现代检测技术导论物理量检测3.ppt

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1、现代检测技术导论第三章　物理量检测与传感器3.8热敏效应与温度检测3.9多传感器手爪3.8热敏效应与温度检测3.8.1热电阻Rt=R0[1+(t-t0)]感温电阻选材原则：1、电阻温度系数较高，提高灵敏度；2、在测温范围内化学、物理性能稳定，保证精度；3、具有良好的输出特性，接近线性关系；4、具有较高的电阻率，以减小体积；5、具有良好的可加工性，且价格便宜。常用感温材料：铂、铜、铁、镍、铟、锰、碳3.8.2热敏电阻金属氧化物＋添加剂＋陶瓷工艺电阻温度系数T=（1/RT）×(dRT/dT)×100%正温度系数热敏电阻（P

2、TC）:BaTiO3+稀土元素负温度系数热敏电阻（NTC）：混合过渡金属氧化物临界温度系数热敏电阻（CTC）：V2O3+Ge、Ni、W、MnNTC热敏电阻、PTC热敏电阻和CTR热敏电阻的典型电阻-温度特性曲线3.8.3半导体热敏电阻半导体电阻率＝1/（nqn+pqp）n为电子浓度；p为空穴浓度；n为电子迁移率；p为空穴迁移率；q为电子的电量。硅热电阻的温度特性－50050100150200温度/C300025002000150010005000电阻值3.8.4热电偶热电效应（1823年赛贝克发现）总电势EA

3、B(T,T0)=TT0TABdT=EAB(T)–EAB(T0)其中TAB为热电势率，与热材料和两接点温度有关。TT0T0EAB(T,T0)AB3.9多传感器手爪目前，开发和利用太空已成为各国高科技和军事发展的焦点，而空间机器人在人类的太空活动中发挥了重要的作用。空间机器人的重要要求就是自身的灵活性和局部自主能力，而多传感器手爪是提供这些能力的关键部件。目前，多传感器机器人手爪已成为国际上研究的一个热点，研究的问题主要围绕新型的传感器和执行器、手爪结构、传感器集成和信息融合和控制方法。空间机器人多传感器手爪的特点在太空

4、中，手爪必须可靠地抓取和作业,这就要求机械结构一定要可靠。机器人多指灵巧手因为缺乏机械的可靠性和实用性,并且存在着抓取不稳固和控制复杂性的问题，目前并未用于太空作业中。空间机器人为了能够在存在着不确定性的环境下进行灵巧的操作,其手爪必须具有较强的感知能力。国内外研究概况美、日、德等发达国家都开展了用于空间的多传感器手爪的研究工作，其中具有代表性的是德国宇航中心研制的舱外机器人ROTEX和日本的ETS-Ⅶ上的多传感器手爪。在国内方面，中国科学院合肥智能机械研究所、哈尔滨工业大学以及北京航空航天大学等多家研究机构都进行了多传感

5、器机器人手爪的研究。SRMS空间机械臂1975年，加拿大SPAR公司与美国宇航局（NASA）签署了研制遥控机械臂SRMS（ShuttleRemoteManipulatorSystem，SRMS），后来以加拿大臂著称。1984年，SRMS正式被用于协助宇航员进行舱外活动，标志着空间机器人进入使用阶段。SRMS空间机械臂德国宇航中心的ROTEX多传感器手爪1993年美国哥伦比亚号航天飞机成功地搭载了德国DLR研制的基于多传感器的小型空间机器人系统ROTEX。ROTEX系统配有一个多传感器智能手爪，手爪上安装了六维腕力传感器、距

6、离觉、触觉等多种传感器，并配有一对微型摄像机作为视觉系统。ROTEX多传感器手爪的ORU实验在轨道上，ROTEX进行了构架机构的装配、插拔轨道可更换单元（ORU，OrbitReplacementUnit）和捕获漂浮物体等多个实验。ROTEX多传感器手爪手爪上安装有多种传感器,其上的传感器配置如下:(1)9个激光测距传感器,其中一个中距离扫描测距传感器,其测距范围为3～35mm,其余8个短距离测距传感器的测距范围为0～30mm,它们均匀地安装在2个手指指尖部位。ROTEX多传感器手爪(2)2个面积为32×16平方毫米,4×8

7、个感应单元的二进制触觉陈列传感器。(3)1个基于应变片测量的刚性六自由度力/力矩传感器。(4)1个基于光电原理柔性六自由度力/力矩传感器。(5)1个微型CCD摄像机。ROTEX多传感器手爪的控制系统框图日本技术实验卫星ETS-Ⅶ上的多传感器手爪1997年，日本宇宙开发事业团（NASDA〕发射了一颗用于空间交会对接及空间机器人技术研究的实验卫星ETS－VII,星上搭载一大一小两个机器人手臂。大机械臂（ERA）具有六个自由度，长约2.4米，由NASADA研制。小机械手（ARH）由日本通商产业省（MITI）研制，长约0.5米，

8、用于精密操作。ARH在实验卫星ETS－VII上的空间实验ARH多传感器手爪该手爪共配置五种传感器,具体如下:(1)三个接近觉测距传感器,安装在手爪外壳上,主要用于接近工作台控制,也用于始终面对工作台的姿态控制。(2)一个CCD眼在手上(Eye-in-Hand)摄像机,主要用于目标物体的测定、微细定位及监