如何选择合适的速度检测传感器？

一、速度检测传感器概述

速度检测传感器是线速度和角速度检测传感器的总称，速度的检测有许多方法，可以使用直流测速机直接测量速度，也可以通过检测位移换算出速度。典型的速度检测传感器及其特点见表3-5。

表3-5　典型的速度检测传感器及其特点

二、直流测速发电机

在机电一体化领域中，对旋转运动的速度测量较多，而且直线运动速度也经常通过旋转速度间接测量。目前广泛使用的速度传感器是测速发电机，它能将输入的机械转速变换为电压信号输出，通常要求电机的输出电压与转速成正比关系。

测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机。直流测速发电机按定子磁极的励磁方式，分为永磁式和电磁式两种；交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机两种。

直流测速发电机的原理与发电机相似，图3-9所示为电磁式直流测速发电机的原理图，它实际上就是一台微型直流发电机。测速发电机的定子绕组通电产生恒定磁场，当转子在磁场中旋转时，电枢绕组切割磁通，产生交变感应电动势，并经换向器和电刷转换成与转速成正比的直流电动势。

图3-9　电磁式直流测速发电机原理图

直流测速发电机输出特性曲线如图3-10所示，图中实线表示理想值，虚线表示实际值。从图中可以看出，当负载电阻RL1→时，其输出电压Uo与转速n成正比。对于不同的负载电阻RL，测速发电机输出特性的斜率随着负载电阻的减小而变小，实际的输出电压与转速之间并不是严格保持正比关系，存在着非线性误差。产生这种误差的主要原因有：电枢反应的去磁作用使得气隙磁通不是常数，电刷接触存在压降、温度影响等。在实际应用中通常会采取相应的措施来减小误差。

图3-10　直流测速发电机输出特性曲线

直流测速发电机在机电控制系统中主要用作测速和校正元件。在使用中，为了提高检测灵敏度，应尽可能把它直接连接到电动机转轴上。有的电动机本身就已安装了测速发电机。

三、光电式速度传感器

光电式速度传感器将速度的变化转变成光通量的变化，再通过光电转换元件将光通量的变化转换成电量变化，即利用光电脉冲变成电脉冲。光电转换元件的工作原理是光电效应。光电式速度传感器的结构如图3-11所示，旋转盘上有分布均匀的缝隙，指示盘的缝隙间距与旋转盘的缝隙间距相同。工作时，旋转盘与转轴一起转动，光源发出的光通过旋转盘和指示盘照射到光电元件上，由于指示盘和旋转盘的缝隙间距相同，故当转盘转过一条缝隙时，光电元件就感光一次，输出一个电脉冲信号。圆盘每转一周，光电元件输出与旋转圆盘缝隙数相等的电脉冲。根据测量单位时间内的脉冲数N，则可测出转速为

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图3-11　光电式速度传感器的结构

1—透镜；2—旋转盘；3—指示盘；4—光电元件；5—光源

式中：n——转轴转速（r／min）；

N——光电元件输出的脉冲数；

Z——圆盘上的缝隙数；

t——测量时间（s）。

任务实施

步骤一　查阅相关资料

以小组（5～8人为宜）为单位，查阅相关资料或网络资源，学习位移、速度检测传感器的相关知识。

步骤二　参观实训基地

现场数控加工实训基地，了解传感器在数控加工中的应用，观察数控机床位移、速度检测中所用到的传感器类型及安装位置，并做好详细记录。

步骤三　分析数控机床位移、速度检测传感器的类型及其使用特点

小组间进行交流与学习，梳理知识内容，分析数控机床位移、速度检测传感器的类型及其使用特点。

人物评价