蔽性能;而且最好选用高频电源用来供电。
现在做的最好的电容式位移传感可以测量0.001 微米的位移,误差非常小。
电容位移传感器是一种非接触电容式原理的精密测量仪器,能将被测物理量位移、压力等的变化转换成电容量变化的元件,通过检测电路再把电容量的变化换成电信号电压、电流或频率。
它与其他传感器相比,具有一系列突出的优点:结构特别简单,能实现无接触测量。
电容位移传感器还具有一般非接触式仪器所共有的无磨擦、无损磨和无惰性特点外,还具有信噪比大,灵敏度高,零漂小,频响宽,非线性小,精度稳定性好,抗电磁干扰能力强和使用操作方便等优点。
数字式电容式位移传感器广泛应用于高精度的精密加工、高精度定位及高速高精度、大行程机器人的运行定位中以及石油、化工、电力、储运、建筑等工业生产领域,尤其能在强光照射、核辐射条件、过载冲击震动等恶劣环境下工作。