位移传感器ppt课件
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激光位移传感器 ppt课件
激光发射器通过镜头将可见红 色激光射向物体表面，经物体反射 的激光通过接受器镜头，被内部的 CCD线性相机接受，根据不同的距 离，CCD线性相机可以在不同的角 度下“看见”这个光点。
3
二、激光位移传感器测量原理
根据这个角度即得知激光和相 机之间的距离，数字信号处理器就 能计算出传感器和被测物之间的距 离。
14
四、激光位移传感器应注意的问题
3.激光位移传感器在测量厚度中的方法及应该 注意的问题
方法1：在激光探头的检测过 程，先扫描标准块，将上下表面 标定为零点基准面，再用激光探 头测量出板材厚度与标准样块(量 块)的差值，该差值信号由传感器 的扩展模块(控制器)采集后，通 过和差运算，得到板材厚度的绝 对值。
19
四、激光位移传感器应注意的问题
5.激光位移传感器中激光强度对测量的影响
三角测量是对激光器出射光束打在被测面形成光斑的散射光强 就行感知，如果激光光束质量不高，会使散射光斑的信号强度分布 出现毛刺，多峰和中心偏离等现象，使探测器上的实际成像中心与 理论中心偏离，这就造成了测量误差；若激光信号太强或太弱，都 会使散射光斑的光强超过探测器的感知范围，将会造成接收不到数 据。
10
四、激光位移传感器应用
5.板材厚度 6.机械臂定位 7.振动台试验 8.磨损量测量 9.铁路检测 10.涂胶厚度 11.形状测量
11
四、激光位移传感器应注意的问题
1.激光位移传感器中接收器件PSD和CCD对比
PSD以进入光线元件 的整个光点分布来决定光 点的中心，并以此作为目 标物体的位置。CCD则会 对每个像素点检测光点的 光量分布之峰值，并将其 识别为目标物体的位置。 因此，CCD可以不管光点 的光量分布，而提供稳定 且高精度的位移测量。
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二、激光位移传感器测量原理
根据这个角度即得知激光和相 机之间的距离，数字信号处理器就 能计算出传感器和被测物之间的距 离。
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四、激光位移传感器应注意的问题
3.激光位移传感器在测量厚度中的方法及应该 注意的问题
方法1：在激光探头的检测过 程，先扫描标准块，将上下表面 标定为零点基准面，再用激光探 头测量出板材厚度与标准样块(量 块)的差值，该差值信号由传感器 的扩展模块(控制器)采集后，通 过和差运算，得到板材厚度的绝 对值。
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四、激光位移传感器应注意的问题
5.激光位移传感器中激光强度对测量的影响
三角测量是对激光器出射光束打在被测面形成光斑的散射光强 就行感知，如果激光光束质量不高，会使散射光斑的信号强度分布 出现毛刺，多峰和中心偏离等现象，使探测器上的实际成像中心与 理论中心偏离，这就造成了测量误差；若激光信号太强或太弱，都 会使散射光斑的光强超过探测器的感知范围，将会造成接收不到数 据。
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四、激光位移传感器应用
5.板材厚度 6.机械臂定位 7.振动台试验 8.磨损量测量 9.铁路检测 10.涂胶厚度 11.形状测量
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四、激光位移传感器应注意的问题
1.激光位移传感器中接收器件PSD和CCD对比
PSD以进入光线元件 的整个光点分布来决定光 点的中心，并以此作为目 标物体的位置。CCD则会 对每个像素点检测光点的 光量分布之峰值，并将其 识别为目标物体的位置。 因此，CCD可以不管光点 的光量分布，而提供稳定 且高精度的位移测量。
接近开关传感器PPT课件
▪ 3． 霍尔接近开关 霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。
当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应 而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而 控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 4． 光电式接近开关
利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定 方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器 件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。 5． 热释电式接近开关 用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。这种开关是 将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近 时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。 6． 其它型式的接近开关
▪ 二、 种类 因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位
移传感器对物体的“感知”方法也不同，所以常见的接近开关有以下种： 1． 涡流式接近开关
这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能 产生电磁场的接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接 近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近， 进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。 2． 电容式接近开关
张磊 (07047020)
接近开关简介
▪ 一、 性能特点
在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能 力的元件——位移传感器。利用位移传感器对接近物 体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接 近开关。 当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移 传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距 离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。 有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个 地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重 复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同 的。这种响应特性被称为“响应频率”。
MTS磁致伸缩位移传感器介绍 ppt课件
17
故障位移传感器检测
18
故障位移传感器检测
19
故障位移传感器检测
20
9
SSI位移传感器介绍
10
SSI位移传感器介绍
11
SSI位移传感器介绍
12
ห้องสมุดไป่ตู้
SSI位移传感器介绍
13
SSI位移传感器安装介绍
14
SSI位移传感器安装介绍
15
SSI位移传感器安装介绍
16
故障位移传感器检测
位移传感器序号： 位移传感器型号： 使 用 部 位：助卷辊液压缸 损 坏 时 间：2017年5月 损 坏 原 因：波导管损坏，内部污染，信号异常
4
MTS磁致伸缩位移传感器工作原理
5
MTS磁致伸缩位移传感器工作原理
图3 波形图
6
MTS磁致伸缩位移传感器工作原理
图4 测试波形图
7
MTS磁致伸缩位移传感器工作原理
位置计算：测量时差除以传送速度，称为倒置恒数（Propagation Constant），或倾斜度（Gradient）。传送速度是以倾斜度方式
激励信号发射电路回波信号检测电路信号处理电路接口电路脉冲发生器在磁致伸缩波导丝上施加一个电脉冲信号电脉冲同时伴随一个环形磁场以光速沿波导丝向下传播该磁场遇到浮子内磁铁形成的磁场时相互根据威德曼效应在磁性体上形成适当的磁路当有电流通过时磁性体发生扭曲变形这种现象称为威德曼效应波导管瞬间变形产生波导扭曲时产生一个应变脉冲的超声波信号在波导管中以固定的速度向两端传播
位置磁铁安装在液压缸缸杆顶端，传感器主体则装在缸头上。 脉冲发生器在磁致伸缩波导丝上施加一个电脉冲信号, 电脉冲同时伴随一个 环形磁场, 以光速沿波导丝向下传播, 该磁场遇到浮子内磁铁形成的磁场时相互 迭加时, 根据威德曼效应(在磁性体上形成适当的磁路，当有电流通过时, 磁性 体发生扭曲变形, 这种现象称为威德曼效应)波导管瞬间变形产生波导扭曲, 同 时产生一个应变脉冲的超声波信号, 在波导管中以固定的速度向两端传播。传到 末端时, 其能量将被衰减阻尼装置吸收,传到控制器一端时, 超声波被回波接收 装置接收并转换为电脉冲, 该电脉冲放大后送到主要由计数器组成的测量电路中。 测出脉冲发射与脉冲接收两者之间的时间间隔, 乘以超声波的速度, 即可得到磁 铁的位置, 实现位置测量。
故障位移传感器检测
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故障位移传感器检测
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故障位移传感器检测
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SSI位移传感器介绍
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SSI位移传感器介绍
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SSI位移传感器介绍
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ห้องสมุดไป่ตู้
SSI位移传感器介绍
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SSI位移传感器安装介绍
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SSI位移传感器安装介绍
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SSI位移传感器安装介绍
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故障位移传感器检测
位移传感器序号： 位移传感器型号： 使 用 部 位：助卷辊液压缸 损 坏 时 间：2017年5月 损 坏 原 因：波导管损坏，内部污染，信号异常
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MTS磁致伸缩位移传感器工作原理
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MTS磁致伸缩位移传感器工作原理
图3 波形图
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MTS磁致伸缩位移传感器工作原理
图4 测试波形图
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MTS磁致伸缩位移传感器工作原理
位置计算：测量时差除以传送速度，称为倒置恒数（Propagation Constant），或倾斜度（Gradient）。传送速度是以倾斜度方式
激励信号发射电路回波信号检测电路信号处理电路接口电路脉冲发生器在磁致伸缩波导丝上施加一个电脉冲信号电脉冲同时伴随一个环形磁场以光速沿波导丝向下传播该磁场遇到浮子内磁铁形成的磁场时相互根据威德曼效应在磁性体上形成适当的磁路当有电流通过时磁性体发生扭曲变形这种现象称为威德曼效应波导管瞬间变形产生波导扭曲时产生一个应变脉冲的超声波信号在波导管中以固定的速度向两端传播
位置磁铁安装在液压缸缸杆顶端，传感器主体则装在缸头上。 脉冲发生器在磁致伸缩波导丝上施加一个电脉冲信号, 电脉冲同时伴随一个 环形磁场, 以光速沿波导丝向下传播, 该磁场遇到浮子内磁铁形成的磁场时相互 迭加时, 根据威德曼效应(在磁性体上形成适当的磁路，当有电流通过时, 磁性 体发生扭曲变形, 这种现象称为威德曼效应)波导管瞬间变形产生波导扭曲, 同 时产生一个应变脉冲的超声波信号, 在波导管中以固定的速度向两端传播。传到 末端时, 其能量将被衰减阻尼装置吸收,传到控制器一端时, 超声波被回波接收 装置接收并转换为电脉冲, 该电脉冲放大后送到主要由计数器组成的测量电路中。 测出脉冲发射与脉冲接收两者之间的时间间隔, 乘以超声波的速度, 即可得到磁 铁的位置, 实现位置测量。
传感器PPT课件
中的性能。
阶跃响应
传感器对阶跃输入信号的响应 特性，反映传感器的动态跟踪
能力。
阻尼比
描述传感器动态系统阻尼特性 的参数，影响传感器的动态稳
定性。
固有频率
传感器动态系统的固有振动频 率，反映传感器对动态信号的
响应速度。
环境适应性指标评价
温度稳定性
传感器在不同温度下的输出稳 定性，反映传感器对温度变化
降低传感器制造成本，提高可靠性和 寿命是当前面临的挑战。
未来发展感器研究
探索新型传感材料，提高传感器的灵敏度 和响应速度。
借鉴生物感知机制，研发仿生传感器，拓 展应用领域。
多传感器融合技术
智能化传感器网络
利用多传感器融合技术，提高测量精度和 可靠性。
构建智能化传感器网络，实现传感器之间 的协同工作和自组织能力。
、电阻等。
测量电路对转换元件输出的电信 号进行放大、滤波、转换等处理 ，以便于后续的数据采集、传输
和处理。
信号转换与处理
信号转换
将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机等数字设备进行处理。常见的信 号转换方式有A/D转换和V/F转换等。
信号处理
对传感器输出的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以提高信号的信噪比和抗干扰能力 。常见的信号处理方式有放大电路、滤波电路和线性化电路等。
分类
根据输入物理量可分为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、 加速度传感器、光线传感器等。
发展历程及现状
发展历程
传感器的历史可以追溯到20世纪初，当时主要应用于军事领域。随着科技的不断进步，传感器逐渐应 用于民用领域，如工业自动化、环境监测、医疗设备等。近年来，随着物联网、人工智能等技术的快 速发展，传感器技术也取得了巨大的进步。
阶跃响应
传感器对阶跃输入信号的响应 特性，反映传感器的动态跟踪
能力。
阻尼比
描述传感器动态系统阻尼特性 的参数，影响传感器的动态稳
定性。
固有频率
传感器动态系统的固有振动频 率，反映传感器对动态信号的
响应速度。
环境适应性指标评价
温度稳定性
传感器在不同温度下的输出稳 定性，反映传感器对温度变化
降低传感器制造成本，提高可靠性和 寿命是当前面临的挑战。
未来发展感器研究
探索新型传感材料，提高传感器的灵敏度 和响应速度。
借鉴生物感知机制，研发仿生传感器，拓 展应用领域。
多传感器融合技术
智能化传感器网络
利用多传感器融合技术，提高测量精度和 可靠性。
构建智能化传感器网络，实现传感器之间 的协同工作和自组织能力。
、电阻等。
测量电路对转换元件输出的电信 号进行放大、滤波、转换等处理 ，以便于后续的数据采集、传输
和处理。
信号转换与处理
信号转换
将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机等数字设备进行处理。常见的信 号转换方式有A/D转换和V/F转换等。
信号处理
对传感器输出的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以提高信号的信噪比和抗干扰能力 。常见的信号处理方式有放大电路、滤波电路和线性化电路等。
分类
根据输入物理量可分为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、 加速度传感器、光线传感器等。
发展历程及现状
发展历程
传感器的历史可以追溯到20世纪初，当时主要应用于军事领域。随着科技的不断进步，传感器逐渐应 用于民用领域，如工业自动化、环境监测、医疗设备等。近年来，随着物联网、人工智能等技术的快 速发展，传感器技术也取得了巨大的进步。
无源型位移传感器课件
• 网络化和远程化：通过物联网技术，无源型位移传感器可以与其它设备连接， 实现远程监控和管理。同时，通过网络化技术，可以实现大量传感器数据的实 时传输和处理，提高测量效率和管理水平。
05
无源型位移传感器与其 他传感器的比较
与有源型位移传感器的比较
信号获取方式
测量范围
无源型位移传感器通过感应磁场变化来获 取信号，而有源型位移传感器需要通过电 信号来获取。
产业发展趋势与建议
总结词
高精度、智能化、绿色环保
详细描述
未来无源型位移传感器产业发展将朝着高精度、智能化 、绿色环保等方向发展。高精度能够提高设备的运行效 率和产品质量，智能化能够实现更加智能、便捷的操作 和控制，绿色环保则能够降低生产过程中的能源消耗和 环境污染。建议厂商加强技术研发和创新，提高产品性 能和可靠性，同时关注环保和可持续发展，推动产业的 健康发展。
• 集成化和智能化：未来无源型位移传感器将朝着集成化和智能化的方向发展， 多个传感器可以集成在一个芯片上，实现多参数的同时测量，提高测量精度和 效率。同时，通过引入人工智能技术，可以对传感器数据进行实时分析和处理 ，实现智能化控制和优化。
• 微型化和便携化：随着微机械加工技术的发展，无源型位移传感器将朝着微型 化和便携化的方向发展，方便在各种场合下使用。
定义
无源型位移传感器是一种非接触式测量位移的传感器，它通 过感知被测物体与传感器的相对位置变化，从而测量物体的 位移。
工作原理
无源型位移传感器通常采用磁感应原理，通过测量磁铁与线 圈之间的相对位置变化来感知位移的变化。当磁铁与线圈相 对位置发生变化时，线圈中的感应电势也会发生变化，从而 输出位移信号。
类型与特点
类型：无源型位移传感器主要包括电感 式、电容式、光电式等类型。其中，电 感式位移传感器是最常用的类型之一。
05
无源型位移传感器与其 他传感器的比较
与有源型位移传感器的比较
信号获取方式
测量范围
无源型位移传感器通过感应磁场变化来获 取信号，而有源型位移传感器需要通过电 信号来获取。
产业发展趋势与建议
总结词
高精度、智能化、绿色环保
详细描述
未来无源型位移传感器产业发展将朝着高精度、智能化 、绿色环保等方向发展。高精度能够提高设备的运行效 率和产品质量，智能化能够实现更加智能、便捷的操作 和控制，绿色环保则能够降低生产过程中的能源消耗和 环境污染。建议厂商加强技术研发和创新，提高产品性 能和可靠性，同时关注环保和可持续发展，推动产业的 健康发展。
• 集成化和智能化：未来无源型位移传感器将朝着集成化和智能化的方向发展， 多个传感器可以集成在一个芯片上，实现多参数的同时测量，提高测量精度和 效率。同时，通过引入人工智能技术，可以对传感器数据进行实时分析和处理 ，实现智能化控制和优化。
• 微型化和便携化：随着微机械加工技术的发展，无源型位移传感器将朝着微型 化和便携化的方向发展，方便在各种场合下使用。
定义
无源型位移传感器是一种非接触式测量位移的传感器，它通 过感知被测物体与传感器的相对位置变化，从而测量物体的 位移。
工作原理
无源型位移传感器通常采用磁感应原理，通过测量磁铁与线 圈之间的相对位置变化来感知位移的变化。当磁铁与线圈相 对位置发生变化时，线圈中的感应电势也会发生变化，从而 输出位移信号。
类型与特点
类型：无源型位移传感器主要包括电感 式、电容式、光电式等类型。其中，电 感式位移传感器是最常用的类型之一。
《位移传感器》课件2
响应速度快
磁致伸缩位移传感器具有较快的响应 速度，能够实时监测物体的位移变化 。
磁致伸缩位移传感器的优缺点
• 可靠性高：磁致伸缩位移传感器具有较高的可靠性，能够 在恶劣环境下稳定工作。
磁致伸缩位移传感器的优缺点
STEP 03
对振动敏感
STEP 02
磁致伸缩位移传感器容易 受到振动的影响，需要采 取相应的减震措施。
根据测量精度要求选择高精度或 一般精度的位移传感器，以满足 实际测量误差的要求。
环境因素考虑
考虑工作环境对位移传感器的影 响，如温度、湿度、振动等，选 择适合恶劣环境的传感器型号。
位移传感器的安装与调试
安装位置确定
根据测量需求确定传感器的安装 位置，确保传感器能够准确测量 目标物体的位移变化。
注意事项
位移传感器广泛应用于各种领域，如机械、电子、航空航天、汽车、医疗等，是实现自 动化控制和检测的关键元件之一。
位移传感器的分类
电容式位移传感器
利用电容器原理，通过测量电容量的变化来检测 位移量。具有精度高、响应速度快、稳定性好等 优点，但易受环境温度和湿度的影响。
光学位移传感器
利用光学原理，通过测量光束的偏移或光强的变 化来检测位移量。具有精度高、抗干扰能力强、 可靠性高等优点，但成本较高且对环境要求较高 。
详细描述
超声波位移传感器利用超声波的传播特性，通过测量超声波在空气中传播的时间或相位差来推算出被 测物体的位移量。具体来说，传感器发出超声波，当遇到被测物体后反射回来，通过测量超声波的传 播时间和相位差，可以计算出被测物体的位移量。
Part
03
位移传感器的优缺点
电容式位移传感器的优缺点
高精度测量
位移传感器的应用领域
磁致伸缩位移传感器具有较快的响应 速度，能够实时监测物体的位移变化 。
磁致伸缩位移传感器的优缺点
• 可靠性高：磁致伸缩位移传感器具有较高的可靠性，能够 在恶劣环境下稳定工作。
磁致伸缩位移传感器的优缺点
STEP 03
对振动敏感
STEP 02
磁致伸缩位移传感器容易 受到振动的影响，需要采 取相应的减震措施。
根据测量精度要求选择高精度或 一般精度的位移传感器，以满足 实际测量误差的要求。
环境因素考虑
考虑工作环境对位移传感器的影 响，如温度、湿度、振动等，选 择适合恶劣环境的传感器型号。
位移传感器的安装与调试
安装位置确定
根据测量需求确定传感器的安装 位置，确保传感器能够准确测量 目标物体的位移变化。
注意事项
位移传感器广泛应用于各种领域，如机械、电子、航空航天、汽车、医疗等，是实现自 动化控制和检测的关键元件之一。
位移传感器的分类
电容式位移传感器
利用电容器原理，通过测量电容量的变化来检测 位移量。具有精度高、响应速度快、稳定性好等 优点，但易受环境温度和湿度的影响。
光学位移传感器
利用光学原理，通过测量光束的偏移或光强的变 化来检测位移量。具有精度高、抗干扰能力强、 可靠性高等优点，但成本较高且对环境要求较高 。
详细描述
超声波位移传感器利用超声波的传播特性，通过测量超声波在空气中传播的时间或相位差来推算出被 测物体的位移量。具体来说，传感器发出超声波，当遇到被测物体后反射回来，通过测量超声波的传 播时间和相位差，可以计算出被测物体的位移量。
Part
03
位移传感器的优缺点
电容式位移传感器的优缺点
高精度测量
位移传感器的应用领域
传感器与检测技术课件第二章3磁栅
E和磁性标尺与磁头相对速度无关，而是由位移量S决定的
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
根据磁栅和磁头相对移动读出磁栅上的信号的 不同，所采用的信号处理方式也不同。
动态磁头只有一组绕组，其输出信号为正弦波，
信号的处理方法也比较简单，只要将输出信号放大整
形，然后由计数器记录脉冲数n，就可以测量出位移
装有磁栅传感器的仪器或装置工作时，磁头相对 于磁栅有一定的相对位置，在这个过程中，磁头把 磁栅上的磁信号读出来，这样就把被测位置或位移 转换成电信号。
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
磁栅的类型
同轴形
长磁栅
（测量直线位移）
圆磁栅
（测量角位移）
带形 尺形
1－磁头 2－磁栅 3－屏蔽罩 4－基座 5－软垫
• 当磁头运动时，幅值随磁尺上的剩磁影响而变化。由于剩 磁形成的磁场强度按正弦波变化，从而获取调制波，输出 绕组的感应电动势
E1
Um
sin
2s
sin
t
E—输出线圈输出的感应电动势； Um—输出线圈输出的感应电动势峰值；
λ—磁尺剩余信号的波长（磁化信号节距）；
s—磁头对磁性标尺的位移量； ω—输出线圈感应电动势的频率，是激磁电流I的频率的2倍。
1—磁头；2—磁栅；3—输出波形
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
静态磁头的工作原理
• 励磁绕组起磁路开关作用
当励磁绕组N1不通电流时，磁路处于不饱和状态， 磁栅上的磁力线通过磁头铁心而闭合。
如果在励磁绕组中通入交变电流i=i0sinωt，当交变 电流i的瞬时值达到某一个幅值时，横杆上的铁心材料 饱和，这时磁阻很大，而使磁路“断开”，磁栅上的 磁通就不能在磁头铁心中通过。反之，当交变电流i的 瞬时值小于某一数值时，横杆上的铁心材料不饱和， 这时磁阻也降低得很小，磁路被“接通”，则磁栅上 的剩磁通就可以在磁头铁心中通过。由此可见，励磁 线圈的作用相当于磁开关。
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
根据磁栅和磁头相对移动读出磁栅上的信号的 不同，所采用的信号处理方式也不同。
动态磁头只有一组绕组，其输出信号为正弦波，
信号的处理方法也比较简单，只要将输出信号放大整
形，然后由计数器记录脉冲数n，就可以测量出位移
装有磁栅传感器的仪器或装置工作时，磁头相对 于磁栅有一定的相对位置，在这个过程中，磁头把 磁栅上的磁信号读出来，这样就把被测位置或位移 转换成电信号。
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
磁栅的类型
同轴形
长磁栅
（测量直线位移）
圆磁栅
（测量角位移）
带形 尺形
1－磁头 2－磁栅 3－屏蔽罩 4－基座 5－软垫
• 当磁头运动时，幅值随磁尺上的剩磁影响而变化。由于剩 磁形成的磁场强度按正弦波变化，从而获取调制波，输出 绕组的感应电动势
E1
Um
sin
2s
sin
t
E—输出线圈输出的感应电动势； Um—输出线圈输出的感应电动势峰值；
λ—磁尺剩余信号的波长（磁化信号节距）；
s—磁头对磁性标尺的位移量； ω—输出线圈感应电动势的频率，是激磁电流I的频率的2倍。
1—磁头；2—磁栅；3—输出波形
第二章 位移检测传感器
第三节 大位移传感器
静态磁头的工作原理
• 励磁绕组起磁路开关作用
当励磁绕组N1不通电流时，磁路处于不饱和状态， 磁栅上的磁力线通过磁头铁心而闭合。
如果在励磁绕组中通入交变电流i=i0sinωt，当交变 电流i的瞬时值达到某一个幅值时，横杆上的铁心材料 饱和，这时磁阻很大，而使磁路“断开”，磁栅上的 磁通就不能在磁头铁心中通过。反之，当交变电流i的 瞬时值小于某一数值时，横杆上的铁心材料不饱和， 这时磁阻也降低得很小，磁路被“接通”，则磁栅上 的剩磁通就可以在磁头铁心中通过。由此可见，励磁 线圈的作用相当于磁开关。
传感器介绍PPT课件
原理。
例题：（新教材 2003天津理综）如图，当电键K断开时，用光
子能量为的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，
调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于时，电流表读数仍不为零；
当电压表读数大于或等于时，电流表读数为零。由此可知阴极材料
的逸出功为 (
)
A
A. 1.9eV B. 0.6eV
解：反向截止电压为，
解：a=2kS/m
10
0
10
∴ S=ma/2k
U=U0 Rx / R = U0 S / L
P
=maU0 / 2kL
U
=mU0 a / 2kL∝a
U0
（3）测 力
例题：（风力测定仪）如图所示为一种测定风作用力的仪器原
理图，图中P为金属球，悬挂在一细长裸金属丝下面，O是悬挂点， R0是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与悬挂小球的细金 属丝始终保持良好接触，无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此 时电路中的电流为I，有风时细金属丝将偏转一角度θ（θ与风力大 小有关），细金属丝与电阻丝在C/点接触，已知风力方向水平向左， OC=h，CD=L，球的质量为M，电阻丝单位长度的电阻为k，电源 内电阻和细金属丝电阻均不计，金属丝偏转θ角时，电流表的示数
1、干簧管 是一种能感知磁场的传感器 2、光敏电阻 电阻随光照的增强而减小 （半导体材料） 3、热敏电阻 一般随温度升高电阻减小 （半导体材料） 4、金属热电阻 温度升高电阻增大 5、电容式位移传感器 6、霍尔元件
如图所示，R1为定值电阻，R2为热敏电阻， L为小灯泡，当温度降低时（ C ）
A、R1两端的电压增大 B、电流表的示数增大 C、小灯泡的亮度变强 D、小灯泡的亮度变弱
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谐振电路调幅原理图 （a） 电路原理图； （b） 谐振特性曲线；（c） 调幅特
性
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晶体振荡器输出频率固定的正弦波，经限流电阻R接电涡 流传感器线圈与电容器的并联电路。当LC谐振频率等于晶 振频率时输出电压幅度最大，偏离时输出电压幅度随之减 小，是一种调幅波。 该调幅信号经高频放大、检波、滤波 后输出与被测量相应变化的直流电压信号。
器线圈。
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电涡流涂层厚度仪
电涡流表面探伤
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数字位移传感器
数字式位置传感器主要测量轴的旋转角度位置、速度变化 和直线位移等。现在主要介绍以下几种数字式位移传感器。
➢ 旋转编码器 ➢ 光栅位移传感器 ➢ 磁栅位移传感器 ➢ 容栅位移传感器
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旋转编码器
旋转编码器也称为脉冲编码器，是一种位置检测元件，用 以测量轴的旋转角度位置和速度变化，其输出为电脉冲。
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常见用于传感器的电位 器有：
线绕式电位器、合成 膜电位器、金属膜电位 器、导电塑料电位器、 导电玻璃釉电位器、光 电电位器。
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金属膜电位器
金属膜电位器由合金、 金属或金属氧化物等材料通过真空溅射或
电镀方法， 在瓷基体上沉积一层薄膜而制成。 金属膜电位器具有无
限分辨力， 接触电阻很小， 耐热性好， 满负荷达70℃。 与线绕电位
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光栅位移传感器的应用
光栅位移传感器： 测量精度高（分辨率为0.1μm）， 动态测量范围广（0～1000mm）， 可进行无接触测量， 容易实现系统的自动化和数字化。 在机械工业中得到了广泛的应用，特别是在量具、数
控机床的闭环反馈控制、工作母机的坐标测量等方面。
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磁栅位移传感器
磁栅是一种有磁化信息的标尺。它是在非磁性体的平整 表面上镀一层约0.02mm厚的Ni-Co-P磁性薄膜。并用录 音磁头沿长度方向按一定的激光波长λ录上磁性刻度线而 构成的。因此又把磁栅称为磁尺。磁栅录制后的磁化结构
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电涡流作用原理图
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涡流可以用来测量各种形式的位移量。(a)为汽轮机主轴的 轴向位移测量示意图；(b)为磨床换向阀、先导阀的位移 测量示意图，(c)为金属试件的热膨胀系数测量示意图。
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电涡流式传感器的转换电路
在电工课程中， 我们已经知道电感和电容可构成谐振电路， 因此电感式、 电容式和电涡流式传感器都可以采用谐振电 路来转换。 谐振电路的输出也是调制波， 控制幅值变化 的称调幅波， 控制频率变化的称调频波。 调幅波要经过 幅值检波， 调频波要经过鉴频才能获得被测量的电压。 谐振电路调幅原理如下图所示。
这样，可把肉眼看不见的光栅位移变成为清晰可见的莫 尔条纹移动，可以用测量条纹的移动来检测光栅的位移。 可以实现高灵敏的位移测量。
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光栅位移传感器的结构及工作原理
由主光栅、指示光栅、光源和光电器件等组成。主光栅和 被测物体相连，它随被测物体的直线位移而产生移动。当 主光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生位移。用光电器 件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅移动的距 离，也就测得了被测物体的位移量。
光电式编码器按照编码旋转的规律可以分为绝对式编码器 和增量式编码器。
➢ 绝对式编码器：检测转角的绝对值 ➢ 增量式编码器：不仅检测转角的大小，还可以检测到转角
的方向。
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增量式编码器的结构
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数字式位置传感器的应用
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光栅位移传感器
光栅位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理 工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床 与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或 者角位移的检测。
相当于一个个小磁铁按NS、SN、NS……的状态排列起来。
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磁栅位移传感器
在用软磁材料制成的铁芯上绕有两个绕组，一个为励磁绕 组，另一个为输出绕组，将高频励磁电流通入励磁绕组时， 当磁尺与磁头之间产生相对位移时，磁头的铁芯使磁尺的 磁通有效地通过输出绕组，当磁头靠近磁尺时在拾磁线圈 中感应电压
该电压随磁尺磁场强度周期的变化而变化，从而将位移量 转换成电信号输出。
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电涡流轴向贯穿深度的影响
电涡流的轴向贯穿深度是指涡流密度衰减到等于表面涡流 密度的1/e处时与导体表面的距离。涡流在金属导体中的轴 向分布是按指数规律衰减的。衰减深度t可以表示为 ：
t 0rπf
式中，ρ为导体电阻率；f为励磁电源的频率。
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为充分利用电涡流以获得准确的测量效果， 使用时应注意 以下两点：
位移传感器
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位移传感器
位移测量包含：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、 移动、圆度、冲击、偏心率、冲程、宽度等等。来自不同 应用领域的许多量都可归结为位移或间隙变化。
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。
缺点是需要屏蔽和防尘。
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容栅位移传感器
容栅传感器是基于变面积工作原理的电容传感器，它的电 极排列如同栅状。
（1） 从设计和工艺上尽量保证线圈和磁路对称，选用高 性能的导磁材料，导磁体必须经过热处理，消除残余应力， 以提高磁性能的均匀性和稳定性。
（2） 采用相敏检波电路不仅可以鉴别衔铁的移动方向， 而且有利于消除零点残余电压。
（3） 采用适当的补偿电路。
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电涡流传感器
成块的金属物体置于变化着的磁场中或者在磁场中运动时， 在金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的电流，称为电涡 流。 电涡流式传感器是一个绕在骨架上的导线所构成的空 心线圈， 它与正弦交流电源接通， 通过线圈的电流会在 线圈周围空间产生交变磁场。当导电的金属靠近这个线圈 时，金属导体中便会产生电涡流，如图3-20所示。涡流的 大小与金属导体的电阻率ρ、 磁导率μ、厚度d、线圈与金 属导体的距离x以及线圈励磁电流的角频率ω等参数有关。 如果固定其中某些参数，就能由电涡流的大小测量出另外 一些参数。
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变气隙式自感式传感器的结构原理图 （a） 单边式； （b） 差动式
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变气隙截面式电感传感器
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差动传感器
初级线圈L1加交流励磁电压Uin，次级线圈上由于电磁感应
而产生感应电压。由于两个次级线圈相反极性串接，所以
两个次级线圈中的感应电压UOUT1和UOUT2的相位相反，当
铁芯处于
UOUT=0。
中
心
对
称
位
置
时
，
则
U
O
U
T
1
=
U
OUຫໍສະໝຸດ T2，所
以
当铁芯向两端位移时，UOUT1大于或小于UOUT2，使UOUT
不等于零，其值与铁芯的位移成正比。
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差动变压器的输出特性 （a） 理想特性； （b） 零点残余电压；（c）相敏检波后
的特性
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由绕组不对称引起的零点残余电压可以通过调节衔铁初始 位置进行消除，然而因相位误差造成的零点残余电压是无 法通过调节衔铁初始位置进行消除的。
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电位移传感器优点与缺点
优点：结构简单，性能稳定。
受环境温度影响小
缺点：受骨架尺寸和导线直径限制，分辨率小于20um
磨损影响使用寿命，有较大噪声，降低可靠性。
应用：主要用于测量线位移与角位移
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电容式位移传感器
电容式位移传感器的形式很多，常使用变极距式电容传感 器和变面积式电容传感器进行位移的测量.
编码器通常与驱动电动机同轴安装，驱动电动机可以 通过齿轮箱或同步齿形带驱动丝杆，也可以直接驱动丝杆。 随着电动机的旋转，编码器连续发出脉冲信号，数控系统 通过对信号的接收、处理。计数即可得到电动机的旋转角 度，从而计算出当前工作台的位置。
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旋转编码器按码盘的读取方式可以分为光电式、接触式和 电磁式。光电式旋转编码器的精度和可靠性优于其他两种 编码器，所以数控机床上常用光电式旋转编码器。
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(a) 变极距式示意图； (b) 变极距式的特性； (c) 差动式示 意图
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螺管式电感位移传感器
螺管式电感位移传感器主要由螺管线圈和铁芯组成，铁芯 插入线圈中并可来回移动。
当铁芯发生位移时，将引起线圈电感的变化。线圈的
电感量与铁芯插入线圈的长度有如下的关系：
4N2A
L
1
07(H)
l
铁芯随被测物体一起移动，导致线圈电感量发生变化。 其检测位移量可从数毫米到数百毫米。缺点是灵敏度低。
空气介质变极距式 电容传感器工作原 理图。1个电极板 固定不动，称为固 定极板，极板的面
积为Ａ，另一极板
可左右移动，引起 极板间距离d相应 变化。
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变极距式电容传感器的初始电容C0:
C0=ε0A / d0
只要测出电容变化量⊿C，便可计算得到极板间距的变化 量，即极板的位移量⊿d。
除用变极距式电容传感器测位移外，还可以用变面积式电 容传感器测角位移。
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下图是磁信号与静态磁头输出信号波形图。 磁头输出信号经检测电路转换成电脉冲信号并以数字形
式显示出来。
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磁栅传感器应用
磁栅的种类可分为单型直线磁栅、同轴型直线磁栅和旋转 型磁栅等
磁栅主要用于大型机床和精密机床作为位置或位移量的检 测元件。磁栅和其它类型的位移传感器相比，具有结构简 单、使用方便、动态范围大（1～20m）和磁信号可以重 新录制等优点。
着指示栅线的方向上下 移动。 查看莫尔条纹的上下移动方向，即可确定主光栅左右
移动方向。 (2) 莫尔条纹有位移的放大作用。当主光栅沿与刻线垂直
方向移动一个栅距W时，莫尔条纹移动一个条纹间距B。 当两个等距光栅的栅间夹角θ较小时，主光栅移动一
个栅距W，莫尔条纹移动KW距离，K为莫尔条纹的放大
谐振电路调幅原理图 （a） 电路原理图； （b） 谐振特性曲线；（c） 调幅特
性
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晶体振荡器输出频率固定的正弦波，经限流电阻R接电涡 流传感器线圈与电容器的并联电路。当LC谐振频率等于晶 振频率时输出电压幅度最大，偏离时输出电压幅度随之减 小，是一种调幅波。 该调幅信号经高频放大、检波、滤波 后输出与被测量相应变化的直流电压信号。
器线圈。
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电涡流涂层厚度仪
电涡流表面探伤
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数字位移传感器
数字式位置传感器主要测量轴的旋转角度位置、速度变化 和直线位移等。现在主要介绍以下几种数字式位移传感器。
➢ 旋转编码器 ➢ 光栅位移传感器 ➢ 磁栅位移传感器 ➢ 容栅位移传感器
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旋转编码器
旋转编码器也称为脉冲编码器，是一种位置检测元件，用 以测量轴的旋转角度位置和速度变化，其输出为电脉冲。
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常见用于传感器的电位 器有：
线绕式电位器、合成 膜电位器、金属膜电位 器、导电塑料电位器、 导电玻璃釉电位器、光 电电位器。
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金属膜电位器
金属膜电位器由合金、 金属或金属氧化物等材料通过真空溅射或
电镀方法， 在瓷基体上沉积一层薄膜而制成。 金属膜电位器具有无
限分辨力， 接触电阻很小， 耐热性好， 满负荷达70℃。 与线绕电位
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光栅位移传感器的应用
光栅位移传感器： 测量精度高（分辨率为0.1μm）， 动态测量范围广（0～1000mm）， 可进行无接触测量， 容易实现系统的自动化和数字化。 在机械工业中得到了广泛的应用，特别是在量具、数
控机床的闭环反馈控制、工作母机的坐标测量等方面。
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磁栅位移传感器
磁栅是一种有磁化信息的标尺。它是在非磁性体的平整 表面上镀一层约0.02mm厚的Ni-Co-P磁性薄膜。并用录 音磁头沿长度方向按一定的激光波长λ录上磁性刻度线而 构成的。因此又把磁栅称为磁尺。磁栅录制后的磁化结构
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电涡流作用原理图
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涡流可以用来测量各种形式的位移量。(a)为汽轮机主轴的 轴向位移测量示意图；(b)为磨床换向阀、先导阀的位移 测量示意图，(c)为金属试件的热膨胀系数测量示意图。
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电涡流式传感器的转换电路
在电工课程中， 我们已经知道电感和电容可构成谐振电路， 因此电感式、 电容式和电涡流式传感器都可以采用谐振电 路来转换。 谐振电路的输出也是调制波， 控制幅值变化 的称调幅波， 控制频率变化的称调频波。 调幅波要经过 幅值检波， 调频波要经过鉴频才能获得被测量的电压。 谐振电路调幅原理如下图所示。
这样，可把肉眼看不见的光栅位移变成为清晰可见的莫 尔条纹移动，可以用测量条纹的移动来检测光栅的位移。 可以实现高灵敏的位移测量。
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光栅位移传感器的结构及工作原理
由主光栅、指示光栅、光源和光电器件等组成。主光栅和 被测物体相连，它随被测物体的直线位移而产生移动。当 主光栅产生位移时，莫尔条纹便随着产生位移。用光电器 件记录莫尔条纹通过某点的数目，便可知主光栅移动的距 离，也就测得了被测物体的位移量。
光电式编码器按照编码旋转的规律可以分为绝对式编码器 和增量式编码器。
➢ 绝对式编码器：检测转角的绝对值 ➢ 增量式编码器：不仅检测转角的大小，还可以检测到转角
的方向。
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增量式编码器的结构
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数字式位置传感器的应用
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光栅位移传感器
光栅位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理 工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床 与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或 者角位移的检测。
相当于一个个小磁铁按NS、SN、NS……的状态排列起来。
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磁栅位移传感器
在用软磁材料制成的铁芯上绕有两个绕组，一个为励磁绕 组，另一个为输出绕组，将高频励磁电流通入励磁绕组时， 当磁尺与磁头之间产生相对位移时，磁头的铁芯使磁尺的 磁通有效地通过输出绕组，当磁头靠近磁尺时在拾磁线圈 中感应电压
该电压随磁尺磁场强度周期的变化而变化，从而将位移量 转换成电信号输出。
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电涡流轴向贯穿深度的影响
电涡流的轴向贯穿深度是指涡流密度衰减到等于表面涡流 密度的1/e处时与导体表面的距离。涡流在金属导体中的轴 向分布是按指数规律衰减的。衰减深度t可以表示为 ：
t 0rπf
式中，ρ为导体电阻率；f为励磁电源的频率。
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为充分利用电涡流以获得准确的测量效果， 使用时应注意 以下两点：
位移传感器
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位移传感器
位移测量包含：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、 移动、圆度、冲击、偏心率、冲程、宽度等等。来自不同 应用领域的许多量都可归结为位移或间隙变化。
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。
缺点是需要屏蔽和防尘。
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容栅位移传感器
容栅传感器是基于变面积工作原理的电容传感器，它的电 极排列如同栅状。
（1） 从设计和工艺上尽量保证线圈和磁路对称，选用高 性能的导磁材料，导磁体必须经过热处理，消除残余应力， 以提高磁性能的均匀性和稳定性。
（2） 采用相敏检波电路不仅可以鉴别衔铁的移动方向， 而且有利于消除零点残余电压。
（3） 采用适当的补偿电路。
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电涡流传感器
成块的金属物体置于变化着的磁场中或者在磁场中运动时， 在金属导体中会感应出一圈圈自相闭合的电流，称为电涡 流。 电涡流式传感器是一个绕在骨架上的导线所构成的空 心线圈， 它与正弦交流电源接通， 通过线圈的电流会在 线圈周围空间产生交变磁场。当导电的金属靠近这个线圈 时，金属导体中便会产生电涡流，如图3-20所示。涡流的 大小与金属导体的电阻率ρ、 磁导率μ、厚度d、线圈与金 属导体的距离x以及线圈励磁电流的角频率ω等参数有关。 如果固定其中某些参数，就能由电涡流的大小测量出另外 一些参数。
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变气隙式自感式传感器的结构原理图 （a） 单边式； （b） 差动式
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变气隙截面式电感传感器
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差动传感器
初级线圈L1加交流励磁电压Uin，次级线圈上由于电磁感应
而产生感应电压。由于两个次级线圈相反极性串接，所以
两个次级线圈中的感应电压UOUT1和UOUT2的相位相反，当
铁芯处于
UOUT=0。
中
心
对
称
位
置
时
，
则
U
O
U
T
1
=
U
OUຫໍສະໝຸດ T2，所
以
当铁芯向两端位移时，UOUT1大于或小于UOUT2，使UOUT
不等于零，其值与铁芯的位移成正比。
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差动变压器的输出特性 （a） 理想特性； （b） 零点残余电压；（c）相敏检波后
的特性
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由绕组不对称引起的零点残余电压可以通过调节衔铁初始 位置进行消除，然而因相位误差造成的零点残余电压是无 法通过调节衔铁初始位置进行消除的。
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电位移传感器优点与缺点
优点：结构简单，性能稳定。
受环境温度影响小
缺点：受骨架尺寸和导线直径限制，分辨率小于20um
磨损影响使用寿命，有较大噪声，降低可靠性。
应用：主要用于测量线位移与角位移
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电容式位移传感器
电容式位移传感器的形式很多，常使用变极距式电容传感 器和变面积式电容传感器进行位移的测量.
编码器通常与驱动电动机同轴安装，驱动电动机可以 通过齿轮箱或同步齿形带驱动丝杆，也可以直接驱动丝杆。 随着电动机的旋转，编码器连续发出脉冲信号，数控系统 通过对信号的接收、处理。计数即可得到电动机的旋转角 度，从而计算出当前工作台的位置。
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旋转编码器按码盘的读取方式可以分为光电式、接触式和 电磁式。光电式旋转编码器的精度和可靠性优于其他两种 编码器，所以数控机床上常用光电式旋转编码器。
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(a) 变极距式示意图； (b) 变极距式的特性； (c) 差动式示 意图
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螺管式电感位移传感器
螺管式电感位移传感器主要由螺管线圈和铁芯组成，铁芯 插入线圈中并可来回移动。
当铁芯发生位移时，将引起线圈电感的变化。线圈的
电感量与铁芯插入线圈的长度有如下的关系：
4N2A
L
1
07(H)
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铁芯随被测物体一起移动，导致线圈电感量发生变化。 其检测位移量可从数毫米到数百毫米。缺点是灵敏度低。
空气介质变极距式 电容传感器工作原 理图。1个电极板 固定不动，称为固 定极板，极板的面
积为Ａ，另一极板
可左右移动，引起 极板间距离d相应 变化。
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变极距式电容传感器的初始电容C0:
C0=ε0A / d0
只要测出电容变化量⊿C，便可计算得到极板间距的变化 量，即极板的位移量⊿d。
除用变极距式电容传感器测位移外，还可以用变面积式电 容传感器测角位移。
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下图是磁信号与静态磁头输出信号波形图。 磁头输出信号经检测电路转换成电脉冲信号并以数字形
式显示出来。
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磁栅传感器应用
磁栅的种类可分为单型直线磁栅、同轴型直线磁栅和旋转 型磁栅等
磁栅主要用于大型机床和精密机床作为位置或位移量的检 测元件。磁栅和其它类型的位移传感器相比，具有结构简 单、使用方便、动态范围大（1～20m）和磁信号可以重 新录制等优点。
着指示栅线的方向上下 移动。 查看莫尔条纹的上下移动方向，即可确定主光栅左右
移动方向。 (2) 莫尔条纹有位移的放大作用。当主光栅沿与刻线垂直
方向移动一个栅距W时，莫尔条纹移动一个条纹间距B。 当两个等距光栅的栅间夹角θ较小时，主光栅移动一
个栅距W，莫尔条纹移动KW距离，K为莫尔条纹的放大