第9章检测技术的综合应用.ppt

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1、传感器与自动检测技术传感器与自动检测技术刘丽刘丽 主编主编第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.4 9.4 传感器在智能楼宇中的应用传感器在智能楼宇中的应用9.3 9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用9.2 9.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用9.1 9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用9.1.1传感器在电冰箱中的应用传感器在电冰箱中的应用 电冰箱性能好坏的主要标

2、志是温度控制精度和节能效果。电冰箱性能好坏的主要标志是温度控制精度和节能效果。 传统的机械式和电子式冰箱通过控制蒸发器的温差或箱内温差来传统的机械式和电子式冰箱通过控制蒸发器的温差或箱内温差来控制压缩机、风扇的开停状态及风门大小，从而使冰箱内保持一定的控制压缩机、风扇的开停状态及风门大小，从而使冰箱内保持一定的低温。低温。 模糊温度控制是通过传感器来检测环境温度、各室温度及开门的模糊温度控制是通过传感器来检测环境温度、各室温度及开门的频繁度，利用模糊推理规则控制压缩机、风扇及风门状态实现的。频繁度，利用模糊推理规则控制压缩机、风扇及风门状态实现的。电冰箱模糊控制系统的原理框图 第第9 9章章

3、检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用9.1.2传感器在电压力锅的中应用传感器在电压力锅的中应用 电压力锅是利用弹性壁受压发生弹性变形产生位移或者安装在底部的桥式弹性膜片发生弹性位移，位移变化触动压力开关动作实现断电，压力变化转化为位移变化，即控制位移实现控制压力的控制原理。除此以外，电压力锅还具备多重安全保护装置，包括控压技术、开合保护、超压自泄、防堵保护、限压保护、限温保护、超温保护等等。电压力锅内部结构 电压力锅中温度控制器第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用9.

4、1.3传感器在模糊控制洗衣机中的应用传感器在模糊控制洗衣机中的应用 模糊洗衣机则可以完全自动控制，它以人们洗衣操作的经验作为模糊洗衣机则可以完全自动控制，它以人们洗衣操作的经验作为模糊控制的规则，采用各种传感器检测出水温、布质、布量、洗净度模糊控制的规则，采用各种传感器检测出水温、布质、布量、洗净度等洗衣状态信息，通过单片机应用模糊控制程序对所检测到的信息进等洗衣状态信息，通过单片机应用模糊控制程序对所检测到的信息进行分析，以确定其最佳的洗涤时间、水流强度、漂洗方式、脱水时间行分析，以确定其最佳的洗涤时间、水流强度、漂洗方式、脱水时间以及注水水位等参数，以达到最佳的洗涤效果和最低的衣服磨损率。

5、以及注水水位等参数，以达到最佳的洗涤效果和最低的衣服磨损率。 模糊洗衣机外形 模糊控制洗衣机控制图 第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用1.衣量传感器衣量传感器 衣量传感器用来检测洗衣时衣物量多少的。可分为两种类型：衣量传感器用来检测洗衣时衣物量多少的。可分为两种类型：（1）根据电机负荷电流的变化来检测衣物的重量。负荷大时，电机的）根据电机负荷电流的变化来检测衣物的重量。负荷大时，电机的电流变大；负荷小时，电机电流就变小。通过对电机电流变化量的测电流变大；负荷小时，电机电流就变小。通过对电机电流变化量的测定，按照一定时间的

6、积分值来判断衣物的重量。定，按照一定时间的积分值来判断衣物的重量。（2）根据电动机停机时惯性不同进行检测。当洗涤桶内注人一定量的）根据电动机停机时惯性不同进行检测。当洗涤桶内注人一定量的清水后将衣物放人桶内，这时让驱动电机以断续通电运转的方式工作清水后将衣物放人桶内，这时让驱动电机以断续通电运转的方式工作一分钟左右，利用电机绕组上产生的感应电动势，经光电隔离及比较一分钟左右，利用电机绕组上产生的感应电动势，经光电隔离及比较整型，产生脉冲信号，这种矩形脉冲数目与电机惯性转过的角度成比整型，产生脉冲信号，这种矩形脉冲数目与电机惯性转过的角度成比例。若衣物多，则电机受到的阻力大，电机惯性转过的角度就

7、小，相例。若衣物多，则电机受到的阻力大，电机惯性转过的角度就小，相应地，传感器产生的脉冲就少，这样测量出了衣量的多少。应地，传感器产生的脉冲就少，这样测量出了衣量的多少。第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用2.2.布质传感器布质传感器布质传感器是为检测衣物的质地而设的。可以由以下两个因素综合判断：布质传感器是为检测衣物的质地而设的。可以由以下两个因素综合判断：（1 1）布质传感器和根据停机时惯性不同检测的衣量传感器实际上是同一）布质传感器和根据停机时惯性不同检测的衣量传感器实际上是同一个装置，只是检测的方法不同。在进行衣质

8、检测时，洗涤桶内的水位个装置，只是检测的方法不同。在进行衣质检测时，洗涤桶内的水位比设定水位要低，然后仍按照测衣量的方法，让驱动电机以通断电的比设定水位要低，然后仍按照测衣量的方法，让驱动电机以通断电的方式工作一段时间，检测每次断电期间布质传感器发出的脉冲数。用方式工作一段时间，检测每次断电期间布质传感器发出的脉冲数。用测衣量时得到脉冲数减去测布质时得到的脉冲数，二者之差即可以判测衣量时得到脉冲数减去测布质时得到的脉冲数，二者之差即可以判别布质。若衣物棉纤维所占比例大，脉冲数差就大；反之，脉冲数差别布质。若衣物棉纤维所占比例大，脉冲数差就大；反之，脉冲数差就小。就小。（2 2）测量过衣量后，再

9、测量水位，因为相同质料的衣物吸水性能是相同）测量过衣量后，再测量水位，因为相同质料的衣物吸水性能是相同的的, ,而相同衣物重量不同质料的衣物吸水性能是不同的而相同衣物重量不同质料的衣物吸水性能是不同的, , 变化曲线可变化曲线可反映被洗衣物的吸水性能反映被洗衣物的吸水性能, ,通过吸水性能可判断布质。通过吸水性能可判断布质。第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用3.3.水温传感器水温传感器 适当的洗衣温度有利于污垢的活化，可以提高洗涤效果。水温传适当的洗衣温度有利于污垢的活化，可以提高洗涤效果。水温传感器装在洗涤桶的下部，以

10、热敏电阻为检测元件。测定打开洗衣机开感器装在洗涤桶的下部，以热敏电阻为检测元件。测定打开洗衣机开关时的温度为环境温度，注水结束时的温度为水温，将所测温度信号关时的温度为环境温度，注水结束时的温度为水温，将所测温度信号输入给单片机，为模糊推论提供信息。输入给单片机，为模糊推论提供信息。4. 4. 水位传感器水位传感器 水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。水位检测的精度直接影响洗净度、水流强度、洗涤时间等参数。对于模糊控制的洗衣机，要求水位的检测必须是连续的，可采用电感对于模糊控制的洗衣机，要求水位的检测必须是连续的，可采用电感式水位传感器。传感器将水位的高低通过导管转换成一个

11、测试内腔气式水位传感器。传感器将水位的高低通过导管转换成一个测试内腔气体变化的压力，驱动内腔上方的一块隔膜移动，带动隔膜中心的磁芯体变化的压力，驱动内腔上方的一块隔膜移动，带动隔膜中心的磁芯在某线圈内移动，从而线圈电感发生变化，引起在某线圈内移动，从而线圈电感发生变化，引起LCLC谐振电路的固有频谐振电路的固有频率随水位变化。率随水位变化。第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用5. 5. 混浊度传感器混浊度传感器 衣物的污垢程度和污垢性质可由加了洗涤剂后液体的混浊程度来判断，衣物的污垢程度和污垢性质可由加了洗涤剂后液体的混浊

12、程度来判断，另外另外, ,根据洗涤液达到相同混浊度所需的时间不同根据洗涤液达到相同混浊度所需的时间不同, ,可判断出衣物的污可判断出衣物的污垢性质垢性质, , 所以模糊洗衣机主要使用混浊度传感器检测被洗衣物的污垢所以模糊洗衣机主要使用混浊度传感器检测被洗衣物的污垢状况。状况。 混浊度传感器通常采用光电传感器，检测混浊度时混浊度传感器通常采用光电传感器，检测混浊度时, ,红外线发光二极红外线发光二极管和两个相互垂直放置的透射检测器和散射检测器进行检测，检测是管和两个相互垂直放置的透射检测器和散射检测器进行检测，检测是通过液体中悬浮颗粒的相对数量来确定的，但不是直接检测液体中悬通过液体中悬浮颗粒的

13、相对数量来确定的，但不是直接检测液体中悬浮颗粒的数量浮颗粒的数量, ,而是测量这些颗粒对光的吸收和散射作用来确定混浊而是测量这些颗粒对光的吸收和散射作用来确定混浊度的。度的。混浊度检测示意图第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用6.6.模糊洗衣机的控制过程模糊洗衣机的控制过程 模糊洗衣机具体控制为：通过检测被洗衣物的布量模糊洗衣机具体控制为：通过检测被洗衣物的布量, ,利用模糊推理的方法自动确定水位高低和水流强度；根据利用模糊推理的方法自动确定水位高低和水流强度；根据布量和温度的检测布量和温度的检测, ,利用模糊推理确定初始

14、的洗涤时间和利用模糊推理确定初始的洗涤时间和洗涤剂的投放量；根据洗涤过程中的浑浊度信息来修正实洗涤剂的投放量；根据洗涤过程中的浑浊度信息来修正实际的洗涤时间长短和漂洗次数的多少。际的洗涤时间长短和漂洗次数的多少。第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用9.1.49.1.4传感器在笔记本电脑中的应用传感器在笔记本电脑中的应用1.1.温度传感器温度传感器 温度监测，目的是使笔记本电脑中的嵌人式微控制器能对笔记本电温度监测，目的是使笔记本电脑中的嵌人式微控制器能对笔记本电脑作适当的电源管理及热管理，否则会影响系统的性能，甚至会造成脑

15、作适当的电源管理及热管理，否则会影响系统的性能，甚至会造成系统瘫痪、损坏。系统瘫痪、损坏。 笔记本电脑常用的温度传感器为热敏电阻和集成温度传感器，集成笔记本电脑常用的温度传感器为热敏电阻和集成温度传感器，集成温度传感器是目前笔记本电脑普遍使用的温度传感器温度传感器是目前笔记本电脑普遍使用的温度传感器, ,具有精确度高、具有精确度高、响应速度快、体积小、功耗低、软件界面控制方便等优点。响应速度快、体积小、功耗低、软件界面控制方便等优点。第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用2.加速度传感器加速度传感器 硬盘是笔记本电脑中最容易

16、受损的部件,意外的跌落、撞击乃至晃动都有可能造成笔记本计算机存储数据的丢失或硬盘损毁。这是由于在笔记本电脑跌落时,系统通常处于工作状态,硬盘的磁头很容易撞击到盘片，造成硬盘资料的损毁。 硬盘在存取数据时磁头里外移动,当磁头处于最外层磁道上方时,盘片的旋转线速度最大,越往内层磁道线速度越慢。最里层磁道线速度最慢,可用作磁头停止区。一旦磁头归位后,速度较慢,因此受震动撞击造成的磁头和盘片损伤也会大为减轻。 如果使用加速度传感器实时侦测笔记本电脑的移动状况，运用笔记本电脑内原有的嵌入式处理器对加速度传感器的输出值进行分析,得到系统实时位置和运动状态。一旦系统侦测到物体处于自由落体过程或存在潜在威胁时

17、,将及时启动磁盘保护机制,命令硬盘的磁头迅速收回到停止区,从而在最大程度上起到保护硬盘的作用。当然加速度传感器的零点漂移及灵敏度等特性受温度影响较大，有必要对加速度传感器采集来的数据信号进行噪声滤除和温度补偿。第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.1 传感器在家用电器中的应用传感器在家用电器中的应用3.指纹识别传感器 人类的指纹是由多种脊状图形构成，指纹图形传感器负责采集指纹特征，并转化为数字信号，传递到 CPU 或 PC 机处理。指纹采集取像设备分为三类：光学传感器、硅晶体电容传感器、超声波扫描传感器。 光学传感器的工作原理是利用 CCD 将有深色脊和浅色谷构成的指纹图象转

18、换成数字图象。 硅电容传感器通过电子度量被设计来捕捉指纹，在半导体金属阵列上能结合大约 100,000 个电容传感器，其外面是绝缘的表面，手指放在上面时，皮肤组成了电容阵列，硅芯片传感器为电容阳极，手指则代表另一个极，硅芯片面板与手指之间的电容被转换成一个8bit的灰度数字图象。 超声波扫描传感器工作原理为采取传送声波并通过手指，台板和空气间的电阻来测量距离的方法来完成录入，扫描指纹的表面，接收设备获取了其反射信号，测量它的范围，得到脊的深度。笔记本中的指纹识别传感器第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用9.2 传感器在汽车中的应用

19、传感器在汽车中的应用9.2.1汽车电子控制系统汽车电子控制系统 汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和其它控制系统中。车身控制系统和其它控制系统中。第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用1.1.发动机控制发动机控制（1 1）喷油量控制（）喷油量控制（2 2）喷油时间控制（）喷油时间控制（3 3）怠速控制（）怠速控制（4 4）进）进气增压控制（气增压控制（5 5）发电机输出电压的控制（）发电机输出电压的控制（6 6）排放控制）排放控制（7 7）电子

20、节气门控制（）电子节气门控制（8 8）断油控制（）断油控制（9 9）电子点火控制）电子点火控制第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用2.2.底盘控制底盘控制（1 1）电控自动变速器（）电控自动变速器（2 2）电控防抱死制动（）电控防抱死制动（ABSABS）（3 3）电控动力转向（）电控动力转向（4 4）电控悬架）电控悬架ABS制动示意图第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用3 3、车身控制系统、车身控制系统（1 1）安全气囊系统（）安全气囊系统（2 2）防撞系统（）防撞系

21、统（3 3）驱动防滑系统（）驱动防滑系统（ASRASR）（4 4）前照灯控制（）前照灯控制（5 5）自动空调的控制）自动空调的控制安全气囊示意图驱动防滑系统示意图4.4.其它控制其它控制（1 1）车辆定位和导航）车辆定位和导航 （2 2）信息的显示与报警）信息的显示与报警第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用9.2.2汽车中的温度传感器汽车中的温度传感器1.冷却水温度传感器冷却水温度传感器2. 车外气温传感器车外气温传感器3. 蒸发器出口温度传感器蒸发器出口温度传感器车外气温传感器的结构图蒸发器出口温度传感器安装位置冷却水温度传感器

22、结构图第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用9.2.39.2.3汽车中的流量传感器汽车中的流量传感器1.1.叶片式空气流量传感器叶片式空气流量传感器 叶片式空气流量传感器有一个可绕轴摆动的旋转翼叶片式空气流量传感器有一个可绕轴摆动的旋转翼片、电位计和接线插头三部分组成片、电位计和接线插头三部分组成. .1-进气温度传感器 2-电动汽油泵动触点 3-回位弹簧 4-电位计5-导线连接器 6-调节螺钉 7-旋转翼片 8-电动汽油泵静触点叶片式空气流量传感器的结构第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.2 传感器在汽车中的应

23、用传感器在汽车中的应用2. 2. 卡门涡旋式空气流量传感器卡门涡旋式空气流量传感器 在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器，当空气在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。根据卡门涡流理论，这个旋涡分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。根据卡门涡流理论，这个旋涡行列是紊乱地依次沿气流流动方向移动，其移动的速度与空气流速成行列是紊乱地依次沿气流流动方向移动，其移动的速度与空气流速成正比，即在单位时间内通过涡流发生器后方某点的

24、旋涡数量与空气流正比，即在单位时间内通过涡流发生器后方某点的旋涡数量与空气流速成正比。因此，通过测量单位时间内涡流的数量就可计算出空气流速成正比。因此，通过测量单位时间内涡流的数量就可计算出空气流速和流量。速和流量。1-整流栅2-涡流发生器 3-超声波发生器 4-卡门涡流 5-超声波接收器超声波检出式卡门涡旋式空气流量传感器第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用3. 3. 热线式空气流量传感器热线式空气流量传感器 热线式空气流量传感器由采样管、防护网、热线、热线式空气流量传感器由采样管、防护网、热线、白金补偿电阻、控制线路板等组成白

25、金补偿电阻、控制线路板等组成. .1-防护网 2-采样管 3-白金热线 4-白金补偿电阻 5-控制线路板 6-导线连接器热线式空气流量传感器第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用9.2.4汽车中的压力传感器 压力传感器主要用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压压力传感器主要用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、气缸内压、油压等。汽车用压力传感器简称为进气压力传感器，比、气缸内压、油压等。汽车用压力传感器简称为进气压力传感器，它的种类较多，就其信号产生原理，可分为压阻式、电容式、差动它的种类较多，就其信号产生原理，可分为压

26、阻式、电容式、差动变压器式和表面弹性波式等，其中电容式和压阻式进气压力传感器变压器式和表面弹性波式等，其中电容式和压阻式进气压力传感器在当今发动机电子控制系统中应用较为广泛在当今发动机电子控制系统中应用较为广泛。1. 半导体压阻式进气歧管压力传感器 半导体压阻式进气歧管绝对压力传感器的压力转换元件是利用半导体压阻式进气歧管绝对压力传感器的压力转换元件是利用半导体的压阻效应制成的硅膜片。半导体的压阻效应制成的硅膜片。 1-滤清器 2-外壳 3-混合集成电路 4-过滤器5-真空室 6-压电转换元件半导体压阻式进气歧管压力传感器2.电容式进气压力传感器电容式进气压力传感器是事实上是一个电容式进气压力

27、传感器是事实上是一个变间隙电容式压力传感器，固定底板和变间隙电容式压力传感器，固定底板和氧化铝膜片作为两个极板，形成平行板氧化铝膜片作为两个极板，形成平行板电容，膜片上下的压力差使极板之间的电容，膜片上下的压力差使极板之间的间隙发生变化，其电容随之变化。间隙发生变化，其电容随之变化。 第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.2 传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用9.2.5汽车中的位置和转速传感器汽车中的位置和转速传感器 位置和转速传感器主要用于检测曲轴位置、凸轮轴位置和转速传感器主要用于检测曲轴位置、凸轮轴位置、发动机转速、节气门的开度、车速等。常用的结构位置、发动机转速

28、、节气门的开度、车速等。常用的结构形式：磁电式、霍尔式、光电式。形式：磁电式、霍尔式、光电式。1. 磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器由永久磁铁、线圈和齿盘等组成。磁电式传感器由永久磁铁、线圈和齿盘等组成。2. 霍尔传感器霍尔传感器 霍尔传感器是由永久磁铁、半导体霍尔片、触发叶轮、控制电路霍尔传感器是由永久磁铁、半导体霍尔片、触发叶轮、控制电路等组成，其叶轮上的叶片与窗孔的数目，决定于汽缸数或通断次数的等组成，其叶轮上的叶片与窗孔的数目，决定于汽缸数或通断次数的需要。需要。 磁电式传感器第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应

29、用9.3 9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用9.3.19.3.1数控机床中的传感器数控机床中的传感器 数控机床是一种自动化机床，它将加工信息、检测数控机床是一种自动化机床，它将加工信息、检测信息以数字化代码形式输入数控系统，经过译码、运算、信息以数字化代码形式输入数控系统，经过译码、运算、发出指令，控制机床的动作，自动地将形状、尺寸与精度发出指令，控制机床的动作，自动地将形状、尺寸与精度符合要求的零件加工出来。符合要求的零件加工出来。 数控机床一般由数控装置、伺服驱动系统、反馈检测数控机床一般由数控装置、伺服驱动系统、反馈检测系统、强电控制部分、机床主机及辅助装置组成。系

30、统、强电控制部分、机床主机及辅助装置组成。 第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用1-右工作台右工作台 2-工件支架工件支架 3-下支架压力油孔下支架压力油孔 4-左工作台左工作台 5-数字编码器数字编码器 6、7、8-直线磁栅传感器直线磁栅传感器9-温度温度传感器传感器 10-铣刀铣刀 11-被加工轴被加工轴 12-工件夹具工件夹具 13-液压系统液压系统 14-压力传感器压力传感器数控铣床结构示意图数控铣床结构示意图第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应

31、用9.3.2 9.3.2 位置检测传感器位置检测传感器 位置检测传感器的作用是检测并发送机床运动部件位置和位置检测传感器的作用是检测并发送机床运动部件位置和速度信号，协助机床实现伺服系统闭环或半闭环控制，有效地提高数速度信号，协助机床实现伺服系统闭环或半闭环控制，有效地提高数控机床的性能。控机床的性能。 1.1.光电编码器在数控机床的应用。光电编码器在数控机床的应用。（1 1）加工工件的定位）加工工件的定位转盘工位编码1-绝对编码器 2-电动机 3-转轴 4-转盘 5-工件 6-刀具第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用（2

32、 2）直线位移测量）直线位移测量 编码器在数控机床中用于工作台或刀架的直线位移测量有两种编码器在数控机床中用于工作台或刀架的直线位移测量有两种安装方式：一是光电编码器和伺服电动机同轴连接在一起，称为内装安装方式：一是光电编码器和伺服电动机同轴连接在一起，称为内装式编码器，伺服电动机再和滚珠丝杠连接，编码器在进给传动链的前式编码器，伺服电动机再和滚珠丝杠连接，编码器在进给传动链的前端，如图（端，如图（a a）所示；二是编码器连接在滚珠丝杠末端，称为外装式）所示；二是编码器连接在滚珠丝杠末端，称为外装式编码器，如图（编码器，如图（b b）所示。）所示。第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综

33、合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用(3) (3) 刀架选刀刀架选刀 刀架回转由刀架电机通过传动机构来实现，刀架回转时，与刀刀架回转由刀架电机通过传动机构来实现，刀架回转时，与刀架同轴的二进制绝对编码器也一起转动。编码器为四位二进制绝对编架同轴的二进制绝对编码器也一起转动。编码器为四位二进制绝对编码器，每一个编码对应一个刀位，最多可有码器，每一个编码对应一个刀位，最多可有1616个刀位。当主轴转到预个刀位。当主轴转到预选位置时，编码器发出信号，主轴停止转动，预分度接进开关给电机选位置时，编码器发出信号，主轴停止转动，预分度接进开关给电机发出开始反转信号。电机开始反转，

34、刀台锁紧，锁紧到位后，由锁紧发出开始反转信号。电机开始反转，刀台锁紧，锁紧到位后，由锁紧接近开关发出信号，切断电机电源。转位结束，主机可以开始工作。接近开关发出信号，切断电机电源。转位结束，主机可以开始工作。 编码器在刀库选刀控制中的应用编码器在刀库选刀控制中的应用第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用（4 4）交流伺服电动机控制）交流伺服电动机控制 光电编码器在交流伺服电动机控制中起了光电编码器在交流伺服电动机控制中起了3 3个方面的个方面的作用：作用：提供电动机定、转子之间相互位置的数据；提供电动机定、转子之间相互位置的

35、数据；通通过过F/VF/V（频率（频率/ /电压）转换电路提供速度反馈信号；电压）转换电路提供速度反馈信号；提供提供传动系统角位移信号，作为位置反馈信号。传动系统角位移信号，作为位置反馈信号。（a）外形 （b）控制系统框图交流伺服电动机及控制系统1交流伺服电动机外壳 2三相电源连接座 3光电编码器信号输出及电源连接座 4光电编码器第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用2.2.光栅位移传感器在数控机床中的应用光栅位移传感器在数控机床中的应用 在现代数控机床中，光栅用于位置检测并作为位置反馈用于位置在现代数控机床中，光栅用于位置

36、检测并作为位置反馈用于位置控制，图控制，图9-279-27为位置控制框图。由控制系统生成的控制指令为位置控制框图。由控制系统生成的控制指令PcPc要求工要求工作台的移动到规定位置。工作台移动过程中，光栅不断检测工作台的作台的移动到规定位置。工作台移动过程中，光栅不断检测工作台的实际位置实际位置PfPf，并进行反馈，同时与位置指令进行比较，并进行反馈，同时与位置指令进行比较 PePe=Pc-Pf=Pc-Pf，形，形成位置偏差。当成位置偏差。当Pf=PcPf=Pc时，则时，则PePe=0=0，表示工作台已经到达指令位置，表示工作台已经到达指令位置，伺服电动机停转，工作台准确地停止在指令位置上。伺服

37、电动机停转，工作台准确地停止在指令位置上。 图9-27 位置控制框图第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用3.3.感应同步器在数控机床中的应用感应同步器在数控机床中的应用（1 1）随动控制系统）随动控制系统 随动控制系统是在机床主动部件上安装检测元件，发出主动位置随动控制系统是在机床主动部件上安装检测元件，发出主动位置检测信号，并用它作为控制系统的指令信号，而机床的从动部件，则检测信号，并用它作为控制系统的指令信号，而机床的从动部件，则通过从动部件的反馈信号和主动部件间始终保持严格的同步运动。通过从动部件的反馈信号和主动部件

38、间始终保持严格的同步运动。鉴相型滑尺励磁随动控制原理框图第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用（2 2）相位比较伺服系统）相位比较伺服系统 在数控机床使用的相位比较伺服系统中，可以使用感在数控机床使用的相位比较伺服系统中，可以使用感应同步器作为位置检测传感器，构一个闭环数控伺服系统。应同步器作为位置检测传感器，构一个闭环数控伺服系统。感应同步器相位比较伺服系统原理框图第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用4.霍尔传感器在数控机床上的应用霍尔传感器在数控机床

39、上的应用（1）自动换刀）自动换刀 数控车床电动刀架的工作过程如下：数控系统发出换刀信号数控车床电动刀架的工作过程如下：数控系统发出换刀信号刀刀架电动机正转架电动机正转上刀架上升并转位上刀架上升并转位刀架到位发出信号刀架到位发出信号刀架电动机刀架电动机反转反转初定位初定位精定位夹紧精定位夹紧刀架电动机停转刀架电动机停转换刀完成应答。换刀完成应答。电动刀架结构示意图1罩壳；2上刀架；3刀架座；4刀架电动机；5霍尔开关传感器；6永久磁铁；T1刀位1；T2刀位2；T3刀位3：T4刀位4第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用（2 2）

40、主轴准停装置）主轴准停装置 在数控铣床和加工中心上进行镗孔等加工，需要自动换刀时，要在数控铣床和加工中心上进行镗孔等加工，需要自动换刀时，要求主轴每次停在一个固定的准确位置上，所以在主轴上必须设有准停求主轴每次停在一个固定的准确位置上，所以在主轴上必须设有准停装置。装置。电气式主轴准停装置结构示意图1主轴 2同步感应器 3主轴电动机 4永久磁铁 5霍尔传感器第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用9.3.3温度检测传感器机械零件的精度取决于机床的加工精度。 误差是影响机床精度的最重要的因素。 机床的误差主要有几何误差、热误差、

41、和切削力误差，其中热误差占机床总误差量的40%70%左右。1.温度传感器用于温度补偿 图9-32 分别设置在刀架、床身和主轴进行热补偿的温度传感器 热敏电阻可在一定的温度范围内对某些器件进行温度补偿。例如，在加工中由于摩擦生热等原因会引起机床产生热变形，从而影响到零件的加工精度。为了补偿热变形带来的影响，在数控机床的关键部位会预埋温度传感器进行热补偿，如图9-32所示。第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用2. 温度传感器用于温度测控温度传感器用于温度测控 数控机床主轴在高速旋转时，主轴及主轴电机是受热的主要部件，数控机床主

42、轴在高速旋转时，主轴及主轴电机是受热的主要部件，一旦数控机床主轴的温度超过允许范围，会严重影响数控机床的加工一旦数控机床主轴的温度超过允许范围，会严重影响数控机床的加工精度，从而降低产品的质量。如果主轴电机运行时的温度长期超过绕精度，从而降低产品的质量。如果主轴电机运行时的温度长期超过绕组材料的极限工作温度，将会加剧绕组绝缘材料的老化，电机寿命大组材料的极限工作温度，将会加剧绕组绝缘材料的老化，电机寿命大大缩短，严重时会将电机烧毁。所以有必要对数控机床主轴及主轴电大缩短，严重时会将电机烧毁。所以有必要对数控机床主轴及主轴电机的温度进行测控。机的温度进行测控。（a）数控机床主轴温度测控系统（b）

43、主轴电机温度测控系统温度测控系统方框图第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用9.3.49.3.4振动检测传感器振动检测传感器1. 1. 压电传感器用于振动测量压电传感器用于振动测量（1 1）压电式振动力传感器）压电式振动力传感器数控车削中切屑振动的监控（2 2）压电式加速度传感器）压电式加速度传感器压电式加速度传感器第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用2. 电容传感器用于振动测量 电容式振动位移传感器如图电容式振动位移传感器如图9-369-36所示，被测

44、物体表面作为电容所示，被测物体表面作为电容的一个极板，与电容传感器一起构成测量电容。被测物体振动时，它的一个极板，与电容传感器一起构成测量电容。被测物体振动时，它与电容传感器的距离发生变化，使测量电容极距发生变化，电容量变与电容传感器的距离发生变化，使测量电容极距发生变化，电容量变化，输出电信号反映了被测物体振动得位移量化，输出电信号反映了被测物体振动得位移量。图9-36 电容式振动位移传感器第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.3 传感器在数控机床中的应用传感器在数控机床中的应用3. 电感传感器用于振动测量电感传感器用于振动测量 图图9-37为机床主轴径向振动的测量，电感传

45、感器安装在与测量为机床主轴径向振动的测量，电感传感器安装在与测量主轴相距固定的位置，当主轴振动时，轴相对电感传感器位移发生变主轴相距固定的位置，当主轴振动时，轴相对电感传感器位移发生变化，电感传感器检测出位移的变化并转化为电信号输出。测量采用两化，电感传感器检测出位移的变化并转化为电信号输出。测量采用两个电感传感器，一个检测个电感传感器，一个检测X向位移，另一个检测向位移，另一个检测Y向位移。向位移。 图9-37 轴径向振动的测量第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.4 传感器在智能楼宇中的应用传感器在智能楼宇中的应用9.4 传感器在智能楼宇中的应用传感器在智能楼宇中的应用9

46、.4.1空调系统中的应用空调系统中的应用 现代空调系统均具有完整的制冷、制热、通风功能，现代空调系统均具有完整的制冷、制热、通风功能，它们都在传感器和计算机的监控下工作。空调系统监控的它们都在传感器和计算机的监控下工作。空调系统监控的目的是：既要提供温湿度适宜的环境，又要求节约能源。目的是：既要提供温湿度适宜的环境，又要求节约能源。其监控范围为制冷机、热力站、空气处理设备（空气过滤、其监控范围为制冷机、热力站、空气处理设备（空气过滤、热湿交换）、送排风系统、变风量末端（送风口）等。其热湿交换）、送排风系统、变风量末端（送风口）等。其原理框图如图原理框图如图9-38所示。所示。第第9 9章章 检

47、测技术的综合应用检测技术的综合应用9.4 传感器在智能楼宇中的应用传感器在智能楼宇中的应用图9-38 空调监控系统原理框图第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.4 传感器在智能楼宇中的应用传感器在智能楼宇中的应用9.4.29.4.2给排水系统给排水系统 给排水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、水给排水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、水位流量、压力的测量与调节；用水量和排水量的测量；污位流量、压力的测量与调节；用水量和排水量的测量；污水处理设备运转的监视、控制、水质检测；节水程序控制；水处理设备运转的监视、控制、水质检测；节水程序控制；故障及异常状况的记录等。现场监控

48、站内的控制器按预先故障及异常状况的记录等。现场监控站内的控制器按预先编制的程序来满足自动控制的要求，即根据水箱和水池的编制的程序来满足自动控制的要求，即根据水箱和水池的高、低水位信号来控制水泵的启、停及进水控制阀的开关，高、低水位信号来控制水泵的启、停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和停水的预警等。当水泵出现故障时，备用并且进行溢水和停水的预警等。当水泵出现故障时，备用水泵则自动投入工作，同时发出报警信号。其原理框图如水泵则自动投入工作，同时发出报警信号。其原理框图如图图9-399-39所示。所示。第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.4 传感器在智能楼宇中的应用传感器在智能

49、楼宇中的应用图9-39 给排水监控系统的原理框图第第9 9章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用9.4 传感器在智能楼宇中的应用传感器在智能楼宇中的应用9.4.39.4.3电梯监控系统电梯监控系统 （1 1）速度传感器）速度传感器 速度传感器测量每部电梯的当前运行速度，因为电梯的速度指令曲速度传感器测量每部电梯的当前运行速度，因为电梯的速度指令曲线在减速至平层时常采用距离原则设计，以保证电梯的舒适感平层准线在减速至平层时常采用距离原则设计，以保证电梯的舒适感平层准确度及方便现场调整。确度及方便现场调整。（2 2）位置传感器）位置传感器 电梯轿厢的位置由位置传感器通过计算脉冲编码器产生的移动

50、脉电梯轿厢的位置由位置传感器通过计算脉冲编码器产生的移动脉冲来确定，并根据存储在存储器中的层楼高度来计算同步层。冲来确定，并根据存储在存储器中的层楼高度来计算同步层。 楼层检测传感器由一对红外发射楼层检测传感器由一对红外发射- -接收对管组成，发射管通电后接收对管组成，发射管通电后发出红外信号，接收管接收信号，利用电梯行至楼层标志处光槽光线发出红外信号，接收管接收信号，利用电梯行至楼层标志处光槽光线被电梯遮挡所带来的电平变化即可实现楼层检测。被电梯遮挡所带来的电平变化即可实现楼层检测。（3）称重传感器）称重传感器 为防止电梯超载运行，多数电梯在轿厢上设置了超载装置。超载为防止电梯超载运行，多数