3.1MPS控制设备中的传感器.

3.1 MPS控制设备中的传感器
学习目标
一、了解传感器的种类及功能作用。

二、掌握MPS控制设备中传感器的工作原理。

知识准备
大致的来说，MPS控制设备中主要用到了以下三种传感器：光电传感器、电感式传感器、磁性接近开关。

下面分别给予介绍。

一、光电传感器
光电传感器是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其被检物体不局限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。

在MPS的第一站上就有光电传感器，我们用它来检测上料到位的状态。

1.光电开关基本型号及含义：
图3-1-1 传感器的型号及含义
2.光电传感器的种类
根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为：
1) 漫反射式光电开关
漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。

当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。

2) 镜反射式光电开关
镜反射式光电开关亦是集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜，反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。

3) 对射式光电开关
对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。

当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。

当检测物体是不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。

4) 槽式光电开关
槽式光电开关通常是标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。

槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。

5) 光纤式光电开关
光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测。

通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。

二、电感式传感器(电涡流式传感器)
电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感的改变这一物理现象来实现测量的。

在MPS的第二站上就有电感式传感器，我们用它来检测摆臂偏转到位的状态。

电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。

自感式电感传感器可分为变间隙型，变面积型和螺管型三种类型。

电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。

电涡流式传感器可以对表面为金属导体的物体实现多种物理量的非接触测量，如位移，振动，厚度，转速，应力，硬度等。

电涡流式传感器特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。

当通过金属体的磁通发生变化时，就坐在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所电涡流。

电涡流的产生必然要消耗一部分能量，
从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。

测量电路有电桥电路和谐振电路两种，谐振电路又分调幅和调频检测两种。

测量位移：电涡流传感器可用于测量各种形状金属零件的动、静态位移。

采用此种传感器可以做成测量范围为0~15um，分辨率为0.05um的位移计，也可以做成测量范围为0~500mm，分辨率为0.1%的位移计。

凡是可以变换为位移量的参数，都可用电涡流传感器来测量。

这种传感器可用语测量气轮机主轴的轴向窜动、金属件的热膨胀系数、钢水液位、纱线张力、流体压力。

测量振动：电涡流传感器可无接触地测量各种振动的幅值，如用来监控气轮机主轴径向振动。

在研究轴的振动时可以用多个传感器测量出轴的振动形状。

三、磁性接近开关
在MPS的每一站上都有汽缸，通常汽缸上都有磁性接近开关。

磁性开关是利用磁性物体的磁场作用来实现对物体感应的，从而检测气缸活塞的位置。

它可分为有触点式(舌簧式)和无触点式(固态电子式)两种。

有触点的舌簧式开关如图所示，当带磁环的气缸活塞移动到磁性开关所在位置时，磁性开关内的两个金属簧片在磁环磁场的作用下吸合，发出一电信号；活塞移开，舌簧开关离开磁场，触点自动脱开。

磁性开关的图形符号如图3-1-2所示。

图3-1-2 磁性开关内部结构及图形符号
磁性开关一般与磁性气缸配套使用。

磁性气缸的活塞上都有一个永久性的磁环，把磁性开关安装在气缸的缸筒上，当活塞往复运动时带动永久性磁环一起运动，而磁性开关检测到永久磁环时就发出一个信号，使得开关“通”或“断”。

小贴士
传感器术语解释
1)检测距离: 动作距离是指检测体按一定方式移动时，从基准位置（光电开关的感应表面）到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。

额定动作距离指接近开关动作距离的标称值。

图3-1-3 传感器检测距离示意图
2)回差距离：动作距离与复位距离之间的绝对值。

3)响应频率：按规定的1秒的时间间隔内，允许光电开关动作循环的次数。

4)输出状态：分常开和常闭。

当无检测物体时，常开型的光电开关所接通的负载，由于光电开关内部的输出晶体管的截止而不工作，当检测到物体时，晶体管导通，负载得电工作。

5)检测方式：根据光电开关在检测物体时，发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，可分为漫反射式，镜反射式，对射式等。

(详见工作原理说明)
6)输出形式：分npn二线，npn三线，npn四线，pnp二线，pnp三线，pnp 四线，AC二线，AC五线（自带继电器），及直流NPN/PNP/常开/常闭多功能等几种常用的形式输出。

7)指向角：常见GDKG光电传感器的指向角示意图
8)表面反射率：对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够
的光线反射回漫反射开关的接受器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率将是决定接受器接收到光线的强度大小，粗糙的表面反射回的光线必将小于光滑表面反射回的强度，而且，被检测物体的表面必须垂直于光电开关的发射光线。

项目训练
训练内容
1、传感器的维护
传感器在系统中的作用很大,非常关键,是整个系统的眼睛，位置设置或灵敏度的调整相当关键。

为确保传感器发挥应有的作用,在使用中要特别注意传感器的位置设置。

如气缸运动行程的监控，在气缸运动行程的两端合理放置传感器，可以保证汽缸在其有效范围内运动。

光电传感器的灵敏度调整可以保证其工作的可靠性，避免误动作或不动作。

当传感器工作一段时间以后，要经常测试其检测效果，对开始有误动作或不动作的传感器要及时调整，如调整位置和灵敏度都不能改善的要予以更换。

2、传感器检测距离的调整
根据MPS设备要求，把传感器的检测距离调整在最佳位置。

拓展训练
训练内容：
1、每个学习小组根据本站的实际情况，将传感器的学习内容制作成多媒体
课件，并将学习成果全班展示。

2、所有展示结束后，组织同学进行自评和互评。

3、根据自评和互评的结果，教师给学生相应的成绩评定。

巩固与提高
思考题
1、简述光电传感器的工作原理。

2、传感器的种类及特点。

3、什么是传感器的检测回差值？。