第四章微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(3-2015)

1、返回目錄回看結(jié)束放映1第四章第四章 微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇及接口設(shè)計(jì)第一節(jié) 專(zhuān)用與通用的抉擇、硬件與軟件的權(quán)衡第二節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路第三節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成與種類(lèi) 第四節(jié) 微機(jī)控制系統(tǒng)的軟件與程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 第五節(jié) 微機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域及其選用要點(diǎn)第六節(jié) 8086/8088CPU的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 第七節(jié) Z80CPU的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、存儲(chǔ)器及輸入輸出擴(kuò)展接口 第八節(jié) 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其最小應(yīng)用系統(tǒng) 第九節(jié) 數(shù)字顯示器及鍵盤(pán)的接口電路 第十節(jié) 微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的輸入輸出控制的可靠性設(shè)計(jì) 第十一節(jié) 可編程邏輯控制器(PLC)的構(gòu)成及應(yīng)用舉例 習(xí)題與思考題習(xí)題與思考題返回目錄回看結(jié)束放映一、檢測(cè)技術(shù)的作用

2、及其組成一、檢測(cè)技術(shù)的作用及其組成 是機(jī)電一體化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，將機(jī)電一體化系是機(jī)電一體化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，將機(jī)電一體化系統(tǒng)自身的、作業(yè)對(duì)象的、作業(yè)環(huán)境的工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，統(tǒng)自身的、作業(yè)對(duì)象的、作業(yè)環(huán)境的工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的狀態(tài)參數(shù)從物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)，提供給信息并將檢測(cè)到的狀態(tài)參數(shù)從物理變化量變?yōu)殡娦盘?hào)，提供給信息處理及控制系統(tǒng)，以有效的控制機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)處理及控制系統(tǒng)，以有效的控制機(jī)電一體化系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。作。機(jī)電一體化系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)：機(jī)電一體化系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)：檢測(cè)系統(tǒng)組成原理如下圖：檢測(cè)系統(tǒng)組成原理如下圖：返回目錄回看結(jié)束放映傳感器的

3、作用傳感器的作用：用于檢測(cè)各種物理量（如位移、速度、力、溫：用于檢測(cè)各種物理量（如位移、速度、力、溫度等），并轉(zhuǎn)化為電量信號(hào)（如電壓、電流）輸出；度等），并轉(zhuǎn)化為電量信號(hào)（如電壓、電流）輸出；信號(hào)處理電路的作用信號(hào)處理電路的作用：將傳感器輸出的電量變成具有一定功率：將傳感器輸出的電量變成具有一定功率的電壓、電流或頻率信號(hào)，以推動(dòng)后級(jí)的顯示電路、數(shù)據(jù)處理的電壓、電流或頻率信號(hào)，以推動(dòng)后級(jí)的顯示電路、數(shù)據(jù)處理電路等；電路等；數(shù)據(jù)處理裝置數(shù)據(jù)處理裝置：用來(lái)對(duì)測(cè)量結(jié)果處理、計(jì)算、分析，數(shù)據(jù)處理：用來(lái)對(duì)測(cè)量結(jié)果處理、計(jì)算、分析，數(shù)據(jù)處理信號(hào)通常送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)或顯示器中去，以控制被控對(duì)象及顯示信號(hào)通常送到執(zhí)

4、行機(jī)構(gòu)或顯示器中去，以控制被控對(duì)象及顯示處理的各種數(shù)據(jù)。處理的各種數(shù)據(jù)。非電量非電量傳感器傳感器信號(hào)處信號(hào)處理電路理電路顯示器顯示器數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理裝置裝置執(zhí)行機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)電量電量U U0 0(I(I0 0 ,f),f)返回目錄回看結(jié)束放映二、檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器二、檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器 傳感器的功能及分類(lèi)傳感器的功能及分類(lèi)傳感器（sensorsensor）也叫變換器(transducertransducer),其輸出的信號(hào)有不同的形式：等，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示、控制等要求。兩個(gè)功能：敏感作用（被測(cè)對(duì)象 信號(hào)拾?。┳儞Q作用（被測(cè)非電量 電量輸出）按輸出信號(hào)性質(zhì)分按輸出信號(hào)性質(zhì)分返回目錄回

5、看結(jié)束放映5 開(kāi)關(guān)型傳感器的二值就是開(kāi)關(guān)型傳感器的二值就是“1 1”和和“0 0”或或開(kāi)開(kāi)( (ON)ON)和和關(guān)關(guān)( (OFF)OFF)。其工作原理如圖其工作原理如圖b)b)所示，如果傳所示，如果傳感器的輸入物理量達(dá)到某個(gè)值以上時(shí)，其輸出為感器的輸入物理量達(dá)到某個(gè)值以上時(shí)，其輸出為“1”(“1”(ONON狀態(tài)狀態(tài)) )，在該值以下時(shí)，輸出為，在該值以下時(shí)，輸出為“0”(“0”(OFFOFF狀態(tài)狀態(tài)) )，其臨界值就是開(kāi)、關(guān)的設(shè)定值。，其臨界值就是開(kāi)、關(guān)的設(shè)定值。 第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映6 模擬

6、型傳感器的輸出是與模擬型傳感器的輸出是與輸入物理量變化相對(duì)應(yīng)的連續(xù)輸入物理量變化相對(duì)應(yīng)的連續(xù)變化的電量。傳感器的輸入變化的電量。傳感器的輸入輸出關(guān)系可能是輸出關(guān)系可能是線性的線性的，也可也可能是能是非線性的非線性的，而非線性輸出，而非線性輸出信號(hào)則需進(jìn)行適當(dāng)修正，將其信號(hào)則需進(jìn)行適當(dāng)修正，將其變成線性信號(hào)。一般需先將這變成線性信號(hào)。一般需先將這些線性信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)字些線性信號(hào)進(jìn)行模擬數(shù)字 ( (A/D)A/D)轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送給微機(jī)進(jìn)行處理。信號(hào)再送給微機(jī)進(jìn)行處理。 第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微

7、機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映7 數(shù)字型傳感器有數(shù)字型傳感器有計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型和和代碼型代碼型兩大類(lèi)。其中計(jì)數(shù)型又兩大類(lèi)。其中計(jì)數(shù)型又稱(chēng)稱(chēng)脈沖脈沖數(shù)字型。它可以是任何一種脈沖發(fā)生器，所發(fā)出的脈數(shù)字型。它可以是任何一種脈沖發(fā)生器，所發(fā)出的脈沖數(shù)與輸入量成正比，加上計(jì)數(shù)器就可對(duì)輸入量進(jìn)行計(jì)數(shù)。沖數(shù)與輸入量成正比，加上計(jì)數(shù)器就可對(duì)輸入量進(jìn)行計(jì)數(shù)。 如可用來(lái)檢測(cè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的位移量，這時(shí)運(yùn)行機(jī)構(gòu)每移動(dòng)如可用來(lái)檢測(cè)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的位移量，這時(shí)運(yùn)行機(jī)構(gòu)每移動(dòng)一定距離或轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度就會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，例如增量一定距離或轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度就會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，例如增量式光電碼盤(pán)和檢測(cè)光柵就是如此。式光電碼盤(pán)和檢測(cè)光柵就是如此。 第

8、十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映8 代碼型代碼型傳感器，其工作原理如圖傳感器，其工作原理如圖a-2a-2所示；它輸出的信號(hào)所示；它輸出的信號(hào)是數(shù)字代碼，每一代碼相當(dāng)于一個(gè)一定的輸入量的值，例如圖中是數(shù)字代碼，每一代碼相當(dāng)于一個(gè)一定的輸入量的值，例如圖中輸入量的值為輸入量的值為K K1 1時(shí)，輸出代碼為時(shí)，輸出代碼為10101010，而輸入量的值為，而輸入量的值為K K2 2時(shí)，輸時(shí)，輸出代碼為出代碼為10111011。代碼的。代碼的“1”“1”為高電平，為高電平，“0”“0”為低電平。通常用為低電平。通常用

9、來(lái)檢測(cè)執(zhí)行元件的位置或速度，例如絕對(duì)值型光電編碼器等。來(lái)檢測(cè)執(zhí)行元件的位置或速度，例如絕對(duì)值型光電編碼器等。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映v 傳感器的功能及分類(lèi)傳感器的功能及分類(lèi)根據(jù)根據(jù)被測(cè)物理量被測(cè)物理量的不同，分為位移傳感器、速度和加速度傳感的不同，分為位移傳感器、速度和加速度傳感器、溫度傳感器等。器、溫度傳感器等。按其按其工作原理工作原理分為電阻式、電感式、磁電式、光電式傳感器等分為電阻式、電感式、磁電式、光電式傳感器等傳感器的選用傳感器的選用 傳感器千差萬(wàn)別，測(cè)量同一種測(cè)定量，可以采用不同工作原

10、傳感器千差萬(wàn)別，測(cè)量同一種測(cè)定量，可以采用不同工作原理的傳感器，注意以下幾個(gè)方面：理的傳感器，注意以下幾個(gè)方面：第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映測(cè)量條件測(cè)量條件傳感器的傳感器的性能性能測(cè)量的目的；測(cè)定量的選定；測(cè)量的范圍；輸入信號(hào)的帶測(cè)量的目的；測(cè)定量的選定；測(cè)量的范圍；輸入信號(hào)的帶寬；要求的精度；測(cè)量所需時(shí)間等。寬；要求的精度；測(cè)量所需時(shí)間等。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口精度；響應(yīng)速度；穩(wěn)定性；模擬還是數(shù)字信號(hào)；輸出量及精度；響應(yīng)

11、速度；穩(wěn)定性；模擬還是數(shù)字信號(hào)；輸出量及電平；被測(cè)對(duì)象特征的影響；校準(zhǔn)周期等。電平；被測(cè)對(duì)象特征的影響；校準(zhǔn)周期等。傳感器的傳感器的使用條件使用條件放置的場(chǎng)所；環(huán)境（溫度、濕度、振動(dòng)）；測(cè)量的時(shí)間放置的場(chǎng)所；環(huán)境（溫度、濕度、振動(dòng)）；測(cè)量的時(shí)間（壽命周期）；傳輸距離；與設(shè)備連接方式等。（壽命周期）；傳輸距離；與設(shè)備連接方式等。返回目錄回看結(jié)束放映11 體積小、重量輕、對(duì)整機(jī)的適應(yīng)性好；體積小、重量輕、對(duì)整機(jī)的適應(yīng)性好； 精度和靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高；精度和靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高； 安全可靠、壽命長(zhǎng)；安全可靠、壽命長(zhǎng)； 便于與計(jì)算機(jī)連接；便于與計(jì)算機(jī)連接； 不易受被測(cè)

12、對(duì)象不易受被測(cè)對(duì)象( (如電阻、磁導(dǎo)率如電阻、磁導(dǎo)率) )的影響，也不的影響，也不影響外部環(huán)境；影響外部環(huán)境； 對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)能力強(qiáng)；對(duì)環(huán)境條件適應(yīng)能力強(qiáng)； 現(xiàn)場(chǎng)處理簡(jiǎn)單、操作性能好；現(xiàn)場(chǎng)處理簡(jiǎn)單、操作性能好； 價(jià)格低廉。價(jià)格低廉。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口v 機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)傳感器的基本要求機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)傳感器的基本要求返回目錄回看結(jié)束放映靜態(tài)：靜態(tài)： 是指被測(cè)量不隨時(shí)間變化，或隨時(shí)間變化非常是指被測(cè)量不隨時(shí)間變化，或隨時(shí)間變化非常緩慢的狀態(tài)。緩慢的狀態(tài)。靜態(tài)特性：靜態(tài)特性： 被測(cè)量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，傳感器的輸

13、入被測(cè)量的數(shù)值處在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，傳感器的輸入/輸出關(guān)系稱(chēng)為傳感器的靜態(tài)特性。輸出關(guān)系稱(chēng)為傳感器的靜態(tài)特性。 主要技術(shù)指標(biāo)有：線性度、靈敏度、遲滯、重主要技術(shù)指標(biāo)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率、零漂等。復(fù)性、分辨率、零漂等。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映 一、線性度一、線性度：校準(zhǔn)曲線接近擬合直線的程度。：校準(zhǔn)曲線接近擬合直線的程度。 線性度線性度 =B/A*100% B為校準(zhǔn)曲線與擬合直線的最大偏差。為校準(zhǔn)曲線與擬合直線的最大偏差。 A為測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值，即裝置的標(biāo)稱(chēng)輸出范為測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸

14、出值，即裝置的標(biāo)稱(chēng)輸出范圍。圍。BA返回目錄回看結(jié)束放映 二、二、遲滯：遲滯：傳感器在正（輸入量增大）、反（輸入量減?。┬袀鞲衅髟谡ㄝ斎肓吭龃螅⒎矗ㄝ斎肓繙p?。┬谐讨校敵龀讨?，輸出/輸入特性曲線的不重合程度。輸入特性曲線的不重合程度。 在數(shù)值上是用同一輸入量下所得滯后偏差的最大值在數(shù)值上是用同一輸入量下所得滯后偏差的最大值H與測(cè)量系統(tǒng)與測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值滿量程輸出值A(chǔ)之比值的百分?jǐn)?shù)表示，即之比值的百分?jǐn)?shù)表示，即遲滯遲滯 =100%HAH返回目錄回看結(jié)束放映三、重復(fù)性三、重復(fù)性： 傳感器在同一條件下，被測(cè)輸入量按同一方向傳感器在同一條件下，被測(cè)輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，

15、所得輸入作全量程連續(xù)多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，所得輸入/輸出曲線輸出曲線的不一致程度，稱(chēng)重復(fù)性。的不一致程度，稱(chēng)重復(fù)性。 重復(fù)性是衡量測(cè)量結(jié)果分散性的指標(biāo)，即隨機(jī)重復(fù)性是衡量測(cè)量結(jié)果分散性的指標(biāo)，即隨機(jī)誤差大小的指標(biāo)，在數(shù)值上是用測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差誤差大小的指標(biāo)，在數(shù)值上是用測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的的2倍倍3倍與測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值倍與測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值A(chǔ)之比值的百之比值的百分?jǐn)?shù)表示，即分?jǐn)?shù)表示，即(23)100%A重復(fù)性重復(fù)性=返回目錄回看結(jié)束放映四、靈敏度：四、靈敏度： 傳感器在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出變化對(duì)輸入變化傳感器在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出變化對(duì)輸入變化的比值稱(chēng)靈敏度。的比值稱(chēng)靈敏度。xys 對(duì)于對(duì)于線性

16、線性系統(tǒng)，輸出量與輸入量之間的關(guān)系是一系統(tǒng)，輸出量與輸入量之間的關(guān)系是一條直線，靈敏度就是該直線的斜率，為一常數(shù)。條直線，靈敏度就是該直線的斜率，為一常數(shù)。 對(duì)于對(duì)于非線性非線性系統(tǒng)，靈敏度隨輸入量的變化而變化系統(tǒng)，靈敏度隨輸入量的變化而變化。 返回目錄回看結(jié)束放映五、分辨力：五、分辨力： 傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量稱(chēng)傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量稱(chēng)分辨力分辨力。 分辨率分辨率是用全量程范圍內(nèi)最大的是用全量程范圍內(nèi)最大的X X（最小輸入（最小輸入變化量）與測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值變化量）與測(cè)量系統(tǒng)滿量程輸出值A(chǔ) A之比值的百分?jǐn)?shù)之比值的百分?jǐn)?shù)表示。表示。max100%xA分辨率分辨率 = =第十二

17、節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映六、穩(wěn)定性六、穩(wěn)定性 ： 傳感器在相同條件下，在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，其輸傳感器在相同條件下，在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，其輸出出/輸入特性不發(fā)生變化的性能。輸入特性不發(fā)生變化的性能。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映七、精確度：七、精確度： 簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)精度精度。它表示傳感器的輸出量與被測(cè)量的。它表示傳感器的輸出量與被測(cè)量的實(shí)際值之間的符合程度，包括傳感器的測(cè)量值精度實(shí)際值之間的符合程度，包括傳感器的測(cè)量值精度和重

18、復(fù)精度。和重復(fù)精度。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映八、漂移：八、漂移： 由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，傳由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，傳感器的輸出變化稱(chēng)為漂移。感器的輸出變化稱(chēng)為漂移。 當(dāng)輸入狀態(tài)為零時(shí)的漂移稱(chēng)為當(dāng)輸入狀態(tài)為零時(shí)的漂移稱(chēng)為零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移。 在其他因素不變情況下，輸出隨著時(shí)間的變化在其他因素不變情況下，輸出隨著時(shí)間的變化產(chǎn)生的漂移稱(chēng)為產(chǎn)生的漂移稱(chēng)為時(shí)間漂移時(shí)間漂移。 隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱(chēng)為隨著溫度變化產(chǎn)生的漂移稱(chēng)為溫度漂移溫度漂移。 第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的

19、性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映 動(dòng)態(tài)特性：動(dòng)態(tài)特性： 傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。性。 由于輸入量是時(shí)間的函數(shù)，因此輸出量也隨時(shí)由于輸入量是時(shí)間的函數(shù)，因此輸出量也隨時(shí)間而變化，而且還與輸入信號(hào)的頻率有關(guān)。間而變化，而且還與輸入信號(hào)的頻率有關(guān)。 表征測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)常有表征測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)常有頻域指標(biāo)頻域指標(biāo)和和時(shí)時(shí)域指標(biāo)域指標(biāo)，頻域指標(biāo)由幅頻特性和相頻特性可得，頻域指標(biāo)由幅頻特性和相頻特性可得，時(shí)域指標(biāo)由階躍響應(yīng)特性可得。時(shí)域指標(biāo)由階躍響應(yīng)特性可得。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用

20、檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映221 1） 位移、位置傳感器的測(cè)量方法多為電測(cè)法：位移、位置傳感器的測(cè)量方法多為電測(cè)法：常用位移傳感器的類(lèi)型有常用位移傳感器的類(lèi)型有: : 電阻式、電感式、電容式、電磁式、光電式、電阻式、電感式、電容式、電磁式、光電式、編碼式等。編碼式等。2 2） 速度、加速度傳感器速度、加速度傳感器: : 速度傳感器有線速度、速度傳感器有線速度、角速度、轉(zhuǎn)速等傳感器；角速度、轉(zhuǎn)速等傳感器； 加速度傳感器有慣性加速度和振動(dòng)沖擊加速加速度傳感器有慣性加速度和振動(dòng)沖擊加速度傳感器。度傳感器。3 3） 力、壓力和扭

21、矩傳感器。力、壓力和扭矩傳感器。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映234） 溫度溫度、濕度、氣敏傳感器：溫度代表物質(zhì)的、濕度、氣敏傳感器：溫度代表物質(zhì)的冷熱程度冷熱程度, ,是物質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志是物質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志. .測(cè)量溫度的方法有接觸式和非接觸式兩類(lèi)，因測(cè)量溫度的方法有接觸式和非接觸式兩類(lèi)，因此此, , 溫度傳感器也被分為接觸式和非接觸式。溫度傳感器也被分為接觸式和非接觸式。5 5） 物位傳感器。物位傳感器。6 6） 流量傳感器。流量傳感器。7 7） 視覺(jué)、觸覺(jué)傳感器。視覺(jué)、觸

22、覺(jué)傳感器。 各種傳感器的主要性能及其優(yōu)缺點(diǎn)參看教材各種傳感器的主要性能及其優(yōu)缺點(diǎn)參看教材表表4.214.31。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映 1 1、電位器式傳感器：、電位器式傳感器： 電位器是一種常用的機(jī)電元件，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電位器是一種常用的機(jī)電元件，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電器和電子設(shè)備中。電器和電子設(shè)備中。 電位器式傳感器可將電位器式傳感器可將機(jī)械的直線位移機(jī)械的直線位移或或角位移輸角位移輸入量入量轉(zhuǎn)換為與其成一定函數(shù)關(guān)系的轉(zhuǎn)換為與其成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出電阻或電壓輸出。 它除了用于線位移和角位移

23、測(cè)量外，還廣泛應(yīng)用它除了用于線位移和角位移測(cè)量外，還廣泛應(yīng)用于測(cè)量壓力、加速度、液位等物理量。于測(cè)量壓力、加速度、液位等物理量。 第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映1 1、電位器式傳感器：、電位器式傳感器： 電位器種類(lèi)很多，大量采用的是線繞式。它是用電阻系數(shù)電位器種類(lèi)很多，大量采用的是線繞式。它是用電阻系數(shù)很大的金屬導(dǎo)線繞在絕緣骨架上而制成，滑動(dòng)觸頭（電刷）的很大的金屬導(dǎo)線繞在絕緣骨架上而制成，滑動(dòng)觸頭（電刷）的位移使輸出電阻或電壓發(fā)生變化。位移使輸出電阻或電壓發(fā)生變化。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性

24、能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映(1)(1)空載特性空載特性：在輸出端不接負(fù)載時(shí)所得到的特性在輸出端不接負(fù)載時(shí)所得到的特性。LUSxSURLxURRUUiVVLixi，條件：00LR,0UxRx,lhbILR,0UxRx,LRabc圖圖1-1 1-1 工作原理圖工作原理圖iUiU R b c a b x 等截面線繞式電位器等截面線繞式電位器第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.10.20.30.4

25、0.50.60.70.80.91rY YKL = 圖圖1-2 1-2 電位器負(fù)載特性曲電位器負(fù)載特性曲線線RRRRRRRUULxLxxi201 有載特性：有載特性：作為傳感器用的電位器，它的作為傳感器用的電位器，它的負(fù)載電阻阻值與電位器本身阻值之比是有限的，負(fù)載電阻阻值與電位器本身阻值之比是有限的，此時(shí)所得特性為負(fù)載特性。此時(shí)所得特性為負(fù)載特性。 LR0LLKrKrrY21 RRKRRrUUYLLxx 0電位器的相對(duì)輸出電位器的相對(duì)輸出電位器的電阻相對(duì)電位器的電阻相對(duì)變化量變化量電位器的負(fù)載系數(shù)電位器的負(fù)載系數(shù)令：令：結(jié)論：結(jié)論：K K L L不能太?。〔荒芴。》祷啬夸浕乜唇Y(jié)束放映電位器式傳

26、感器的特點(diǎn)與應(yīng)用：電位器式傳感器的特點(diǎn)與應(yīng)用： 電位器式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕，價(jià)電位器式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量輕，價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境條件要求不高，輸出信號(hào)格低廉，性能穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境條件要求不高，輸出信號(hào)較大，一般不需放大，并易實(shí)現(xiàn)函數(shù)關(guān)系的轉(zhuǎn)換。但較大，一般不需放大，并易實(shí)現(xiàn)函數(shù)關(guān)系的轉(zhuǎn)換。但電阻元件與電刷間由于存在摩擦電阻元件與電刷間由于存在摩擦( (磨損磨損) )及分辨率有限，及分辨率有限，故其精度一般不高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，主要適合于測(cè)量故其精度一般不高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差，主要適合于測(cè)量變化較緩慢的量。變化較緩慢的量。 返回目錄回看結(jié)束放映按制作方式：按制作方式：線繞電位器

27、線繞電位器返回目錄回看結(jié)束放映按制作方式：按制作方式：導(dǎo)電塑料電位器導(dǎo)電塑料電位器普通塑料基底普通塑料基底導(dǎo)電材料粉導(dǎo)電材料粉導(dǎo)電塑料電位器導(dǎo)電塑料電位器 這種電位器的電阻體是由塑料粉及導(dǎo)電材料的粉料這種電位器的電阻體是由塑料粉及導(dǎo)電材料的粉料經(jīng)塑壓而成。耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，允許電刷接觸壓力經(jīng)塑壓而成。耐磨性好，使用壽命長(zhǎng)，允許電刷接觸壓力很大，因此它在振動(dòng)、沖擊等惡劣的環(huán)境下仍能可靠地工很大，因此它在振動(dòng)、沖擊等惡劣的環(huán)境下仍能可靠地工作。此外，它的分辨率較高，線性度較好，阻值范圍大，作。此外，它的分辨率較高，線性度較好，阻值范圍大，能承受較大的功率。缺點(diǎn)是阻值易受溫度和濕度的影響，能承受

28、較大的功率。缺點(diǎn)是阻值易受溫度和濕度的影響，故精度不易做得很高。故精度不易做得很高。 返回目錄回看結(jié)束放映按制作方式：按制作方式：光電電位器式傳感器光電電位器式傳感器 光電電位器是一種光電電位器是一種非接觸式非接觸式電位器，它用電位器，它用光束光束代替電刷，代替電刷，光電電位器主要是由電阻體、光電導(dǎo)層和導(dǎo)電電極組成。光電電位器主要是由電阻體、光電導(dǎo)層和導(dǎo)電電極組成。 輸出電壓的大小與光束位移照射到輸出電壓的大小與光束位移照射到的位置有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了將光束位移的位置有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)了將光束位移轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出 。 光電電位器光電電位器最大的優(yōu)點(diǎn)是非接觸型，不存在磨損最大的優(yōu)點(diǎn)是

29、非接觸型，不存在磨損問(wèn)題，它不會(huì)對(duì)傳感器系統(tǒng)帶來(lái)任何問(wèn)題，它不會(huì)對(duì)傳感器系統(tǒng)帶來(lái)任何有害的摩擦力矩，從而提高了傳感器有害的摩擦力矩，從而提高了傳感器的精度、壽命、可靠性及分辨率。的精度、壽命、可靠性及分辨率。由于它的優(yōu)點(diǎn)是其它電位器所無(wú)法由于它的優(yōu)點(diǎn)是其它電位器所無(wú)法比擬的，因此在許多重要場(chǎng)合仍得比擬的，因此在許多重要場(chǎng)合仍得到應(yīng)用。到應(yīng)用。 返回目錄回看結(jié)束放映例題：例題：已知某一線性電位器的測(cè)量位移原理如圖所示。若電位已知某一線性電位器的測(cè)量位移原理如圖所示。若電位器的總電阻器的總電阻R=4kR=4k，電刷位移為，電刷位移為X X時(shí)的相應(yīng)電阻時(shí)的相應(yīng)電阻Rx=2kRx=2k，電位器的工作電

30、壓，電位器的工作電壓V Vi i=12V,=12V,負(fù)載電阻為負(fù)載電阻為R RL L。(1)(1)已測(cè)得輸出電壓已測(cè)得輸出電壓Vo=5.6V,Vo=5.6V,求求R RL L。(2)(2)試計(jì)算此時(shí)的測(cè)量誤差。試計(jì)算此時(shí)的測(cè)量誤差。返回目錄回看結(jié)束放映2 2、電阻應(yīng)變式傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器 電阻應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片受力產(chǎn)生應(yīng)變而使電電阻應(yīng)變式傳感器是利用電阻應(yīng)變片受力產(chǎn)生應(yīng)變而使電阻阻值發(fā)生變化的原理來(lái)測(cè)量被測(cè)參量的大小。阻阻值發(fā)生變化的原理來(lái)測(cè)量被測(cè)參量的大小。 傳感器主要由彈性元件、傳感器主要由彈性元件、粘貼在彈性元件上的電阻應(yīng)粘貼在彈性元件上的電阻應(yīng)變片和殼體所組成。變片和殼

31、體所組成。返回目錄回看結(jié)束放映電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測(cè)力電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用：測(cè)力返回目錄回看結(jié)束放映應(yīng)變式電阻傳感器應(yīng)變式電阻傳感器是以電阻應(yīng)變片為是以電阻應(yīng)變片為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，轉(zhuǎn)換元件的傳感器，公式：公式：利用應(yīng)變片測(cè)量力的基本原理：利用應(yīng)變片測(cè)量力的基本原理：力的變化力的變化機(jī)械形變機(jī)械形變電阻變化電阻變化R應(yīng)變值應(yīng)變值 根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系：系：=E=E：應(yīng)力（單位面積受力）；：應(yīng)力（單位面積受力）； E E：彈性模量。：彈性模量。 應(yīng)變值應(yīng)變值 應(yīng)力值應(yīng)力值 力力F F標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品返回目錄回看結(jié)束放映案例：機(jī)器人握力測(cè)量案例：機(jī)器人握力測(cè)量返回目錄回看結(jié)束放映3

32、 3、電感式傳感器、電感式傳感器簡(jiǎn)單自感式傳感器：簡(jiǎn)單自感式傳感器： 工作原理工作原理如圖所示，它主要由如圖所示，它主要由線圈、鐵芯和銜鐵組成，鐵芯與銜線圈、鐵芯和銜鐵組成，鐵芯與銜鐵之間有一空氣間隙，空氣隙長(zhǎng)度鐵之間有一空氣間隙，空氣隙長(zhǎng)度為為。當(dāng)銜鐵在被測(cè)參量帶動(dòng)下移。當(dāng)銜鐵在被測(cè)參量帶動(dòng)下移動(dòng)時(shí)，磁路中氣隙的磁阻發(fā)生變化，動(dòng)時(shí)，磁路中氣隙的磁阻發(fā)生變化，從而引起線圈電感的變化，把電感從而引起線圈電感的變化，把電感的變化通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或的變化通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。電流的變化。L鐵芯鐵芯線圈線圈銜鐵銜鐵返回目錄回看結(jié)束放映電渦流式電渦流式傳感器工作原理：傳感器工作原理：

33、 把一個(gè)線圈放到一塊金屬把一個(gè)線圈放到一塊金屬導(dǎo)體附近，當(dāng)線圈通過(guò)交流電導(dǎo)體附近，當(dāng)線圈通過(guò)交流電流流I1時(shí)，在線圈的周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生時(shí)，在線圈的周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)交變磁場(chǎng)H1，使置于交變磁場(chǎng)，使置于交變磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)出交變電中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)出交變電流流I2，此電流呈旋渦狀，故稱(chēng)，此電流呈旋渦狀，故稱(chēng)“電渦流電渦流”。 此交變電渦流也會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)此交變電渦流也會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H2，而電渦流產(chǎn)生的交變磁，而電渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)場(chǎng)H2與線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)H1方向相反。由于磁場(chǎng)方向相反。由于磁場(chǎng)H2的反作用的反作用,使使3 3、電感式傳感器、電感式傳感器返回目錄回看結(jié)束放映原來(lái)線圈的

34、阻抗發(fā)生變化，線圈阻抗變化的大小與金屬導(dǎo)體原來(lái)線圈的阻抗發(fā)生變化，線圈阻抗變化的大小與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度、厚度h，線圈激勵(lì)電流，線圈激勵(lì)電流I和角頻率和角頻率以及線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離以及線圈與金屬導(dǎo)體之間的距離d等參數(shù)有關(guān)。等參數(shù)有關(guān)。Z = f(,h, I,d)返回目錄回看結(jié)束放映 由上式可知，只要改變函數(shù)中任一參數(shù)，都可使線圈阻抗由上式可知，只要改變函數(shù)中任一參數(shù)，都可使線圈阻抗發(fā)生變化，若固定某些參數(shù)恒定不變，只變化其中某一參數(shù)，發(fā)生變化，若固定某些參數(shù)恒定不變，只變化其中某一參數(shù)，此時(shí)阻抗就與這個(gè)參數(shù)成單值函數(shù)關(guān)系。使用廣泛的電渦流此時(shí)阻抗就與這個(gè)參數(shù)成

35、單值函數(shù)關(guān)系。使用廣泛的電渦流位移傳感器，只使阻抗位移傳感器，只使阻抗Z與距離與距離d成單值函數(shù)關(guān)系。成單值函數(shù)關(guān)系。Z = f(,h, I,d)返回目錄回看結(jié)束放映電渦流式傳感器電渦流式傳感器返回目錄回看結(jié)束放映 簡(jiǎn)單電感傳感器具有以下特點(diǎn)：簡(jiǎn)單電感傳感器具有以下特點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠；）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠； （2）靈敏度高，分辨力較大；）靈敏度高，分辨力較大； （3）測(cè)量精度較高；）測(cè)量精度較高； （4）頻率響應(yīng)較低，不宜測(cè)高頻動(dòng)態(tài)參量。）頻率響應(yīng)較低，不宜測(cè)高頻動(dòng)態(tài)參量。 該傳感器廣泛用于測(cè)量位移量，也可以測(cè)量能引起位移變?cè)搨鞲衅鲝V泛用于測(cè)量位移量，也可以測(cè)量能引起位移變化的參

36、量，如力、壓力、速度、加速度、流量、厚度等。化的參量，如力、壓力、速度、加速度、流量、厚度等。 電渦流式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，測(cè)量范圍電渦流式傳感器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，測(cè)量范圍大，抗干擾能力強(qiáng)，具有非接觸測(cè)量等。常用它來(lái)測(cè)量位移、大，抗干擾能力強(qiáng)，具有非接觸測(cè)量等。常用它來(lái)測(cè)量位移、振動(dòng)物體的振幅、零件幾何尺寸、表面粗糙度及裂紋等。振動(dòng)物體的振幅、零件幾何尺寸、表面粗糙度及裂紋等。電感式傳感器的特點(diǎn)電感式傳感器的特點(diǎn)返回目錄回看結(jié)束放映4 4、電容式傳感器、電容式傳感器 電容式傳感器是把電容式傳感器是把被測(cè)物理量被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為電容器電容量電容器電容量變化的變化的一種

37、傳感器一種傳感器。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、適應(yīng)性強(qiáng)、抗過(guò)載能力大及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，可以用適應(yīng)性強(qiáng)、抗過(guò)載能力大及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。因此，可以用來(lái)測(cè)量壓力、力、位移、振動(dòng)、液位等參數(shù)。來(lái)測(cè)量壓力、力、位移、振動(dòng)、液位等參數(shù)。+-dA平行板電容器平行板電容器電力線返回目錄回看結(jié)束放映5 5、壓電式傳感器、壓電式傳感器 某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸某些物質(zhì)，如石英，受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部會(huì)被極化，表面產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)

38、，這種現(xiàn)象稱(chēng)為去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)。返回目錄回看結(jié)束放映壓電式傳感器的特點(diǎn)：壓電式傳感器的特點(diǎn)： （1 1）壓電式傳感器屬發(fā)電類(lèi)傳感器，在無(wú)需）壓電式傳感器屬發(fā)電類(lèi)傳感器，在無(wú)需外界供電情況下，傳感器受力后即有電壓輸出。外界供電情況下，傳感器受力后即有電壓輸出。 （2 2）與其他類(lèi)型的傳感器比較，其最大特點(diǎn)）與其他類(lèi)型的傳感器比較，其最大特點(diǎn)是固有頻率高，而且頻帶很寬，因此，壓電式傳感是固有頻率高，而且頻帶很寬，因此，壓電式傳感器主要用于測(cè)量動(dòng)態(tài)參量。器主要用于測(cè)量動(dòng)態(tài)參量。 （3）壓電式傳感器與電荷放大器配套時(shí)，低）壓電式傳感器與電荷放大器配套時(shí)，低頻響

39、應(yīng)很好，但傳感器本身常因絕緣阻抗不夠高頻響應(yīng)很好，但傳感器本身常因絕緣阻抗不夠高而存在漏電現(xiàn)象，而影響低頻特性，因此壓電傳而存在漏電現(xiàn)象，而影響低頻特性，因此壓電傳感器不適于測(cè)靜態(tài)參量。感器不適于測(cè)靜態(tài)參量。 （4）具有靈敏度高，信噪比大，工作可靠，）具有靈敏度高，信噪比大，工作可靠，體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)；因此，目前在測(cè)量加速體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)；因此，目前在測(cè)量加速度和動(dòng)態(tài)壓力、力方面得到廣泛應(yīng)用。度和動(dòng)態(tài)壓力、力方面得到廣泛應(yīng)用。 46數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)方案和檢測(cè)方案數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)方案和檢測(cè)方案返回目錄回看結(jié)束放映47 系系 統(tǒng)統(tǒng)（產(chǎn)品）（產(chǎn)品） 基基 本本 構(gòu)構(gòu) 成成低速

40、端測(cè)量方案：低速端測(cè)量方案：傳感器安裝在工作臺(tái)上，直接測(cè)量工作臺(tái)傳感器安裝在工作臺(tái)上，直接測(cè)量工作臺(tái)的位移。的位移?？蛇x用光柵式位移傳感器、感應(yīng)同步器或者電位計(jì)可選用光柵式位移傳感器、感應(yīng)同步器或者電位計(jì)式位移傳感器。式位移傳感器。返回目錄回看結(jié)束放映48 高速端測(cè)量方案：高速端測(cè)量方案：傳感器安裝在電機(jī)的尾部，通過(guò)測(cè)量電傳感器安裝在電機(jī)的尾部，通過(guò)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位移的間接測(cè)量?？蛇x用光電編碼器機(jī)的轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)位移的間接測(cè)量?？蛇x用光電編碼器式傳感器或者磁電式編碼器。式傳感器或者磁電式編碼器。6 6、位移和速度檢測(cè)裝置、位移和速度檢測(cè)裝置（一）、（一）、光電編碼器光電編碼器:(1)

41、:(1)增量式編碼器是指隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的碼盤(pán)給出一系增量式編碼器是指隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的碼盤(pán)給出一系列脈沖列脈沖, ,然后根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向用計(jì)數(shù)器對(duì)這些脈沖進(jìn)行加減計(jì)數(shù)然后根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向用計(jì)數(shù)器對(duì)這些脈沖進(jìn)行加減計(jì)數(shù), ,以此來(lái)表示轉(zhuǎn)過(guò)以此來(lái)表示轉(zhuǎn)過(guò)的角位移量的角位移量. .光電碼盤(pán)隨被測(cè)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在光源的照射下，透過(guò)光電碼盤(pán)和光柵板形成忽明忽暗的光信號(hào)，光敏元件把此光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)a、b、z。 工作原理工作原理返回目錄回看結(jié)束放映（2 2） 絕對(duì)值式編碼器絕對(duì)值式編碼器 絕對(duì)式編碼器是把被測(cè)轉(zhuǎn)角通過(guò)讀取碼盤(pán)上的圖案信息絕對(duì)式編碼器是把被測(cè)轉(zhuǎn)角通過(guò)讀取碼盤(pán)上的圖案信息直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)代碼的檢測(cè)元件直接轉(zhuǎn)換成相

42、應(yīng)代碼的檢測(cè)元件. .編碼方式編碼方式1100001101010110011101001010100110001011111100010010000011101101返回目錄回看結(jié)束放映（二）、光（二）、光 柵柵 光柵是一種新型的位移檢測(cè)元件光柵是一種新型的位移檢測(cè)元件, ,是一種將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)是一種將機(jī)械位移或模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖的測(cè)量裝置變?yōu)閿?shù)字脈沖的測(cè)量裝置. . 它的特點(diǎn)是測(cè)量精確度高它的特點(diǎn)是測(cè)量精確度高( (可達(dá)可達(dá)1 1m) m) 、響應(yīng)速度快、量程范、響應(yīng)速度快、量程范圍大、可進(jìn)行非接觸測(cè)量等圍大、可進(jìn)行非接觸測(cè)量等. .其易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字測(cè)量和自動(dòng)控制其易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字測(cè)量和自

43、動(dòng)控制, ,廣泛廣泛用于數(shù)控機(jī)床和精密測(cè)量中用于數(shù)控機(jī)床和精密測(cè)量中. .32411.標(biāo)尺光柵 2.指示光柵3.光電元件 4.光源莫爾條紋（視頻）莫爾條紋（視頻）莫爾條紋間距莫爾條紋間距W W 與光柵節(jié)距與光柵節(jié)距和傾角和傾角之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：2sin2/WW由于由于很小，因此很小，因此 光柵橫向移動(dòng)一個(gè)節(jié)距光柵橫向移動(dòng)一個(gè)節(jié)距 ，莫爾條紋正好沿刻線上下移動(dòng)一個(gè)節(jié)距，莫爾條紋正好沿刻線上下移動(dòng)一個(gè)節(jié)距W W，用光，用光電元件檢測(cè)莫爾條紋信號(hào)的變化就可以測(cè)量光柵的位移。電元件檢測(cè)莫爾條紋信號(hào)的變化就可以測(cè)量光柵的位移。 光柵原理光柵原理（莫爾條紋）莫爾條紋）（二）、（二）、光柵光柵光柵檢測(cè)

44、裝置的結(jié)構(gòu)光柵檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)莫爾條紋的特點(diǎn)：莫爾條紋的特點(diǎn)：放大作用；放大作用； 使柵距的節(jié)距誤差平均化；使柵距的節(jié)距誤差平均化； 根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)方向可以辨別光柵的移動(dòng)方向。根據(jù)莫爾條紋的移動(dòng)方向可以辨別光柵的移動(dòng)方向。 11轉(zhuǎn)子軸，轉(zhuǎn)子軸， 22外殼，外殼，33分解器定子，分解器定子， 44分解器定子繞組，分解器定子繞組， 55變壓器一次線圈，變壓器一次線圈， 66變壓器轉(zhuǎn)子，變壓器轉(zhuǎn)子，77分解器轉(zhuǎn)子繞組，分解器轉(zhuǎn)子繞組， 88分解器轉(zhuǎn)子，分解器轉(zhuǎn)子，99變壓器二次線圈，變壓器二次線圈， 1010定子線軸定子線軸（三）、旋（三）、旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)變壓器: :是一種利用電磁感應(yīng)原理將轉(zhuǎn)角變換

45、為電壓信號(hào)是一種利用電磁感應(yīng)原理將轉(zhuǎn)角變換為電壓信號(hào)的傳感器的傳感器. .旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖旋轉(zhuǎn)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖返回目錄回看結(jié)束放映55 選用傳感器時(shí)，首先要根據(jù)使用要求在眾多傳選用傳感器時(shí)，首先要根據(jù)使用要求在眾多傳感器中選擇適合自己所需要的。用戶只需根據(jù)使用感器中選擇適合自己所需要的。用戶只需根據(jù)使用要求按其主要性能參數(shù)，如測(cè)量范圍、精度、分辨要求按其主要性能參數(shù)，如測(cè)量范圍、精度、分辨力、靈敏度等選用即可。力、靈敏度等選用即可。 傳感器性能參數(shù)指標(biāo)包含的面很寬，對(duì)于具體傳感器性能參數(shù)指標(biāo)包含的面很寬，對(duì)于具體的某種傳感器，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的需要和可能，在確保的某種傳感器，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的需要和可

46、能，在確保其主要性能指標(biāo)的情況下，適當(dāng)放寬對(duì)次要性能指其主要性能指標(biāo)的情況下，適當(dāng)放寬對(duì)次要性能指標(biāo)的要求，以形成較高的性能價(jià)格比。標(biāo)的要求，以形成較高的性能價(jià)格比。 第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映56 此外此外, ,還可以采取某些技術(shù)措施來(lái)改善傳感器的還可以采取某些技術(shù)措施來(lái)改善傳感器的性能性能, ,這些技術(shù)有這些技術(shù)有: :l 1 1）平均技術(shù)）平均技術(shù)縮小檢測(cè)誤差縮小檢測(cè)誤差 常用的平均技術(shù)有誤差平均效應(yīng)和數(shù)據(jù)平均處理常用的平均技術(shù)有誤差平均效應(yīng)和數(shù)據(jù)平均處理. .l 2 2）差分技術(shù)）差分技術(shù)減

47、少非線性誤差減少非線性誤差l 3 3）穩(wěn)定性處理）穩(wěn)定性處理提高傳感器可靠性和壽命提高傳感器可靠性和壽命 對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)材料要進(jìn)行時(shí)效處理對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)材料要進(jìn)行時(shí)效處理, ,對(duì)電子元件對(duì)電子元件進(jìn)行篩選等進(jìn)行篩選等. .l 4 4）屏蔽和隔離）屏蔽和隔離提高抗外界干擾的能力提高抗外界干擾的能力. . 第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映57抗干擾措施抗干擾措施: : 常采用的抗干擾措施有屏蔽、接地、隔離和濾波常采用的抗干擾措施有屏蔽、接地、隔離和濾波. .屏蔽屏蔽 就是用低電阻材料或磁性材料把元件、傳輸導(dǎo)線

48、、就是用低電阻材料或磁性材料把元件、傳輸導(dǎo)線、電路及組合件包圍起來(lái)電路及組合件包圍起來(lái), ,以隔離內(nèi)外電磁或電場(chǎng)的相以隔離內(nèi)外電磁或電場(chǎng)的相互干擾互干擾. .接地接地 電路或傳感器中的地指的是一個(gè)等電位點(diǎn)電路或傳感器中的地指的是一個(gè)等電位點(diǎn), ,它是電它是電路或傳感器的基準(zhǔn)電位點(diǎn)路或傳感器的基準(zhǔn)電位點(diǎn), ,與基準(zhǔn)電位點(diǎn)相連接與基準(zhǔn)電位點(diǎn)相連接, ,就是就是接地接地. .傳感器或電路接地傳感器或電路接地, ,是為了清除電流流經(jīng)公共地是為了清除電流流經(jīng)公共地線阻抗時(shí)產(chǎn)生噪聲電壓線阻抗時(shí)產(chǎn)生噪聲電壓, ,也可以避免受磁場(chǎng)或地電位也可以避免受磁場(chǎng)或地電位差的影響差的影響. . 第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢

49、測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映58抗干擾措施抗干擾措施: : 常采用的抗干擾措施有屏蔽、接地、隔離和濾波常采用的抗干擾措施有屏蔽、接地、隔離和濾波. .隔離隔離 當(dāng)電路信號(hào)在兩端接地時(shí)當(dāng)電路信號(hào)在兩端接地時(shí), ,容易形成地環(huán)路電流容易形成地環(huán)路電流, ,引引起噪聲干擾起噪聲干擾. .這時(shí)這時(shí), ,常采用隔離的方法常采用隔離的方法, ,把電路的兩端把電路的兩端從電路上隔開(kāi)從電路上隔開(kāi). .隔離的方法主要采用變壓器隔離和光隔離的方法主要采用變壓器隔離和光電耦合器隔離電耦合器隔離. .濾波濾波 檢測(cè)電路中還常設(shè)置濾波電路檢測(cè)電路中還

50、常設(shè)置濾波電路, ,對(duì)由外界干擾引入對(duì)由外界干擾引入的噪聲信號(hào)加以濾除的噪聲信號(hào)加以濾除. . 第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映59抗干擾措施抗干擾措施: : 常采用的抗干擾措施有屏蔽、接地、隔離和濾波常采用的抗干擾措施有屏蔽、接地、隔離和濾波. .濾波濾波 濾波電路或?yàn)V波器是一種能使某一種頻率順利通過(guò)濾波電路或?yàn)V波器是一種能使某一種頻率順利通過(guò)而另一種頻率受到較大衰減的裝置而另一種頻率受到較大衰減的裝置. .按選頻作用分按選頻作用分: : 低通濾波器低通濾波器 高通濾波器高通濾波器 帶通濾波器帶通濾波器

51、 帶阻濾波器帶阻濾波器第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映60按選頻作用分按選頻作用分: : 低通濾波器低通濾波器: :低通濾波器只讓低頻成分通過(guò)，而高低通濾波器只讓低頻成分通過(guò)，而高于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過(guò)。于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過(guò)。 高通濾波器高通濾波器: :高通濾波器只通過(guò)高頻成分，而低于高通濾波器只通過(guò)高頻成分，而低于截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過(guò)。截止頻率的成分則受抑制、衰減，不讓通過(guò)。 帶通濾波器帶通濾波器: :帶通濾波器只讓某一頻帶范圍內(nèi)的頻帶通濾波器只讓

52、某一頻帶范圍內(nèi)的頻率成分通過(guò)，而低于下截止和高于上截止頻率的成分率成分通過(guò)，而低于下截止和高于上截止頻率的成分均受抑制，不讓通過(guò)。均受抑制，不讓通過(guò)。 帶阻濾波器帶阻濾波器: :帶阻濾波器只抑制某一頻率范圍內(nèi)的帶阻濾波器只抑制某一頻率范圍內(nèi)的頻率成分，不讓其通過(guò)，而低于下截止和高于上截止頻率成分，不讓其通過(guò)，而低于下截止和高于上截止頻率的頻率成分則可通過(guò)。頻率的頻率成分則可通過(guò)。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映 1、作用：選頻作用 進(jìn)行頻譜分析 濾除干擾噪聲2、分類(lèi) 低通濾波器按選頻作用分 高通濾波器 帶

53、通濾波器 帶阻濾波器 10ff2A(f)110ff1A(f)210fff12A(f)310fff12A(f)4上 頁(yè)目 錄返回目錄回看結(jié)束放映62 多數(shù)傳感器采用的是非電量的電測(cè)方法多數(shù)傳感器采用的是非電量的電測(cè)方法, ,傳感傳感器在出廠時(shí)均要進(jìn)行標(biāo)定器在出廠時(shí)均要進(jìn)行標(biāo)定. . 需要說(shuō)明的是，用戶在使用前或在使用過(guò)程中需要說(shuō)明的是，用戶在使用前或在使用過(guò)程中或擱置一段時(shí)間后再使用時(shí)，必須對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)或擱置一段時(shí)間后再使用時(shí)，必須對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行復(fù)測(cè)或作必要的調(diào)整與修正，以保證其測(cè)量精度，行復(fù)測(cè)或作必要的調(diào)整與修正，以保證其測(cè)量精度，這個(gè)復(fù)測(cè)過(guò)程就是這個(gè)復(fù)測(cè)過(guò)程就是 校準(zhǔn)校準(zhǔn) 。 校準(zhǔn)與標(biāo)定

54、的內(nèi)容基本相同，其目的也基本相校準(zhǔn)與標(biāo)定的內(nèi)容基本相同，其目的也基本相同。在使用前進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，所使用的測(cè)量?jī)x器應(yīng)具同。在使用前進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，所使用的測(cè)量?jī)x器應(yīng)具有足夠的精度，至少比被校準(zhǔn)傳感器的精度高一個(gè)有足夠的精度，至少比被校準(zhǔn)傳感器的精度高一個(gè)精度等級(jí)，且符合國(guó)家計(jì)量值傳遞的規(guī)定或經(jīng)計(jì)量精度等級(jí)，且符合國(guó)家計(jì)量值傳遞的規(guī)定或經(jīng)計(jì)量部門(mén)鑒定合格部門(mén)鑒定合格。 第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映63 選用傳感器時(shí)，要特別注意不同系列產(chǎn)品的應(yīng)選用傳感器時(shí)，要特別注意不同系列產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境、使用條件和維護(hù)要求。環(huán)

55、境變化用環(huán)境、使用條件和維護(hù)要求。環(huán)境變化( (如溫度、如溫度、振動(dòng)、噪聲等振動(dòng)、噪聲等) )將改變傳感器的某些特性將改變傳感器的某些特性( (如靈敏度、如靈敏度、線性度等指標(biāo)線性度等指標(biāo)) )，且能造成與被測(cè)參數(shù)無(wú)關(guān)的輸出，且能造成與被測(cè)參數(shù)無(wú)關(guān)的輸出，如零點(diǎn)漂移。如零點(diǎn)漂移。 為保證測(cè)量精度，根據(jù)使用目的可對(duì)環(huán)境條件為保證測(cè)量精度，根據(jù)使用目的可對(duì)環(huán)境條件及使用條件提出一定要求，或采取一定措施及使用條件提出一定要求，或采取一定措施( (如隔如隔振振) )；還可根據(jù)傳感器的環(huán)境參數(shù)指標(biāo)；還可根據(jù)傳感器的環(huán)境參數(shù)指標(biāo)( (如零點(diǎn)溫漂、如零點(diǎn)溫漂、加速度靈敏度等加速度靈敏度等) )及應(yīng)用環(huán)境要求

56、合理選用傳感器。及應(yīng)用環(huán)境要求合理選用傳感器。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映64 傳感檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖所示，傳感器處于被測(cè)對(duì)傳感檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖所示，傳感器處于被測(cè)對(duì)象與檢測(cè)系統(tǒng)的界面位置，是信號(hào)輸入的主要窗口，為檢象與檢測(cè)系統(tǒng)的界面位置，是信號(hào)輸入的主要窗口，為檢測(cè)系統(tǒng)提供必需的原始信號(hào)。測(cè)系統(tǒng)提供必需的原始信號(hào)。 中間轉(zhuǎn)換電路中間轉(zhuǎn)換電路將傳感器的敏感元件輸出的電參數(shù)信號(hào)將傳感器的敏感元件輸出的電參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量或處理的電壓或電流等電量信號(hào)。通常，轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量或處理的電壓或電流等電量

57、信號(hào)。通常，這種電量信號(hào)很微弱，需要由中間轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行放大、調(diào)這種電量信號(hào)很微弱，需要由中間轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行放大、調(diào)制解調(diào)、制解調(diào)、A AD D（D DA A）轉(zhuǎn)換等處理以滿足信號(hào)傳輸、微機(jī)轉(zhuǎn)換等處理以滿足信號(hào)傳輸、微機(jī)處理的要求處理的要求. .中間轉(zhuǎn)換電路的種類(lèi)和構(gòu)成由傳感器的類(lèi)型決中間轉(zhuǎn)換電路的種類(lèi)和構(gòu)成由傳感器的類(lèi)型決定，不同的傳感器要求配用的中間轉(zhuǎn)換電路經(jīng)常具有自己定，不同的傳感器要求配用的中間轉(zhuǎn)換電路經(jīng)常具有自己的特色。的特色。第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口返回目錄回看結(jié)束放映65 四、傳感器的測(cè)量電路及微機(jī)接口四、

58、傳感器的測(cè)量電路及微機(jī)接口 傳感器的測(cè)量處理電路傳感器的測(cè)量處理電路主要包括主要包括檢測(cè)測(cè)量電路檢測(cè)測(cè)量電路和和信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路兩部分。兩部分。（1 1）傳感器的檢測(cè)測(cè)量電路）傳感器的檢測(cè)測(cè)量電路第十二節(jié)第十二節(jié) 常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用常用檢測(cè)傳感器的性能特點(diǎn)、選用及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口 模擬型測(cè)量電路模擬型測(cè)量電路調(diào)制、放大、解調(diào)、濾波、調(diào)制、放大、解調(diào)、濾波、A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換處理。換處理。 數(shù)字型測(cè)量電路數(shù)字型測(cè)量電路光電轉(zhuǎn)換、放大整形、檢測(cè)量編光電轉(zhuǎn)換、放大整形、檢測(cè)量編碼。碼。 開(kāi)關(guān)型測(cè)量電路開(kāi)關(guān)型測(cè)量電路對(duì)檢測(cè)信號(hào)的放大或降壓對(duì)檢測(cè)信號(hào)的放大或降壓/ /分

59、流等分流等。返回目錄回看結(jié)束放映66四、傳感器的測(cè)量電路及微機(jī)接口四、傳感器的測(cè)量電路及微機(jī)接口（2 2）傳感器信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路）傳感器信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路 傳感器信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路主要包括：傳感器信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路主要包括： 電橋電路電橋電路測(cè)量阻抗、感抗、電容量等電參量的電量（電壓、測(cè)量阻抗、感抗、電容量等電參量的電量（電壓、電流等）轉(zhuǎn)換。電流等）轉(zhuǎn)換。l 放大電路放大電路由運(yùn)算放大器、晶體管等組成。將檢測(cè)到的微弱由運(yùn)算放大器、晶體管等組成。將檢測(cè)到的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大處理（電壓放大、電流放大、功率放大等）。采電信號(hào)進(jìn)行放大處理（電壓放大、電流放大、功率放大等）。采用屏蔽、隔離、濾波電路等提高放大

60、信號(hào)的質(zhì)量或品質(zhì)。用屏蔽、隔離、濾波電路等提高放大信號(hào)的質(zhì)量或品質(zhì)。l 調(diào)制與解調(diào)電路調(diào)制與解調(diào)電路對(duì)傳感器輸出的微弱、緩慢變化信號(hào)，由對(duì)傳感器輸出的微弱、緩慢變化信號(hào)，由一般直流放大和信號(hào)傳輸電路，將產(chǎn)生零點(diǎn)漂移等干擾信號(hào)。采一般直流放大和信號(hào)傳輸電路，將產(chǎn)生零點(diǎn)漂移等干擾信號(hào)。采用調(diào)制、放大、解調(diào)設(shè)計(jì)電路，可得到幾乎無(wú)干擾信號(hào)的放大測(cè)用調(diào)制、放大、解調(diào)設(shè)計(jì)電路，可得到幾乎無(wú)干擾信號(hào)的放大測(cè)量信號(hào)。量信號(hào)。l A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)檢測(cè)輸入、計(jì)算機(jī)處理、輸出執(zhí)行實(shí)現(xiàn)檢測(cè)輸入、計(jì)算機(jī)處理、輸出執(zhí)行信號(hào)之間的匹配轉(zhuǎn)換。信號(hào)之間的匹配轉(zhuǎn)換。 返回目錄回看結(jié)束放映67 3 3