传感器类毕业论文设计1Word格式文档下载.docx
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第四章结尾
1、毕业设计的目的
毕业设计的目的是总结和检验学生在学期间的学习成果，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识与技能，独立分析和解决问题的能力，使学生受到工程设计的基本训练，达到专业素质培养目标的要求。
利用机械知识和传感器的应用，去解决一个生产线上实际检测任务，综合自己所需的本科课程，确定检测手段、传感器的选型、安装位置的确定，用CAD制图等工具，完成设计图纸的绘制并写出设计说明书。
2、时间安排
2011.2.20—23
由指导教师讲解毕业设计有关事项，并根据自己的特长和爱好选择目。
2011.2.24—28
查找相关资料，分析毕业设计容及要求，确定基本方案。
2011.3.1—15
上交方案，听取指导教师意见，根据教师反馈意见，找问题，改方案。
2011.3.16—20
与指导教师交流，确定最终方案。
根据设计要求，绘制安装结构图。
2011.3.21—25
编写设计说明书，整理毕业设计文稿。
2011.3.26—31
完成设计文档整理工作。
完成打印、装订工作。
2011.4.5—
毕业答辩准备。
第一节行程开关的介绍
行程开关是位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。
利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。
通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。
在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。
用于控制机械设备的行程及限位保护。
构造：
由操作头、触点系统和外壳组成。
在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。
因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。
行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。
在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。
行程开关可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。
当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。
由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。
1、按其结构分类及工作原理：
行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。
行程开关符号
●直动式行程开关：
动作原理同按钮类似，所不同的是：
一个是手动，另一个则由运动部件的撞块碰撞。
当外界运动部件上的撞块碰压按钮使其触头动作，当运动部件离开后，在弹簧作用下，其触头自动复位。
其结构原理如图F1所示，其动作原理与按钮开关相同，但其触点的分合速度取决于生产机械的运行速度，不宜用于速度低于0.4m/min的场所。
直动式行程开关组成：
1：
推杆 2&
4：
弹簧 3：
动断触点 5：
动合触点
●滚轮式行程开关：
当运动机械的挡铁（撞块）压到行程开关的滚轮上时，传动杠连同转轴一同转动，使凸轮推动撞块，当撞块碰压到一定位置时，推动微动开关快速动作。
当滚轮上的挡铁移开后，复位弹簧就使行程开关复位。
这种是单轮自动恢复式行程开关。
而双轮旋转式行程开关不能自动复原，它是依靠运动机械反向移动时，挡铁碰撞另一滚轮将其复原。
其结构原理如图F2所示，当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的撞杆时，撞杆转向右边，带动凸轮转动，顶下推杆，使微动开关中的触点迅速动作。
当运动机械返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。
滚轮式行程开关组成：
1：
滚轮 2：
上转臂 3&
5&
11：
弹簧 4：
套架
6：
滑轮 7：
压板 8&
9：
触点 10：
横板
滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮（羊角式）非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路。
●微动开关式行程开关：
微动开关式行程开关的组成，以常用的有LXW-11系列产品为例，其结构原理如图F3所示：
推杆 2：
压缩弹簧 4：
动合触点[1]
图F1:
直动式行程开关
图F2:
滚轮式行程开关
图F3:
微动式行程开关
2、按用途分类：
一般用途行程开关：
如JW2、JW2A、LX19、LX31、LXW5、3SE3等系列。
主要用于机床及其他生产机械、自动生产线的限位和程序控制。
起重设备用行程开关，如LX22、LX33系列。
主要用于限制起重设备及各种冶金辅助机械的行程。
第二节接近开关的介绍
接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。
特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。
一、接近开关的种类
因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不同，所以常见的接近开关有以下几种：
1、涡流式接近开关
这种开关有时也叫电感式接近开关。
它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体部产生涡流。
这个涡流反作用到接近开关，使开关部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。
这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。
2、电容式接近开关
这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。
这个外壳在测量过程常是接地或与设备的机壳相连接。
当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。
这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。
3、霍尔接近开关
霍尔元件是一种磁敏元件。
利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。
当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。
这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。
4、光电式接近开关
利用光电效应做成的开关叫光电开关。
将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头。
当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。
5、热释电式接近开关
用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。
这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。
6、其它型式的接近开关
当观察者或系统对波源的距离发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。
声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的。
利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。
当有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。
二、主要用途
接近开关在航空、航天技术以及工业生产中都有广泛的应用。
在日常生活中，如宾馆、饭店、车库的自动门，自动热风机上都有应用。
在安全防盗方面，如资料档案、财会、金融、博物馆、金库等重地，通常都装有由各种接近开关组成的防盗装置。
在测量技术中，如长度，位置的测量；
在控制技术中，如位移、速度、加速度的测量和控制，也都使用着大量的接近开关。
三、选用注意事项
在一般的工业生产场所，通常都选用涡流式接近开关和电容式接近开关。
因为这两种接近开关对环境的要求条件较低。
当被测对象是导电物体或可以固定在一块金属物上的物体时，一般都选用涡流式接近开关，因为它的响应频率高、抗环境干扰性能好、应用围广、价格较低。
若所测对象是非金属（或金属）、液位高度、粉状物高度、塑料、烟草等。
则应选用电容式接近开关。
这种开关的响应频率低，但稳定性好。
安装时应考虑环境因素的影响。
若被测物为导磁材料或者为了区别和它在一同运动的物体而把磁钢埋在被测物体时，应选用霍尔接近开关，它的价格最低。
在环境条件比较好、无粉尘污染的场合，可采用光电接近开关。
光电接近开关工作时对被测对象几乎无任何影。
因此，在要求较高的传真机上，在烟草机械上都被广泛地使用。
在防盗系统中，自动门通常使用热释电接近开关、超声波接近开关、微波接近开关。
有时为了提高识别的可靠性，上述几种接近开关往往被复合使用。
无论选用哪种接近开关，都应注意对工作电压、负载电流、响应频率、检测距离等各项指标的要求。
四、接近开关的选型和检测
1.接近开关的选型
对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近开关，以使其在系统中具有高的性能价格比，为此在选型中应遵循以下原则：
1.1.当检测体为金属材料时，应选用高频振荡型接近开关，该类型接近开关对铁镍、A3钢类检测体检测最灵敏。
对铝、黄铜和不锈钢类检测体，其检测灵敏度就低。
1.2.当检测体为非金属材料时，如;
木材、纸、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近开关。
1.3.金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近开关或超声波型接近开关。
1.4.对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关。
2.接近开关技术指标检测
2.1.动作距离测定;
当动作片由正面靠近接近开关的感应面时，使接近开关动作的距离为接近开关的最大动作距离，测得的数据应在产品的参数围。
2.2.释放距离的测定;
当动作片由正面离开接近开关的感应面，开关由动作转为释放时，测定动作片离开感应面的最大距离。
2.3.回差H的测定;
最大动作距离和释放距离之差的绝对值。
2.4.动作频率测定;
用调速电机带动胶木圆盘，在圆盘上固定若干钢片，调整开关感应面和动作片间的距离，约为开关动作距离的80%左右，转动圆盘，依次使动作片靠近接近开关，在圆盘主轴上装有测速装置，开关输出信号经整形，接至数字频率计。
此时启动电机，逐步提高转速，在转速与动作片的乘积与频率计数相等的条件下，可由频率计直接读出开关的动作频率。
2.5.重复精度测定;
将动作片固定在量具上，由开关动作距离的120%以外，从开关感应面正面靠近开关的动作区，运动速度控制在0.1mm/s上。
当开关动作时，读出量具上的读数，然后退出动作区，使开关断开。
如此重复10次，最后计算10次测量值的最大值和最小值与10次平均值之差，差值大者为重复精度误差.
第三节光电开关的介绍
光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。
一、光电开关的分类
1、按检测方式分
常用光电开关的分类方法：
按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。
对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。
反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。
镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。
2、按结构分类
光电开关按结构可分为放大器分离型、放大器藏型和电源藏型三类。
放大器分离型是将放大器与传感器分离，并采用专用集成电路和混合安装工艺制成，由于传感器具有超小型和多品种的特点，而放大器的功能较多。
因此，该类型采用端子台连接方式，并可交、直流电源通用。
具有接通和断开延时功能，可设置亮、音动切换开关，能控制6种输出状态，兼有接点和电平两种输出方式。
放大器藏型是将放大器与传感一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成，使用直流电源工作。
其响应速度局面（有0.1ms和1ms两种），能检测狭小和高速运动的物体。
改变电源极性可转换亮、暗动，并可设置自诊断稳定工作区指示灯。
兼有电压和电流两种输出方式，能防止相互干扰，在系统安装中十分方便。
电源藏型是将放大器、传感器与电源装置一体化，采用专用集成电路和表面安装工艺制成。
它一般使用交流电源，适用于在生产现场取代接触式行程开关，可直接用于强电控制电路。
也可自行设置自诊断稳定工作区指示灯，输出备有SSR固态继电器或继电器常开、常闭接点，可防止相互干扰，并可紧密安装在系统中。
二、光电开关应用领域
除了安防系统中常见的光电开关烟雾报警器，工业中经常用它来记数机械臂的运动次数。
照明技术网是覆盖面最广，信息量最全的照明技术，主要包括led照明，智能照明，霓虹灯，光纤照明，照明设计，灯光设计，道路照明等。
光电开关还在许多方面得到了应用，例如在行程控制、直径限制、转速检测、气流量控制等方面。
三、光电开关工作原理
图1所示是反射式光电开关的工作原理框图。
图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。
当被测物体进入受光器作用围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。
并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分
光电开关
或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。
光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小围晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。
同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。
四、光电开关的特点
MGK系列光电开关是现代微电子技术发展的产物，是HGK系列红外光电开关的升级换代产品。
与以往的光电开关相比具有自己显著的特点：
●具有自诊断稳定工作区指示功能，可及时告知工作状态是否可靠；
●对射式、反射式、镜面反射式光电开关都有防止相互干扰功能，安装方便；
●对ES外同步（外诊断）控制端的进行设置可在运行前预检光电开关是否正常工作。
并可随时接受计算机或可编程控制器的中断或检测指令，外诊断与自诊断的适当组合可使光电开关智能化；
●响应速度快，高速光电开关的响应速度可达到0.1ms，每分钟可进行30万次检测操作，能检出高速移动的微小物体；
●采用专用集成电路和先进的SMT表面安装工艺，具有很高的可靠性；
●体积小（最小仅20×
31×
12mm）、重量轻，安装调试简单，并具有短路保护功能。
五、光电开关主要类型
（一）、概述
光电开关的重要功能是能够处理光的强度变化：
利用光学元件，在传播媒介中间使光束发生变化；
利用光束来反射物体；
使光束发射经过长距离后瞬间返回。
光电开关是由发射器、接收器
和检测电路三部分组成。
发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（LED）和激光二极管。
光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。
受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。
接收器有光电二极管或光电三极管组成。
在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。
在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。
光电式接近开关广泛应用于自动计数、安全保护、自动报警和限位控制等方面。
分类：
光电开关可分为对射型；
漫反射型；
镜面反射型；
槽式光电开关；
光纤式光电开关。
1、对射型光电开关
由发射器和接收器组成，结构上是两者相互分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。
特征：
辨别不透明的反光物体；
有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；
不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中；
装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。
2、漫反射型光电开关
是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当
有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离的典型值一直到3米。
特征：
有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标表面性质和和颜色决定；
较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常是可以达到粗定位；
采用背景抑制功能调节测量距离；
对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。
3、镜面反射型光电开关
由发射器和接收器构成的情况是一种标准配置，从发射器发出的光束在对面的反射镜被反射，即返回接收器，当光束被中断时会产生一个开关信号的变化。
光的通过时间是两倍的信号持续时间，有效作用距离从0.1米至20米。
辨别不透明的物体；
借助反射镜部件，形成高的有效距离围；
不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中。
4、槽式光电开关
槽式光电开关通常是标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。
槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。
5、光纤式光电开关
光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测。
通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。
（二）、光电开关技术指标
塑料或金属外壳，有圆柱形、方形、叉型、玻璃或塑料光纤等直射系统检测距离长，最大100m，检测不透明物体准确、可靠，抗恶劣条件好（灰尘、散射光导）反射系统检测距离中等，最大15m，易于安装，检测不透明物体或非反射性透明物体；
极性反射系统可以检测反射物体漫射系统检测距离短，最大2m，取决于物体的反射系数，安装及设置简单，可检测透明、反射或半透明的物体，需要洁净的环境带背景抑制功能的漫射系统对背景物体不敏感，检测距离与物体的颜色无关继电器或固态输出两种方式，还有模拟量（4－20mA）输出的专用系列产品可选择的功能：
时间延迟、分离放大器、灵敏度调节等三种接线方式：
螺丝端子、插接件、电缆引线，最高防护等级为IP67Design18市场上最广泛使用的标准，第一代&
Oslash;
18且具备背景抑制功能。
（三）、相关产品比较
●光控开关与光电开关的区别：
1、首先可以确定光控开关不属于光电开关。
2、光电开关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。
它是利用被检测物体对红外光束（区分点）的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可检测。
光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们分为：
发送器、接收器和检测电路。
根据检测方式的不同，红外线光电开关可分为：
（1）、漫反射式光电开关
（2）、镜反射式光电开关
（3）、对射式光电开关
光电开关工作原理
（4）、槽式光电开关
（5）、光纤式光电开关
3、光控开关，它的“开”和“关”是靠可控硅的导通和阻断来实现的，而可控硅的导通和阻断又是受自然光（区分点）的亮度（或人为亮度）的大小所控制的。
该装置适合作为街道、宿舍走廊或其它公共场所照明灯，起到日熄夜亮的控制作用，以节约用电。
4、光电开关应用的环境是影响其长期工作可靠性的重要条件。
当光电开关工作于最大检测距离状态时，由于光学透镜会被环境中的污物粘住，甚至会被一些强酸性物质腐蚀，以至降低使用参数特性。
但光控开关不受“检测距离”这一指标的影响。
●光电开关和光电继电器的区别：
光电开关是由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。
并在接收电路中将光脉冲解
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