运动控制系统常用传感器介绍图_常用传感器有哪些「建议收藏」

1.旋转变压器

旋转变压器是一种特制的两相旋转电动机，由定子和转子两部分组成。在定子和转子上各有两套在空间上完全正交的绕组。当转子旋转时，定子、转子绕组间的相对位置随之变化，使输出电压与转子转角呈一定的函数关系。

励磁电压为

$\large \\u_1\left( t \right) =U_m\sin w_0t \\ u_2\left( t \right) =U_m\cos w_0t$

式中 $\large U_m$ 为励磁电压值， $\large w_0$ 为角频率。

两相励磁电流严格平衡，即大小相等，相位差90°。

转子旋转产生的感应电动势为

$\large u_{br}\left( t \right) =m\left[ u_1\left( t \right) \cos \theta +u_2\left( t \right) \sin \theta \right] =mU_m\sin \left( w_0t+\theta \right)$

2.脉冲编码器

利用脉冲信号记录位移的数字量传感器，可分为增量型编码器和绝对型编码器。

(1)增量型编码器(旋转型)

由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是 B 相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度。

增量型编码器一般应用于测速，测转动方向，测移动角度、距离(相对)。

(2)绝对型编码器(旋转型)

（a）二进制编码盘

（b）循环编码盘

绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数。在二进制码盘中，外层为最低位，里层为最高位。

循环码盘的特点是在相邻二扇面之间有一个码发生变化，因而当读数改变时，只有一个光电管处在交界面上。即使发生读错，也只有最低一位的误差，不会产生“粗大误差”。

光电编码盘的分辨率为360°/N，对增量式码盘N是旋转一周的记数总和。对绝对式码盘 $\large N=2^n$ ，n是输出字的位数。

3.光栅传感器

计量光栅有长光栅和圆光栅两种，是数控机床和数显系统常用的检测元件，具有精度高、响应速度较快等优点。

长光栅G1装在机床的移动部件上，称为标尺光栅，短光栅G2装在机床的固定部件上，称为指示光栅，两块光栅互相平行并保持一定的间隙(例如0.05mm，0.1mm等)，两块光栅的刻线密度相同。

如果将指示光栅在其自身的平面内转过一个很小的角度 $\large \theta$ ，这样两块光栅的刻线相交，则在相交处出现黑色条纹，称为莫尔条纹。当 $\large \theta$ 很小时，莫尔条纹的间距 $\large W$ 为

$\large W=\frac{\omega}{\theta}$

上式表明莫尔条纹的节距是光栅栅距的 $\large \frac{1}{\theta}$ 倍，当标尺光栅移动时，莫尔条纹垂直于光栅移动方向移动。当光栅移动一个栅距 $\large \omega$ 时，莫尔条纹相应准确地移动一个节距 $\large W$ 。所以只要读出移动莫尔条纹的数目，就可以知道光栅移过了多少个栅距，而栅距在制造光栅时是已知的，所以光栅的移动距离就可以通过电气系统自动地测量出来。

4.感应同步器

利用两个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理组成的。用来测量直线或转角位移。

当一个矩形线圈通以电流I后，如图(a)所示，两根竖直部分的但愿导线周围空间将形成环形封闭磁力线。在任一瞬间，如(b)所示，因为通的是交流电，由单元左导线所形成的磁场1~2区间的磁感应强度由1到2逐渐减弱，近似斜线 $\large B_1$ 所示.而由单元右导线所形成的磁场1~2区间的磁感应强度由2到1逐渐减弱，近似斜线 $\large B_2$ 所示.由于左右导线电流方向相反，故1~2区间产生的磁力线方向一致，就会合成一个类似矩形的近似均匀磁场，它的幅值按激励电流的瞬时值以正弦规律变化。这种在空间位置固定、大小随时间变化的磁场称为脉振磁场。

对于上述矩形波采用谐波分析的方法，可获得基波、3次谐波、5次谐波。图(c)用虚线画出了方波的基波和3次谐波。下述讨论只考虑基波部分，谐波部分设法消除或减弱。这样，磁波密度 $\large B\left( \xi \right)$ 将按位置 $\large \xi$ 作余弦规律分布，并且幅值与电流 $\large i=I_m\sin \omega$ 成正比，即

$\large B\left( \xi \right) =k_1I_m\sin \left( \omega t \right) \cos \left( \pi \xi /b \right)$

式中， $\large b$ 为矩形线圈宽度(m); $\large k_1$ 为比例系数。

当把另一个矩形线圈靠近上述通电线圈时，该线圈将产生感应电动势，其感应电动势将随两个线圈的相对位置的不同而不同。

设感应线圈A的中心从励磁线圈中心右移的距离为x，则穿过线圈A的磁通为

$\large \phi _A=\int_{x-b/2}^{x+b/2}{B\left( \xi \right) d\xi}$

将 $\large B\left( \xi \right)$ 代入上式得

$\large \phi _A=\left( 2b/\pi \right) k_1l_m\sin \omega t\cos \left( \pi x/b \right)$

由此可得感应线圈的感应电动势为

$\large e=\left( 2b/\pi \right) k_1l_m\omega \cos \omega t\cos \left( \pi x/b \right)$

在实际应用中，设励磁电压为 $\large u=U_m\sin \omega t$ ,则感应电动势为

$\large e=k\omega U_m\cos \left( 2\pi x/W \right) \cos \omega t$

式中U_m为励磁电压幅值(V), $\large \omega$ 为励磁电压的角频率(rad/s); $\large k$ 为比例常数，其值与绕组间的最大互感系数有关; $\large k\omega$ 常称为电磁耦合系数; $\large W$ 为绕组节距(m),又称感应同步器的周期， $\large W=2b$ ; $\large x$ 为励磁绕组与感应绕组的相对位移(m)。

从励磁方式来说，可分为两大类：一类是以滑尺（或定子）励磁，由定尺（或转子）取出感应电动势信号；另一类以定尺（或转子）励磁，由滑尺（或定子）取出感应电动势信号。目前在实用中多数用前一类励磁方式。

从信号处理方式来说，可分为鉴相方式和鉴幅方式两种，特征是用输出感应电动势的相位或幅值来进行处理。

感应同步器的优点

(1)具有较高的精度与分辨力

(2)抗干扰能力强

(3)使用寿命长，维护简单

(4)可以作长距离位移测量

(5)工艺性好，成本较低，便于复制和成批生产

5.磁尺

磁尺位置检测装置是由磁性标尺、磁头和检测电路组成，该装置方框图如图所示。磁尺的测量原理类似于磁带的录音原理。

测量线位移时，不导磁的物体可以做成尺形(带形)；测量角位移时，可以做成圆柱形。在测量前，先按标准尺度以一定间隔(一般为0.05mm)在磁性薄膜上录制一系列的磁信号。测量时，磁栅随位移而移动并用磁头读取(感应)这些移动的磁栅信号，使磁头内的线圈产生感应正弦电动势，对这些电动势的频率进行计数，就可以测量位移。

根据数控机床的要求，为了满足在低速运动和静止时也能进行位置检测，必须采用磁通响应型磁头。它由铁芯上两个产生磁通方向相反的励磁绕组和两个串联的拾磁绕组组成，将高频励磁电流通入励磁绕组时，在磁头上产生磁通 $\large \varPhi _1$ 。当磁头靠近磁尺时，磁尺上的磁信号产生的磁通 $\large \varPhi _0$ 进入磁头铁芯，并被高频励磁电流产生的磁通 $\large \varPhi _1$ 所调制。于是在拾磁线圈中感应电压为

$\large U=U_0\sin \frac{2\pi x}{\lambda}\sin \omega t$

式中， $\large U_0$ 为感应电压幅值(V); $\large \lambda$ 为磁尺磁化信号的节距(m); $\large x$ 为磁头相对于磁尺的位移(m); $\large \omega$ 为励磁电流的角频率(rad/s)。

为了辨别磁头在磁尺上的移动方向，通常采用间距为 $\large \lambda$ 的两组磁头，其输出电压为

$\large U_1=U_0\sin \frac{2\pi x}{\lambda}\sin \omega t$

$\large U_2=U_0\cos \frac{2\pi x}{\lambda}\sin \omega t$

$\large U_1$ 和 $\large U_2$ 是相位相差90°的两列脉冲，至于前后关系，则取决于磁尺的移动方向。

6.限位开关

上述的测量都是对连续信号的检测。运动中大量存在限位问题，例如数控机床的运动最大范围，尤其是运动的起点(初始位置确定)，大都采用限位开关确定。限位开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，其作用原理与按钮类似。

限位开关广泛应用于各类机床和起重机械，用以控制其行程，进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度，自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。

7.电位计

电位计通过给变阻器施加电压，并测量变阻器两端的电压来测量运动。电位计是模拟量传感器。

8.红外测距传感器

红外测距传感器是用红外线为介质的测量装置。利用红外测距传感器发射出一束红外光，在照射到物体后形成反射过程，反射到传感器后接收信号，并利用PSD处理发射与接收的时间差数据，经信号处理器后计算出物体的距离。红外测量距离远，频率响应快，适合恶劣的工业环境。

9.超声波传感器

超声波传感器用来测量物体的距离。超声波传感器利用声波换能器发射一组高频声波，一般为40~50Hz，当声波遇到物体后会反弹。通过计算声波从发射到返回的时间，再乘以声波在媒介中的传播速度(344m/s,空气中)，就可以获得物体相对于传感器的距离值。

10.陀螺仪

陀螺仪的基本原理基于：一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时是不会改变的。

今天的文章运动控制系统常用传感器介绍图_常用传感器有哪些「建议收藏」分享到此就结束了，感谢您的阅读。

版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容，请发送邮件至举报，一经查实，本站将立刻删除。
如需转载请保留出处：https://bianchenghao.cn/85944.html