传感器与检测技术教学课件作者赵勇第6章节现代检测技术课件

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1、第6章现代检测技术现代检测技术定义是:指采用先进的传感技术、信息处理技术、建模与推理等技术实现用常规仪表、方法和手段无法直接获取的对待测参数的检测。特点：从待测参数的性质看，主要用于非常见的参数的测量。从应用的领域（对象）看，主要用于复杂设备（对象）、复杂过程的影响性能质量等方面的综合性参数的测量，如高速运动机械的故障分析、油品质量的检测等。从使用的技术或方法看，主要利用了新型的传感技术或传感器。Contents传感器的补偿与标定6.1检测信号的调理电路6.2抗干扰技术6.3传感检测新技术6.4图6.1实际传感器的几种典型输入—输出特性

2、曲线6.1传感器的补偿与标定6.1.1传感器的补偿传感器使用中的一个问题就是线性化及其补偿。线性化及补偿就是在使用传感器进行实际测量时,对传感器的输入-输出特性进行补偿，也称线性化处理。典型的输入-输出特性曲线图6.1为几种典型的输入-输出特性曲线6.1.1传感器的补偿电桥电路传感器的补偿图6.3使用了反馈式线性补偿方法，可从图6.2a可知电桥输入电压为：图6.2电桥电路a）电桥有一个桥臂电路b）电桥有两个桥臂电路图6.3利用反馈技术影响传感器电桥输入电压的原理电路图(6-1)式中，X为传感器电阻的变化量。放大器的输出电压为：(6-2)

3、(6-6)再由得：则可消除非线性误差。6.1.2传感器的标定6.1.2传感器的标定传感器的标定，是指在明确输入和输出关系的前提下，利用某种标准或标准器对传感器进行刻度。如温度传感器的标定。晶体管温度传感器的输出具有好的线性关系，原则上只要做两点定标即可。晶体管温度传感器具有非线性，要进行线性化补偿。经常选用的定标温度有水冰点0℃（273。15K）、沸点100℃（373。15K）和室温（300K）。6.2检测信号的调理电路6.2.1测量电桥按照电桥所采用的电源不同可分为：直流电桥和交流电桥按照输出测量方式不同可分为：不平衡电桥和平衡电桥6

4、.2.1测量电桥直流电桥（1）电桥的工作原理图6.4是直流电桥的基本形式。、、、称为桥臂电阻，为供桥直流电压源。当电桥输出端、接入输入阻抗较大的仪表或放大器时，可视为开路，此时桥路电流：a、b之间与a、d之间的电位差：输出电压：图6.4直流电桥(6-7)(6-8)(6-9)(6-10)(6-11)6.2.1测量电桥满足直流电桥的平衡。当桥臂电阻（如电阻应变片）产生变化时，输出电压：当时称为全等臂电桥。此时式（6-13）可写成：一般情况下，忽略分母中的项，则：(6-12)(6-13)(6-14)(6-15)6.2.1测量电桥电桥在初始时处

5、于平衡状态，当各桥臂电阻发生不同程度的微小变化时，电桥失去平衡，此时输出电压：为电桥输出电压与各桥臂电阻变化量的一般关系式。由于，忽略分母中的项和分子中的高次项，对于最常用的全等臂电桥，可写为：(6-16)(6-17)6.2.1测量电桥（2）直流电桥主要的特点：所需的高稳定度直流电源较易获得；电桥输出是直流量，可以用直流仪表测量，精度较高；对传感器至测量仪表的连接导线要求较低；电桥的预调平衡电路简单，仅需对纯电阻加以调整即可。但直流放大器比较复杂，易受零漂和接地电位的影响。（3）电桥的连接方式电桥分为单臂电桥、差动半桥和差动全桥三种连接

6、方式，如图6-5所示。6.2.1测量电桥图6.5直流电桥的连接方式a)单臂电桥b)差动电桥c)差动全桥6.2.1测量电桥单臂电桥：如图6.5a所示，当时，电桥输出电压：差动半桥：如图6.5b所示，当、且，电桥输出电压：差动全桥：如图6.5c所示当、、、，且，电桥输出电压：定义电桥的灵敏度为电桥的输出电压与电桥一个桥臂的电阻变化率之比值，即(6-18)(6-19)(6-20)(6-21)图6.7电桥连接方式图6.6用补偿块实现温度补偿a)试件b)补偿块6.2.1测量电桥（4）电桥的加减特性与应用例6-1桥路温度补偿。图6.6采用两片相同的

7、应变片和。贴在试件的测点上和补偿块上。和处于相同温度场中，并按图6.7接入电桥的相邻臂上。当试件受力且环境温度变化时，应变片的电阻变化率：6.2.1测量电桥应变片(为温度补偿片)只有受温度变化引起的电阻变化率因为由式(6-17)可知结果消除了温度的影响，减少了测量误差。这种桥路补偿法在常温测量中经常采用。例6-2利用加减特性提高半桥测量的灵敏度。测量如图6.8所示的纯弯试件时，应变片和分别贴于试件上下两表面，并按图6.7所示电桥接线。弯矩作用下：和由温度引起的电阻变化率相同由式(6-17)可得图6.8半桥测量6.2.1测量电桥6.2.1

8、测量电桥例6-3图6.9a对例6-2改进，应变片和贴在上表面，和贴在对称于中性层的下表面，并按图6.9b组成全等臂电桥。试件受弯矩作用并考虑环境温度变化，则各桥臂的电阻变化率代入式(6-17)得不仅实现了温