传感器开关量和数字量的测量
接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离（约几毫米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出“动作”信号，而不像机械式行程开关那样，需要施加机械力。它给出的是开关信号（即高电平或低电平），多数接近开关具有较大的负载能力，能直接驱动中间继电器。
常用的接近开关可分为电感式（多为电涡流式）、电容式、磁性干簧管式、霍尔式接近开关，它们的测量对象如下：
（1）电涡流式（常称为电感接近开关） 它只对导电良好的金属起作用。
（2）电容式 它对接地的金属或地电位的导电物体起作用，对非地电位的导电物体灵敏度稍差。
（3）磁性干簧管 它只对磁性较强的物体起作用。
（4）霍尔式 它只对磁性物体起作用。
1）非接触检测，不影响被测物的运行工况；
（2）不产生机械磨损和疲劳损伤，工作寿命长；
（3）响应快，一般响应时间可达几毫秒或十几毫秒；
（4）采用全密封结构，防潮、防尘性能较好，工作可靠性强；
（5）无触点、无火花、无噪声，所以适用于要求防爆的场合（防爆型）；
（6）输出信号大，易于与计算机或PLC等接口；
（7）体积小，安装、调整方便。它的缺点是“触点”容量较小，输出短路时易烧毁。
1）额定动作距离 在规定的条件下所测定到的接近开关的动作距离（单位为mm）。
（2）工作距离 接近开关在实际使用中被设定的安装距离。在此距离内，接近开关不应受温度变化、电源波动等外界干扰而产生误动作。
（3）动作滞差 指动作距离与复位距离之差的**值。滞差大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗于扰能力就强。
（4）重复定位精度 它表征多次测量动作距离。其数值的离散性的大小一般为动作距离的1％～5％。离散性越小，重复定位精度越高。
（5）动作频率 指每秒连续不断地进入接近开关的动作距离后又离开的被测物个数或次数。
电容接近开关的核心是以电容极板作为检测端的LC振荡器，圆柱形电容接近开关的结构及原理框图如图7.4所示。两块检测极板设置在接近开关的*前端，测量转换电路安装在接近开关壳体内，并用介质损耗很小的环氧树脂充填、灌封。
当没有物体靠近检测极板时，检测上、下极板之间的电容量C非常小，它与电感（在测量转换电路板3中）构成高品质因数的LC振荡电路，Q=1/ωCR。
当被检测物体为导电体（例如金属、水等）时，检测上、下极板经过与导电体之间的耦合作用，形成变极距电容C1、C2。LC振荡电路中的电容C可以看成是C1、C2的串联结果，电容量C比圆柱形电容接近开关未靠近导电体时增大了许多，引起LC回路的Q值下降，输出电压Uo下降，Q值下降到一定程度时振荡器停振。
干簧继电器中的干簧管接近开关其实是一种十分简单的传感器，它与一块磁铁就可以组成接近开关。它在水位控制、电梯“平层”控制、防盗报警等方面得到应用，其优点是体积较小，触点可靠性较高，属于“无源”传感器。
光电开关与光电断续器都是用来检测物体的靠近、通过等状态的光电传感器。近年来，随着生产自动化、机电一体化的发展，光电开关及光电断续器已发展成系列产品，其品种及规格日增，用户可根据生产需要，选用适当规格的产品，而不必自行设计光路和电路。
从原理上讲，光电开关及光电断续器没有太大的差别，都是由红外线发射元件与光敏接收元件组成，只是光电断续器是整体结构，其检测距离只有几毫米至几十毫米，而光电开关的检测距离可达几米至几十米。
u 反射型分为：反射镜反射型；被测物漫反射型（简称散射型）
u 散射型安装*为方便，只要不是全黑的物体均能产生漫反射。散射型光电开关的检测距离与被测物的黑度有关，一般较小，只有几百毫米。用户可根据实际需要决定所采用的光电开关的类型。
光电断续器的工作原理与光电开关相同，但其光电发射、接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，所以两者能可靠地对准，为安装和使用提供了方便，它也可以分为遮断型和反射型两种
数字式传感器与其他传感器（如电感、电涡流、电容等传感器）不同，它可以直接给出抗干扰能力较强的数字脉冲或编码信号，既有很高的精度，又可测量很大的位移量，测量准确度与量程基本无关。
数字量的测量以数字式位置传感器为主，除了广泛应用于数控机床中，进行位置伺服控制之外，还可用于测量工具，使传统的游标卡尺、千分尺、高度尺等实现了数显化，读数过程变得既方便、又准确。本节主要介绍常见的数字式位置传感器旋转编码器和光栅两种。
旋转编码器又称码盘或角编码器，是一种旋转式角度测量传感器，它与被测旋转轴连接，随之转动，如图7.10，将被测轴旋转的角位移转换为二进制编码或一串脉冲。角编码器有两种基本类型：**式编码器和增量式编码器。根据内部结构和检测方式的不同，旋转编码器有接触式、光电式、磁阻式等形式。
接触式编码器属于**式角度检测装置，是将被测角度直接进行编码的传感器。如图7.11所示是一个四位二进制接触式码盘。它在一个不导电基体上做成许多有规律的导电金属区，其中涂黑部分为导电区，用“1”表示，其他部分为绝缘区，用“0”表示。码盘分成4个码道，在每个码道上都有一个电刷，电刷经取样电阻接地，信号从电阻的“热端”取出。这样，无论码盘处在哪个角度上，该角度均有4个码道上的“1”和“0”组成的4位二进制编码与之对应。码盘*里面一圈轨道是公用的，它和各码道所有导电部分连在一起，接激励电源的正极。
由于码盘是与被测转轴连在一起的，而电刷位置是固定的，当码盘随被测轴一起转动时，电刷和码盘的位置就发生相对变化。若电刷接触到导电区域，则该回路中的取样电阻上有电流流过，产生压降，输出为“1”；反之，若电刷接触的是绝缘区域，输出为“0”，由此可根据电刷的位置得到由“1”、“0”组成的4位二进制码。例如，在图7.11b中可以看到，此时的输出为0101。
从以上分析可知，码道的圈数（不包括*里面的公用轨道）就是二进制的位数，且高位在内、低位在外。由此可以推断出，若是n位二进制码盘，就有n圈码道，且圆周被均分为2n个数据，来分别表示其不同位置，所能分辨的角度α（即分辨力）为 ，分辨率为1 / 2n
**式光电码盘如图7.12所示。图中的黑白区域不表示导电区和绝缘区，而是表示透光或不透光区。其中黑的区域为不透光区，用“0”表示；白的区域为透光区，用“1”表示。这样，在任意角度都有对应的二进制编码。与接触式编码盘不同的是，不必在*里面一圈设置公用码道，取代电刷的是在每一码道上都有一组光电元件。
增量式光电码盘结构示意图如图7.13所示。光电码盘与转轴连在一起。码盘可用玻璃材料制成，表面镀上一层不透光的金属铬，然后在边缘制成向心的透光狭缝。透光狭缝在码盘圆周上等分，数量从几百条到几千条不等。这样，整个码盘圆周上就被等分成n个透光的槽。增量式光电码盘也可用不锈钢薄板制成，然后在圆周边缘切割出均匀分布的透光槽。
为了判断码盘旋转的方向，必须在光栏板上设置两个狭缝，其距离是码盘上的两个狭缝距离的（m＋l／4）倍，m为正整数，并设置了两组对应的光敏元件，如图7.13中的A、B光敏元件，有时也称为cos、sin元件。光电编码器的输出波形如图7.14所示。
为了得到码盘转动的**位置，还须设置一个基准点，如图7.13中的“零位标志槽”。码盘每转一圈，零位标志槽对应的光敏元件产生一个脉冲，称为“一转脉冲”，