无级调节偏心的旋转电弧传感器的设计与仿真
基于机器人旋转电弧传感器跟踪仰焊焊缝
第３７卷第９期 ２０１６年９月焊 接 学 报ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＷＥＬＤＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＩＯＮＶｏｌ．３７ Ｎｏ．９Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１６ 收稿日期：２０１４-１０-１４ 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目（８６３计划，２０１３ＡＡ０４１００３）基于机器人旋转电弧传感器跟踪仰焊焊缝 乐 健， 张 华， 张奇奇， 吴锦浩 （南昌大学江西省机器人与焊接自动化重点实验室，南昌 ３３００３１） 摘 要：为了提高焊接的质量和效率，必须实现机器人对仰焊焊缝的自动跟踪．利用组合滤波的方法对焊接电流进行滤波．采用最小二乘法对第１６个采样点至第４８个采样点进行线性拟合，拟合直线的斜率作为偏差．以偏差和连续三次偏差之和作为模糊控制器的输入，以水平滑块伸缩速度对应的脉冲数作为模糊控制器的输出．连续三次偏差的绝对值都大于０．９时，认为到达焊缝终点．进行了仰焊焊缝跟踪试验、仰焊焊缝终点检测和流水孔的通过试验．结果表明，利用该算法，机器人跟踪仰焊焊缝的准确度高，可靠性好，能够准确地识别出仰焊焊缝终点和通过流水孔． 关键词：旋转电弧传感器；滤波；偏差识别；模糊控制；仰焊焊缝跟踪 中图分类号：ＴＧ４０９ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５３-３６０Ｘ（２０１６）０９-００５６-０５ ０ 序 言 随着造船业的迅速发展，对焊接的质量和效率 提出了更高的要求，仰焊焊缝广泛存在于格子形焊 缝中．必须研制出一种焊接机器人，提高焊接的质 量和减少焊接成本． 目前国际上常用视觉传感器和电弧传感器对焊 缝进行跟踪［１，２］，许多学者研究了平焊焊缝的跟 踪［３］，对仰焊焊缝跟踪的研究较少．所以有必要深 入研究焊接机器人对仰焊焊缝的准确跟踪．旋转电 弧传感器不受弧光、飞溅等影响，焊接点就是测试 点，实时性非常强．但焊接电流中存在大量的噪声， 必须滤除噪声，采用某种偏差识别算法准确地识别 出焊枪相对于焊缝的偏差，设计出控制器，控制机器 人跟踪仰焊焊缝．１ 滤波和偏差识别 图１为仰焊时旋转电弧传感器的工作原理．沿 着焊接方向，图１ａ表示焊枪相对于仰焊焊缝完全偏 右，直流电动机通过偏心轴承带动电弧逆时针转动， 使电弧长度不断发生变化，电弧长度越长，焊接电流 越小，使ＢＣ段对应的焊接电流之和大于ＣＤ段对应 的焊接电流之和，电流之和差值的大小反应了焊枪 相对于仰焊焊缝的偏离程度 ．同理，图１ｂ为焊枪相 对于仰焊焊缝完全偏左，ＭＮ段对应的焊接电流之和小于ＮＯ段对应的焊接电流之和，两者的差值反映了偏差的大小． 图１ 仰焊时旋转电弧传感器的工作原理Ｆｉｇ.１ Ｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｒｏｔａｔｉｎｇａｒｃｓｅｎｓｏｒｓｗｈｅｎｏ-ｖｅｒｈｅａｄｐｏｓｉｔｉｏｎｗｅｌｄｉｎｇ电弧转动一圈，工控机ＰＣ１０４通过霍尔传感器连续采集７６８个电流值，每次连续采集四圈，采样电万方数据
位移传感器的主要分类
位移传感器的主要分类 根据运动方式 直线位移传感器： 直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。 为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。 角度位移传感器： 角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。 根据材质 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。图1中的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。 霍耳式位移传感器：它的测量原理是保持霍耳元件（见半导体磁敏元件）的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀，霍耳电势与位移的关系越接近于线性。图2中是三种产生梯度磁场的磁系统：a系统的线性范围窄，位移Z=0时，霍耳电势≠0；b系统当Z<2毫米时具有良好的线性，Z=0时，霍耳电势=0；c系统的灵敏度高，测量范围小于1毫
用于多电机同步控制的角位移传感器设计
用于多电机同步控制的角位移传感器设计 Design of rotate displacement sensor used to multi-drive synchronization system 奚小网1，陆 荣1，高 波2 XI Xiao-wang1, LU Rong1, GAO Bo2 （1. 无锡职业技术学院 机电技术学院，无锡 214121；2. 中国船舶科学研究中心，无锡 214082） 摘 要：本文介绍了一种可用于多电动机同步控制系统的角位移传感器。它采用导电塑料电位器为敏感元件，电位器滑动转轴与质量块固定，将传感器转角的变化转换成电阻的变化并通过测量转 换电路改变输出电压，输入变频器控制多电机同步运行。详细分析了传感器的结构、特点和 测量转换电路。实验表明输出电压与角位移变化呈线性关系。 关键词：角位移传感器；多电机同步，变频，运算放大器 中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2011)8(上)-0045-04 Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.8(上).13 0 引言 角度和角位移的测量在现代工业生产中广泛应用，主要采用电阻式、电感式、电容式、光栅式、磁阻式等角度和角位移传感器[1]。在多电机同步控制系统中角位移传感器也有应用，但传统的角位移测量仪，因结构等方面的缺陷，影响了其使用寿命和可靠性。利用导电塑料薄膜电位器作为敏感元件，设计了一种新型角位移传感器，用于多电机同步运行控制，具有无接触式、结构简单、小巧轻便、线性好、控制精度高等特点，既提高了控制的可靠性和分辨率，又简化了装配工艺，降低了成本。 1 多电机同步控制原理 在造纸、纺织印染、轧钢等生产设备中，由于具有多点传动的要求，电动机的数量通常较多，对系统的调速控制也提出了更高的要求。在调速方式上，由于变频调速具有可靠性高、使用维护方便等特点，因此这些设备一般采用变频器传动交流异步电动机的调速方式[2]。在工艺上，通常要求这些传动电动机之间能够实现同步运行（例如造纸、纺织印染设备）或按照一定的牵伸比（线速度比）运行（例如轧钢机、化纤后处理设备）。如常用的印染后整理设备有显色皂洗机、退煮漂联合机、热风烘燥机、丝光联合机等，这些设备的传动电机较多。工作时，布卷从设备进口进入，经过多电动机传动后，在出口处再次形成布卷。显然，为防止布匹在加工过程中跑偏、起皱并保证一定的张力，要求多个电动机保持同步运行，即实现多单元同步传动。 图1为三单元同步控制系统框图。图中VF1为主令电动机变频器，VF2、VF3为轧车2以及轧车3的传动电机变频器。VF1的运行速度信号来自主控单元的主令给定，当主令信号确定后，整机的运 行速度就确定了。 图1 三单元同步控制系统示意图 本系统中，为保证轧车2、轧车3与轧车1的同步运行，变频器VF2、VF3 的速度由主令信号和同步检测装置共同给定。由图1可见，同步检测装置中的电位器接±5V直流电源，当电位器处于中间位置时，给定信号为0V。同步检测信号输入变频器辅助模拟量输入端后，可通过设定变频器内部参数得到如下速度控制信号： 收稿日期：2011-03-10 基金项目：江苏省高等教育人才培养模式创新实验基地项目资助（2008-47） 作者简介：奚小网（1967 -），男，江苏无锡人，副教授，工学硕士，研究方向为电工技术、功能材料及应用等。
电容式位移传感器的设计
课程设计 设计名称: 电容式位移传感器的设计_ 专业班级: __ 姓名: ____________ 学号: _________ 指导教师: ______ xxxx年 xx 月
目录 一、设计要求……………………………………………………………… 3 二、电容传感器工作特性 (3) 三、电容传感器的优缺点 (3) 四、基本原理……………………………………………………………… 3 五、设计分析……………………………………………………………… 4 六、消除和减少寄生电容的影响 (5) 七、转换电路的设计 (6) 八、差动放大电路………………………………………………………… 8 九、相敏检波器系统工作及原理 (9) 十、心得体会 (11) 十一、参考文献 (12) 十二、附录 (13)
1、设计要求： 设计差动变面积式电容位移传感器，要求规定的设计参数。 1、测量范围（mm）：0~±1mm； 2、线性度（%Fs）：0.5； 3、分辨率（μm）：0.01； 4、灵敏度（PF/mm）： 5、通过理论设计、结构设计、理论分析等过程设计传感器结构和测量电路，画出结构示意图和测量电路图，并进行参数计算。利用参数和结构来选择合理的方法消除或减少寄生电容的干扰影响。结合传感器实验平台，确定传感器的静态灵敏度和线性范围，并设计电容传感器的电子秤应用实验。 2、电容传感器工作特性 电容式传感器具有灵敏度高、精度高等优点。相对与其他传感器来说，电容式传感器的温度稳定性好，其结构简单，易于制造，易于保证高的精度，能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣环境条件下工作，适应性强；它的静电引力小，动态响应好，可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等；它能够实现非接触测量，在被测件不能受力，或高速运动，或表面不连接，或表面不允许划伤等不允许采用接触测量的情况下，电容传感器可以完成测量任务；当采用非接触测量时，电容传感器具有平均效应，可以减少工件表面粗糙度等对测量的影响。因其所需的输入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、很小的加速度、位移等，由于在空气等介质中损耗小，采用差动结构并连接成桥式电路时产生的零点残余电压极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度，分辨力高，能敏感0.01μm至更小的位移。本课题采用差动变面积式电容位移传感器，线性的反映电容和位移的变化关系。 3、电容传感器的优缺点
位移传感器原理及应用课程设计[1]
题目：位移传感器的设计设计人员： 学号： 班级： 指导老师：许晓平、高宏才、陈焰日期：
位移传感器—光栅的原理和应用 一、概述 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（1）。 二、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幅射光栅和相位光栅；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（2）。由图1可得光电信号为 u0=U平均+Umsin(π/2+2πX/W) 式中u0—光电元件输出的电压信号；
位移传感器的工作原理都有哪些
电位器式位移传感器，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。 下面笔者来跟大家讲一下位移传感器的工作原理都有哪些 由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，位移传感器因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，IP防护等级在IP67以上。此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零。由于敏感元件是非接触的，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。 磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作
用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。 磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移传感器。它采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下，也能正常工作。此外，它还能承受高温、高压和强振动，现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。 杭州奥仕通自动化系统有限公司成立于2011年，是一家专业提供塑料机械行业自动化系统解决方案的高科技技术企业。公司为意大利杰佛伦（GEFRAN）和法国赛德（CELDUC）在中国大陆地区的核心代理商，主要产品有塑料机械控制器（PLC）、伺服驱动器、位移传感器、压力传感器、注射力和合模力传感器、高温熔体压力传感器、固态继电器（SSR）、温控表等。
传感器课程设计 电感式位移传感器
东北石油大学 课程设计 2015年7 月 8日
任务书 课程传感器课程设计 题目电感式位移传感器应用电路设计 专业测控技术与仪器姓名祖景瑞学号 主要内容： 本设计要完成电感式位移传感器应用电路的设计，通过学习和掌握电感式传感器的原理、工作方式及应用来设计一个电路。电路要能够检测一定范围内位移的测量，并且能够通过LED进行数字显示。位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，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，霍尔式位移传感器等技术。 基本要求： 1、能够检测 0~20cm 的位移； 2、电压输出为 1~5V； 3、电流输出为 4~20mA； 主要参考资料： [1] 贾伯年，俞朴.传感器技术[M].南京：东南大学出版社，2006：68-69. [2]王煜东. 传感器及应用[M].北京：机械工业出版社，2005：5-9. [3] 唐文彦.传感器[M].北京：机械工业出版社，2007: 48-50. [4] 谢志萍.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2002:80-90.完成期限—
指导教师 专业负责人 2015年 7 月 1 日
摘要 测量位移的方法很多，现已形成多种位移传感器,而且有向小型化、数字化、智能化方向发展的趋势。位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，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，磁致伸缩位移传感器以及基于光学的干涉测量法，光外差法，电镜法，激光三角测量法和光谱共焦位移传感器等技术。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。电感式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方面。针对目前电感式位移传感器的应用现状，本文提出了一种电感式位移传感器的设计方法，具有控制及数据处理等功能，结构简单、成本低等优点，可以广泛应用于机械位移的测量与控制。 关键词：电感式传感器；自感式传感器；测量位移；位移传感器
传感器在焊接过程中的应用
传感器在焊缝跟踪过程中的应用 引言 我们这学期学习了《传感器与检测技术》。了解到了传感器在现代生产生活中起着越来越重要的作用，同时在焊接过程中也越来越受到重视。现在的焊接要求精确化，智能化，自动化，在这些要求中往往离不开一个重要的技术~~传感器技术，本文我们就来研究传感器在焊接过程中的应用。 一、传感器 根据国家标准GB7665-87，传感器定义为：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装置。传感器作为检测工具，要求检测研究对象的物理或化学的信息，其工作过程要求稳定、可靠、精度高，所以对传感器有以下几个要求： （1）适应恶劣环境能力强 传感器一般工作环境十分广，从极寒至酷热地区，许多在露天环境下工作，能抗飞沙走石、灰尘，还应耐潮湿，较高的抗盐类腐蚀、酸性腐蚀的能力，有抗污染气体干扰的能力，能适应在高温、极寒、强烈振动、冲击以及在其他条件下正常工作的能力，还应抗噪声能力强，信噪比高。 （2）价格适中，适于大批量生产 要求传感器一致性好，适宜自动化批量生产，对加工设备有较高要求，以便排除人工操作带来的不一致性和失误。 （3）稳定性和可靠性高 传感器是一种高精度检测仪器，在军事、航空、航天中应用都有严格要求，产品都须经过严格测试才能应用。所以传感器生产是一种高新技术的具体运用和体现。一种传感器是否有较高的技术附加值体现在所包含的技术含量和加工工艺的技术是否高新。 有部分传感器由于其应用环境的状况需金属封装，一般采用焊接密封，如压力传感器、力传感器、霍尔传感器、光电传感器、温度传感器等，这类传感器内部有敏感元件和集成电路，充惰性气体或抽真空与外界隔绝，有耐压、气密性要求，另有焊接强度要求和漏气率要求，对焊接质量要求高，而且焊接过程中要求变形小，不能对内部元件和微电路有损坏。目前传感器密封焊接有电阻焊、钨极氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊和激光焊。 所谓焊缝跟踪,即以焊炬为被控对象,电弧（焊炬）相对于焊缝中心位置的偏差作为被调量,通过视觉传感、接触传感、超声波传感、电弧传感等多种传感测量手段,控制焊炬使其在整个焊接过程中始终与焊缝对口。其中接触式传感是依靠在坡口中滚动或滑动的触指将焊枪与焊缝之间的位置偏差反映到检测器内，并利用检测器内装的微动开关判断偏差的极性，其结构简单、操作方便、不受电弧烟尘和飞溅的影响，但是对不同形式的坡口需用不同探头，磨损大，易变形，点固点障碍难以克服。超声波传感是利用发射出的超声波在金属内传播时在界面产生发射原理制成的，是一种比较先进的焊缝跟踪传感器，应用在跟踪系统中，跟踪的实时性好。但是由于传感器要贴近工件，不可避免地会受到焊接方法和工件尺寸等的严格限制。另外需要考虑外界震动、传播时间等因素，对金属表面状况要求高，其应用范围也就受到限制。视觉传感具有提供信息量丰富，灵敏度和测量精度高，抗电磁场干扰能力强，与工件无接触的优点。但是算法复杂，处理速度慢。 随着电弧传感技术的发展，焊缝跟踪引入了电弧传感技术，电弧传感器作为一种实时传
激光位移传感器
随着21 世纪的到来,人们开始进入了以知识经济为特征的信息时代, 微电子技术、计算机技术、通讯网络技术及自动化技术高速发展的同时, 作为工业自动化技术工具的自动化仪表及装置也向数字化、智能化、网络化发展。传感器技术、计算机技术和通讯技术一起构成了现代信息的三大基石。 而非接触检测可以克服接触式检测的不足，对于各种测量目标都可以 提供高灵敏度、高精度、高效率的数据采集，从而实现对被测物各种参 数的非接触测量。它不会造成被测表面的划伤和损坏，对各种材料制成 的工件皆可实现测量。非接触检测的最大优点是在被检测物体加工过程 中便可实现测量。非接触检测的最大优点是在被测物体加工过程中便可 对其进行测量，即在线实时检测，从而实现对加工过程的控制，降低废 品率，可大大节省检测时间，提高生产效率，这是接触式检测方式所无 法比拟的。 目前，非接触检测主要以激光检测和红外探测为为代表，而激光检 测技术是最先进应用最广泛的检测技术之一。可实现高精度、高效率、 非接触在线检测。对于解决国防及民用工业生产中的产品零件检测难题 起到了及其重要的作用。 传感器是利用某种转换原理, 将物理的、化学的、生物的等外界信号变成可以直接测量的电信号的装置。在实现生产自动化的过程中,采用适当的传感器(能满足系统要求的长期稳定性、可靠性、精确度 等性能指标) 是十分重要的。传感器是现代检测与控制系统中必不可少的组成部分,它的好坏直接关系到整个系统的成败。在传感器测量技术中, 越来越广泛地运用了超声、微波、激光等声、光、电技术来解决不同工业领域中遇到的特殊测量问题和提高性能的要求。激光器作为一种新型光源, 与普通光源有显著的不同。他利用受激发射原理和激光腔的滤波效应,使所发光波具有一系列新的特点。激光检测技
电弧传感器焊缝跟踪系统
电弧传感器焊缝跟踪系统 1 前言 随着电弧传感技术的发展，焊缝跟踪引入了电弧传感技术，电弧传感器作为一种实时传感的器件与其它类型的传感器相比，具有结构较简单、成本低和响应快等特点，是焊接传感器的一个重要的发展方向，具有强大的生命力和应用前景主要应用在两方面：一方面主要用在弧焊机器人上，另一方面主要用在带有十字滑块的自动焊上。本文对国内外焊缝跟踪系统电弧传感技术、信号处理技术和控制技术的研究现状分别做一介绍，在此基础上总结出一套较为先进的焊缝跟踪系统的实施方案，为焊缝跟踪系统研制提供依据。 2、电弧传感焊缝跟踪技术的发展状况 2.1 电弧传感器发展概述 焊缝自动跟踪方面，传感器提供着系统赖以进行处理和控制所必须的有关焊缝的信息。我们研究电弧传感器就是要从焊接电弧信号中提取出能够实时并准确反映焊炬与焊缝中心的偏移变化信号，并将此信号采集出来，作为气体保护焊焊缝自动跟踪系统的输入信号，即气体保护焊焊缝自动跟踪系统的传感信号。 目前，国际、国内焊接界对电弧传感器的研究非常活跃，用于焊缝跟踪的电弧传感器主要有以下几种类型: (1)并列双丝电弧传感器。利用两个彼此独立的并列电弧对工件施焊，当焊枪的中心线未对准坡口中心时，其作用焊丝具有不同的干伸长度，对于平外特性电源将造成两个电流不相等，因此根据两个电流差值即可判别焊炬横向位置并实现跟踪。 (2)旋转扫描电弧传感器。在带有焊丝导向的喷嘴旋转时，旋转速度与焊接电流之间存在一定的关系。高速旋转电弧传感器可用于厚板间隙及角接焊缝的跟踪，在结构上比摆动式电弧传感器复杂，还需要在焊接工艺、信息处理等方面进行深入的研究。 (3)焊炬摆动式电弧传感器。当电弧在坡口中摆动时，焊丝端部与母材之间距离随焊炬对中位置而变化，它会引起焊接电流与电压的变化。由于受机械方面限制，摆动式电弧传感器的摆动频率一般较低，限制了在高速和薄板搭接接头焊接中的应用。在弧焊其他参数相同的条件下，摆动频率越高，摆动式电弧传感器的灵敏度越高。 2.2 电弧传感器的工作原理 电弧传感器的基本原理是：利用焊炬与工件之间距离变化引起的焊接参数变化来探测焊炬高度和左右偏差，在等速送丝调节系统中，送丝速度恒定，焊接电源一般采用平或缓降的外特性，在这种情况下，焊接电流将随着电弧长度的变化而变化。电弧传感器的工作原理如图1所示。 L为电源外特性曲线，在稳定焊接状态时，电弧工作点为A0，弧长L0 ，电流I0 ，当焊炬与工件表面距离发生阶跃变化增大时.弧长突然被拉长为L1.此时干伸长还来不及变化，电弧在新的工作点A1.燃烧，电流突变为I1，电流瞬时变化为△I1反之亦然。从上述分析可以得出，电弧位置的变化将引起电弧长度的变化，焊接电流也相应变化，从而可以判断焊炬与焊缝间的相对位置。 2.3 电弧传感器的数学模型 控制系统包括控制器和对象二大部分，其中被控对象的动态特性是主要的，所以建立被控对象的数学模型是所有工作的第一步，所谓“系统建模”，就是对软件中过程的抽象描述。 常用的建模方法有：a机理分析法;b统计建模法;c神经网络建模法;d智能建模法。 我们在这要分析的是旋转电弧焊炬长度和焊接电流之间的数学模型H(s)—I(s)，其中输入量是弧长，输出量是实时的焊接电流。虽然不同系统中具体的结果各异，但结果均为二阶的对应关系。根据文献有如下结论： 设G(s)为焊炬高度H(s)到电流I(s)的传递函数，则它在理论上可表示为：
位移传感器
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。 位移传感器的主要分类 根据运动方式 直线位移传感器： 直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。 为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。 角度位移传感器： 角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地
板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。 根据材质 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。图1中的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。 霍耳式位移传感器：它的测量原理是保持霍耳元件（见半导体磁敏元件）的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大，灵敏度越高；
霍尔位移传感器的设计
霍尔位移传感器的设计 Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】
霍尔位移传感器的设计 学院（系）：电气信息工程学院 年级专业：电自09102 学号： 学生姓名：黄晶晶 摘要:霍尔传感器是基于霍效应而将被测量转化成电动势输出的一种传感器。霍尔元件已发展成一个品种多样的磁传感器产品簇，并且得到广泛的应用。霍尔器件是一种磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，可以在各种与磁有关的场合中使用。霍尔期间以霍尔效应为其工作原理。 本文主要研究霍尔位移传感器的设计。如图所示，被测物体分别与恒定电流I和恒定磁场B垂直。当被测物体相对于原来位置有微小位移变化时，会产生变化的磁通量，会在导体垂直于磁场和电流的两个端面之间产生电势差，即UH（霍尔电压）。本文主要研究微小位移与霍尔电压的关系来设计霍尔位移传感器。 关键字：霍尔传感器位移霍尔电压 霍尔效应原理图 正文： 一．霍尔传感器的工作原理 1、霍尔效应 如霍尔效应原理图所示，在半导体薄片两端通以恒定电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于
电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，它们之间的关系为UH=KHIBCOSA，式中KH称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。I为所加的电流（一般为恒流源），B为均匀磁场，A为磁场与法线的夹角。EH为电场（图中所示） 2、霍尔元件 霍尔元件是半导体四端薄片，一般做成正方形，在薄片的相对两侧对称的焊上两对电极引出线（一对称激励电流端，另一对称霍尔电势输出端），如下图所示。 霍尔元件结构 3、霍尔元件的主要特性及材料 1）霍尔元件的主要特性参数 灵敏度KH：表示元件在单位的磁感应强度和单位控制电流所得到的开路霍尔电动势 霍尔输入电阻：霍尔控制及间的电阻值 霍尔最大允许激励电流：以霍尔元件允许的最大温度为限所对应的激励电流 不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值时，若元件所处位置的磁感应强度为零，测得的空载霍尔电势。（不等位电势是由霍尔电极2和之间的电阻决定的， r 0称不等位电阻）寄生直流电势（霍尔元件零位误差的一部分）：
基于线性霍尔元件的位移传感器设计
基于线性霍尔元件的位移传感器设计
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郑州轻工业学院 传感器及应用系统课程设计说明书 基于线性霍尔元件的位移传感器 姓名: 吴富昌 专业班级: 电子信息工程13－０１ 学号：541３０10３0139 指导老师：陆立平 时间：201６.6．27 -2016.７.１
郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目基于线性霍尔元件的位移传感器设计 专业、班级电子信息工程13-0１学号39 姓名吴富昌主要内容、基本要求、主要参考资料等： 一、主要内容: 利用线性霍尔元件设计一个位移传感器。 二、基本要求: (１)设计一个位移传感器，并设计相关的信号处理电路。 （２）为达到误差控制要求，需要对霍尔元件的误差进行补偿校正,主要包含霍尔元件的零位误差及补偿和温度误差及补偿。 (3）完成系统框图和电路原理图的设计和绘制，系统理论分析和设计详细明确,有理有据。 （４）信号处理电路应包含激励信号电路、消除不等位电势补偿电路、放大电路、相敏检波电路和低通滤波电路等。 （５）利用软件仿真,得出主要信号输入输出点的波形,根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性。 （6）根据模拟结果计算位移传感器的迟滞误差、线性度和灵敏度等参数。 (7）写出300０~5000字的设计报告,主体文本字号为小四号,标题章节字号依照美观合理原则选择，并合理加黑,字体均为宋体。 三、主要参考资料: (１)何金田,张斌主编,传感器原理与应用课程设计指南。哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2009.0１. (2）周继明，刘先任、江世明等,传感器技术与应用实验指导及实验报告。长沙:中南大学出版社,２０06.08. (3）陈育中,霍尔传感器测速系统的设计，科学技术与工程，２010,10:7529-753２. 完成期限：2０16年 6月２7 日-2０１6年 7月１日 指导教师签章： 专业负责人签章: ２016年６月 27 日
霍尔位移传感器的设计
霍尔位移传感器的设计 学院（系）：电气信息工程学院 年级专业：电自09102 学号： 学生姓名：黄晶晶 摘要:霍尔传感器是基于霍效应而将被测量转化成电动势输出的一种传感器。霍尔元件已发展成一个品种多样的磁传感器产品簇，并且得到广泛的应用。霍尔器件是一种磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，可以在各种与磁有关的场合中使用。霍尔期间以霍尔效应为其工作原理。 本文主要研究霍尔位移传感器的设计。如图所示，被测物体分别与恒定电流I和恒定磁场B垂直。当被测物体相对于原来位置有微小位移变化时，会产生变化的磁通量，会在导体垂直于磁场和电流的两个端面之间产生电势差，即UH（霍尔电压）。本文主要研究微小位移与霍尔电压的关系来设计霍尔位移传感器。 关键字：霍尔传感器位移霍尔电压 霍尔效应原理图 正文： 一．霍尔传感器的工作原理 1、霍尔效应 如霍尔效应原理图所示，在半导体薄片两端通以恒定电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，它们之间的关系为UH=KHIBCOSA，
式中KH称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在磁场中受力的性质时发现的。I为所加的电流（一般为恒流源），B为均匀磁场，A为磁场与法线的夹角。EH为电场（图中所示） 2、霍尔元件 霍尔元件是半导体四端薄片，一般做成正方形，在薄片的相对两侧对称的焊上两对电极引出线（一对称激励电流端，另一对称霍尔电势输出端），如下图所示。 霍尔元件结构 3、霍尔元件的主要特性及材料 1）霍尔元件的主要特性参数 灵敏度KH：表示元件在单位的磁感应强度和单位控制电流所得到的开路霍尔电动势 霍尔输入电阻：霍尔控制及间的电阻值 霍尔最大允许激励电流：以霍尔元件允许的最大温度为限所对应的激励电流 不等位电势：当霍尔元件的控制电流为额定值时，若元件所处位置的磁感应强度为零，测得的空载霍尔电势。（不等位电势是由霍尔电极2和之间的电阻决定的， r 0称不等位电阻） 寄生直流电势（霍尔元件零位误差的一部分）： 当没有外加磁场，霍尔元件用交流控制电流时，霍尔电极的输出有一个直流电势控制电极和霍尔电极与基片的连接是非完全欧姆接触时，会产生整流效
角位移传感器(详细介绍)
角位移传感器 角位移传感器的概念 角位移传感器是把对角度测量转换成其他物理量的测量,它采用非接触式专利设计，与同步分析器和电位计等其它传统的角位移测量仪相比，有效地提高了长期可靠性。下图所示为是角位移传感器的一种型号： 角位移传感器的原理 有以下三种情况： (1)将角度变化量的测量变为电阻变化测量的变阻器式角位移传感器, (2)将角度变化量的测量变为电容变化的测量的面积变化型电容角位移传感器, (3)将角度变化量的测量变为感应电动势变化量的测量的磁阻式角位移传感器等等. 它的设计独特，在不使用诸如滑环、叶片、接触式游标、电刷等易磨损的活动部件的前提下仍可保证测量精度。如下图所示： 角位移传感器简化原理图 角位移传感器特点： 该传感器采用特殊形状的转子和线绕线圈，模拟线性可变差动传感器(LVDT)的线性位移，有较高的可靠性和性能，转子轴的旋转运动产生线性输出信号，围绕出厂预置的零位移动±60(总共120)度。此输出信号的相位指示离开零位的位移方向。转子的非接触式电磁耦合使产品具有无限的分辨率，即绝对测量精度可达到零点几度。
角位移传感器的应用 从力学分类来看，有一种在静态下工作的角位移传感器，例如吊车和塔吊的吊臂上就用重锤方式角位移传感器，只能用于没有加速度运动的环境，通俗的理解就是不能在运动剧烈的环境上应用，只能用在静态的场合，是地球重力场直接作用下的倾斜仪器，类似的有气泡水准仪器，例如在经纬仪，全站仪，装修行业上使用，水平联通管也是类似的原理。 角位移传感器标准的测量方法是在旋转编码器上加重锤，重锤是产生重力作用的元件，在车辆运动环境下，就要用空气阻尼、油池阻尼、电磁阻尼来抑制重锤的晃动以至振荡，就必然使角位移传感器的灵敏度下降，响应速度下降。 角位移传感器也有非绝对编码，是增量输出的，如果没有起始脉冲专门信道，就要用自己外加初始定位传感器，一般是用红外的标准产品，缺点是精度低。 使用地磁角位移传感器基本上不受环境振动影响，又受电磁干扰影响，比赛车辆自身的电动机就要磁屏蔽。 航海、航空和航天器使用一种红外角位移传感器，对环境的可见光或红外辐射进行立体的比较，最简单的是求出运载工具相对太阳的姿态，是广角和立体摄影和图像处理技术的综合，最简单地要分辨地平线;在比赛的空间，要受到小环境的光线干扰。 角位移传感器的主要技术参数： 1.旋转位移，工作温度范围大，自带信号调节 2.免接触型传感器，适应不良环境(振动、冲击、潮湿、盐雾等，出色的温度稳定性) 3.线性(100%行程)：0.25~0.5 4.多种范围、直流输出 5.CE认证 电容式角位移传感器原理分析 电容式角位移传感器用于测量固定部件(定子)与转动部件(转子)之间的旋转角度，因其具有结构简单，测量精度高，灵敏度高，适合动态测量等特点，而被广泛应用于工业自动控制、汽车、航天及军事等角度定位监测领域。 一般来说，电容式角位移传感器由一组或若干组扇形固定极板和转动极板组成，为保证传感器的精度和灵敏度，同时避免因环境温度等因素的改变导致介电常数、极板形状等的间
传感器课程设计 电感式位移传感器
东北石油大学 课程设计 课程传感器课程设计 题目电感式位移传感器应用电路设计院系电气信息工程学院 专业班级测控12-2 学生姓名祖景瑞 学生学号120601240222 指导教师邹彦艳刘继承 2015年7 月8日
任务书 课程传感器课程设计 题目电感式位移传感器应用电路设计 专业测控技术与仪器姓名祖景瑞学号120601240222 主要内容： 本设计要完成电感式位移传感器应用电路的设计，通过学习和掌握电感式传感器的原理、工作方式及应用来设计一个电路。电路要能够检测一定范围内位移的测量，并且能够通过LED进行数字显示。位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，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，霍尔式位移传感器等技术。 基本要求： 1、能够检测0~20cm 的位移； 2、电压输出为1~5V； 3、电流输出为4~20mA； 主要参考资料： [1]贾伯年，俞朴.传感器技术[M].南京：东南大学出版社，2006：68-69. [2]王煜东. 传感器及应用[M].北京：机械工业出版社，2005：5-9. [3] 唐文彦.传感器[M].北京：机械工业出版社，2007: 48-50. [4] 谢志萍.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2002:80-90. 完成期限2015.7.4—2015.7.8 指导教师 专业负责人 2015年7 月1 日
摘要 测量位移的方法很多，现已形成多种位移传感器,而且有向小型化、数字化、智能化方向发展的趋势。位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，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，磁致伸缩位移传感器以及基于光学的干涉测量法，光外差法，电镜法，激光三角测量法和光谱共焦位移传感器等技术。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。电感式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方面。针对目前电感式位移传感器的应用现状，本文提出了一种电感式位移传感器的设计方法，具有控制及数据处理等功能，结构简单、成本低等优点，可以广泛应用于机械位移的测量与控制。 关键词：电感式传感器；自感式传感器；测量位移；位移传感器
旋转电弧传感弧焊机器人焊缝实时纠偏系统研究
文章编号:100220446(2001)0720705204 旋转电弧传感弧焊机器人焊缝实时纠偏系统研究α 张 华 余 锋 贾剑平 熊震宇 潘际銮 (南昌大学机械电子研究所 南昌 330029) 摘 要:本文介绍了以高速旋转电弧为传感器的弧焊机器人焊缝实时纠偏系统,首先设计了适应机器人要求的高速旋转电弧传感器,然后对电弧传感V形坡口焊缝的识别方法及铁水等干扰影响进行了研究,采用模糊控制技术进行焊缝实时纠偏,最后完成了V形坡口直线焊和角焊缝折线焊,取得了满意的焊缝纠偏结果. 关键词:弧焊机器人;电弧传感器;焊缝纠偏 中图分类号: T P24 文献标识码: B THE STUDY ON REAL-T I M E SEAM CORRECT I ON S Y STE M BASED ON ROTAT ING ARC SENS OR FOR W ELD ING ROB OT ZHAN G H ua YU Feng J I A J ian2p ing X I ON G Zhen2yu PAN G J i2luan (M echatronics Institu te,N anchang U niversity,N anchang 330029) Abstract:In th is paper,a real2ti m e seam co rrecti on system based on h igh speed ro tating arc sen so r fo r arc robo t w as studied,the p rinci p le and m ethod of th is system w ere discu ssed in detail,the resu lts of experi m en t in the cir2 cum stance of V shape groove and angle seam w ere p resen ted. Keywords:arc robo t,arc sen so r,seam co rrecti on 1 引言 目前工业上使用的弧焊机器人大多是示教再现型,存在以下不足,其一是效率不高,尤其对比较复杂的曲线焊缝,示教编程工作量比较大,其二是批量生产时,要求工件一致性比较好、安装工件夹具精度比较高,其三是要求工件在焊接过程中不发生变形,这些不足及要求使得弧焊机器人适应性比较差,也就制约了示教再现型的弧焊机器人广泛应用.为此,大多数弧焊机器人都装配了摆动式扫描电弧传感器或者附加式激光传感器,以实现焊缝自动纠偏,改善其性能.但是摆动式电弧传感由于扫描频率较低,因而灵敏度低,激光传感器则价格昂贵且附加机构安装困难,因此,这些传感器在应用中受到限制.本文采用了自行研制的体积小、振动小的高速旋转电弧传感器,替代CLOO S机器人(Rom at76S W)的焊枪,较好地实现了焊缝自动纠偏.2 系统构成及原理 弧焊机器人焊缝纠偏系统的工作原理如图1所示.电弧传感器将焊炬高度的变化转换为焊接电流的变化,经过A D采集变成数字信号送入计算机进行处理,计算机将该信号进行数字滤波后求得左右、高低偏差,经过控制器得到左右、高低控制信号,经A D采集卡上的I O口输出到机器人接口控制机器人手臂的运动.焊接电流信号随着旋转位置变化而变化,因此,为了进行焊缝偏差分析,电弧传感信号除了焊接电流信号之外,还必须包括反映焊炬旋转起点位置的转速信号以及反映焊炬旋转瞬时位置的位置信号,为此,在旋转电弧传感机构里加入了光码盘测速、测位系统产生转速信号和位置信号,当检测到转速信号为高电平时,开始采集信号,这样能保证每次采集的起始位置相同,位置信号作为A D采卡的触发信号,每个上升沿到来,采集一次,这样能保证每个采集数据对应一个旋转位置.利用转速信号 第23卷第7期2001年10月机器人 ROBO T V o l.23,N o.7 O ct.,2001 α基金项目:国家自然科学基金(N o.59875034)、江西省主要学科跨世纪学术与技术带头人培养项目等资助. 收稿日期:2001-08-15