机电一体化原理及应用第二章

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1、第二章传感器及其接口处理技术2.1概述在机电一体化系统中有各种不同的物理量(如位移、压力、速度等)需要测量与控制，如果没有传感器对原始的各种参数进行精确而可靠的检测，那么对机电产品的各种控制是无法实现的。因此能把各种不同的非电量转换成电量的传感器便成为机电一体化系统中不可缺少的组成部分。作为一个独立器件，传感器的发展正进入集成化、智能化研究阶段。把传感器件与信号处理电路集成在一个芯片上，就形成了信息型传感器；若再把微处理器集成到信息型传感器的芯片上，就是所谓的智能型传感器。2.1.1传感器的定义传感器：传

2、感器是一种以一定的精确度将被测量(如位移、力、加速度等)转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量(如电量)的测量部件或装置。2.1.2组成组成：敏感元件、转换元件、电子线路等组成。1敏感元件直接感受被测量、并以确定关系输出物理量。如弹性敏元件将力转换为位移或应变输出。2转换元件将敏感元件输出的非电物理量(如位移、应变、光强等)转换成电量参数(如电阻、电感、电容等)等。3基本转换电路将电路参数量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。直接转换与间接转换传感器的组成2.1.3传感器的特性

3、传感器比较常用的性能指标有以下几种1.关于输入量的特性：(1)量程或测量范围传感器预期要测量的被测量值的范围，一般用传感器允许测量的上下极限值来表示，其中上限值也称为满量程FS。(2)过载能力传感器允许承受的最大输入量(被测量),通常用一个最大允许值或满量程的百分比来表示。2.关于输入输出关系的静态特性(1)精度表示测量结果与被测的“真值”的接近程度。一般用“极限误差”或极限误差与满量程的比值按百分数给出。(2)重复性反映传感器在工作条件不变的情况下，重复地输入某一相同的输入值，其输出值的一致性，其意义与

4、精度类似。(3)线性度也称非线性，表示传感器输出与输入之间的关系曲线与选定的工作曲线的靠近程度，采用工作直线与实际工作曲线之间的最大偏差值与满量程输出之比来表示。(4)灵敏度传感器输入增量与输出增量之比；(5)稳定性(温度漂移，时间零漂)时间零漂:在规定的时间内，在温度不变的条件下，零输出的变化；温度漂移:当温度发生变化时，其输出特性的变化，通常用零点输出变化值表示，也可以用它与满量程的比值来表示。3.动态响应特性在被测量的物理量随时间变化的情况下，传感器的输出能否很好地追随输入量的变化是一个很重要的问题

5、。有的传感器尽管其静态持性非常好，但由于不能很好追随输入量的快速变化而导致严重误差，这种动态误差若不注意加以控制，可以高达百分之几十其至百分之百。在被测信号变化速度较快的情况下要求我们要认真注意传感器的动态响应持性。频率响应特性幅频特性相频特性阶跃响应特性时间常数上升时间过冲量(超调量)固有频率阻尼比(对数减缩)2.1.4传感器的分类传感器的分类方法有多种;1、按被测物理量的性质分；位移传感器、温度传感器、压力传感器等等；2、按工作机理分；电阻式、电感式、电容式、光电式；3、按照输出信号的性质分类；可分为

6、开关型(二值型)、数字型和模拟型，如下图所示：1开关型开关型传感器的二值就是“1”和“0”或开(ON)和关(OFF)。这种“l”和“0”数字信号可直接传送到微机进行处理，使用方便。特性曲线中如果设输出状态从断到通时的输入值为INon，而从通到断时的输入值为INoff，则特性满足INoff＜INonINoff与INon的差称为磁滞宽度或瞬动(snap)宽度。二值型传感器的实用特性2数字型数字型传感器有计数型和代码型两大类。其中计数型又称脉冲数字型；它可以是任何一种脉冲发生器，所发出的脉冲数与输入量成正比，加

7、上计数器就可对输入量进行计数，如可用来检测通过输送带上的产品个数，也可用来检测执行机构的位移量。这时执行机构每移动一定距离或转动一定角度就会发生一个脉冲信号，例如增量式光电码盘和检测光栅就是如此。代码型传感器又称编码器，它输出的信号是数字代码，每一代码相当于一个一定的输入量之值。3模拟型模拟型传感器的输出是与输入物理量变化相对应的连续变化的电量。输入与输出可以是线性的也可以是非线性的。2.1.5机电一体化系统对传感器的基本要求1.精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比高；2.体积小、重量轻、对整机的适应

8、性好；3.安全可靠、寿命长；4.便于与计算机连接；5.不易受被测对象性(如电阻、导磁率)的影响，也不影响外部环境；6.对环境条件适应能力强;7.现场处理简单、操作性能好；8.价格便宜。2.1.6机电一体化系统常用传感器1.位移检测传感器位移测量是直线位移测量和角位移测量的总称，位移测量在机电一体化领域中应用十分广泛，这不仅因为在各种机电一体化产品户常需位移测量，而且还因为速度、加速度力、压力、扭矩等参数的测量都是以位移测量位移