机电一体化概论(III)

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1、机电一体化概论第2章机电一体化的系统组成2.3检测单元2.3检测单元2.3.1检测单元基础2.3.2传感器的结构与基本原理2.3.3数据采集与处理2.3.4虚拟仪器2.3.1检测单元基础机电一体化系统能否有效发挥其自动化功能，获得准确信息是首要前提，完成这一任务的环节就是检测单元（Detectingunit）。传感器与人体的感觉器官相对应，计算机与大脑相对应，执行器与人体的运动器官相对应。这种从外界获得信息，并从中提取有用信息的过程称为检测。传感器是检测过程中的核心元件。生物系统机电一体化系统检测的作用2.3.1检测单元基础传感器的基本用途（1

2、）生产过程中的信号测量与控制。（2）安全报警与环境保护。（3）自动化设备。（4）交通运输和资源探测。（5）医疗卫生和家用电器。2.3.1检测单元基础2.传感器的组成将被测物理量按照一定规律变换为与之对应的另一种物理量的装置叫做传感器，也叫变换器或探测器。其作用是将各种非电物理量转换成其他量，由接口电路转换成电压量。传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路组成。敏感元件转换元件基本转换电路被测量电量2.3.1检测单元基础3.传感器的分类2.3.1检测单元基础4.传感器技术的发展（1）新型传感器开发。（2）传感器的集成化。（3）传感器的多功能化

3、。（4）传感器的智能化。（5）仿生传感器（Biomimeticsensor）。2.3.2传感器的结构与基本原理1.线位移检测传感器（1）电阻式线位移传感器滑线位移式绕线位移式滑线位移传感器，电阻丝端电压恒定为Ui，当待测物体往返运动时，将带动拉杆、电刷运动，电刷在电阻丝上往返滑动，其输出端电压为Uo，且与位移量成正比。因此，当我们检测到输出电压的变化量△Uo，就可以获知待测物体的位移量。滑线式位移传感器实物绕线位移传感器2.3.2传感器的结构与基本原理1.线位移检测传感器（1）电阻式线位移传感器电阻应变计式线位移传感器2.3.2传感器的结构与基

4、本原理（2）电感式线位移传感器差动电感式线位移传感器2.3.2传感器的结构与基本原理（2）电感式线位移传感器差动变压器式线位移传感器将被测量转化为线圈的互感变化。初级线圈L1由交流电源励磁，交流电的频率称为励磁频率。两个次级线圈L2和L3接成差动式，它们反向串接，输出电压U0是两次级线圈的感应电压差值，故称差动变压器。当磁芯处于整个线圈中心位置时，两个次级线圈的磁阻相等，当磁芯移动时，将产生与位移成线性关系的感应电压Uo。2.3.2传感器的结构与基本原理（3）电容式线位移传感器S、ε、d的变化，均会引起电容量的变化。通过检测电路将电容量的变化将

5、会引起电路中的电压或电流变化，这样即可转换为电压信号输出，以此来确定位移量的大小和方向。应用：无接触检测，在恶劣环境下工作。可应用于检测位移、振动、角度、速度、加速度、压力等参数。2.3.2传感器的结构与基本原理（4）光栅式线位移传感器相邻两莫尔条纹的间距W为：若用计数器记录下光栅上的移动通过的条纹数，即可测试主光栅移动的距离。2.3.2传感器的结构与基本原理（5）激光式线位移传感器主要装置是迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪工作原理激光传感器示意图激光传感器测量轮毂光幕式激光传感器测量直径2.3.2传感器的结构与基本原理（5）激光式线位移传感器激光

6、具有较好的方向性、单色性和亮度，可从较远距离对被测物体进行测量。由于光斑直径小，所以可实现对微小元件的测量。非接触式的测量原理可保证无磨损、高精度的测量，测量过程不会受到干扰。除此之外，激光三角反射测量原理还极为适用于高精度、高分辨率的快速测量。2.3.2传感器的结构与基本原理2.角位移传感器（1）电阻式角位移传感器这种传感器具有结构简单、体积小、动态范围宽、输出信号大、抗干扰强和准确度较高等特点，已广泛用于检测各种回转角度和角位移量。适用转速较低的角位移测量。工作原理结构示意图实物2.3.2传感器的结构与基本原理2.角位移传感器（2）电感式角

7、位移传感器旋转变压器是一种典型的电感式角位移传感器。正余弦旋转变压器工作原理D1D2—励磁绕组；D3D4—交变绕组；Z1Z2—余弦输出绕组；Z3Z4—正弦输出绕组2.3.2传感器的结构与基本原理2.角位移传感器（3）电容式角位移传感器2.3.2传感器的结构与基本原理2.角位移传感器（4）光电式角位移传感器光电式角位移传感器是一种非接触式电位器，它用光束代替电刷。没有金属丝电刷造成的摩擦力矩，具有分辨率高、寿命长、扫描速度快等优点。其缺点是接触电阻较大，输出信号要经过阻抗匹配交换器才能用。2.3.2传感器的结构与基本原理3.转速检测传感器（1）电

8、容式转速传感器当电容极板与齿顶相对时，电容量最大；而电容极板与齿隙相对时，电容量最小。设齿轮齿数为z，则由计数器得到的频率数计算出测量转速为2.3.2