電力傳動系統(tǒng)狀態(tài)量的檢測第一頁，共六十七頁，2022年，8月28日第二章電氣傳動系統(tǒng)狀態(tài)量的檢測2.1位移檢測

光柵位置檢測傳感器2.2角度（角位移）檢測

絕對式光電編碼盤2.3轉(zhuǎn)速檢測

增量式光電編碼盤

直流測速發(fā)電機2.4電流和電壓檢測

霍爾電流傳感器霍爾電壓傳感器

第二頁，共六十七頁，2022年，8月28日

在電動機控制中，控制系統(tǒng)可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)兩類。開環(huán)控制系統(tǒng)比較簡單，能夠滿足一般的控制要求；閉環(huán)控制系統(tǒng)則用于有精度要求的控制。在電動機控制系統(tǒng)中，這些精度要求包括：電動機本身的運動精度要求，如角度和轉(zhuǎn)速；執(zhí)行機構(gòu)的運動精度要求，如線位移和角位移。要實現(xiàn)對這些物理量的精確控制，就必須通過高精度的檢測傳感器對這些物理量進行檢測，將檢測的結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，反饋給單片機，通過單片機對這些數(shù)據(jù)進行處理，處理的結(jié)果作為控制量對電動機進行控制，從而實現(xiàn)了閉環(huán)控制。所以，檢測傳感器加上反饋環(huán)節(jié)是開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要區(qū)別，是電動機閉環(huán)控制系統(tǒng)的重要組成部分。本章將介紹在電動機控制中常用的位移、角度、轉(zhuǎn)速、電壓、電流檢測傳感器的工作原理及應(yīng)用。前言第三頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.1位移檢測

光柵是一種在基體上刻制有等間距的均勻分布條紋的光學元件。光柵技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)100多年了，隨著光柵的刻制技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展，光柵莫爾條紋細分技術(shù)的不斷改進，以及計算機處理技術(shù)的巨大進步，光柵技術(shù)在近二三十年得到了快速發(fā)展。利用光柵進行位移測量，應(yīng)用于電動機及執(zhí)行機構(gòu)的閉環(huán)控制中，已經(jīng)是相當普遍的事了。

第四頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵傳感器的分類光柵傳感器可分為透射式光柵和反射式光柵兩種。圖2-1是透射式光柵傳感器的結(jié)構(gòu)，其特點是光敏元件和光源分別位于光柵副的兩側(cè)，光柵是由透光材料(如玻璃)制成的。圖2-2是反射式光柵傳感器的結(jié)構(gòu)，光敏元件和光源位于光柵副的一側(cè)，光柵是由不透光材料(如金屬)制成的。光柵位移檢測傳感器第五頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵位移傳感器的組成

光柵光柵的表面刻有規(guī)則排列和形狀的刻線，這些刻線可以是透光的(透射式)或不透光的(反射式)。常用的光柵傳感器的刻線多屬于黑白型的，如下圖所示。這種刻線(或稱柵線)的白色寬度為a，黑色寬度為b，通常情況下a＝b。圖中的W＝a+b，稱為光柵柵距，或稱為光柵常數(shù)。光柵位移檢測傳感器光柵傳感器系統(tǒng)由光柵、光柵光學系統(tǒng)、光電接收系統(tǒng)組成。

黑白型光柵第六頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵位移傳感器的組成

光柵光學系統(tǒng)

光柵光學系統(tǒng)可分成光源系統(tǒng)和光柵副兩部分，其作用是形成莫爾條紋。光柵光學系統(tǒng)的原理圖如圖所示。光柵位移檢測傳感器光源系統(tǒng)光柵副：標尺光柵（移動光柵）和指示光柵（固定光柵）第七頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵位移傳感器的組成

光電接收系統(tǒng)

光電接收系統(tǒng)由光敏元件組成，它將莫爾條紋的光學信號轉(zhuǎn)換成電信號。光敏元件一般選用光敏三極管。光柵位移檢測傳感器光電接收系統(tǒng)第八頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵位移傳感器的工作原理將標尺光柵和指示光柵重疊在一起，并使它們的刻線之間形成一個很小的交角θ，如圖(a)所示。由于遮光效應(yīng)，在黑色光柵相交處，刻線聚集較密，形成暗帶；其他地方，刻線較稀，形成亮帶。這種在光柵垂直方向上出現(xiàn)的明暗相間的條紋就稱為莫爾(Moire)條紋。兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋間距，用B來表示。

光柵位移檢測傳感器兩光柵刻線交角θ越小，莫爾條紋間距B越大。第九頁，共六十七頁，2022年，8月28日莫爾條紋演示第十頁，共六十七頁，2022年，8月28日莫爾條紋與兩光柵刻線間的夾角θ的平分線近似垂直．當標尺光柵和指示光柵的交角θ保痔不變而相對移動時，莫爾條紋將沿著刻線方向移動。光柵移動了W／2柵距時，莫爾條紋曲亮條紋變?yōu)榘禇l紋(或由暗條紋變?yōu)榱翖l紋)；光柵再移動W/2柵距時，莫爾條紋則由暗條紋變回亮條紋(或由亮條紋變回暗條紋)。因此，光柵移動一個柵距W時，莫爾條紋也移動一個間距B，同時，在指示光柵上的光敏元件接收到·一次光脈沖的照射，并相應(yīng)輸出一個電脈沖。通過電脈沖計數(shù)。就可以測量標尺光柵移動的位移X,即X=iW式中：i——光電脈沖個數(shù)；

W——光柵柵距。

光柵位移傳感器的工作原理光柵位移檢測傳感器第十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日可見，只要保持光柵刻線交角θ足夠小，就能獲得足夠大的、放大了的莫爾條紋間距目，來測量標尺光柵地位置，比讀光柵刻線要方便得多。

光柵位移傳感器的工作原理光柵位移檢測傳感器第十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日實際上，莫爾條紋從亮條紋到暗條紋，以及從暗條紋到亮條紋的變化不是階躍性的，而是逐漸過渡的。下圖給出了移動的標尺光柵相對不動的指示光柵移動一個柵距W時，光敏元件接收的光照強度也經(jīng)歷了一個周期的變化，即由暗一弱一半亮一亮一半亮一弱一暗變化一次；如果光柵再相對移動一個柵距，則光強度再周期性地變化一次。光柵位移傳感器的工作原理光柵位移檢測傳感器第十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵位移傳感器的工作原理光柵位移檢測傳感器光強度的周期變化使光敏元件的輸出也同步周期性變化，其輸出波形近似于正弦波形，可表示如下：

式中——輸出信號的直流分量——交流信號的幅值。右圖表示了光敏元件的輸出隨光柵光強度變化而變化的規(guī)律。光強度變化一次所需的時間(周期)與光柵位移一個柵距所需的時間是相同的。第十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日舉例：光柵位移檢測傳感器有一直線光柵，每毫米刻線數(shù)為50，標尺光柵光柵與指示光柵的夾角=0.1，求莫爾條紋的寬度B是多少？若光電元件檢測到脈沖個數(shù)i為500個，那么指示光柵移動的距離是多少X？

分析：（1）柵距W=1mm/50=0.02mm=20m(分辨率)

（由于柵距很小，因此無法觀察光強的變化）B=W/θ=0.02mm/（0.1*π/180

）

=0.02mm/0.00174=11.46mm（可以通過目測觀察到莫爾條紋光強的變化。因此，光敏元件可以直接布置在莫爾條紋寬度范圍內(nèi)。）（2）X=iW=500*0.02mm=10mm=1cm莫爾條紋寬度為11.46mm，指示光柵移動的距離為1cm。

第十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日辨向原理及電路光柵位移檢測傳感器以上介紹了用光柵測量位移的原理，但位移除了有大小的屬性外，還有一個屬性，這就是位移的方向。為了辨別標尺光柵位移的方向，僅靠一個光敏元件輸出一個信號是不行的，必須有2個以上的信號根據(jù)它們的相位不同來判斷位移方向。因此，在指示光柵上安裝2個光敏元件Ta、Tb，安裝位置如圖所示，2個光敏元件相距B／4，這樣，它們的輸出ua、ub相位相差90°。辨向光敏元件位置圖第十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日辨向原理及電路光柵位移檢測傳感器

2個光敏元件的輸出經(jīng)過整形后送入辨向電路，辨向電路是一個邏輯電路，如圖（a）所示。用作為2個與門的控制信號，

信號分成2路：一路經(jīng)微分電路后送與門Yl，另一路反相后再微分送與門Y2。由圖

（b）波形圖可見，莫爾條紋下移時，

的微分脈沖出現(xiàn)在

的高電平區(qū)間，與門Yl有脈沖輸出，它表示了莫爾條紋下移；莫爾條紋上移時，微分脈沖出現(xiàn)在的高電平區(qū)間，與門Y2有脈沖輸出，它表示了莫爾條紋上移。由此可以辨別光柵的移動方向。第十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵細分技術(shù)

當要求高分辨率、高精度的光柵傳感器時，受刻線技術(shù)的影響，不可能僅靠提高刻線密度來實現(xiàn)，這就需要采用莫爾條紋細分技術(shù)。莫爾條紋細分有多種方法，這里只介紹光學細分法和電子細分法這兩種常用方法。

1．莫爾條紋光學細分法在莫爾條紋光學細分法中，最突出的是光柵倍增細分法。這種方法采用密光柵作為指示光柵，稀光柵作為標尺光柵，稀光柵的柵距是密光柵柵距的整數(shù)倍，稱其為放大因子小聲可由下式表示，即式中，稀光柵柵距；稀光柵柵距。第十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵細分技術(shù)

當值不同時，莫爾條紋的數(shù)目也不同，莫爾條紋隨值變化的情況如圖所示。由圖可見，隨著值的增大，莫爾條紋變密了。當標尺光柵移動一個柵距，時，莫爾條紋變化了次，相當于放大了倍?？梢娫酱?，系統(tǒng)的靈敏度越高。由于密光柵刻在指示光柵上，量程小，因而加工、刻制相對容易些。放大因子不同時莫爾條紋的變化第十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵細分技術(shù)

2.莫爾條紋電子細分法電子細分法是在一個周期的信號內(nèi)插入若干個計數(shù)脈沖，所以也稱為倍頻。細分的倍數(shù)可以做到幾倍，甚至幾百倍。最簡單和最常用的細分倍數(shù)是4倍。這就需要在如圖的一個莫爾條紋間距B內(nèi)，每隔B/4安放一個光敏元件，共4個光敏元件，使他們的輸出相位依次相差90°。第二十頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵傳感器的優(yōu)點輸出數(shù)字信號。

光柵傳感器輸出的是數(shù)字信號，這使它易于與數(shù)字電路特別是單片機接口。高精度。

由于精密的光刻技術(shù)和電子細分技術(shù)，以及莫爾條紋所具有的對局部誤差的消除作用，光柵傳感器可以得到很高的測量精度。在大量程方面，光柵傳感器的測量精度僅次于激選測量，而成本卻低得多。目前，用于長度測量的光柵精度可達0.5μm/m，計數(shù)速度為200mm／s。幾種常用的光柵傳感器精度下表所列。大量程、高分辨率。

一般的傳感器很難在大量程和高分辨率兩個方面同時兼顧。光柵位移檢測傳感器第二十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日各種光柵傳感器的精度光柵傳感器的優(yōu)點光柵位移檢測傳感器第二十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日較強的抗干擾能力。

數(shù)字信號輸出一般都比模擬信號輸出具有更高的抗干擾能力。信號處理電路簡單、可靠。

對于光柵的輸出信號，用數(shù)字電路進行整形、細分、辨向處理，特別是對于普通分辨率和普通精度的光柵傳感器，一般都將信號處理電路和光柵部件組裝在一起，體積小，應(yīng)用方便。傳感器的輸出接口電路都有驅(qū)動器，因此有帶負載能力和長距離傳輸能力。慣量小。

光柵傳感器體積小，質(zhì)量輕，對組成系統(tǒng)的慣量和動態(tài)特性影響小。光柵位移檢測傳感器光柵傳感器的優(yōu)點第二十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵傳感器的缺點對環(huán)境冬件敏感。由于光柵傳感器的光柵片一般是用玻璃制作的，而且移動光柵片與固定光柵片之間的間隙很小，因此對環(huán)境如濕度、溫度、振動、沖擊等較為敏感。環(huán)境的變化會影響光柵傳感器的性能和可靠性。一般的光柵傳感舉些是增量式的，信號的輸出是串行的。光柵傳感器，則信號的讀取電路復(fù)雜，速度無法提高。光柵位移檢測傳感器第二十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日光柵傳感器的應(yīng)用密封式開啟式第二十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日安裝有直線光柵的數(shù)控機床加工實況

防護罩內(nèi)為直線光柵光柵掃描頭被加工工件切削刀具角編碼器安裝在夾具的端部第二十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日

增量編碼器

在增量式測量中，移動部件每移動一個基本長度單位，位置傳感器便發(fā)出一個測量信號，此信號通常是脈沖形式。這樣，一個脈沖所代表的基本長度單位就是分辨率，對脈沖計數(shù)，便可得到位移量。（角位移、速度測量）

絕對編碼器在絕對式測量中，每一被測點都有一個對應(yīng)的編碼，常以二進制數(shù)據(jù)形式來表示。絕對式測量即使斷電之后再重新上電，也能讀出當前位置的數(shù)據(jù)。（角位移測量）光電式編碼器在角位移測量方面應(yīng)用廣泛，具有高精度、高分辨率、高可靠性的特點。光電式編碼器從結(jié)構(gòu)上可分為絕對式和增量式兩種。

2.2角度（角位移）檢測第二十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日絕對編碼器絕對式編碼盤由編碼盤和光電檢測裝置組成。在一塊圓形光學玻璃上刻出透光和不透光的編碼。4位二進制絕對式光電編碼盤工作原理如圖。其中白的部分表示透光，黑的部分表示不透光。當光源通過透光部分并為光電接收器接受時表示“0”信息，反之表示“1”信息。絕對式光碼盤工作原理2.2角度（角位移）檢測第二十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日

圖中，一個圓環(huán)稱為一個碼道，對應(yīng)于數(shù)碼的1位，外環(huán)為最低位，里環(huán)為最高位．根據(jù)碼道數(shù)N

，按2N

對圓周分度。因此，編碼盤的角度分辨率為：

2.2角度（角位移）檢測絕對編碼器碼道數(shù)N越大，分辨率越小，編碼盤對角度變化的分辨能力越強，測量也越精確。第二十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日絕對式編碼器

10碼道絕對式光電碼盤

絕對式編碼器按照角度直接進行編碼，可直接把被測轉(zhuǎn)角用數(shù)字代碼表示出來。根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和檢測方式有接觸式、光電式等形式。

透光區(qū)不透光區(qū)零位標志2.2角度（角位移）檢測第三十頁，共六十七頁，2022年，8月28日絕對（接觸）式編碼器演示4個電刷

4位二進制碼盤

+5V輸入公共碼道

最小分辨角度為α=360°/2n

2.2角度（角位移）檢測第三十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日四碼道編碼盤軸角與二進制數(shù)碼對照表

軸位置角度二進制碼軸位置角度二進制碼00o00008180o1000122.5o00019202.5o1001245o001010225o1010367.5o001111247.5o1011490o010012270o11005112.5o010113292.5o11016135o011014315o11107157.5o011115337.5o11112.2角度（角位移）檢測第三十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日旋轉(zhuǎn)刀庫被加工工件刀具角編碼器的輸出為當前刀具號角編碼器與旋轉(zhuǎn)刀庫連接2.2角度（角位移）檢測編碼器在數(shù)控加工中心的刀庫選刀控制中的應(yīng)用第三十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日增量式編碼器2.2角度（角位移）檢測

增量式光電編碼盤是在一個，有內(nèi)向外分別為A、B、C，如圖(a)。在A、B碼道的碼盤上，等距離地開有透光的縫隙，2條碼道上相鄰的縫隙互相錯開半個縫寬，展開圖如圖(b)。第三條碼道C只開了一個縫隙，用來表示碼盤的零位。第三十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日

在碼盤的兩側(cè)分別安裝光源和光敏元件，當碼盤轉(zhuǎn)動時光源通過透光和不透光的區(qū)域，相應(yīng)地，每條碼道將有一系列脈沖從光敏元件輸出。

碼道上有多上個縫隙，就會有多少個脈沖輸出。將這些信號整形后，輸出的脈沖信號如圖（c所示）。增量式編碼器2.2角度（角位移）檢測第三十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日辨向信號和零標志光電編碼器的碼盤上有A組與B組兩組狹縫，彼此錯開1/4節(jié)距，兩組狹縫相對應(yīng)的光敏元件所產(chǎn)生的信號A、B彼此相差90相位，用于辯向。當編碼正轉(zhuǎn)時，A信號超前B信號90；當碼盤反轉(zhuǎn)時，B信號超前A信號90。

在碼盤上，還有一個狹縫C，每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生一個脈沖，該脈沖信號又稱“一轉(zhuǎn)信號”或零標志脈沖，作為測量的起始基準。增量式編碼器2.2角度（角位移）檢測第三十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日編碼器方向的辨別D觸發(fā)器2.2角度（角位移）檢測BABABA第三十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日編碼器方向的辨別2.2角度（角位移）檢測編碼盤方向的辨別可以采用上圖所示的電路實現(xiàn)。經(jīng)過放大整形后的A、B兩相脈沖分別輸入到D觸發(fā)器的D端和CP端，如圖（a）。因此，D觸發(fā)器的CP端在A脈沖的上升沿觸發(fā)。由于A、B脈沖相位差90°，當正轉(zhuǎn)時，B脈沖超前A脈沖90°，觸發(fā)器總是在B脈沖處于高脈沖時觸發(fā)，如圖（b），這時Q=1，表示正轉(zhuǎn)；當反轉(zhuǎn)時，A脈沖超前B脈沖90°，觸發(fā)器總是在B處于低電平是觸發(fā)，這時Q=0，表示反轉(zhuǎn)。

A、B脈沖的另一路經(jīng)與門后，輸出計數(shù)脈沖。這樣，用Q或Q控制可逆計數(shù)器是加計數(shù)還是減計數(shù)，就可以使可逆計數(shù)器對計數(shù)脈沖進行計數(shù)。C相脈沖接到計數(shù)器的復(fù)位端，實現(xiàn)每轉(zhuǎn)動一圈復(fù)位一次計數(shù)器。這樣，無論是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，計數(shù)值每次反應(yīng)的都是相對與上次角度的增量，形成增量編碼。第三十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.3轉(zhuǎn)速檢測在電氣傳動速度控制的調(diào)速系統(tǒng)中，必須進行轉(zhuǎn)速檢測以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速反饋控制。用于檢測轉(zhuǎn)速的傳感器可分為兩類：

一類是輸出為脈沖量的傳感器，一般稱為增量式脈沖發(fā)生器（增量式光電編碼器），包括光電式脈沖發(fā)生器、磁電式脈沖發(fā)生器、圓光柵傳感器、旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器等

另一類是輸出為模擬電壓量的模擬式傳感器，即傳統(tǒng)的測速發(fā)電機。第三十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.3轉(zhuǎn)速檢測-光電編碼器測速

增量式編碼器除了能直接測量角位移或間接測量直線位移外，常用于數(shù)字測速、工位編碼、伺服電機控制等。

M法測速脈沖頻率法測速-M法測速第四十頁，共六十七頁，2022年，8月28日M法測速（適合于高轉(zhuǎn)速場合）T編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個脈沖，在T時間段內(nèi)有m1

個脈沖產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)速（r/min)為：n=60m1/（NT）由于M法在低速時的相對分辨率和檢測精度都較差，適合較高轉(zhuǎn)速的測量。

m12.3轉(zhuǎn)速檢測-光電編碼器測速M法測速（脈沖頻率法測速）第四十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日例題T

有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為1024p/r，在5s時間內(nèi)測得65536個脈沖，則轉(zhuǎn)速（r/min)為：n=60m1/（TN）

n=60×65536/（1024×5）r/min

=768r/min

m1編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個脈沖，在T時間段內(nèi)有m1

個脈沖產(chǎn)生，則轉(zhuǎn)速（r/min)為：n=60m1/（NT）2.3轉(zhuǎn)速檢測-光電編碼器測速第四十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日T法測速脈沖周期法測速-T法測速2.3轉(zhuǎn)速檢測-光電編碼器測速第四十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日T法測速（適合于低轉(zhuǎn)速場合）時鐘脈沖fc

編碼器輸出脈沖

m2

···

編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個脈沖，用已知頻率fc作為時鐘，填充到編碼器輸出的兩個相鄰脈沖之間的脈沖數(shù)為m2

，則轉(zhuǎn)速(r/min)為n=60fc/（Nm2）

T法在高速時的相對分辨率和檢測精度都較差，適合較低轉(zhuǎn)速的測量。2.3轉(zhuǎn)速檢測-光電編碼器測速T法測速（脈沖周期法測速）第四十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日時鐘脈沖fc

編碼器輸出脈沖

m2

···

n=60fc

/（Nm2

）

=60*1000000/（1024*3000）

=19.53r/min

有一增量式光電編碼器，其參數(shù)為1024p/r，測得兩個相鄰脈沖之間的脈沖數(shù)為3000，時鐘頻率fc為1MHz，則轉(zhuǎn)速（r/min)為：

編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生N個脈沖，用已知頻率fc作為時鐘，填充到編碼器輸出的兩個相鄰脈沖之間的脈沖數(shù)為m2，則轉(zhuǎn)速(r/min)為n=60fc/（Nm2）

2.3轉(zhuǎn)速檢測-光電編碼器測速T法測速（脈沖周期法測速）第四十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日編碼器在伺服電機中的應(yīng)用

利用編碼器測量伺服電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角，并通過伺服控制系統(tǒng)控制其各種運行參數(shù)。轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)子磁極位置測量角位移測量2.3轉(zhuǎn)速檢測-光電編碼器測速第四十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日

用測速發(fā)電機測量轉(zhuǎn)速是長期以來一直使用的簡便方法。在原理上，交流測速發(fā)電機感應(yīng)電勢的頻率和電壓與轉(zhuǎn)速成正比，使用時需要整流、濾波，因而不能反映旋轉(zhuǎn)方向；直流測速發(fā)電機的輸出電壓和轉(zhuǎn)速成正比，電壓的極性能反映旋轉(zhuǎn)方向。它們的輸出信號都是模擬電壓，屬模擬式傳感器，其原理電路及特性見下圖。圖中，K為測速發(fā)電機的電壓常數(shù)。測速發(fā)電機運行可靠、價格便宜、采用永磁勵磁結(jié)構(gòu)不需附加電源，但其輸出電壓存在脈動、死區(qū)、對稱性和線性度誤差以及受溫度影響等問題，測量精度不高，因而多用在對控制精度要求不高的傳動系統(tǒng)中。測速發(fā)電機檢測轉(zhuǎn)速2.3轉(zhuǎn)速檢測第四十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日測速發(fā)電機的原理電路及特性

a)直流b)交流2.3轉(zhuǎn)速檢測-測速發(fā)電機測速第四十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日

為實現(xiàn)微機對轉(zhuǎn)速的檢測，需對測速機輸出的模擬電壓Ua進行變換，下圖為采用直流測速機的變換電路。圖中，電位器RP1用來改變前置放大器A1的輸出電壓，經(jīng)A2與二極管組成的絕對值放大器獲得標準模擬電壓Ud，電壓比較器C作為電壓Ua的極性鑒別器，其輸出UD的高低電平用作被測轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向的判向信號。2.3轉(zhuǎn)速檢測-測速發(fā)電機測速第四十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日測速機輸出電壓變換電路

2.3轉(zhuǎn)速檢測-測速發(fā)電機測速第五十頁，共六十七頁，2022年，8月28日

上圖中模擬電壓的Ud要能被微機檢測可采用兩種轉(zhuǎn)換器，其一是電壓頻率變換器（VFC),其二是模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器。分述如下：2.3轉(zhuǎn)速檢測-測速發(fā)電機測速第五十一頁，共六十七頁，2022年，8月28日測速發(fā)電機－電壓頻率變換器（VFC)測速

電壓頻率變換器(VFC)是一種把模擬輸入電壓變換成脈沖信號輸出的變換器，其輸出脈沖的頻率f正比于輸入電壓Ud。VFC的傳輸特性如下：

其輸出脈沖的頻率f正比于輸入電壓Ud，正比于測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速n2.3轉(zhuǎn)速檢測-測速發(fā)電機測速第五十二頁，共六十七頁，2022年，8月28日

測速發(fā)電機－電壓頻率變換器（VFC)測速經(jīng)光電耦合器送微機接口的VFC的輸出脈沖電路2.3轉(zhuǎn)速檢測-測速發(fā)電機測速第五十三頁，共六十七頁，2022年，8月28日

測速發(fā)電機－A/D轉(zhuǎn)換器測速

大規(guī)模集成A／D轉(zhuǎn)換器易于與微機相接，是微機檢測模擬量時普遍使用的接口芯片。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前已生產(chǎn)出各式各樣的A／D轉(zhuǎn)換器。下面簡要介紹A／D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標及用于轉(zhuǎn)速檢測的有關(guān)問題。2.3轉(zhuǎn)速檢測-測速發(fā)電機測速第五十四頁，共六十七頁，2022年，8月28日

由微機利用測速機、模擬電壓變換電路及A/D轉(zhuǎn)換接口芯片組成的測速裝置進行轉(zhuǎn)速檢測時，原理如圖。

測速發(fā)電機－A/D轉(zhuǎn)換器測速2.3轉(zhuǎn)速檢測-測速發(fā)電機測速第五十五頁，共六十七頁，2022年，8月28日2.4電流和電壓的檢測（一）電流的檢測如果電流比較小，可以在待測電路上串入一個小電阻，用小電阻上的電壓降反應(yīng)電流的大小。此電壓降可通過運算放大器放大后，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換、輸入微機。如果電流比較大，或要求有電隔離，則可以采用磁場平衡式霍爾電流傳感器，霍爾元件的工作原理如下：第五十六頁，共六十七頁，2022年，8月28日霍爾元件的工作原理

半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流I流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢E

H(VH)，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。

作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高?；魻栯妱軪H（電壓VH）可用下式表示：

EH=K

IB第五十七頁，共六十七頁，2022年，8月28日2023/2/1558霍爾效應(yīng)演示

當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向內(nèi)側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。cdab第五十八頁，共六十七頁，2022年，8月28日磁場平衡式霍爾電流傳感器IpIcRMVMVHR1IsNpNS2.4電流和電壓的檢測磁場平衡式霍爾電流傳感器第五十九頁，共六十七頁，2022年，8月28日磁場平衡式霍爾電流傳感器

上圖中有一個用軟磁材料制成的帶有縫隙的聚磁環(huán)，縫隙中放了一片霍爾元件?；魻栐型ㄟ^一個固定的電流Ic。聚磁環(huán)中穿過一根導(dǎo)線，其中流過待測電流Ip。Ip在聚磁環(huán)及其縫隙中產(chǎn)生磁場，磁場強度為Hp，磁感應(yīng)強度為B。于是霍爾元件產(chǎn)生霍爾電流差VH。

VH=K×B×Ic

K——霍爾系數(shù)。