机电一体化系统设计》第5章检测系统设计

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1、第5章检测系统设计5.1概述5.2线位移检测传感器5.3角位移检测传感器5.4速度、加速度传感器5.5测力传感器5.6传感器的正确选择和使用5.7检测信号的采集与处理5.1概述一、定义及分类：1、定义：传感器是将力、温度、位移、速度等量转换成电信号的元件。“传感器技术是机电一体化的第一基础”2、分类按能量变换的功能分：按输出的信号分：物理传感器化学传感器计数型（二次型+计数型）电压，电流型（热电偶,Cds电池）电感，电容型（可变电容）有接点型(微动开关，接触开关，行程开关)传感器电阻型（电位器，电阻应变片）非电量型二值型电量

2、无接点型(光电开关，接近开关)模拟型数字型代码型（旋转编码器，磁尺）二、传感器的基本特性1.传感器的静特性传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态下，传感器的输入与输出值之间的关系。传感器静态特性的主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞和重复性等。(1).线性度传感器的线性度是指传感器实际输出—输入特性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度值之比，即二、传感器的基本特性(2).灵敏度传感器的灵敏度是指传感器在稳定标准条件下，输出量的变化量与输入量的变化量之比，即(3).迟滞传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中，输出—

3、—输入特性曲线不重合的程度称为迟滞，迟滞误差一般以满量程输出的百分数表示二、传感器的基本特性(4).重复性传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全量程连续多次重复测量时，所得输出——输入曲线的不一致程度，称重复性。重复性误差用满量程输出的百分数表示，即近似计算精确计算二、传感器的基本特性5.分辨力传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。6.零漂传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂，零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。2.传感器的动态特性传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。动

4、态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。传感器动态特性的性能指标可以通过时域、频域以及试验分析的方法确定，其动态特性参数如：最大超调量、上升时间、调整时间、频率响应范围、临界频率等。二、传感器的基本特性1.新型传感器的开发鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步发现新现象、采用新原理、开发新材料、采用新工艺，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。总之，传感器正经历着从以结构型为主转向以物性型为主的过程。三、传感器的发展方向2.传感器

5、的集成化和多功能化随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等方面的发展，出现了多种集成化传感器。这类传感器，或是同一功能的多个敏感元件排列成线性、面型的阵列型传感器；或是多种不同功能的敏感元件集成一体，成为可同时进行多种参数测量的传感器；或是传感器与放大、运算、温度补偿等电路集成一体具有多种功能——实现了横向和纵向的多功能。三、传感器的发展方向3.传感器的智能化“电五官”与“电脑”的相结合，就是传感器的智能化。智能化传感器不仅具有信号检测、转换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计处理及自诊断、自校准、自适应等功能。如进一步将

6、传感器与计算机的这些功能集成于同一芯片上，就成为智能传感器。三、传感器的发展方向5.2线位移检测传感器一、光栅位移传感器二、感应同步器三、磁栅位移传感器一、光栅位移传感器1、光栅的构造：2、工作原理一、光栅位移传感器把两块栅距W相等的光栅平行安装，且让它们的刻痕之间有较小的夹角θ时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条纹，这种条纹称莫尔条纹，它们沿着与光栅条纹几乎垂直的方向排列，如图所示。莫尔条纹具有如下特点：1.莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。光栅每移动过一个栅距W，莫尔条纹就移动过一个条纹间距B2.莫尔条纹具有位移放大作

7、用。莫尔条纹的间距B与两光栅条纹夹角之间关系为3.莫尔条纹具有平均光栅误差的作用。一、光栅位移传感器通过光电元件，可将莫尔条纹移动时光强的变化转换为近似正弦变化的电信号，如图所示。一、光栅位移传感器其电压为：将此电压信号放大、整形变换为方波，经微分转换为脉冲信号，再经辨向电路和可逆计数器计数，则可用数字形式显示出位移量，位移量等于脉冲与栅距乘积。测量分辨率等于栅距。一、光栅位移传感器1.感应同步器结构二、感应同步器sincos节距2τ（2mm）节距τ（0.5mm）绝缘粘胶铜箔铝箔耐切削液涂层基板(钢、铜)滑尺定尺包括定尺和滑

8、尺，用制造印刷线路板的腐蚀方法在定尺和滑尺上制成节距T(一般为2mm)的方齿形线圈。定尺绕组是连续的，滑尺上分布着两个励磁绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕组。当正弦绕组与定尺绕组相位相同时，余弦绕组与定尺绕组错开1/4节距。滑尺和定尺相对平行安装，其间保持一定间隙（0.05~0.2mm）。二