§5-1力傳感器

[要點]

力傳感器(forcesensor)是一種能夠檢測張力、拉力、重量、壓力、扭矩、材料內(nèi)部應力和應變等力學量的傳感器。種類:金屬應變片、測力計、壓力傳感器等多種類型

機電一體化系統(tǒng)中的傳感器技術

[金屬應變片]

金屬受到拉伸作用時，長度伸長變形的同時會在徑向發(fā)生收縮變形。金屬的伸長量與原來長度之比稱為應變。金屬應變量與其電阻變化量成正比。

按此原理制成的器件稱為金屬應變片(straingage)。在玻璃基板上，黏貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成.

機電一體化系統(tǒng)中的傳感器技術采用惠斯登電橋(wheatstonebridge)電路，將應力、張力等力學量轉(zhuǎn)換成電量，再將輸出的微弱電壓信號放大后進行檢測

K稱為應變系數(shù)(gagefactor)，表示金屬應變片的電阻應變靈敏度。

惠斯登電橋構(gòu)成力傳感器:1)用電橋的一邊為一片金屬應變片、其它為固定電阻的方法;2)用在電橋上用2片或4片金屬應變片組成的橋路結(jié)構(gòu)，可提高傳感器的測量精度。3)有的檢測電路還采用具有溫度補償功能的金屬應變片替換固定電阻，以此提高電路的測量精度。

用于測量張力、拉力、重量等力學量的專用傳感器稱為測力計(loadcell)。

多個金屬應變片結(jié)構(gòu);

半導體應變片結(jié)構(gòu)。

[測力計][半導體壓力傳感器]

(壓阻效應)

§5-2位移傳感器[要點]

位移傳感器(displacementsensor)是一種用于檢測物體位置(長度、距離)及轉(zhuǎn)動角度等物理量的傳感器。在常用的位移傳感器中，有可變電位器、差動變壓器、光電角度傳感器、半導體角度傳感器等多種類型。[可變電位器

]

輸出電阻與滑塊在電阻材料間的轉(zhuǎn)動角度成正比

按結(jié)構(gòu)的不同，可變電位器可分為單圈型及的多圈型(1800

、3600

)兩種。電阻材料:金屬電阻絲、炭膜、導電塑料、陶瓷電阻等材料。用途:分為多種規(guī)格，阻值也從100

至100k

，有多種規(guī)格。

[差動變壓器(differentialtransformer)]

差動變壓器的靈敏度:每毫米位移能輸出80～300mV電壓,信號電平高、其有很強的抗干擾能力。若在初級線圈兩側(cè)反向纏繞次級線圈，還可以根據(jù)輸出電壓的正負判別物體的位移方向。

[光電式角度傳感器]－ 它的轉(zhuǎn)動盤上帶有螺線狀的柵縫，當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時，發(fā)光元件發(fā)射的光能按轉(zhuǎn)動盤的轉(zhuǎn)動角度，照射到半導體位置檢測元件的相應位置上，將軸的旋轉(zhuǎn)角度變換成對應的電壓信號，通過放大電路就可以檢測出物體的旋轉(zhuǎn)角度。

[半導體角度傳感器]以半導體材料制成的半導體磁阻為感應器件，當磁性齒輪轉(zhuǎn)動時，由于外部磁場的強弱變化引起元件的阻抗發(fā)生改變，使其輸出的正弦曲線發(fā)生變化。若將輸出電壓中一小段直線部分取出，就可以準確地檢測出軸的轉(zhuǎn)動角度。通過對輸出脈沖的計數(shù)，還可檢測出軸的旋轉(zhuǎn)角度及旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)。

根據(jù)傳感器中采用半導體磁阻數(shù)目的不同，輸出電壓可以分為2相、4相等多種類型。這種傳感器可以用來完成轉(zhuǎn)向控制與高精度的位置控制。[旋轉(zhuǎn)角度傳感器]

用的最多:旋轉(zhuǎn)編碼器(轉(zhuǎn)軸編碼器)。

nbit二進制碼表示旋轉(zhuǎn)角度==絕對值型編碼器相對值型編碼器(增量式)§5-3位置傳感器[要點]

將用于檢測物體有無或?qū)ξ矬w的位置以及形狀進行識別、判斷的傳感器稱為位置傳感器(positionsensor)。在位置傳感器中，有限位開關、接近開關、固體圖像傳感器等多種類型傳感器。[限位開關]內(nèi)部具有可以檢測是否有物體與其發(fā)生接觸的機械式的執(zhí)行機構(gòu)(actuator)。當移動的物體碰撞到執(zhí)行機構(gòu)時，凸輪發(fā)生轉(zhuǎn)動將使凸輪槽內(nèi)的彈子落下，從而觸動微動開關實現(xiàn)電路的接通或斷開。在執(zhí)行機構(gòu)中，有按直線上下運動的撞針式、作擺線運動的擺桿式以及帶有滾輪的折頁式等多種類型，可根據(jù)需要加以選擇。[接近開關(proximityswitch)]

在非接觸式位置檢測傳感器中，有高頻振蕩式、磁感應式、電容感應式、超聲波式、電波發(fā)射式、氣動式、光電式、光纖式等多種接近開關。[用晶體管構(gòu)成的電容感應式接近開關的原理圖]

用于檢測物體運動快慢或流體流動快慢等運動量的傳感器稱為速度傳感器。在速度傳感器中，有光柵尺、轉(zhuǎn)動式編碼器、壓電振動式陀螺傳感器、電磁式流速傳感器等多種類型。[要點][光柵尺]

光柵尺(linearencoder)是一種用于檢測沿光柵尺運動物體的速度或移動距離的傳感器?！?-4速度傳感器用