1、TI關進行工業(yè)教學口h目標教學接近開關的應用!知識目標：掌握接近開關的基本工作原理，了解各種接近開關的環(huán)境特性及使用方法，掌握應用接近開技術檢測的方法I能力目標：對不同接近開關進行敏感性檢測，使用霍爾接近開關完成轉動次數(shù)的測量。i素質(zhì)目標：W!?Fr?T?*重點.該學t難點i接近開關的基本工作原理I教學理實一體千實物講解手段！小組討論、協(xié)作教學！學時I10教學內(nèi)容與教學過程設計項目一開關量檢測1理論學習任務一認識接近開關一、霍爾效應型接近開關1.霍爾效應如圖1-2所示，i（從a點至b點），那|霍爾效應的產(chǎn)生是由于運動電荷在磁場作用下受到洛侖茲力作用的結果。把N型半導體薄片放在磁場中，通以固定方

2、向的電流i圖1-2霍爾效應么半導體中的載流子（電子）將沿著與電流方向相反的方向運動。I講解霍爾效應基理，及霍爾電I動勢。i本原圖1-2出爾效應2.霍爾元件霍爾元件的結構簡單，由霍爾片、四根引線和殼體組成，如圖1-3所示。圖1-3霍爾元件H=HHHHHHHHHI3.霍爾原件的性能參數(shù)1）額定激勵電流2）靈敏度KH3）輸入電阻和輸出電阻4）不等位電動勢和不等位電阻5）寄生直流電動勢6）霍爾電動勢溫度系數(shù)4.霍爾開關霍爾開關是在霍爾效應原理的基礎上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，可把磁輸入信號轉換成實際應用中的電信號，同時具備工業(yè)場5.霍爾傳感器的應用1）霍爾式位移傳感器霍爾元件具有結構簡單、體積

3、小、動態(tài)特性好和壽命長的優(yōu)點,參數(shù)的測量，也在位移測量中得到廣泛應用。有功功率及電能它不僅用于磁感應強度、霜晦止件-AvAt吐n惑坳強曲同的傳黑器骷10夜的怖楞傳想煙鈾構柑同的拉牌傳感盟1了解霍爾傳感器Ii的應用。口口1-T霍爾式位移傳感器的工作原理圖2）霍爾式轉速傳感器圖1-8所示的是幾種不同結構的霍爾式轉速傳感器3）霍爾計數(shù)裝置（PA741）放大后，驅動半導圖1-9所示的是對鋼球進行計數(shù)的工作示意圖和電路圖。當鋼球通過霍爾開關傳感器時，傳感器可輸出峰值20mV的脈沖電壓，該電壓經(jīng)運算放大器HHHHHHHHHHHHHHHHHH?H-HHM?一HHH1H-HHHHHHHAKHI體三極管VT(2

4、N5812)工作，輸出端便可接計數(shù)器進行計數(shù)，并由顯示器顯示檢測數(shù)值。*12V帕電裁圖圖1-9霍爾計數(shù)裝置二、光電效應型接近開關1.光電效應光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，這類光致電變的現(xiàn)象統(tǒng)稱為光電效應，如圖1-10所示嚴圖1-10光電效應2.光電管光電管的典型結構如圖電=1-11所示掌握光電管的街頭，區(qū)分兩種光電管的伏安特性曲IHHHHHHHHHH=HHHHI圖1-11光電管的典型結構3 .光電倍增管電倍增管是一種常用的靈敏度很高的光探測器，顧名思義是把微弱光信號轉變成電信號且進行放大的器件，光電倍增管的典型結構和工作原理如圖1-14所示。n?,L.KA結合圖片講解電倍增管的

5、典型結構和工作原理。仙姑梅山）【：件匝那1-144 .光敏電阻光敏電阻是一種基于光電效應制成的光電器件，光敏電阻沒有極性，相當于一個電阻器件。光敏電阻的測量原理如圖1-16所示。電流圖1-165.光電二極管和光電三極管光敏二極管的結構與一般的二極管相似，上面有一個透鏡制成的窗口，以便使光線集中在Of光敏電阻的測量原理其PN結對光敏感。將其PN結裝在管的頂部PN結上。光敏二極管是基于半導體光生伏特效應的原理制成的光電器件。光敏二極管的結構和工作原理如圖1-18所示Ur-pIpI叫結lb）構圖1-18光敏二極管的結構和工作原理6 .光電耦合器件7 ）光電耦合器光電耦合器常見的組合結合圖片講解光電耦

6、光電耦合器的發(fā)光和接收元件都封裝在一個外殼內(nèi)，一般有金屬封裝和塑料封裝兩種形式如圖1-21所示。合器常見的組合形式。4（th圖1-21光電耦合器常見的組合形式8 ）光電開關光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。三、感應型接近開關感應式傳感器也稱為渦流式傳感器，由振蕩器、開關電路及放大輸出電路三部分組成。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場，當金屬目標接近這一磁場，并達到感應距離時，在金屬目標內(nèi)產(chǎn)生渦流，渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的電磁感應參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通斷。

7、傳感器激柚紙罔；心結合圖片講解感I應接近開關原理。怕感底傳感肚的原內(nèi)山朋應接近JF對濯（構圖1-24感應接近開關原理任務二接近開關的應用（一）一、開關電源的基礎知識1 .主電路主電路包含的主要功能模塊如下。（1）!掌握開關電源的I基礎知識。（2）沖擊電流限幅。限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。（3）輸入濾波器。其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。整流與濾/八波。將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。（4/L、逆變。將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關電源的核心部分。輸出整流與濾（5波。根據(jù)負載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。2 .控制電路脈頻，使輸出穩(wěn)定；另一方控

8、制電路一方面從輸出端取樣，與設定值進行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對電源進行各種保護措施3 .檢測電路檢測電路提供保護電路中正在運行中的各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。4.輔助電二、開關電源的選擇與使用iI使用上，開關電源工作效率一般可達到80%吐，遠高于一般穩(wěn)壓器35%60勺轉換效率，1故在其輸出電流的選擇上，應準確檢測或計算用電設備的最大吸收電流，并且按照此電流的1.51.8倍選擇開關電源的額定電流或者功率，以使被選用的開關電源具有高的性價比。任務三接近開關的應用(二)i一、數(shù)顯表簡介！數(shù)顯表輸入信號一般為開關量和模擬量，信號經(jīng)過計數(shù)

9、電路或者模/數(shù)轉換(A/D轉換)，I采用數(shù)碼發(fā)光二極管(LED或液晶屏幕來完成顯示功能，作為檢測器件的顯示終端和人機界i1囿0I二、數(shù)顯表規(guī)格與應用1 .東崎SV8智能傳感器和變送器控制專用數(shù)顯表其特點有以下幾點。(1) 開關電源100240VAC供電。輸入多種標準信號，有使用楙自福甯神420mA可變電阻、TC/RT*,并能點。節(jié)。(3)具有小數(shù)點設定、比率、帶陶峻烈t區(qū)的瞬功能。(4) 485通信功能。(5)帶24/12VDC輔助電源，兩路報警輸出。(6)精度等級為0.3%FS(7)應用范圍有二線制變送器、壓力傳感器、四線制稱重傳感器等，具有mAmM口Vi輸出或者電阻類檢測的傳感器檢測設備。

10、i了解不同種類數(shù)II顯表的規(guī)格及特0502 .DTR600系列智能光柱調(diào)節(jié)儀能力強；可靠性高；有良其特點是：有萬能輸入功能，自動校準和人工校準功能；多重保護、隔離設計、抗干擾好的軟件平臺；具備二次開發(fā)能力，以滿足特殊的功能；具有模塊化結構，功能組合、系統(tǒng)升級方便。三、數(shù)顯表的選用！能夠正確選用數(shù)I挑選一個適用、經(jīng)濟和性價比最佳的數(shù)顯表與設備配套應從以下幾個方面考慮。i顯表。(1) 如果舊設備改造，需要充分了解原來設備的用途、型號、原來使用表頭的外形尺寸和型號、配合的傳感器等，這是進行設備改造的基礎。(2) 若是研制新型產(chǎn)品，需要設定檢測需要達到的目標值。包括需要檢測控制的最小值和最大值；需要達

11、到的控制精度，如果普通試驗室的烘箱為土1.0C,而基準溫度使用的恒溫槽為土0.005C;結構安裝尺寸，在相同條件下，盡可能選用表盤較大的顯示儀表，容易觀察和讀數(shù)；考慮傳感器情況；考慮工作電源；考慮通信接口等。R實訓1 .接近開關的特性檢測2 .接近開關對不同材料的敏感性檢測3 .使用接近開關檢測轉動次數(shù)R思考與練習1 .設想一個使用光電接近開關測量轉速的方案。2 .使用數(shù)顯表配合接近開關設計一個方案，測量傳送帶上輸運物料的個數(shù)3 .上網(wǎng)查找一個接近開關的生產(chǎn)廠家，并介紹其生產(chǎn)接近開關的型號和應用場合。i知識目標：了解位移傳感器檢測的一般方法，掌握各種位移傳感器的量程、精度等檢測性能，掌握直線1

12、型位移傳感器的使用方法，掌握無接觸狀態(tài)下的位移傳感器的使用方法教學能力目標：認識各種位移傳感器及其檢測適應性，裝配使用光柵尺位移傳感器應用系統(tǒng)，使用無接觸超目標聲波位移傳感器實現(xiàn)基本一維定位1素質(zhì)目標:教學重點I各種位移傳感器及其檢測適應性教學光柵尺位移傳感器應用系統(tǒng)難點教學手段i理實一體I實物講解i小組討論、協(xié)作教學學時教學內(nèi)容與教學過程設計1理論學習力項目二位移檢測任務一認識位移傳感器一、電阻尺！將被測量轉換為電阻變化是電阻傳感器的基本思路，電阻式位移傳感器由位移轉換為電I阻的原理如圖2-1(a)所示。對于一般的導體電阻有如下公式R=pIS(2-1)式中，R為電阻|阻值(Q);口為電阻率(

13、Q-mm;I為導體長度(mmS為導體截面積(mm2電刷滑動時，導線是一圈一圈被接入的，長度變化是不連續(xù)的，其與電刷滑動量之間呈現(xiàn)階躍特性。這種躍變限定了變阻器的靜態(tài)靈敏度，而動態(tài)靈敏度則由電刷的質(zhì)量或轉動慣量決定，變阻器的躍變特性如圖2-1(b)I柏皿陽器J見圖2-1變阻器原理及其特性需要注意的是，使用滑線變阻器進行位移檢測時，電刷滑動時會產(chǎn)生動態(tài)接觸電阻，接觸電阻阻值一般不確定，這會對檢測精度產(chǎn)生難以忽略的影響。為改善以上兩個問題，工業(yè)中通常使用直線導電塑料作為變阻器材料，消除了階躍誤差效應，的預緊力裝配成一個部件，外加金屬封裝，形成如圖阻尺，又稱為導電塑料電位計或電壓分配計等。i了解電阻尺

14、的產(chǎn)過程。IIIi將變阻器和電刷施加一定2-2所示的電II卜“心電冏尺小的媚劃曲尺圖2-2電阻尺二、感應同步器感應同步器是利用電磁原理將位移轉換成電信號的一種裝置。根據(jù)用途可將感應同步器分為直線式和旋轉式兩種，分別用于檢測線位移和角位移。在高精度數(shù)字顯示系統(tǒng)或數(shù)控閉環(huán)系統(tǒng)中，圓盤式感應同步器用以檢測角位移信號，直線式感應同步器用以檢測線位移信號。圖2-5所示為感應同步器在機床定位中的應用示例。如圖2-6所示為感應同步器原理，感應同步器由兩個磁耦合部件組成，其工作原理類似i學生分組討論感I1應同步器的有點,I教師總結。于一個多極對的正余弦旋轉變壓器。希尺自虢刪正弓負I結合圖片講解感圖2-6感應同

15、步器原理如圖2-8所示，脈沖發(fā)生器發(fā)出頻率一定的脈沖系列，輸出參考信號方波和指令信號方波，指令信號方波使勵磁供電線路產(chǎn)生振幅頻率相同而相位差為90o的正弦信號電壓和余弦!應同步器原理。信號電壓，供給感應同步器滑尺或者定尺繞組。在定尺上產(chǎn)生感生電動勢，經(jīng)過放大整形后的信號同樣為方波信號，反饋至鑒相器與參考信號進行比較。鑒相器輸出是感應電動勢與參考信號的相位差，即對應的位移值。感應同冊器、變換器指乍信號JJL1SinCosiimi號址圖2-8感應同步器的鑒相控制示例三、磁柵尺與錄音技術相似，通過記錄磁頭在磁性尺（或盤）上錄制出間隔嚴格相等的磁波，稱為磁柵的一個重要特點是磁柵尺與磁頭處于接觸式的工作

16、狀態(tài)。磁柵的工作原理是磁電轉磁柵。換，為保證磁頭有穩(wěn)定的輸出信號幅度，考慮到空氣的磁阻很大，磁柵尺與磁頭之間不允許存在較大和可變的間隙，最好是接觸式的。因此，帶型磁柵在工作時磁頭是壓在磁帶上的，這樣即使帶面有些不平整，磁頭與磁帶也能良好的接觸。線型磁柵的磁柵尺和磁頭之間約有0.01mm的間隙，由于裝配和調(diào)整不可能達到理想狀態(tài)，故實際上線型磁柵也處于準接觸式的工作狀態(tài)。i教師講解磁柵的I!工作原理，學生分i析其特點。圖2-9磁柵尺四、光電編碼器I1.增量式光電編碼器I增量式光電編碼器由光柵盤（碼盤）和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板I上等分地開通若干個長方形孔。由于光電編碼盤自身有旋轉

17、軸，當旋轉軸旋轉時，經(jīng)光電二I極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖i的個數(shù)就能反映編碼器軸的轉速或者加速度。光電編碼器系統(tǒng)結構如圖2-12所示。為判斷旋I轉方向，碼盤提供相位差90。的兩組透光孔，組成辨向系統(tǒng)，通過電路判斷正轉還是反轉，1在一般的光電編碼系統(tǒng)中，這兩組編碼稱為為了實現(xiàn)A、B相，如圖2-13外圈和中圈虛線所示。另外，Z相發(fā)出定位，增加了Z相作為基準，由零位脈沖，作為轉動的起始點，如圖13內(nèi)圈虛線所示。碼盤AU轉軸慟P輸出JUUI圖2-12光電編碼器系統(tǒng)結構!教師講解增II量式光電編碼器！和絕對式光電編II碼器原理，學生分I組討論兩者的不

18、i同。2,絕對式光電編碼器原理除了增量式光電編碼器之外圖2-13A、BZ三相光電編碼盤2-14所示還有一種絕對式光電編碼器，其原理如圖IlOOOlrttl徂陰R圖2-14絕對式光電編碼器原理任務二直線型光柵位移傳感器的應用一、光柵尺計量光柵光柵是一種在基體上刻制有等間距均勻分布條紋的光學元件，用于位移檢測的光柵稱為光柵尺外形如圖2-16所示,圖2-16光柵尺通過光電傳感器透射光柵的光路如圖2-17所示，從上向下透過兩個光柵在光電傳感器上產(chǎn)生莫爾條紋的明暗變化次數(shù)實現(xiàn)檢測WOI圖2-17透射光柵的光路1,光柵檢測原理莫爾條紋有如下重要特性對線紋的刻畫誤差有平均抵消作用,能在很1掌握光柵傳感器(1

19、)莫爾條紋由光柵的大量刻線共同形成HHHHHHHHHHH一HHHHHHH1HHHHHHHHHI大程度上消除短周期誤差的影響。也就是說，光柵上刻畫的條紋誤差對明暗條紋的影響相對降低，這樣可更容易制造！的組成及原理光柵。（2）兩個光柵相對運動時（光柵條紋的垂直方向），莫爾條紋也在上下運動，移動一個柵距（兩個光柵條紋之間的距離），在光電傳感器上某一點的光強也變化一個周期。，（3）莫爾條紋的間距與兩個光柵條紋夾角的關系為B=W2sin02-W（2-5）式中，B為|莫爾條紋的間距（m;W為光柵柵距（m;0為兩個光柵之間的夾角（）。i光電元件接收莫爾條紋移動時光強的變化，則將光信號轉換為如圖2-18所示的

20、光強信1號，圖2-18光柵位移明暗位置與光強之間的關系在光電傳感器件的固定位置上，光強弱的信i號實際上是由明暗位置關系決定的（如圖2-18上部所示某一光電器件部位的光接收信號，黑I色代表無光，白色代表有光）。i，皿m皿圖2-18光柵位移明暗位置與光強之間的關系2 .辨向原理為了判斷方向，可以使用兩套光電轉換裝置。令它們在空間的相對位置有一定的關系，從而保證它們產(chǎn)生的信號在相位上相差1/4周期，如圖2-19所示，標尺光柵可分為上下兩個部分，兩個部分柵距相同，下光柵比上光柵錯后1/4柵距，即1/4周期。同樣，在接收光強的地方設置兩個光電傳感器，分別為光敏元件1和光敏元件2。圖2-19兩個相位差1/

21、4周期的標尺光柵如圖2-20所示，當光柵正向移動時，光敏元件2比光敏元件1先感光，此時，與門Y1!有輸出，它控制加減觸發(fā)裝置，使可逆計數(shù)器的加法母線為高電位圖2-20辨向系統(tǒng)流程I結合圖2-20講解i辨向系統(tǒng)流程。3 .細分技術簡介二、光柵檢測系統(tǒng)的幾個關鍵問題1.檢測精度HHHHKMHHHHHHHHHHHHHBHVHHH一一HHnHHHHHHAKHH=HH光柵線位移傳感器的檢測準確度，首先取決于標尺光柵刻線劃分度的質(zhì)量和指示光柵掃描的質(zhì)量（柵線邊沿清晰至關重要），其次才是信號處理電路的質(zhì)量和指示光柵沿標尺光柵導向的誤差。影響光柵尺檢測準確度的因素主要是在光柵整個檢測長度上的位置偏差和光柵一個

22、信號周期內(nèi)的位置偏差。2.信號處理為了保證檢測的精度，除了對光柵的刻劃質(zhì)量和運動精度有要求外，還必須對光柵的莫爾條紋信號的質(zhì)量加以要求，因為這影響電子細分的度和檢測步精度，也就是影響光柵檢測信號的細分數(shù)（倍頻數(shù)）和檢測分辨力（檢測步距）。柵距的細分數(shù)和準確性也影響光柵檢測系統(tǒng)的準確距。對莫爾條紋信號質(zhì)量的要求主要是信號的正弦性和正交性要好，信號直流電平漂移要小對讀數(shù)頭中的光電轉換電路和后續(xù)的數(shù)字化插補電路要求頻率特性好，才能保證檢測速度大o3 .光柵的參考標記和絕對坐標1）光柵絕對位置的確立為了縮短回零位的距離，一般設計了在檢測全長內(nèi)按距離編碼的參考標記，每當經(jīng)過兩個參考標記后就可以確定光柵尺

23、的絕對位置OI學生分組討論光2）絕對坐標傳感器I柵尺在使用過程j中經(jīng)4 .光柵制作材料及熱性能常出現(xiàn)的問光柵尺在20C士0.1C的環(huán)境中制造，光柵的熱性能直接影響到檢測精度，在使用上,光柵尺的熱性能最好I題及解決方法。和檢測的對象的熱性能一致。考慮到不同的使用環(huán)境，光柵尺刻度的載體具有不同的熱膨脹系數(shù)。5.光柵尺故障及處理三、光柵尺專用數(shù)顯表頭圖2-22所示為機床常用的光柵尺專用數(shù)顯表,光柵尺指示光柵所處在標尺光柵的位置顯示到如圖所示的左上部分，分為x、y和z三個方向,據(jù)此可實現(xiàn)空間上三個坐標的定位o聲波位移傳感器的工作特性圖2-22光柵尺數(shù)顯表任務三超超聲波位移傳感器如圖2-28所示為超聲波

24、傳感器。圖2-28超聲波傳感器工業(yè)上，多將超聲波傳感器制成一體封裝，類似于接近開關，輸出模擬量，如圖2-29I所示。超聲波傳感器的檢測范圍取決于其使用的波長和頻率。波長越長，頻率越小，檢測距離越大，如具有毫米級波長的緊湊型傳感器的檢測范圍為300500mm破長大于5mm的傳！感器檢測范圍可達8一些傳感器具有較窄的6聲波發(fā)射角，因而更適合精確檢測較小的I物體；另一些聲波發(fā)射角在1215的傳感器能夠檢測具有較大傾角的物體。Ji圖2-29工業(yè)測距超聲波傳感器由于風、鼓風機、氣動設備或其他來源的氣流可以使超聲波的傳播方向偏轉或擾亂其路徑，如圖2-30所示，這樣傳感器將不能識別目標物體的正確位置。在某些

25、情況下，可以加裝防風擋板以減小影響。還需要注意的是，一個垂直于聲波軸的平直的目標物體將把大部分的能量反射回傳感器。隨著角度的變大，傳感器接收到的能量將減少。在某一點上，傳感器將不能“看到”目標物體，如圖2-31所示。因此，在檢測過程中，需要注意調(diào)整超聲波傳感器檢測頭對檢測面的姿態(tài)!分組討論氣流對i超聲波檢測的影!響。圖2-30氣流對超聲波檢測的影響12-24VIX+圖2-31反射面角度對超聲波檢測的影響在檢測時，超聲波傳感器引線為5條，如圖2-33所示。電源引線為棕線和藍線，其中藍線為共地線，檢測中，如果僅需要知道是否達到規(guī)定的距離，可以采用開關量檢測，即黑色引線和棕色引線；如果需要采用白色引

26、線和藍色圖2-34所示的傳感器中的燈亮則表示為模擬量為開關聚輸潮具體的距離，則需引線。具體的設置可在如通過按鍵進行設置，左側輸出，右側的燈亮則表示4-20IHAIV(M0Vtx.圖2-33超聲波傳感器引線圖2-34設置檢測輸出端口教學常用的位移檢測特點及位移傳感器的基本選用原則,;能力目標：了解工業(yè)中R實訓力1.認識電阻式位移傳感器。2,光柵尺精密位移檢測系統(tǒng)。3.超聲波位移傳感器的特性檢測。R思考與練習】1 .從網(wǎng)上查找生產(chǎn)電阻尺的生產(chǎn)廠家，試述各廠家的技術優(yōu)勢。2 .請設計一套光柵尺的檢查規(guī)程，以保證光柵尺可以正常使用。3 .根據(jù)超聲波傳感器的實訓過程，請設計超聲波傳感器的使用說明書知識目

27、標：了解位移傳感器檢測的一般原理和使用條件，掌握各種位移傳感器的量程和精度等檢測性能目標I素質(zhì)目標：各種位移傳感器的量程和精度等檢測性能宵.i各種位移傳感器的量程和精度等檢測性能難點教學！理實一體手段I實物講解段小組討論、協(xié)作教學學時I6教學內(nèi)容與教學過程設計HHH項目三精密位移檢測系統(tǒng)1理論學習一、電容式傳感器任務一高精度位移傳感器的應用3-1所示。電容式傳j電容式傳感器實質(zhì)上是利用電容自身性質(zhì)進行檢測的傳感器，如圖感器原理基于以下公式C=A/do圖3-1電容式傳感器1.電容式傳感器的分類講解電容式傳感器原理及常見介質(zhì)的相對介電常數(shù)。1)變面積型電容傳感器川止創(chuàng)轉血，勵結合圖片講解各種形式的

28、傳感器及其特點。W圖3-2電容傳感器的形式2)極距變化型電容傳感器如圖3-3(a)所示，如平行電容器兩個極板間覆蓋面積和極間介質(zhì)不變，則其電容量極距越小則靈敏度Ci與極距呈現(xiàn)非線性關系。靈敏度與極距二次方成反比，所示。越高，如圖3-3(b)IIIL威即變化!6電容結恂耐刪亞陽即電容特根據(jù)圖3-3引導學生討論電容的變化量及靈敏度。圖3-3極距變化型電容傳感器結構與特性3-4所!在實際應用中，為了提高傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性，常常采用差動式結構，如圖示。n2,這樣可以保證入射到光纖內(nèi)的光波集中在芯子內(nèi)傳輸。當光線以各種不同角度入射光線在該處有一部分透射,到芯子并射至芯子與包層的交界面時,一部分反射。

29、但當光線在纖維端面中心的入射角0小于臨界入射角0C時，光線就不會透射出界面，而全部被反射。光在界面上經(jīng)無數(shù)次反射，呈鋸齒形狀路線在芯內(nèi)向前傳播，最后從光纖的另一端傳出，這就是光纖的導光原理。4 .光導纖維的主要參數(shù)(1)數(shù)值孔徑是光纖的一個重要性能參數(shù)，它表示光纖的集光能力。光纖的集光能力越強，光纖與光源之間的耦合越容易。(2)光纖的第二個性能參數(shù)是色散。當一個光脈沖信號通過光纖時,輸出端的光脈沖被展寬，出現(xiàn)明顯失真，這種現(xiàn)象稱為色散。色散影響著光纖傳輸信息的容量。由于光纖的信息容量很大，用其制作傳感器，色散不是主要問題。(3)光纖的另一個性能參數(shù)是傳輸損耗。當光從光纖的一端射入從另一端射出時

30、，光強將i減弱，光在光纖中傳播時產(chǎn)生了損耗。導致傳輸損耗的原因主要是光吸收和光散射。5 .光纖傳感器的工作原理光纖傳感器是一種將被測對象的狀態(tài)轉變?yōu)榭蓽y的光信號傳感器。光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制器，在調(diào)制器內(nèi)與外界被測參數(shù)的相互作用，使光的光學性質(zhì)，如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號，再經(jīng)過光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測參數(shù)。整個過程中，光束經(jīng)由光纖導入，通過調(diào)制器后再射出，其中光纖的作用首先是傳輸光束，其次是起到光調(diào)制器的作用。6 .光纖傳感器的分類1)功能型光纖傳感器光纖一方面起傳輸光的作用，另一方面是敏感元件，是靠被測物理

31、量調(diào)制或影響光纖的傳輸特性，把被測物理量的變化轉變?yōu)檎{(diào)制的光信號。因此，光纖具有“傳”和“感”的功！教師講解功能型I光纖傳感器及非I1HHHHHHHHHH1HHHHHHHHHHHHHHHHHH能。光纖的輸出端采用光電器件，所接受的光信號便是被測量調(diào)制后的信號，并使其轉變?yōu)殡娦盘?。此類傳感器的?yōu)點|功能型光纖傳感是結構緊湊、靈敏度高，但是它需用特殊光纖和先進的檢測技術，1器的原理，學生分i1一，、工-II析其異同點。因此，成本高。如光纖陀螺、光纖水聽器等。2）非功能型光纖傳感器在非功能型傳感器中，光纖不是敏感元件，即只“傳”不“感?！彼抢迷诠饫w的端面或在兩根光纖中間，放置光學材料及機械式或光

32、學式的敏感元件，感受被測物理量的變化。此類光纖傳感器無需特殊光纖及其他特殊技術，比較容易實現(xiàn)，成本低，但靈敏度也較低，應用于對靈敏度要求不太高的場合。目前，已實用化的光纖傳感器，大都是非功能型的。R實訓力1 .認識電感式高精度位移傳感器2 .高精度激光位移傳感器檢測物體高度差R思考與練習力1.請設想一下如果將位移傳感器作為檢測物體表面粗糙度的儀器，使用電感式位移傳感測頭需要什么要求，可根據(jù)表面粗糙度的國家標準進行檢測設計。器檢測物體表面，對于檢2.高精度激光位移傳感器的檢測是非接觸的，請思考能否使用激光位移傳感器作為檢測物體表面粗糙度的傳感器。3.在工業(yè)批量生產(chǎn)中有很多項目需要連續(xù)檢測，要求檢

33、測速度能跟得上流水線生產(chǎn)的速度。請思考并論述：在高速度檢測過程中，使用激光位移傳感器和電感高精度位移傳感器在原理上是否可行。I知識目標：了解速度傳感器檢測的一般原理和使用條件，掌握各種速度傳感器的量程、精度等檢測性能。i能力目標:教學目標認識磁電式速度傳感器及其檢測適應性，了解工業(yè)中常用的速度檢測特點及位移傳感器的基i素質(zhì)目標：I本選用原則教學各種速度傳感器的量程、精度等檢測性能重點教學難點!各種速度傳感器的量程、精度等檢測性能教學手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學學時教學內(nèi)容與教學過程設計項目四速度和加速度檢測系統(tǒng)1理論學習力任務一認識速度傳感器測速發(fā)電機傳感器的要求測速發(fā)電機(tach

34、ogenerator)是一種檢測機械轉速的電磁裝置。它能把機械轉速變換成電壓信號，其輸出電壓與輸入的轉速成正比關系。自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的要求，主要是精確度高、靈敏度高、可靠性好等，具體如下。(1)(2)(3)(4)輸出電壓與轉速保持良好的線性關系。剩余電壓(轉速為零時的輸出電壓)要小。輸出電壓的極性和相位能反映被測對象的轉向。溫度變化對輸出特性的影響小。輸出電壓的斜率大，即轉速變化所引起的輸出電壓的變化要大。摩擦轉矩和慣性要小。i了解對測速發(fā)電i機傳感器的要求。二、直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機實際上是一種微型直流發(fā)電機，按勵磁方式可分為兩種類型。圖示為電磁式測速發(fā)電機4-2所!原理，定子

35、常為二極，勵磁繞組由外部直流電源供電，通電時產(chǎn)生磁場。目前，我國生產(chǎn)的CD系列直流測速發(fā)電機為電磁式。永磁式測速發(fā)電機原理如圖4-3所示。定子磁極由永久磁鋼做成。永磁式測速發(fā)電機由于沒有勵磁繞組，所以可省去勵磁電源，具有結構簡單、使用方便等特點。9-圖4-2電磁式測速發(fā)電機原理?FrAL(5)(6)圖4-3永磁式測速發(fā)電機原理影響直流測速發(fā)電機誤差的因素有以下幾種。1 .電樞反應的影響當直流測速發(fā)電機帶負載時，負載電流流經(jīng)電樞，產(chǎn)生電樞反應的去磁作用，使電機氣隙磁通減小。因此，在相同轉速下，負載時電樞繞組的感應電動勢比空載時電樞繞組的感應電動勢小。負載電阻越小或轉速越高，電樞電流就越大，電樞反

36、應的去磁作用越強，氣隙磁通減小的越多，輸出電壓下降越顯著，致使輸出特性!結合圖片講解電II磁式測速發(fā)電機i及永磁式測速發(fā)電機原理。向下彎曲。2?電刷接觸電阻的影響HHHHHHHHHZHZHH=HHHHHHHH使輸出電壓降低。電刷接觸電阻是非線性的,接觸電阻大，接測速發(fā)電機帶負載時，由于電刷與換向器之間存在接觸電阻，會產(chǎn)生電刷的接觸壓降，觸壓降也大；電樞電流較大時，只有電樞電流較大，電流密度它與流過的電流密度有關。當電樞電流較小時，接觸電阻小?？梢娊佑|電阻與電流成反比。達到一定數(shù)值后，刷接觸壓降的影響時，直流測速發(fā)電機的輸出特性如圖才可近似認為電刷接觸壓降是常數(shù)?？紤]電4-6所示。教師講解影響直

37、流測速發(fā)電機誤差的因素，學生分組討論解決辦法。fl圖4-6考慮電刷接觸壓降后的輸出特性3,電刷位置的影響電機正反轉時輸出電壓不當直流測速發(fā)電機帶負載運行時，若電刷沒有嚴格地位于幾何中性線上，會造成測速發(fā)完全相等。這是因為當電刷偏離幾何中性線一個不大對稱，即在相同的轉速下，測速發(fā)電機正反向旋轉時，輸出電壓不的角度時，電樞反應的直軸分量磁通在一種轉向下起著去磁作用，而在另一種轉向下起著增磁作用。因此，在兩種不同的轉向下，盡管轉速相同，但電樞繞組的感應電動勢不相等，其輸出電壓也不相等。4,溫度的影響電磁式直流測速發(fā)電機在實際工作時,由于周圍環(huán)境溫度的變化以及發(fā)電機本身發(fā)熱發(fā)電機各種損耗引起），都會引

38、起發(fā)電機中勵磁繞組電阻的變化。阻增大。這時即使勵磁電壓保持不變，勵磁電流也將減小，磁通也隨之減小，導由當溫度升高時，勵磁繞組電致電樞繞組的感應電動勢和輸出電壓降低。銅的電阻溫度系數(shù)約為0.004C,C-1，即當溫度每升高25其電阻值相應增加10淅以，溫度的變化對電磁式直流測速發(fā)電機輸出特性的影響是很大的。5.紋波的影響實際上直流測速發(fā)電機，在和n為定值時，其輸出電壓并不是穩(wěn)定的直流電壓，而總是帶有微弱的脈動，通常把這種脈動稱為紋波。引起紋波的因素很多，主要由電機本身的固有結構及加工誤差引起。電樞繞組的電動勢是每條支路中電樞元件電動勢的疊加。由于發(fā)電機中每個電樞元件的感應電動勢是變化的，所以電樞

39、電動勢也不是恒定的，即存在紋波。增加每條支路中串聯(lián)的元件數(shù)，可以減小紋波。由于工藝所限，電機的槽數(shù)、元件數(shù)及換向片數(shù)不可能無限增加，所以輸出電壓不可避免要產(chǎn)生脈動。另外，由于電樞鐵芯有齒有槽，氣隙不均勻，鐵芯材料的導磁性能各向相異等，也會使輸出電壓中紋波幅值上升。三、交流異步測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機分為同步測速發(fā)電機和異步測速發(fā)電機兩大類。同步測速發(fā)電機又分為永磁式、感應子式和脈沖式三種。教師結合圖片講異步測速發(fā)電機按其結構可分為鼠籠轉子和空心杯轉子兩種。它的結構與交流伺服電動機相同。鼠籠解異步測速發(fā)電轉子異步測速發(fā)電機輸出斜率大，但線性度差，相位誤差大，剩余電壓高,般只用在精度要求不高的控制機的工作原理。量也小，性能穩(wěn)定。系統(tǒng)中。空心杯轉子異步測速發(fā)電機的精度較高，轉子轉動慣空心杯轉子異步測速發(fā)電機的工作原理如圖4-8所示。空心杯轉子可以看成一個鼠籠導條數(shù)目很多的鼠籠轉子。當電機的