机电一体化系统设计检测系统

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1、机电一体化Mechatronics第3章检测系统3.1概述3.2机电一体化中常用检测装置3.3基本转换电路3.4信号放大电路3.5信号的调制与解调3.6信号处理电路明朝晚期著名思想家、哲学家吕坤《呻吟语》中警句：“鉴不能自照，尺不能自度，权不能自称，囿于物也”圣人则自照自度自称,成其为鉴为尺为权,而后能妍媸、长短、轻重于下。什么是检测系统？传感器变换放大存储被测物理量（非电量）电信号控制装置显示什么是位置检测系统？组成：位移和速度信号位置控制单元所要求的信号形式位置控制单元变换反馈检测元件（传感器）、信号处理装置作用：由于机电一体

2、化系统中有各种不同的物理量需要控制和监测，而计算机系统又只能识别电量，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。3.1.1传感器概念和定义人体对外界和周围环境的感觉或感知，是通过五官、皮肤等来完成的。感觉器官从外界获取信息，传输到大脑神经中枢进行信息处理和加工，然后根据信息处理的结果控制肌肉产生相应的动作。在机电一体化系统中，外界信息是通过传感器进行检查和测量，然后经过计算机处理，再控制执行装置完成动作任务。传感器是人类感觉器官的工程模拟，负责信息的收集和处理。什么是传感器？国家标准《传感

3、器通用术语》中，对于传感器的定义作了如下规定：“能感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成”。检测则是检出和测量的总称。所谓检出就是要求指示某些量的存在，但无需给出量值的大小；而测量则要求给出待测量的具体值。检测可以看做是从外界获取信息，并从中提取有用信号的过程。传感器是实现检测和传感的物理器件。在机电一体化中，传感器的功能越强，系统地自动化程度越高。在机电一体化产品中，需要检测的物理量通常是力、位移、速度、

4、加速度等，这些物理量需要经过传感器的变换，并经过放大、调制与解调、滤波和运算等处理，将有用的信号检测出来，反馈给控制装置或进行显示。能够实现上述功能的系统，称之为检测系统。检测系统框图检测系统一般由传感器和信号加工两部分构成。即：1）把各种非电量信号转换为电信号，这就是传感器的功能。传感器又称为“一次仪表”。2）对传感器送出的电信号进行加工，使之成为合乎需要的、便于输送或显示和记录的、可作进一步处理的信号。如将阻抗变换为电压或电流；将信号放大、调制与解调、阻抗变换、线形变换、线性化，以及将信号转换成数字编号信号等。这叫电信号处理系

5、统，通常又称为“二次仪表”。随着计算机技术的发展，电信号处理系统已成为以计算机为中心的电信号处理系统。由于检测系统由传感器和各若干变换环节组成，为了保证检测过程中能够不失真地把所需信息从信号源经过其载体信号传输到输出端，而不受干扰。因此对传感器和监测系统的基本要求如下：精度、灵敏度和分辨率高，能满足机电一体化系统对检测精度和速度的要求。能满足精度和速度的要求线性度、灵敏度稳定性和重复性好，工作可靠。静、动态特性好，测量范围大。高可靠性和高抗干扰性。其它特殊要求：体积小、重量轻、价格便宜、便于安装与维修、耐环境性好等。3.1.2传感

6、器分类传感器常用的分类有3种。1、按被测物理量分类可分为位移传感器、速度传感器、力（压力）传感器、温度传感器、湿度传感器等等，而上述传感器又可根据派生物理量加以细分，如位移传感器可包括线位移传感器、角位移传感器等。按被测物理量的分类方法明确表明了传感器的用途，使用者可以选用。2、按传感器的工作原理分类可以将传感器分为电阻式、电感式、磁电式、压电式、电容式、气电式、陀螺式、谐振式和光电式等。例如，工程上常用的电阻式应变片，其工作原理是应变可使应变片的电阻发生变化，利用这一原理可以制成测量力、力矩、应变、位移等传感器。3、按传感器转换

7、能量的方式分类1）能量转换型又称有源传感器（或发电型传感器），即在不加外电源情况下将非电功率转换为电功率输出。如电磁式、电动式、电压式等传感器。2）能量控制型又称无源传感器（或电参量型传感器），即不能将非电功率转换成电功率的传感器。这类传感器是以被测物理量对传感器中的电参数的控制和调节作用来实现测量的目的，所以，它必须有辅助的能源（电源）。如电阻式、电感式、电容式等传感器均属此类。习惯上长把工作原理和用途结合起来命名传感器，如电感式位移传感器、压电式加速度传感器等。按国家标准，传感器的命名应由主题词加四级修饰语构成：主题词传感器。

8、第一级修饰语被测量，包括修饰被测量的定语。第二级修饰语转换原理，一般可后续以“式”字。第三级修饰语特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其他必要的性能特征，一般可后续以“型”字。第四级修饰语主要技术指标（量程、精确度、灵敏度等