容栅位移传感器的集成块由控制逻辑电路

容栅位移传感器的集成块由控制逻辑电路
容栅位移传感器的集成块由控制逻辑电路

容栅位移传感器的集成块由控制逻辑电路、数据处理电路、LCD 数码显示驱动、8路驱动输出、反射信号放大及信号处理电路和晶振等组成。晶振的信号通过分频器分频后送到8路驱动电路进行相移,然后形成8路驱动信号,每路信号之间相位相差pi/ 4,这8路信号送到芯片的5~12引脚,再加到动栅板,反射回来的信号通过17引脚进入信号放大电路,再把放大后的信号与分频器输出信号进行信号处理和数据处理,控制逻辑的作用是进行公英制转换、清零和数据输出等。LCD数码驱动器把位移数据变换成12LCD 驱动信号,直接与液晶屏相连,显示位移量。

这是郝卫东论文里的:(作参考)

(2)容栅传感位移显示原理

采用容栅位移测量原理设计的超大规模集成电路型号很多,如:数显卡尺集成块78102, M 7003等,它们内部电路结构是一样的,只是有的芯片功能脚引出多一点,有些引出少一点。从图2上可看出作容栅位移传感器的集成块由控制逻辑电路、数据处理电路、LCD 数码显示驱动、8路驱动输出、反射信号放大及信号处理电路和晶振等组成。晶振的信号通过分频器分频后送到8路驱动电路进行相移,然后形成8路驱动信号,每路信号之间相位相差pi/ 4,这8路信号送到芯片的5~12引脚,再加到动栅板,反射回来的信号通过17引脚进入信号放大电路,再把放大后的信号与分频器输出信号进行信号处理和数据处理,控制逻辑的作用是进行公英制转换、清零和数据输出等。LCD数码驱动器把位移数据变换成12LCD 驱动信号,直

接与液晶屏相连,显示位移量。

芯片引脚33至59为液晶显示驱动脚,直接可以与LCD 相连,57脚输出驱动显示“inch ”表示英制显示。其中53,54,55脚为第6位LCD ,大部分数显卡尺不用,因此不必引出。5脚至12脚为8路驱动输出引脚,17脚为反射接收输入脚,13脚与14脚接晶体,通常采用150kHz 或180kHz 的晶体。27脚为双功能引脚,当27脚接VDD 时, LCD 显示清零,27脚同时又是串行输出的CP 端( 同步脉冲输出端) ,28脚为串行输出的 D 端( 串行数据输出图2芯片内容结构端) ,32脚为公英制转换脚,每接一次VDD ,就转换一次公英制。3脚接VR ( -115V ) 为固定公制。31脚接VR ( -1.5V ) 为倍显功能,显示数为实际值的两倍,这用于机床数显中的直径显示。25脚接VDD 改变方向,也就是说,如果动栅左移为数据增加方向,接25脚后,则变为数值减少方向。

容栅位移传感器

第17卷 第1期 桂 林 电 子 工 业 学 院 学 报V o l .17,N o .1 1997年3月JOURNAL OF GU I L IN INSTITUTE OF EL ECTRON I C TECHNOLOG Y M ar .1997  1996-08-26收稿,1997-01-07修改定稿 作者 男 32岁 大学本科 工程师 桂林 541004 容栅位移传感器 郝卫东 (电子机械工程系) 摘 要 通过对容栅专用集成电路78102的内部结构的分析,得出实际数显卡尺位移测量的工作原 理和实际测量数据的取得过程,依此推导出容栅的栅条宽度尺寸和对动栅、定栅的具体要求, 最后对串行数据输出口扩展应用作了探讨。 关 键 词 电子数显卡尺;容栅传感器;专用集成电路 中图法分类 TN 454 引 言 目前许多文章和教科书都提到容栅的工作原理,但不论是调幅式还是调相式,介绍都不深入,离实际应用还有很大距离。对于容栅研究者来说,想设计专用容栅集成块完全不可能,如果用一般硬件,如单片机、PC 机和数字电路来设计容栅位移传感器,由于杂散电容影响也无法实现。现有的数显卡尺芯片对栅条的宽度有固定而严格的要求,这一点在设计滚动式容栅直线位移传感器时,作者有较深的体会。 对容栅的研究是从1989年容栅数显卡尺开始的。当时查阅了大量资料并请人帮助查找各国专利资料,收集到的有价值的资料有限,无法帮助解开其中之谜,于是便开始了对容栅数显卡尺的测试分析实验。在研究过程中内部资料RCL SE M I CONDU CTOR S L I M IT ED 给予了很大帮助。 1 工作原理 容栅数显卡尺动尺和定尺的结构和安装示意图如图1所示。图中动尺上排列一系列尺寸相同、宽度为l 0的发射极片1,2,3…8,用E 表示,公共接收极为R ,定尺上均匀排列着一系列尺寸相同、宽度和间隙各为4l 0的反射电极片M 1,M 2,…电极片间互相电绝缘。动尺和定尺的电极片面相对,平行安装。当发射电极片1,2,…8分别加以激励电压E 1,E 2,…E 8时,通过电容耦合在反射极片上产生电荷,再通过电容在公共接收极上产生电荷输出。

第一章习题答案:说课材料

第1章 传感器基础知识 1.什么是传感器?传感器由哪些部分组成? 传感器:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分;转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。 传感器一般由敏感元件、传感元件、测量转换电路等部分组成。 2.传感器是如何分类的? 最常用的分类方法有两种:一种是按被测物理量来分;另一种是按传感器的工作原理来分。 按被测物理量划分的传感器常见的有以下几种: 温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理划分的传感器主要有以下几种: 电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、压电式传感器、光栅传感器、磁栅传感器、电化学式传感器。 3.传感器的主要静态特性有哪些? 传感器静态特性的主要技术指标有:灵敏度、线性度、迟滞、重复性等。 4.从哪些方面可以理解传感器在数控机床中的用途? 1、监视重要点的温度,如轴温度、压力油温度、润滑油温度、冷却空气的温度、电动机绕组温度等。 2、测量位置,如刀具、工件的位置等。 3、测量力和加速度,如工件的夹紧力等。 4、测量机械位移、角位移,如转轴转角、工件和刀具的位移等。 5.什么是电阻式传感器?有哪几种类型? 电阻式传感器:能将被测的非电量(如位移、应变、温度、湿度等)的变化转换成导电材料电阻的变化的装置。 常用的几种类型:电阻应变式传感器、电位器传感器、热敏电阻传感器、气敏电阻传感器、光敏电阻传感器、磁敏电阻传感器等。 6.什么是电容式传感器?分哪几类?简述其工作原理。 电容式传感器:以各种类型的电容器作为敏感元件,将被测物理量的变化转换为电容量的变化,再由转换电路(测量电路)转换为电压、电流或频率,以达到检测目的的传感器。 电容式传感器有三种类型:变面积式、变极距式、变介电常数式。 工作原理:当忽略边缘效应时,其电容量为:d A C ε= 。 在A 、d 、ε 这三个参量中, 改变其中任意一个量均可使电容量C 改变。也就是说,电容量C 是A 、d 、ε 的函数。因此,被测量的变化,引起A 、d 、ε 的变化,导致C 的变化,只要检测到C 的变化,就可以间接

磁栅位移传感器在步进电机控制系统中的应用

磁栅位移传感器在步进电机控制系统中的应用 摘要: 介绍了磁栅位移传感器的结构及其工作原理, 详述了磁栅传感器在塑壳式断路器智能测控系统中的应用, 由步进电机、磁栅位移传感器、西门子 PLC 组成的控制系统实现了对步进电机的闭环控制, 提高了步进电机的控制精度, 降低了控制系统的成本, 在现场中取得了良好的控果。 关键词: 磁栅位移传感器; 步进电机; PLC; 闭环控制 1.引言 步进电机是一种离散运动装置, 它和现代数字控制技术有着密切的联系。在目前国内的数字控制系统中, 步进电机的应用十分广泛。但传统的步进电机的控制方式为开环控制, 启动频率过高或负载过大, 易出现丢步或堵转的现象, 停止时转速过高易出现过冲的现象, 为保证其控制精度, 应处理好升、降速问题。针对步进电机控制中丢步或失控的情况, 采用磁栅位移传感器作为位置检测装置, 通过检测步进电机的位移, 并把位移信号转换为脉冲信号反馈给PLC 实现闭环控制, 使步进电机的控制性能达到和交流伺服电机一样的控制效果, 同时降低了控制系统的成本。 2. 磁栅位移传感器的结构和工作原理 2.1 结构及工作原理 磁栅位移传感器利用磁栅与磁头的磁作用进行测量。它是一种新型的数字式传感器利用磁栅与磁头的磁作用进行测量, 成本较低且便于安装和使用。当需要时, 可将原来的磁信号 (磁栅 )抹去, 重新录制。还可以安装后再录制磁信号, 这对于消除安装误差以及提高测量精度都是十分有利的。可以采用激光定位录磁, 因而精度较高, 可达0. 01 mm /m分辨率为 1~ 5 m。磁栅位移传感器由磁栅尺、磁头和检测控制电路组成。磁栅尺是由在不导磁材料制成的基上镀一层均匀的磁膜, 录上间距相等、极性正负交错的磁信号栅条制成的。图1中 NN 和 SS分别为正负极性的栅条。磁头有动态磁头 (速度响应式磁头 )和静态磁头 (磁通响应式磁头 )两种。动态磁头绕组, 它与磁栅尺相对静止时也能有信号输出。静有一个输出绕组, 只有在磁头和磁栅尺产生相对运动时才能有信号输出。静态

位移传感器(中英对照)

位移传感器又称为线性传感器,它分为电感式位移传感器,电容式位移传感器,光电式位移传感器,位移传感器超声波式位移传感器,霍尔式位移传感器。电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件,接通电源后,在开关的感应面将产生一个交变磁场,当金属物体接近此感应面时,金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量,使振荡器输出幅度线性衰减,然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。 简介 电感式位移传感器具有无滑动触点,工作时不受灰尘等非金属因素的影响,并且低功耗,长寿命,可使用在各种恶劣条件下。位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。 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。 原理 计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。“莫尔”原出于法文Moire,意思是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现,当两层薄丝绸叠在一起时,将产生水波纹状花样;如果薄绸子相对运动,则花样也跟着移动,这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说,只要是有一定周期的曲线簇重叠起来,便会产生莫尔条纹。计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种;按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅;按其用途可分为直线光栅和圆光栅。下面以透射光栅为例加以讨论。透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线,a为刻线宽,b为两刻线之间缝宽,W=a+b称为光栅栅距。目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移,需要两块光栅。一块光栅称为主光栅,它的大小与测量范围相一致;另一块是很小的一块,称为指示光栅。为了测量位移,必须在主光栅侧加光源,在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时,由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动,固定在指示光栅侧的光电元件,将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用,使得信号为脉动信号。 信号处理 辨向原理 在实际应用中,位移具有两个方向,即选定一个方向后,位移有正负之

容栅传感器简介

容栅传感器 Capacitive 容栅传感器是一种新型位移数字式传感器,它是一种基于变面积工作原理的电容传感器。因为它的电极排列如同栅状,故称此类传感器为容栅传感器。与其他大位移传感器,如光栅、磁栅等相比,虽然准确度稍差,但体积小、造价低、耗电省和环境使用性强,广泛应用于电子数显卡尺、千分尺、高度仪、坐标仪和机床行程的测量中。 11.5.1 结构及工作原理 根据结构形式,容栅传感器可分为三类,即直线容栅、圆容栅和圆筒容栅。其中,直线容栅和圆筒容栅用于直线位移的测量,圆容栅用于角位移的测量,直线型容栅传感器结构简图如图11-25所示。 图11-23 直线型容栅传感器结构简图 a)定尺、动尺上的电极b)定尺、动尺的位置关系c)发射电极和反射电极的相互关系 1-反射电极2-屏蔽电极3-接收电极4-发射电极 容栅传感器由动尺和定尺组成,两者保持很小的间隙δ,如图11-23b所示。动尺上有多个发射电极和一个长条形接收电极;定尺上有多个相互绝缘的反射电极和一个屏蔽电极

(接地)。一组发射电极的长度为一个节距W,一个反射电极对应于一组发射电极。在图11-23中,若发射电极有48个,分成6组,则每组有8个发射电极。每隔8个接在一起,组成一个激励相,在每组相同序号的发射电极上加一个幅值、频率和相位相同的激励信号,相邻序号电极上激励信号的相位差是45°(360°/8)。设第一组序号为1的发射电极上加一个相位为0°的激励信号,序号为2的发射电极上的激励信号相位则为45°,以次类推,则序号为8的发射电极上的激励信号相位就为315°;而第二组序号为9的发射电极上的激励信号相位与第一组序号为1的相位相同,也为0°,以次类推,直到第6组的序号48为止。 发射电极与反射电极、反射电极与接收电极之间存在着电场。由于反射电极的电容耦合和电荷传递作用,使得接收电极上的输出信号随发射电极与反射电极的位置变化而变化。 当动尺向右移动x距离时,发射电极与反射电极间的相对面积发生变化,反射电极上的电荷量发生变化,并将电荷感应到接收电极上,在接收电极上累积的电荷Q与位移量x成正比。经运算器处理后进行公/英制转换和BCD码转换,再由译码器将BCD码转变成七段码,送显示驱动单元,容栅测量转换电路框图如图11-24所示。 图11-24 容栅测量转换电路框图 一般用于数显卡尺的容栅的节距W=0.635mm(25毫英寸),最小分辨力为0.01mm,非线性误差小于0.01mm,在150mm范围内的总测量误差为0.02~0.03mm。 直线型容栅传感器还有一种梳状结构,能接近衍射光栅和激光干涉仪的测量准确度,但造价远比它们低。 11.5.2 容栅传感器在数显尺中的应用 普通测量工具,如游标卡尺、千分尺等在读数时存在视差。随着容栅技术在测量工具中的应用及性能/价格比的不断提高,数显卡尺、千分尺应运而生,并在生产中越来越多地替代了传统卡尺。数显卡尺示意图如图11-25所示。

电梯上的传感器

电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。 电力拖动系统由供电系统、曳引电动机、速度反馈装置、调速装置等组成,主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿箱开关电路。提供动力,并实行电梯速度控制。 电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、数码管和控制部分的核心器件等组成。控制器集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体,与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。垂直电梯控制系统一般由控制器控制的逻辑部分和变频器控制的调速部分组成。 图:电梯控制系统结构框图 电源 曳引机控制器 门机 显示 现场信号 变频器逻辑控制部分调速部分 图:自动扶梯控制系统结构框图 频器

电梯结构图: 电梯中向控制系统、拖动系统提供载荷、换向、障碍、位置、速度等各种信号,并信号反馈给控制系统的使电梯平衡运行的装置是传感器。电梯中应用的传感器种类比较多,每台电梯使用传感器2-8个,如位移传感器,称重传感器,光幕传感器,平层传感器,速度编码器等。

位移传感器与平层传感器是电梯平层控制调整的装置,实现自动平层,且平层必须准确。适应频繁起动、停止、调整及换向的工作要求,使加、减速和等速平稳,速度曲线平滑,到站前无微动。 静磁栅位移传感器在电梯控制系统中的作用为电梯平层控制的调整,电控系统是电梯的“中枢神经”,其质量的好与坏直接影响电梯质量。客梯和医用梯都讲究乘坐舒适,而舒适感与运行时间有关。要想乘坐舒适,就要延长加。减速时间,因而使运行时间随之延长,电梯运行效率降低。所以,为了使电梯具有较高的运行效率,加减速度应该有一个合适的限度,而且变化要平稳,这就对电控系统提出了如下要求:安全可靠,排除故障方便,在满足使用要求前提下,线路越简单越好。噪声和振动小,选择元件要合理,电磁声不能大,安装零件的结构件要有足够刚度,且有防松措施。能适应频繁起动。停止。调整及换向的工作要求,调速性能好,工作方式易于转换。加。减速和等速要平稳,速度曲线平滑,到站前无微动。能实现自动平层,且平层必须准确。能适应在较大范围内变动地提升载荷,能重载起动。根据电梯运行的特点及以上要求,电梯的运行速度应当符合图1所示曲线。平层误差应符合表1规定。screen.width-333)this.width=screen.width-333" border=0}2静磁栅位移传感器简介静磁栅位移传感器由“静磁栅源”和“静磁栅尺”两部分结合使用。“静磁栅源”使用铝合金压封无源钕铁硼磁栅组成磁栅编码阵列;“静磁栅尺”用内藏嵌入式微处理器系统的特制高强度铝合金管材封装,使用开关型霍尔传感器件组成霍尔编码阵列,铝合金管材外部使用防氧化镀塑处理。“静磁栅源”沿“静磁栅尺”轴线作无接触(相对间隙宽容度和相对姿态宽容度达50mm)相对运动时,由“静磁栅尺”解析出数字化位移信息,直接产生高于毫米数量级的位移量数字信号。充分发掘嵌入式微处理器的资源,将数据更新速度提高到毫秒数量级,以便能适应5m/S以下运动速度的位移响应。screen.width-333)this.width=screen.width-333" border=0}3产品综合特点使用寿命长:无接触检测位置及角度,避免了机械损伤,理论上无寿命极限;抗恶劣环境:-40℃至+100℃工作温度范围,连续高粉尘。泥浆。水下及高撞击。强振动工作环境;直接绝对型测量:直接指示位移毫米数或旋转角度数,无需换算,不怕掉电,任意定位控制;量程极长,分辨率适中:260毫米-2000米长度量程,分辨率0.2mm-1mm;极丰富的数据接口:4-20mA.1-5V等模拟量输出,各类串并行数据接口以及PROFIBUS等各种现场总线;安装维护方便:在保持适度间隙的条件下,无约束安装运行。4PLC控制静磁栅位移传感器实现电梯平层控制要使电梯到达平层区域后能自动平层,必须有一套自动控制系统,即电梯的自动控制装置。该装置的控制部分是静磁栅位移传感器,以30层电梯为例,安装图如下图所示。screen.width-333)this.width=screen.width-333" border=0}screen.width-333)this.width=screen.width-333" border=0}上图所示轿厢处于地下层上面的第一层,静磁栅源安装于电梯井道和室外层平行,每层一个,静磁栅尺安装于轿厢上,长度为1.2米,地下层安装两个静磁栅源,用于检测轿厢是否到底位和运动方向。 由于电梯的运行是根据楼层和轿厢的呼叫信号。行程信号进行控制,而楼层和轿厢的呼叫是随机的,因此,系统控制采用随机逻辑控制。即在以顺序逻辑控制实现电梯的基本控制要求的基础上,根据随机的输入信号,以及电梯的相应状态适时的控制电梯的运行。另外,轿厢的位置是由静磁栅位移传感器确定,并送PLC的计数器来进行控制。同时,每层楼设置一个静磁栅源用于检测系统的楼层信号。 当电梯定向上行时,静磁栅尺上行方向检测到静磁栅源,抱闸打开,电梯上行。当轿厢碰到上强迫换速开关时,PLC内部锁存继电器得电吸合,定时器Tim10.Tim11开始定时,其定时的时间长短可视端站层距和梯速设定。上强迫换速开关动作后,电梯由快车运行转为慢车运行,正常情况下,上行平层时电梯应停车。如果轿厢未停而继续上行,当Tim10设定值减到零时,其常闭点断开,慢车接触器和上行接触器失电,电梯停止运行。在骄厢碰到上强迫换速开关后,由于某些原因电梯未能转为慢车运行,及快车运行

LVDT位移传感器原理及应用—信为科技

LVDT位移传感器原理及应用 作者:鲍亚子(高级工程师) 深圳市信为科技发展有限公司 一.概述 随着我国国民经济的高速发展,自动化程度的不断提高,传感器的用量越来越大,开发高新技术位移传感器产品具有广阔的前景。 该产品具有精度高,动态特性好,工作可靠,使用方便等特点。 差动变压器式位移传感器(LVDT)可广泛应用于航天航空、机械、建筑、纺织、铁路、煤炭、冶金、塑料、化工以及科研院校等国民经济各行各业,用来测量伸长、振动、物体厚度、膨胀等的高技术产品。 深圳市信为科技发展有限公司是专业生产位置传感器的高科技公司,我公司生产的LVDT有分体式,回弹式,气动式,耐压式,及各种定制产品, 具有测量精度高,性能稳定,防水,抗冲击能力强,适合较恶劣环境下使用, ,是客户安全放心的选择. 二、工作原理 LVDT(Linear.Variable.Differential.Transformer)是线性可变差动变压器缩写。工作原理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈、两个次级线圈、铁芯、线圈骨架、外壳等部件组成。当铁芯由中间向两边移动时,次级两个线圈输出电压之

差与铁芯移动成线性关系。 当初级线圈P1,P2之间供给一定频率的交变电压时,铁芯在线圈内移动改变了空间的磁场分布,从而改变了初、次级线圈之间的互感量,次级线圈S11,S22之间就产生感应电动势,随着铁心的位置不同,互感量也不同,次级产生的感应电动势也不同,这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出,由于两个次级线圈电压极性相反,参见图1,输出电压为差动电压。 图1:LVDT原理图 当铁芯往右移动时,次级线圈2感应的电压大于次级线圈1;当铁芯往左移动时,次级线圈1感应的电压大于次级线圈2,两线圈输出的电压差值大小随铁芯位移而成线性变化。图2中的虚线范围内是传感器的量程,当铁芯移动行程大于100%时(虚线之外段),两次级线圈输出电压的差值与铁芯位移线性关系变差。零点两边的实线段一般是对称的测量范围,两者都是交流信号而相位差180度。实际的LVDT线圈通常与壳体紧固为一体,铁芯与测杆紧固为另一体,当两体间发生相对位移时,就产生位移电压输出。

对位移传感器的认识

对位移传感器的认识 桥梁试验是指应用测试手段,对桥梁结构的整体或主要部件进行检测,了解桥梁结构及其部件的工作状态和承载能力,以验证桥梁结构的设计计算理论,检验施工质量和发现运用中存在的问题等。 桥梁试验用的设备可分为机械式测试仪器,电测仪器和光测仪器三大类。桥梁常使用的机械式测试仪器,主要有应变计、位移计和振动仪等三大类。电测仪器一般由传感器、电子测量仪器(主机)和指示记录装置组成。 一,概述 传感器。根据其测试内容的不同,可分为应变传感器、反力传感器、位移传感器、振动传感器等。根据其转换的原理不同,可分为电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电式传感器等。其中电阻应变片是在桥梁电测中应用最广泛的一种传感器,它是利用一些金属丝的电阻随其在长度方向的应变,在一定范围内保持线性关系的原理制成的。为了增大电阻的变化量和减少应变片的长度,通常采用高电阻率的电阻丝绕制成栅状,做成应变片。测试时,把它牢固地粘贴在测点上,当测点处的基材发生应变时,电阻应变片随之发生应变,其电阻值也作相应的改变,这就达到了非电量向电量的转换。电阻应变片不但可以测量应变,而且在加上一些附件之后,可以对位移和振动等进行测量。 位移传感器又称为线性传感器,它分为电感式位移传感器,电容式位移传感器,光电式位移传感器,位移传感器超声波式位移传感器,霍尔式位移传感器。电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件,接通电源后,在开关的感应面将产生一个交变磁场,当金属物体接近此感应面时,金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量,使振荡器输出幅度线性衰减,然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。 二,各种传感器的特点 电感式位移传感器具有无滑动触点,工作时不受灰尘等非金属因素的影响,并且低功耗,长寿命,可使用在各种恶劣条件下。位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。 光电式位移传感器利用激光三角反射法进行测量,对被测物体材质没有任何要求,主要影响为环境光强和被测面是否平整。比如公路测量用到真尚有的激光位移传感器,就对传感器进行了特殊配置,与普通情况不一样。 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。 三,辨向原理 在实际应用中,位移具有两个方向,即选定一个方向后,位移有正负之分,因此用一个光电元件测定莫尔条纹信号确定不了位移方向。为了辨向,需要有π/2相位差的两个莫尔条纹信号。如图2,在相距1/4条纹间距的位置上安放两个光电元件,得到两个相位差π/2的电信号u01和u02,经过整形后得到两个方

基于ARM的电梯控制系统设计

课程设计 题目:基于ARM的电梯控制系统设计 学院:********** 专业:*** 班级:自动化***班 学生:*** 学号: ** 指导教师:***

摘要 伴随建筑业的发展,电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备,更是一种工作和生活中的必需设备,完全可以预想到,随着社会的发展,电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样,成为重要的运输设备之一。 电梯控制系统是电梯技术的核心,它将电梯的各机械部件有机的组合起来,实现了电梯复杂的功能与稳定有效的运行。随着电子技术日新月异的发展,电梯控制系统经历了继电器控制、可编程逻辑控制(PLC) ,智能微机控制的发展历程。 本文的电梯控制系统是基于ARM技术的四层电梯控制系统,该控制系统采用有齿轮拽引小电机,由于只为初级电梯模型研究,对电梯运行速度的掌控精度要求不高,故采用继电器控制电机的正反转,无速度控制实现。关键词:电梯控制系统、ARM。

目录 第1章系统的总体方案设计 (4) 1.1 拽引电机控制模块 (4) 1.1.1 H桥控制 (4) 1.1.2 继电器控制 (5) 1.2 位置开关模块 (6) 1.2.1 位移传感器控制 (6) 1.2.2 槽型光电传感器控制 (7) 1.3 电源模块 (8) 第2章系统硬件模块概述 (8) 2.1 EasyARM2103及LPC2103简介 (8) 2.1.1 EasyARM2103 开发板硬件结构 (10) 2.1.2 EasyARM2103定时器中断控制 (10) 2.2 继电器简介 (11) 2.3 78系列稳压管简介 (11) 第3章系统具体设计概述 (13) 3.1 输入输出接口电路设计 (13) 3.2 系统硬件仿真设计 (14) 3.3 系统软件设计 (15) 第4 章系统性能测试 (15) 4.1系统功能仿真测试 (16) 4.2按键功能实现测试 (16) 4.3光感位置控制实现测试 (16) 4.4拽引电机功能测试 (17) 总结 (17) 附录A (18)

容栅传感器说明书

一、概述 1、用途: JCQ-203型十六点位移测试仪是专为需要多点位移测试的有关检测部门研制的一种智能化仪器。它配合容栅式位移传感器可进行多点位移测试及单点位移显示(可换点),并可随时打印十六点位移数据。也可以通过仪器上的RS-232串行口将数据传到PC机由PC机全屏显示全部十六点位移数据。 2、特点: 本仪器具有十六个独立的位移测试通道,可直接显示各测试通道的位移值。仪器与传感器间用电缆连接,测试人员可远距离操作,既提高了工作效率,又大大提高了测试精度。 本仪器位移测试通道使用本所研制的容栅式位移传感器,具有高精度、大量程、无时漂、温漂等优点,完全满足了野外昼夜连续观测对时漂、温漂的严格要求。 仪器具有标准打印机接口,可随时打印原始数据不需人工记录。 因为本仪器使用环境恶劣,电源电压波动大,昼夜、季节温差大。为了保证仪器的高精度、高稳定和可靠性,采取了一系列技术措施予以保证。仪器面板采用封闭式轻触面板,操作简便,性能可靠,结构牢固,体积小巧,便于安装、携带。机内采用进口工业级超低漂移集成电路芯片及计算机处理技术,具有良好的抗干扰性能及适应恶劣环境的能力。 二、主要技术指标 1、测试通道:位移16个 2、量程:位移0—50mm 3、精度:位移≤0.1 %(含传感器) 4、显示:8位液晶显示屏 5、功能键:2个 6、输出接口:标准打印机接口1个 7、串行口:标准RS-232接口1个 8、电源:AC 220V(-20% —+10%) 9、功率:交流≤10V A 10、环境温度:0℃—+40℃允许长时间连续工作 11、体积:335×325×115mm 12、重量:约4.2 kg

基于PCB线圈磁感应式直线位移传感器研究

基于PCB线圈磁感应式直线位移传感器研究随着我国由制造大国向制造强国的战略转变,传统制造工业向自动化、智能化发展已成为必然趋势。精密测量作为智能制造的基石,同时也是衡量一个国家工业制造水平和科技水平的重要指标。其中,基于电磁感应原理的位移传感器作为精密测量仪器,具有稳定性好、可靠性高、抗干扰能力强、工作环境要求低等优势,广泛应用于工业自动化生产中。但目前市场上大多数高精度的位移传感器价格都比较昂贵,低精度的位移传感器又难以满足现代化制造业对位置传感器提出的高精度与低成本需求。 课题组多年来致力于一种低成本、高精度的磁场式时栅位移传感器研究,但由于传统磁场式时栅受制造工艺的制约,线圈绕组的一致性难以得到保证、生产效率难以提高。针对此现状,将时栅测量技术与较成熟的PCB工艺相结合,本论文开展了基于PCB线圈磁感应式直线位移传感器研究,其主要研究内容如下:(1)通过电磁场理论对平面线圈的磁场分布进行分析,并基于电磁感应原理与时栅传感器设计准则,将感应线圈设计为正弦形状以实现对磁场耦合面积的约束以及对磁场有效面积的充分利用。据此,建立了双列式直线位移传感器测量模型与单列式直线位移传感器测量模型,并对工作原理与系统误差规律进行了理论推导。(2)对两种传感器模型进行3D建模,并利用电磁场有限元仿真软件Ansys Maxwell 进行仿真验证。 根据动尺与定尺在不同气隙间距的仿真结果,分别分析了测量误差的谐波误差分量。结合空间周期重复规律,对两种传感器模型在对极内出现的四次谐波误差采用多极绕组空间偏置移相的方式进行抑制,进而对两种传感器模型进行结构优化,并分别进行了仿真对比验证。(3)采用PCB线圈分别对两种传感器模型的励磁绕组与感应绕组进行设计,利用PCB工艺均制作了传感器样机。并以 EP4CE6E22C8为微处理器设计了传感器的电气系统,主要包括激励源和数据采集两部分的硬件电路与软件程序设计。 在数据采集程序设计中,提出了多路并行双边沿计数方法,用以提高时钟脉冲分辨力,减小量化误差。(4)搭建实验平台,分别对两种传感器样机进行了实验测试、对比验证及误差分析。利用傅氏级数谐波修正方法分别对优化后的传感器样机进行了误差修正实验,实验结果表明:在108mm测量范围内,双列式直线位移

容栅传感器的测量原理及其结构

一、前言 以旋转容栅编码器为例,简述容栅传感器的测量原理及其结构,分析容栅自身以及容栅芯片的特点,通过机械机构设计和容栅编码器后续电路设计,提高其工作可靠性,并应用于实际工程中。 电容传感器具有测量分辨力和测量准确度高等特点,在很多场合被作为高精测量仪器使用,但因其自身缺陷,只能使用在微小位移的测量中,无法满足大位移测量的要求。80年代容栅传感器的出现,彻底的改变了这种情况。借鉴了光栅的结构形式,工程师把电容做成栅型,大大提高了测量的精度和范围,实现了大位移高精度测量。 容栅传感器相对于其他类型的传感器有许多突出的优点[2]: 1、量程大、分辨率高。在线位移测量时,分辨率为2mm时,量程可达到20m,在角位移测量时,分辨率为0.1°时,量程为4096 圈。其测量速度也比较高,测量线速度可达到1.5m/s。 2、容栅测量属非接触式测量,因此容栅传感器具有非接触传感器的优点,诸如测量时摩擦阻力可以减到最小,不会因为测量部件 的表面磨损而导致测量精度下降。 3、结构简单。容栅传感器的敏感元件主要由动栅和静栅组成,信号线可以全部从静栅上引出,作为运动部件的动栅可以没有引线, 为传感器的设计带来很大的方便。 4、配用专用集成电路的容栅传感器是一种数字传感器,和计算机的接口方便,便于长距离传送信号,几乎无数据传输误差。数据 更新速率可以达到每秒50次。 5、功耗极小。正常工作电流小于10mA,传感器敏感元件可以长期工作,一粒钮扣电池可以连续工作1年以上。利用这个特点, 可以设计出准绝对式的位移传感器。 6、在价格上有很大优势,其性能价格比远高于同类传感器。 容栅传感器有最主要的问题是稳定性和可靠性,环境潮湿和外界电磁干扰的影响尤为显著,其次作为准绝对式传感器在长期断电工作时,需要定期更换电池,所以难于作为传感器用于长期自动测量。 容栅编码器是以脉冲数字量来表示容栅传感器敏感元件间相对位置信息,本文研究的容栅旋转编码器将容栅全部的结构密封在金属壳内,大大提高了容栅传感器的电磁兼容性和抗环境污染能力,为容栅原理用于自动测量奠定了基础。 二、容栅旋转编码器的结构和测量原理 1、容栅旋转编码器的结构组成 容栅旋转编码器分动栅和静栅二部分,都为精密加工的印刷电路板。动栅上有发射极和接收极,在发射极和接收极之间有屏蔽极,避免发射极到接收极之间的直接电容耦合。静栅上有反射极和屏蔽极,反射极与屏蔽极的宽度一致,屏蔽极需可靠接地。动栅上共有48个发射电极,发射极的极距按实际要求可变,每4个发射极对应于一个反射极。动栅上每8个发射电极为一组,共6组。对每组发射极进行编号A到H同编号的发射极电路上相连。运行时,两块印刷电路板的栅面平行同轴相对,间距在0.1mm左右。图1所示的是旋转式容栅编码器的结构图。 2、容栅传感器测量原理 在动栅栅面编号为A~H发射电极上分别加上8个等幅、同频、相位依次相差p/4的方波激励电压信号(i=0,1,2,…,7)。 每组编号相同的发射极都加以相同的激励信号,经过两对电容耦合在接收极上形成容栅电压信号。由于各组中序号相同的发射极和反射极的相对位置相同,所以可以将48个发射极和对应的反射极板间的电容简化为到的8个电容器。Cf代表反射

位移传感器

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。

位移传感器的原理

位移传感器 位移传感器又称为线性传感器,它分为电感式位移传感器,电容式位移传感器,光电式位移传感器,超声波式位移传感器,霍尔式位移传感器。 电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件,接通电源后,在开关的感应面将产生一个交变磁场,当金属物体接近此感应面时,金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量,使振荡器输出幅度线性衰减,然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。 电感式位移传感器具有无滑动触点,工作时不受灰尘等非金属因素的影响,并且低功耗,长寿命,可使用在各种恶劣条件下。位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。 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。 原理 计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。“莫尔”原出于法文Moire,意思是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现,当两层薄丝绸叠在一起时,将产生水波纹状花样;如果薄绸子相对运动,则花样也跟着移动,这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说,只要是有一定周期的曲线簇重叠起来,便会产生莫尔条纹。计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种;按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅;按其用途可分为直线光栅和圆光栅。下面以透射光栅为例加以讨论。透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线,a为刻线宽,b为两刻线之间缝宽,W=a+b称为光栅栅距。目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移,需要两块光栅。一块光栅称为主光栅,它的大小与测量范围相一致;另一块是很小的一块,称为指示光栅。为了测量位移,必须在主光栅侧加光源,在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时,由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动,固定在指示光栅侧的光电元件,将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用,使得信号为脉动信号。如图1,此信号是一直流信号和近视正弦的周期信号的叠加,周期信号是位移x的函数。每当x变化一个光栅栅距W,信号就变化一个周期,信号由b点变化到b’点。由于bb’= W,故b’点的状态与b点状态完全一样,只是在相位上增加了2π。 信号处理 1、辨向原理在实际应用中,位移具有两个方向,即选定一个方向后,位移有正负之分,因此用一个光电元件测定莫尔条纹信号确定不了位移方向。为了辨向,需要有π/2 相位差的两个莫尔条纹信号。如图2,在相距1/4条纹间距的位置上安放两个光电元件,得到两个相位差π/2的电信号u01和u02,经过整形后得到两个方波信号u01’和u02’。光栅正向移动时u01超前u02 90度,反向移动时u02超前u01 90度,故通过电路辨相可确定光栅运动方向。

光栅式位移测量技术文献综述

( 2014年6月23日 科研训练论文(文献综述) 题 目:光栅式位移测量技术综述 学生姓名: 学 院:机械学院 系 别:测控系 专 业:测控技术与仪器 班 级:测控 指导教师:

光栅式位移测量技术综述 摘要:光栅式位移测量技术具有其他测量技术不具备的独特优点,基于干涉的光栅技术可以获得比几何莫尔术更高的测量准确度、更高的分辨率,在诸如微电子、超精加工、生物工程等众多领域有广泛的应用前景。本文围绕光栅式位移测量技术的基本原理,介绍了光栅莫尔条纹位移测量法以及光栅干涉位移测量法的原理,对几个光栅测量系统:经典双光栅测量系统、非对称双级闪耀光栅测量系统、单光栅测量系统、基于2次莫尔条纹的光栅测量系统的测量原理进行概述,并说明了各系统的关键问题及不足之处。对介绍的测量方法进行综合比较之后,总结了光栅测量的关键问题,并展望了光栅干涉位移测量的未来发展方向。 关键词:光栅原理;干涉;莫尔条纹;位移测量;测量与计量 1、引言 几何形状是客观世界中最广泛最具体的物质形态,几何量就是表征客观物体大小、长短、形状及位置的物理量。其中长度是几何量的基本参量,长度量的精密计量具有极为重要的意义。近代机械工业尤其是当代超精密加工技术、微/纳米技术、微型机电系统等的兴起与发展对长度量的测量提出了越来越高的要求。 纳米测量技术是解决目前和未来许多高精度、高分辨率问题的关键技术之一,是整个纳米科技领域的先导和基础,是当前计量科学领域的重要课题。作为能够实现纳米级位移测量的技术之一,光栅技术具有其他传统测量技术所不具有的独特优点,使其广泛应用于生活生产的各个领域。从20世纪50年代到现在,随着激光技术在精密位移测量中的应用,光栅式位移测量技术有了高速的发展。 2、光栅式位移测量技术概述 位移是工程生产中比较重要的物理量之一,尤其是在数控加工方面精密位移的测量变得尤为重要。随着社会科学技术的高速发展,工程生产中对于位移测量的要求也逐渐变得苛刻起来。位移测量尤其是精密位移的测量在这种环境之下急切地需要新的理论和方法的发现来发展和提高自身。直到18世纪法国研究人员莫尔先生发现了一种光学现象——莫尔条纹和19世纪初光的干涉现象的发现,这两项重大的发现使得位移测量技术的高速发展,最后导致了光栅式位移测量技术的出现。该项技术的出现使精密位移测量进入一个崭新的时代,同时也造福了全人类。

容栅位移传感器的集成块由控制逻辑电路

容栅位移传感器的集成块由控制逻辑电路、数据处理电路、LCD 数码显示驱动、8路驱动输出、反射信号放大及信号处理电路和晶振等组成。晶振的信号通过分频器分频后送到8路驱动电路进行相移,然后形成8路驱动信号,每路信号之间相位相差pi/ 4,这8路信号送到芯片的5~12引脚,再加到动栅板,反射回来的信号通过17引脚进入信号放大电路,再把放大后的信号与分频器输出信号进行信号处理和数据处理,控制逻辑的作用是进行公英制转换、清零和数据输出等。LCD数码驱动器把位移数据变换成12LCD 驱动信号,直接与液晶屏相连,显示位移量。 这是郝卫东论文里的:(作参考) (2)容栅传感位移显示原理 采用容栅位移测量原理设计的超大规模集成电路型号很多,如:数显卡尺集成块78102, M 7003等,它们内部电路结构是一样的,只是有的芯片功能脚引出多一点,有些引出少一点。从图2上可看出作容栅位移传感器的集成块由控制逻辑电路、数据处理电路、LCD 数码显示驱动、8路驱动输出、反射信号放大及信号处理电路和晶振等组成。晶振的信号通过分频器分频后送到8路驱动电路进行相移,然后形成8路驱动信号,每路信号之间相位相差pi/ 4,这8路信号送到芯片的5~12引脚,再加到动栅板,反射回来的信号通过17引脚进入信号放大电路,再把放大后的信号与分频器输出信号进行信号处理和数据处理,控制逻辑的作用是进行公英制转换、清零和数据输出等。LCD数码驱动器把位移数据变换成12LCD 驱动信号,直

接与液晶屏相连,显示位移量。 芯片引脚33至59为液晶显示驱动脚,直接可以与LCD 相连,57脚输出驱动显示“inch ”表示英制显示。其中53,54,55脚为第6位LCD ,大部分数显卡尺不用,因此不必引出。5脚至12脚为8路驱动输出引脚,17脚为反射接收输入脚,13脚与14脚接晶体,通常采用150kHz 或180kHz 的晶体。27脚为双功能引脚,当27脚接VDD 时, LCD 显示清零,27脚同时又是串行输出的CP 端( 同步脉冲输出端) ,28脚为串行输出的 D 端( 串行数据输出图2芯片内容结构端) ,32脚为公英制转换脚,每接一次VDD ,就转换一次公英制。3脚接VR ( -115V ) 为固定公制。31脚接VR ( -1.5V ) 为倍显功能,显示数为实际值的两倍,这用于机床数显中的直径显示。25脚接VDD 改变方向,也就是说,如果动栅左移为数据增加方向,接25脚后,则变为数值减少方向。

SN6600数显卡尺容栅传感器

1、容栅位移传感器工作原理 以电容器为敏感元件,将机械位移量转换为电容量变化,可进行位移的测量。平行板电容器的电容与极板面积成正比,与极板间距成反比。由一个固定极板和一个可移动极板,可以组成变面积式电容传感器。改变两极板的对应面积,传感器的电容随之变化。 容栅位移传感器是基于变面积工作原理的电容传感器,其电极的排列如同栅状,相当于多个变面积型电容传感器的并联。容栅结构如图2.2.1所示,定极板为两组等间隔交叉的极栅,动极板的极距相同且栅宽相同。动极板相对于定极板移动时,机械位移量转变为电容值的变化,通过电路转化得到电信号的相应变化量。 物理实验中使用的一种电子数显尺,就是采用如图2.2.2所示的多级片型容栅作为传感器,动尺的多组栅片并联是为了提高测量精度及降低对传感器制造精度的要求。动极板在移动的过程中,始终与不同的小电极组成差动电容器。动尺相对于定尺移动时,电容周期变化,产生的脉冲信号通过电路转化放大及芯片计算得到位移值的变化,并显示出来。 2、容栅传感器应运详细介绍(Capacitive) 容栅传感器是一种新型位移数字式传感器,它是一种基于变面积工作原理的电容传感器。因为它的电极排列如同栅状,故称此类传感器为容栅传感器。与其他大位移传感器,如光栅、磁栅等相比,虽然准确度稍差,但体积小、造价低、耗电省和环境使用性强,广泛应用于电子数显卡尺、千分尺、高度仪、坐标仪和机床行程的测量中。 结构及工作原理 根据结构形式,容栅传感器可分为三类,即直线容栅、圆容栅和圆筒容栅。其中,直线容栅和圆筒容栅用于直线位移的测量,圆容栅用于角位移的测量,直线型容栅传感器结构简图图11-23所示。

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