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几种常用传感器的工作原理和结构与特性应用的详细资料概述

文章出处:上海本烜 发表时间:2020-01-09 人气:

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分而组成。

光电传感器

电源自由电源型光电传感器

1光电传感器工作原理

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下,有三部分构成,它们分为:发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束,发射的光束一般来源于半导体光源,发光二极管(LED)、激光二极管红外发射二极管。光束不间断地发射,或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面,装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路,它能滤出有效信号和应用该信号。

2光电传感器结构分析

光电传感器通常由三部分构成,它们分别为:发送器、接收器和检测电路。发射器带一个校准镜头,将光聚焦射向接收器,接收器出电缆将这套装置接到一个真空管放大器上。在金属圆筒内有一个小的白炽灯做为光源,这些小而坚固的白炽灯传感器就是如今光电传感器的雏形。

接收器有光电二极管、光电三极管及光电池组成。光敏二极管是现在最常见的传感器。光电传感器光敏二极管的外型与一般二极管一样,只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口,以便于光线射入,为增加受光面积,PN结的面积做得较大,光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下,并与负载电阻相串联,当无光照时,它与普通二极管一样,反向电流很小称为光敏二极管的暗电流;当有光照时,载流子被激发,产生电子-空穴,称为光电载流子。

此外,光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。角反射板是结构牢固的发射装置,它由很小的三角锥体反射材料组成,能够使光束准确地从反射板中返回。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角,使光束几乎是从一根发射线,经过反射后,仍从这根反射线返回。

光电传感器

位移传感器

1位移传感器工作原理

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。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:易磨损。优点:结构简单,输出信号大,使用方便,价格低廉。

2信号处理

辨向原理在实际应用中,位移具有两个方向,即选定一个方向后,位移有正负之分,因此用一个 光电元件测定莫尔条纹信号确定不了位移方向。为了辨向,需要有 π/2相位差的两个莫尔条纹信号。如图2,在相距1/4条纹间距的位置上安放两个光电元件,得到两个相位差π/2的电信号u01和u02,经过整形后得到两个方波信号u01’和u02’。光栅正向移动时u01超前u02 90度,反向移动时u02超前u01 90度,故通过电路辨相可确定光栅运动方向。细分技术随着对测量精度要求的提高,以栅距为单位已不能满足要求,需要采取适当的措施对莫尔条纹进行细分。所谓细分就是在莫尔条纹信号变化一个周期内,发出若干个脉冲,以减少脉冲当量。如一个周期内发出n个脉冲,则可使测量精度提高n备,而每个脉冲相当于原来栅距的1/n。由于细分后计数脉冲频率提高了 n倍,因此也称n倍频。通常用的有两种细分方法:其一:直接细分。在相差1/4莫尔条纹间距的位置上安放两个光电元件,可得到两个相位差90o的电信号,用反相器反相后就得到四个依次相差90o的交流信号。同样,在两莫尔条纹间放置四个依次相距1/4条纹间距的光电元件,也可获得四个相位差90o的交流信号,实现四倍频细分。其二:电路细分。


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