机电一体化原理与应用ppt教程第三章传感器及接口技术课件

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1、第三章传感器及接口技术概述位移测量传感器速度、加速度传感器力、压力、扭矩传感器传感器信号处理2021年9月7日3.1概述3.1.1传感器及其组成3.1.2传感器的分类3.1.3传感器的静态特性2021年9月7日3.1.1传感器及其组成1定义：将被测量转换成与之有确定对应关系且易于处理和测量的某种物理量的测量部件和装置。2构成：敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分构成。并不是每个传感器都含有这三部分，传感器的复杂程度不同，含有不同的元件。2021年9月7日敏感元件：直接感受被测量，并以确定关系输出一物理量。有光敏元件如光电二极管三极管等、热敏元件如热电偶、弹性敏感元件、声音

2、敏感元件如声控灯等转换元件：将敏感元件输出的非电物理量（如位移、应变、光强）转换为电参数（如电容、电感、电阻）。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2021年9月7日3.1.1传感器分类1）按工作原理2）按被测物理量3）按输出信号性质2021年9月7日3.1.3传感器的静态特性传感器静态特性：指被测量的值处于稳定状态时，传感器的输出输入关系。静态特性指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和零漂2021年9月7日1、线性度线性度的优点：在标定的时候或处理数据时，带来方便。所以设计传感器时，尽量使输入和输出成线性关系；购买传感器时，尽量选择线

3、性度高的传感器。但总存在非线性误差。非线性误差：实际静态校准曲线和理论直线之间的偏差。2021年9月7日2、灵敏度灵敏度：在静态标准条件下，输出变化对输入变化的比值。线性传感器的灵敏度是常数2021年9月7日3、迟滞定义：传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入特性曲线的不重合程度。迟滞误差通常以满量程输出的百分数表示2021年9月7日4、重复性定义：传感器按同一方向作全量程连续多次重复测量时，输出输入曲线的不一致程度。ΔRm――输出最大重复性误差；Yi—第i次测量值；y－测量值平均值；n－测量次数；2021年9月7日5、分辨力传感器能检测到的最小输入增量6、

4、零漂传感器在零输入状态下,输出值的变化称为零漂2021年9月7日传感器的动态特性动态特性：指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。动态特性好的传感器，输出量随时间的变化规律将再现输入量随时间的变化规律。2021年9月7日3.1.4不同领域使用的传感器2021年9月7日3.2位移测量传感器位移传感器分类：直线位移传感器和角位移传感器前者主要有：电感传感器、电容传感器、感应同步器和光栅传感器后者主要有：电容传感器、旋转变压器、光电编码器3.2.1电感式传感器3.2.2电容式位移传感器3.2.3光栅位移传感器2021年9月7日3.2.1电感式传感器3.2.1.1自感型电感式

5、位移传感器3.2.1.2互感型电感式位移传感器2021年9月7日3.2.1.1自感型电感式位移传感器1、可变磁阻式电感传感器1）构成：线圈、铁心和活动衔铁2）结构：变气隙式3）测量原理：被测位移构件与活动衔铁相连，当被测构件产生位移时，活动衔铁随之移动，空气隙发生变化，引起磁阻发生变化，从而引起电感值发生变化。2021年9月7日4）自感：其中w－线圈匝数；μ0－空气导磁率；A0－空气导磁面积；δ－空气隙5）显然传感器的灵敏度与空气隙δ的平方成反比，显然存在非线性误差；空气隙δ越小，灵敏度越高。6）特点：非线性严重，线性度为3%；示值范围小，一般为0.001-1mm；分辨力及

6、灵敏度高，分辨力可达0.1um；制造装配困难。2021年9月7日2、改变空气隙导磁截面积的传感器结构：线圈、铁心和活动衔铁原理：工作时空气间隙δ不变，改变的是导磁面积特点：线性度好，示值范围大。灵敏度低，需配有放大电路2021年9月7日3、可变磁阻差动式传感器结构：两个相同的线圈、铁心和活动衔铁构成原理：当活动衔铁处于铁心中央时，两线圈的自感相等，当有位移Δδ，两个线圈的间隙为δ0＋Δδ，δ0－Δδ，这时一个线圈的自感增加，另一个线圈的自感减小，当两个输出信号接入桥式电路时，输出灵敏度提高一倍，并改善了线性特性。2021年9月7日4、涡流式传感器原理：利用金属导体在交流磁场

7、中的涡电流效应。涡流产生：线圈输入一交变电流，产生交变磁场，下方的金属板在交变磁场中会产生感应电流，由于电流在金属体内是闭合的，所以称之为涡电流，又称涡流。2021年9月7日影响涡流的因素：涡流的大小与金属板的电阻率、磁导率、厚度、金属板与线圈的距离、励磁电流角频率等有关。保持其它参数不变，距离发生变化时，涡电流就发生变化分类：高频反射式和低频透射式两种。2021年9月7日1）高频反射式涡流传感器原理：高频激励电流产生高频磁场，作用于金属板的表面，在金属板表面将形成涡电流，同时，涡电流产生的交变磁场又反作用于线圈，