第2章檢測系統(tǒng)設(shè)計1ppt課件

1、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院：揚州大學(xué)機械學(xué)院學(xué)院：揚州大學(xué)機械學(xué)院主講：曾主講：曾 勵勵2019.912第2章 檢測系統(tǒng)設(shè)計2.1 概述檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)是用于檢測有關(guān)外界環(huán)境及自身狀態(tài)的各種物理量是用于檢測有關(guān)外界環(huán)境及自身狀態(tài)的各種物理量及其變化，并將這些信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后再通及其變化，并將這些信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后再通過相應(yīng)的電路將所需要的信號檢測出來，反饋給控過相應(yīng)的電路將所需要的信號檢測出來，反饋給控制裝置并顯示。制裝置并顯示。實現(xiàn)上述功能的傳感器及相應(yīng)的信號檢測與處理電路實現(xiàn)上述功能的傳感器及相應(yīng)的信號檢測與處理電路，就構(gòu)成了機電一體化系統(tǒng)中的檢測系統(tǒng)。，就構(gòu)成了機電一體化系統(tǒng)中的檢

2、測系統(tǒng)。 檢測系統(tǒng)檢測的有關(guān)物理量有：力、溫度、間隔、變檢測系統(tǒng)檢測的有關(guān)物理量有：力、溫度、間隔、變形、位置、功率等。形、位置、功率等。檢測系統(tǒng)中應(yīng)用了變換、放大、調(diào)制與解調(diào)、濾波、檢測系統(tǒng)中應(yīng)用了變換、放大、調(diào)制與解調(diào)、濾波、運算等電路。運算等電路。2.1 概述檢測系統(tǒng)有：模擬傳感檢測系統(tǒng)、數(shù)字傳感檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)有：模擬傳感檢測系統(tǒng)、數(shù)字傳感檢測系統(tǒng)模擬式傳感器檢測系統(tǒng)模擬式傳感器檢測系統(tǒng)采用輸出信號為模擬信號的傳感器如磁電式、電阻式、電采用輸出信號為模擬信號的傳感器如磁電式、電阻式、電感式、熱電式等構(gòu)成的檢測系統(tǒng)。電參量式傳感器，則需感式、熱電式等構(gòu)成的檢測系統(tǒng)。電參量式傳感器，則需通

3、過基本轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為電量通過基本轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為電量(電壓、電流、電荷等電壓、電流、電荷等)。傳感器的輸出已是電量，則不需要基本轉(zhuǎn)換電路。傳感器的輸出已是電量，則不需要基本轉(zhuǎn)換電路。數(shù)字式傳感器檢測系統(tǒng)數(shù)字式傳感器檢測系統(tǒng)采用輸出信號為增量碼信號的傳感器如光柵、磁柵、容柵采用輸出信號為增量碼信號的傳感器如光柵、磁柵、容柵、感應(yīng)同步器等構(gòu)成的檢測系統(tǒng)。傳感器的輸出經(jīng)放大、感應(yīng)同步器等構(gòu)成的檢測系統(tǒng)。傳感器的輸出經(jīng)放大、整形后形成數(shù)字脈沖信號。整形后形成數(shù)字脈沖信號。為了提高儀器分辨率，常常采用細(xì)分的方法，使傳感器的輸為了提高儀器分辨率，常常采用細(xì)分的方法，使傳感器的輸出變化出變化1/n周期

4、時計一個數(shù)，稱為周期時計一個數(shù)，稱為n細(xì)分?jǐn)?shù)。細(xì)分電路還常同細(xì)分?jǐn)?shù)。細(xì)分電路還常同時完成整形作用。時完成整形作用。2.1 概述對檢測系統(tǒng)的基本要求對檢測系統(tǒng)的基本要求: :精度、靈敏度和分辨率高，精度、靈敏度和分辨率高，線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好，線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好，抗干擾能力強，抗干擾能力強，靜、動態(tài)特性好。靜、動態(tài)特性好。為了適應(yīng)機電一體化產(chǎn)品的特點并滿足機電一為了適應(yīng)機電一體化產(chǎn)品的特點并滿足機電一體化設(shè)計的需要，還對傳感器及其檢測系統(tǒng)體化設(shè)計的需要，還對傳感器及其檢測系統(tǒng)提出了一些特殊要求，如體積小、質(zhì)量輕、提出了一些特殊要求，如體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、便于安裝與維修、耐環(huán)境性能好價

5、格便宜、便于安裝與維修、耐環(huán)境性能好等。等。2.2 機電一體化常用傳感器1. 1.傳感器的組成傳感器的組成一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路三部分組一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。成。（1 1敏感元件敏感元件 直接感受被測量，并以確定關(guān)系輸直接感受被測量，并以確定關(guān)系輸出某一物理量。出某一物理量。（2 2轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 將敏感元件輸出的非電物理量如將敏感元件輸出的非電物理量如位移、應(yīng)變、光強等轉(zhuǎn)換成電參量如電阻、電位移、應(yīng)變、光強等轉(zhuǎn)換成電參量如電阻、電感、電容等）。感、電容等）。（3 3基本轉(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路 將電參量轉(zhuǎn)換成便于測量的電將電參量轉(zhuǎn)換成便于測量的電量。

6、量。 一、傳感器的組成及基本特征一、傳感器的組成及基本特征 2. 2.傳感器的基本特性傳感器的基本特性（1 1傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性1 1線性度線性度將傳感器實際測出的輸出將傳感器實際測出的輸出- -輸入校準(zhǔn)曲線與某一選定輸入校準(zhǔn)曲線與某一選定擬合直線不吻合程度的最大值稱擬合直線不吻合程度的最大值稱為傳感器的線性度，計為傳感器的線性度，計算公式為算公式為一、傳感器的組成及基本特征一、傳感器的組成及基本特征 %)(max100 FSLLyy （1傳感器的靜態(tài)特性2靈敏度靈敏度傳感器的靈敏度是傳感器在穩(wěn)定條件下，輸出量增量與被測輸傳感器的靈敏度是傳感器在穩(wěn)定條件下，輸出量增量與被測輸入量

7、增量之比。即入量增量之比。即3遲滯遲滯遲滯表明傳感器輸入量增大行程期間正行程）、輸入量減小遲滯表明傳感器輸入量增大行程期間正行程）、輸入量減小行程期間反行程），輸出行程期間反行程），輸出-輸入曲線不重合的程度。遲滯輸入曲線不重合的程度。遲滯誤差也叫回程誤差一般以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，由誤差也叫回程誤差一般以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，由實驗方法確定，其表達(dá)式為實驗方法確定，其表達(dá)式為 xyS 0%max100 FSHyH （1傳感器的靜態(tài)特性4重復(fù)性重復(fù)性重復(fù)性表示傳感器在同一工作條件下，被測輸入量按同一方向重復(fù)性表示傳感器在同一工作條件下，被測輸入量按同一方向做全程連續(xù)多次重復(fù)測量時，所得輸出

8、值的一致程度。做全程連續(xù)多次重復(fù)測量時，所得輸出值的一致程度。它是反映傳感器精度的一個指標(biāo)，常用絕對誤差表示，由實驗它是反映傳感器精度的一個指標(biāo)，常用絕對誤差表示，由實驗方法來確定。重復(fù)性誤差用滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，即方法來確定。重復(fù)性誤差用滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，即%max100 FSRyR （1傳感器的靜態(tài)特性5分辨力分辨力傳感器能檢測到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點附近的傳感器能檢測到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點附近的分辨力稱為閾值。分辨力稱為閾值。6零漂零漂傳感器在零輸入狀態(tài)下，輸出值的變化稱零漂，零漂可用相對傳感器在零輸入狀態(tài)下，輸出值的變化稱零漂，零漂可用相對誤差表示，

9、也可用絕對誤差表示。誤差表示，也可用絕對誤差表示。7精度精確度）精度精確度）表示測量結(jié)果與被測表示測量結(jié)果與被測“真值真值的接近程度，精度一般用極限誤的接近程度，精度一般用極限誤差來表示，或用極限誤差與滿量程之比按百分?jǐn)?shù)給出。差來表示，或用極限誤差與滿量程之比按百分?jǐn)?shù)給出。（2傳感器的動態(tài)特性1時域性能指標(biāo)時域性能指標(biāo)時間常數(shù)：輸出值上升到穩(wěn)時間常數(shù)：輸出值上升到穩(wěn)態(tài)值的態(tài)值的63%所需的時間；所需的時間；上升時間：輸出值從穩(wěn)態(tài)值上升時間：輸出值從穩(wěn)態(tài)值的的10%上升到上升到90%所需的所需的時間；時間；響應(yīng)時間：輸出值到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的響應(yīng)時間：輸出值到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的95%或或98%所需的時間；所需的

10、時間；超調(diào)量：超調(diào)量： 在過渡過程中，若輸出量的最大值在過渡過程中，若輸出量的最大值y(tp)y()，則，則響應(yīng)無超調(diào)；若響應(yīng)無超調(diào)；若y(tp)y() ，則響應(yīng)有超調(diào)，且，則響應(yīng)有超調(diào)，且%)()()(100 yytyp （2傳感器的動態(tài)特性2頻域性能指標(biāo)頻域性能指標(biāo)通頻帶：對數(shù)幅頻特性曲線上幅值衰減通頻帶：對數(shù)幅頻特性曲線上幅值衰減 3dB 時所對應(yīng)的頻率范時所對應(yīng)的頻率范圍；圍；工作頻帶或：幅值誤差為工作頻帶或：幅值誤差為 5% 或或 10% 時所對應(yīng)的頻率范圍時所對應(yīng)的頻率范圍；相位誤差：在工作頻帶范圍內(nèi)相角應(yīng)小于相位誤差：在工作頻帶范圍內(nèi)相角應(yīng)小于 5或或 10，即為相，即為相位誤差

11、的大小。位誤差的大小。2.2 機電一體化常用傳感器1 1位移傳感器位移傳感器（1 1電感式傳感器電感式傳感器電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，能將被測非電量電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，能將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種結(jié)構(gòu)型傳感器。的變化轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種結(jié)構(gòu)型傳感器。按其轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為按其轉(zhuǎn)換方式的不同，可分為 1 1自感型電感式傳感器自感型電感式傳感器2 2互感型電感式傳感器互感型電感式傳感器 二、常用傳感器二、常用傳感器 1自感型電感式傳感器自感型電感式傳感器（A可變磁阻式電感傳感器可變磁阻式電感傳感器由線圈、鐵心和活動銜鐵等所組成。在鐵心和活動銜鐵之間保持一定的氣

12、隙。當(dāng)線圈通以激磁電流時，其自感量L與磁路的總磁阻Rm有關(guān)，即 L=W 2/Rm 若不考慮磁路的鐵損，并忽略鐵心的磁阻，則總磁阻為 故002ARm 2002AWL （B電渦流式傳感器高頻反射式渦電流傳感器的工作是利用金屬導(dǎo)體在交變磁場中的渦電流效應(yīng)進行的。實驗分析得出原線圈等效阻抗Z 值由于渦電流的影響，其大小與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度h、金屬板與線圈的距離、激勵電流角頻率等有關(guān)，可建立單值函數(shù)關(guān)系。 2互感型電感式傳感器互感型電感式傳感器互感型電感傳感器是利用互感系數(shù)M的變化來反映被測量的變化。其實質(zhì)是一個變壓器。當(dāng)變壓器初級線圈輸入穩(wěn)定交流電源后，次級線圈便有感應(yīng)電壓產(chǎn)生并輸出，該電

13、壓的大小隨被測量的變化而變化。差動變壓器式電感傳感器是常用的互感型傳感器，結(jié)構(gòu)形式多樣，其中以螺管型應(yīng)用較為普遍。差動變壓器式電感傳感器主要由線圈、鐵心和活動銜鐵三個部分組成。工作原理：線圈包括一個初級線圈和兩個反接的次級線圈，當(dāng)初級線圈中有交流激勵輸入時，次級線圈中將會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1和e2。 由于兩個次級線圈采用極性反接，因而，傳感器的輸出電壓為兩者之差，即ey=e1e2活動銜鐵能改變線圈之間的耦合程度。輸出ey的大小隨活動銜鐵的位置而變，輸出特性如圖所示。優(yōu)點：差動變壓器式電感傳感器具有精確度高高達(dá)0.1m數(shù)量級）；線圈變化范圍大可擴大到100mm）；穩(wěn)定度好和使用方便。位移測量。位移

14、測量。 AC0 1極距變化型極距變化型當(dāng)極間介質(zhì)和兩極板相互覆蓋面積保持不變時，電容當(dāng)極間介質(zhì)和兩極板相互覆蓋面積保持不變時，電容量量C與極距與極距呈非線性關(guān)系，當(dāng)極距有微小變化時，呈非線性關(guān)系，當(dāng)極距有微小變化時，電容的變化量為電容的變化量為傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度極距變化型電容傳感器具有靈敏度高、對被測系統(tǒng)影極距變化型電容傳感器具有靈敏度高、對被測系統(tǒng)影響小，可用于動態(tài)非接觸式測量等的優(yōu)點。適用于響小，可用于動態(tài)非接觸式測量等的優(yōu)點。適用于小位移數(shù)百微米以下的精確測量。小位移數(shù)百微米以下的精確測量。這種傳感器有非線性特性，傳感器的雜散電容對靈敏這種傳感器有非線性特性，傳感器的雜散電容對

15、靈敏度和測量精確度的影響較大，電子線路也比較復(fù)雜度和測量精確度的影響較大，電子線路也比較復(fù)雜，使其應(yīng)用范圍受到一定的限制。，使其應(yīng)用范圍受到一定的限制。20 AddCS dAdC20 2面積變化型面積變化型面積變化型電容傳感器可用于線位移及角位移測量。面積變化型電容傳感器可用于線位移及角位移測量。面積變化型電容傳感器的原理是：當(dāng)動板沿面積變化型電容傳感器的原理是：當(dāng)動板沿x方向移方向移動時，起相互覆蓋的面積變化，電容量也隨之變化動時，起相互覆蓋的面積變化，電容量也隨之變化。電容量為。電容量為 傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度面積變化型電容傳感器的優(yōu)點是輸出與輸入成線性關(guān)面積變化型電容傳感器的優(yōu)點是

16、輸出與輸入成線性關(guān)系，但其靈敏度低于極距變化型，適用于較大的直系，但其靈敏度低于極距變化型，適用于較大的直線位移和角位移的測量。線位移和角位移的測量。 bxC0 常常數(shù)數(shù) bdxdCS0（3光柵傳感器1光柵的結(jié)構(gòu)原理光柵是一種新型的位移檢測元件；具有精度高、響應(yīng)速度較快的特點。被廣泛應(yīng)用于大位移的精密測量與控制中。光柵由標(biāo)尺光柵和指示光柵組成。兩光柵的刻線密度相同，指示光柵平行并靠近標(biāo)尺光柵，二者的刻線相互傾斜一個很小的角度。當(dāng)平行光垂直照射光柵時，在光柵的另一面就會出現(xiàn)若干條與刻線垂直的、明暗相間的粗大條紋，稱之為莫爾條紋。莫爾條紋具有位移放大作用，通過光電元件讀出移動的莫爾條紋數(shù)目，就可以

17、知道光柵移過了多少個柵距，從而確定了位移量。光柵測量原理光柵測量原理 1. 1.標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵 2. 2.指示光柵指示光柵 3.4. 3.4.光電元件光電元件莫爾條紋莫爾條紋2)莫爾條紋的特點：莫爾條紋的特點： 具有位移放大作用具有位移放大作用越小，越小，B越大，相當(dāng)于把柵距放大了越大，相當(dāng)于把柵距放大了1/倍倍 。 存在平均效應(yīng)存在平均效應(yīng)由于莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，光由于莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，光敏元件接收的光信號是進入指示光柵視場內(nèi)兩光柵敏元件接收的光信號是進入指示光柵視場內(nèi)兩光柵線條總數(shù)的綜合平均效果。因此當(dāng)某光柵有局部或線條總數(shù)的綜合平均效果。因此當(dāng)某光

18、柵有局部或周期誤差時，由于平均效應(yīng)，這些誤差的影響會大周期誤差時，由于平均效應(yīng)，這些誤差的影響會大大地削弱。大地削弱。 WbcabB )/sin(2光柵測量線位移原理光柵測量線位移原理1. 1.標(biāo)尺光柵標(biāo)尺光柵 2. 2.指示光柵指示光柵播放中播放中圓弧莫爾條紋單擊準(zhǔn)備演示單擊準(zhǔn)備演示播放動畫播放動畫光閘莫爾條紋播放動畫播放動畫播放中播放中長光柵莫爾條紋播放動畫播放動畫長光柵光閘莫爾條紋播放動畫播放動畫 圖圖2.56 2.56 光柵信號的四細(xì)分與辨向原理光柵信號的四細(xì)分與辨向原理 coscos它們在長度方向相差它們在長度方向相差1/41/4節(jié)距。節(jié)距。感應(yīng)同步器工作原理：感應(yīng)同步器工作原理：當(dāng)

19、對滑尺上某一繞組施加給定頻率的交流電壓時，由于當(dāng)對滑尺上某一繞組施加給定頻率的交流電壓時，由于電磁感應(yīng)作用，在定尺繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。電磁感應(yīng)作用，在定尺繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。定尺繞組中感應(yīng)的總電勢是滑尺上正弦繞組和余弦繞組定尺繞組中感應(yīng)的總電勢是滑尺上正弦繞組和余弦繞組所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的矢量和。滑尺處于不同位置時定所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的矢量和。滑尺處于不同位置時定尺繞組中感應(yīng)電勢會隨之變化。如果把兩尺繞組重合尺繞組中感應(yīng)電勢會隨之變化。如果把兩尺繞組重合的位置定為位移的的位置定為位移的0點，則定尺繞組中感應(yīng)電勢與位移點，則定尺繞組中感應(yīng)電勢與位移的關(guān)系可表示為：的關(guān)系可表示為： xxVVmoc22

20、cos2感應(yīng)同步器的工作方式感應(yīng)同步器的工作方式鑒相法鑒相法 在感應(yīng)同步器滑尺的在感應(yīng)同步器滑尺的sin、cos兩個繞組上分別施加兩個繞組上分別施加頻率相同、幅值相同，但相位相差頻率相同、幅值相同，但相位相差90的正弦電壓，即的正弦電壓，即它在定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢分別為它在定尺繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢分別為則定子繞組感應(yīng)的電勢為則定子繞組感應(yīng)的電勢為只要測出余弦繞組電壓和定子繞組感應(yīng)電勢之間的相位差，就只要測出余弦繞組電壓和定子繞組感應(yīng)電勢之間的相位差，就可得到位移?？傻玫轿灰啤?cossincossincossintKVKVVtKVKVVmcocmsos)sin( tKVVVVmosocot

21、VVtVVmcmssincosxx22鑒幅法鑒幅法 在感應(yīng)同步器滑尺的在感應(yīng)同步器滑尺的sin、cos兩個繞組上分別施加兩個繞組上分別施加頻率相同、幅值不同的正弦電壓。此兩個正弦電壓的幅值又頻率相同、幅值不同的正弦電壓。此兩個正弦電壓的幅值又分別與電氣角成正、余弦關(guān)系，即分別與電氣角成正、余弦關(guān)系，即其在定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為其在定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為它們在定尺繞組中感應(yīng)的電勢是相減，那么它們在定尺繞組中感應(yīng)的電勢是相減，那么若電氣角已知，那么只要測量出的幅值，便可間接地求出被測若電氣角已知，那么只要測量出的幅值，便可間接地求出被測位移值的大小。位移值的大小。 cossinsins

22、insincostKVVtKVVmocmostVtKVVVVommocoso sinsin)sin( cossinsinsinsmocmVVtVVtxx22有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器有刷式旋轉(zhuǎn)變壓器 無刷式旋轉(zhuǎn)變壓器無刷式旋轉(zhuǎn)變壓器 四極繞組旋轉(zhuǎn)變壓器四極繞組旋轉(zhuǎn)變壓器 兩極旋轉(zhuǎn)變壓器兩極旋轉(zhuǎn)變壓器電氣工作原理圖電氣工作原理圖 v鑒相式工作方式鑒相式工作方式v鑒相式工作方式是根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢的鑒相式工作方式是根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢的相位來確定被測位移大小的檢測方式。當(dāng)相位來確定被測位移大小的檢測方式。當(dāng)S1S2和和K1K2中分中分別通以交流勵磁電壓別通以交流勵磁電壓v分別感

23、應(yīng)到轉(zhuǎn)子分別感應(yīng)到轉(zhuǎn)子B1B2中的電壓為中的電壓為v根據(jù)線性疊加原理，在轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)線性疊加原理，在轉(zhuǎn)子繞組B1B2中的感應(yīng)電動勢中的感應(yīng)電動勢VB為為 tVVtVVmkms sincos)sin( tKVVVVmBKBSBsincoscossinBSmBKmVKVtVKVt v鑒幅式工作方式鑒幅式工作方式v鑒幅式工作方式是通過對旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢鑒幅式工作方式是通過對旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢幅值的檢測來實現(xiàn)的。設(shè)定子繞組幅值的檢測來實現(xiàn)的。設(shè)定子繞組S1S2和和K1K2分別輸入以分別輸入以角速度角速度隨時間隨時間t變化的交流勵磁電壓變化的交流勵磁電壓v分別感應(yīng)到轉(zhuǎn)子分別感應(yīng)

24、到轉(zhuǎn)子B1B2中的電壓為中的電壓為v根據(jù)疊加原理，可以得出轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)疊加原理，可以得出轉(zhuǎn)子繞組B1B2中的感應(yīng)電動勢中的感應(yīng)電動勢VB為為 tVVtVVmkms sinsinsincostVVVVmBKBSB sin)sin( sincos sincos sin sinBSmBKmVKVtVKVt 光學(xué)編碼器原理光學(xué)編碼器原理增量式編碼器的輸出脈沖增量式編碼器的輸出脈沖2絕對值式光電編碼器絕對值式光電編碼器 增量式編碼器的缺點是有可能由于噪聲或其他增量式編碼器的缺點是有可能由于噪聲或其他外界干擾產(chǎn)生計數(shù)錯誤，或因突然停電等事外界干擾產(chǎn)生計數(shù)錯誤，或因突然停電等事故后不能再找到事故前部件的正確

25、位置。故后不能再找到事故前部件的正確位置。絕對值式編碼器是通過讀取編碼盤上的圖案來絕對值式編碼器是通過讀取編碼盤上的圖案來表示數(shù)值的。圓盤上的每一環(huán)對應(yīng)一個二進表示數(shù)值的。圓盤上的每一環(huán)對應(yīng)一個二進位，空白的部分透光，用位，空白的部分透光，用“0表示，涂黑的表示，涂黑的部分表示不透光，用部分表示不透光，用“1表示。隔著圓盤從表示。隔著圓盤從后側(cè)用光源照射。編碼盤每一環(huán)配置的光電后側(cè)用光源照射。編碼盤每一環(huán)配置的光電變換器對應(yīng)相應(yīng)的二進制位。變換器對應(yīng)相應(yīng)的二進制位。絕對值式光電編碼器的特點：絕對值式光電編碼器的特點：坐標(biāo)值可直接從絕對編碼盤中讀出，不會有累坐標(biāo)值可直接從絕對編碼盤中讀出，不會有

26、累積進程中的誤計數(shù)；運轉(zhuǎn)速度可以提高；積進程中的誤計數(shù)；運轉(zhuǎn)速度可以提高；編碼器本身具有機械式存儲功能，即使因停電編碼器本身具有機械式存儲功能，即使因停電或其它原因，造成坐標(biāo)值回零，通電后，仍或其它原因，造成坐標(biāo)值回零，通電后，仍可找到原坐標(biāo)位置。可找到原坐標(biāo)位置。當(dāng)轉(zhuǎn)角大于當(dāng)轉(zhuǎn)角大于360時，需作特別處理，而且必時，需作特別處理，而且必須用減速齒輪將兩個以上的編碼器連接起來須用減速齒輪將兩個以上的編碼器連接起來，組成多級檢測裝置，使其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、，組成多級檢測裝置，使其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、成本也較高。成本也較高。(缺點缺點)2 2速度、加速度傳感器速度、加速度傳感器（1 1測速發(fā)電機測速發(fā)電機測

27、速發(fā)電機是一種測量轉(zhuǎn)速的信號元件，它將輸入的測速發(fā)電機是一種測量轉(zhuǎn)速的信號元件，它將輸入的機械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出。其工作原理與電機機械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出。其工作原理與電機原理相同。原理相同。 dtdCCCnU2（2差動變壓器式速度、加速度傳感器利用差動變壓器測量速度時，其一次線圈同時供以交流和直流當(dāng)差動變壓器的磁芯以被測速度移動時，在兩個二次線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，將它們的差值通過低通濾波器濾除及以上的高頻分量后，可得到與速度相對應(yīng)的電壓輸出 tIItimsin)(0vkIUv02（3光電式速度和轉(zhuǎn)速傳感器物體以速度移過光電池前的遮蓋擋板時，光電池輸出階躍電壓信號，經(jīng)微分電路形成兩個脈沖

28、輸出，測出兩脈沖的時間間隔，則可測得速度為tlv /=ZtNn/= 603力、壓力和力矩傳感器（1測力傳感器測力傳感器由膜片等能產(chǎn)生形變的結(jié)構(gòu)部分和裝入盒內(nèi)的應(yīng)變桿及貼在應(yīng)變桿上的應(yīng)變片等組成。通過測量應(yīng)變片的電壓輸出即可推斷受力大小。它能對數(shù)克到數(shù)噸重的載荷進行測量。 差動變壓器式力傳感器當(dāng)力作用于傳感器時，彈性元件產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致銜鐵相對線圈移動。線圈電感量的變化通過測量電路轉(zhuǎn)換為輸出電壓，其大小反映了受力的大小。 微壓力傳感器在無壓力作用時，膜盒在初始狀態(tài)，與膜盒聯(lián)接的銜鐵位于差動變壓器線圈的中心部。當(dāng)壓力輸入膜盒后，膜盒的自由端產(chǎn)生位移并帶動銜鐵移動，差動變壓器產(chǎn)生一正比于壓力的輸出

29、電壓。（2壓力測量傳感器A. 膜式壓力傳感器彈性元件為四周固定的等截面圓形薄板，又稱為平膜板或膜片。膜的一個表面上承受被測分布壓力，另一側(cè)面貼有應(yīng)變計。應(yīng)變計接成橋路輸出。 )(22223183xrEhPr )(2222183xrEhPt B. 筒式壓力傳感器彈性元件為薄壁厚底圓筒。特點：圓筒受壓后外表面各處的應(yīng)變是相同的，所測得的應(yīng)變值不受應(yīng)變計的粘貼位置的影響。適用于較大壓力的測量。 PDDDt)()(21222122 PDDDt)()(12122 或或（3 3力矩傳感器力矩傳感器左圖驅(qū)動軸通過裝有應(yīng)變片的腕部與手部聯(lián)接。當(dāng)驅(qū)左圖驅(qū)動軸通過裝有應(yīng)變片的腕部與手部聯(lián)接。當(dāng)驅(qū)動軸回轉(zhuǎn)并帶動手部

30、回轉(zhuǎn)而擰緊螺釘時，手部所受動軸回轉(zhuǎn)并帶動手部回轉(zhuǎn)而擰緊螺釘時，手部所受力矩的大小可通過應(yīng)變片電壓的輸出測得。力矩的大小可通過應(yīng)變片電壓的輸出測得。右圖傳動軸的兩端安裝上磁分度圓盤，分別用磁頭檢右圖傳動軸的兩端安裝上磁分度圓盤，分別用磁頭檢測兩圓盤之間的轉(zhuǎn)角差，用轉(zhuǎn)角差與負(fù)荷成比例的測兩圓盤之間的轉(zhuǎn)角差，用轉(zhuǎn)角差與負(fù)荷成比例的關(guān)系，即可測量負(fù)荷力矩的大小。關(guān)系，即可測量負(fù)荷力矩的大小。2.2 機電一體化常用傳感器選擇傳感器應(yīng)主要考慮：1輸入與輸出之間的線性關(guān)系，靈敏度；2動態(tài)特性；3滯后、漂移誤差；4內(nèi)部噪聲和抗干擾能力；5橫向靈敏度和交叉靈敏度；6對被測對象的影響；7重復(fù)精度；8穩(wěn)定性；9功耗

31、情況；10維修和校準(zhǔn)，使用性能；三、傳感器的選用三、傳感器的選用 信號放大電路信號放大電路也稱放大器，用于將傳感器或經(jīng)基本轉(zhuǎn)換電路輸出也稱放大器，用于將傳感器或經(jīng)基本轉(zhuǎn)換電路輸出的微弱信號不失真地加以放大，以便于進一步加工的微弱信號不失真地加以放大，以便于進一步加工和處理。和處理。對放大器的要求：對放大器的要求：具有高輸入阻抗具有高輸入阻抗共模抑制能力強共模抑制能力強失調(diào)及漂移小失調(diào)及漂移小噪聲低噪聲低閉環(huán)增益穩(wěn)定性高等性能。閉環(huán)增益穩(wěn)定性高等性能。 直流放大電路直流放大電路1) 1) 反相放大器反相放大器電壓增益電壓增益: :反饋電阻反饋電阻RFRF值不能太大，否則會產(chǎn)生較大的噪值不能太大，

32、否則會產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R1R1的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源UiUi的內(nèi)阻。的內(nèi)阻。1RRAFv同相放大器也是最基本的電路同相放大器也是最基本的電路 ，其閉環(huán)電壓增益其閉環(huán)電壓增益Av為為:同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點，廣泛同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點，廣泛用于前置放大級。用于前置放大級。2)2)同相放大器同相放大器11RRAFv 交流放大電路交流放大電路若只需要放大交流信號，可采用圖示的集成運放交流電壓同相若只需要放大交流信號，可采用圖示的集成運放交流電壓同相放大器。其中電容

33、放大器。其中電容C1、C2及及C3為隔直電容。為隔直電容。R1一般取幾十千歐。耦合電容一般取幾十千歐。耦合電容C1、C3可根據(jù)交流放大器的下可根據(jù)交流放大器的下限頻率限頻率fL來確定。來確定。 )/()(LLfRCC 210331 11RRAFv 2.3 信號放大電路抑制放大器噪聲的措施：抑制放大器噪聲的措施：1) 1)壓縮放大器帶寬，濾除通帶以外的各種噪聲壓縮放大器帶寬，濾除通帶以外的各種噪聲信號；信號；2)2)減小信號源電阻，盡量使其與放大器的等效減小信號源電阻，盡量使其與放大器的等效噪聲電阻相等，以實現(xiàn)噪聲阻抗匹配；噪聲電阻相等，以實現(xiàn)噪聲阻抗匹配；3)3)選用低噪聲放大元件，減小噪聲的

34、產(chǎn)生；選用低噪聲放大元件，減小噪聲的產(chǎn)生；4 4減小接線電纜電容的影響及干擾因素的影減小接線電纜電容的影響及干擾因素的影響。響。1.1.同相輸入差動放大器同相輸入差動放大器 兩輸入信號均采用同相輸入以提高輸兩輸入信號均采用同相輸入以提高輸入阻抗。為保證共模抑制比，取入阻抗。為保證共模抑制比，取則放大器輸出為則放大器輸出為一、高輸入阻抗放大器一、高輸入阻抗放大器 4211RRRRff/ )(124201UURRUf 2.2.高輸入阻抗反相放大器高輸入阻抗反相放大器 如圖圖如圖圖2.92.9所示，其中兩個運算放所示，其中兩個運算放大器大器N1N1和和N2N2的輸出與輸入關(guān)系分別為的輸出與輸入關(guān)系分

35、別為iURRU)/(120 iUURRU2202101 )/(iiiiURRRUURUIII 11101111. 1.差動放大器差動放大器 圖圖a a為兩被測信號為兩被測信號Ui1Ui1和和Ui2Ui2分別從運算放大器的兩端分別從運算放大器的兩端輸入，其輸出信號為輸入，其輸出信號為 二、高共模抑制比放大器二、高共模抑制比放大器 11232311ififoURRURRRRRU-+=1. 1.差動放大器差動放大器若取若取R1=R2，R3=Rf，則上式變?yōu)?，則上式變?yōu)?共模信號輸時，共模信號輸時，Ui1= Ui2= Uic ,若使電路參數(shù)滿足匹配關(guān)系若使電路參數(shù)滿足匹配關(guān)系R1=R2 ，R3=Rf

36、，則放大器共模，則放大器共模增益為零，共模抑制比增益為零，共模抑制比(差模增益與共模增益之比差模增益與共模增益之比)為無窮大為無窮大。 )-(=121iifoUURRUicffoURRRRRRRU-+)+(=1322111. 1.差動放大器差動放大器若要改變差模增益若要改變差模增益Rf /R1，必須同時改變電阻，必須同時改變電阻R2和和R3。為便。為便于增益調(diào)整，且保持高共模抑制比，可采用圖于增益調(diào)整，且保持高共模抑制比，可采用圖b所示電路，所示電路，其輸出信號為其輸出信號為)-)(+(=12112iiwffoUURRRRU2.2.三運放測量放大器三運放測量放大器下圖是一種同相輸入并串聯(lián)差動測

37、量放大器，由三個下圖是一種同相輸入并串聯(lián)差動測量放大器，由三個運算放大器組成。運算放大器組成。它具有高輸入阻抗、低失調(diào)電壓、低溫度漂移系數(shù)和它具有高輸入阻抗、低失調(diào)電壓、低溫度漂移系數(shù)和穩(wěn)定的放大倍數(shù)、低輸出阻抗的特點。其中第一級穩(wěn)定的放大倍數(shù)、低輸出阻抗的特點。其中第一級是兩個對稱的同相放大器，它提高了輸入阻抗和共是兩個對稱的同相放大器，它提高了輸入阻抗和共模抑制能力，將雙端輸入變?yōu)閱味溯斎搿ＤＲ种颇芰?，將雙端輸入變?yōu)閱味溯斎搿?)/1)(/(112GGSRRRRRR)()1 (112ININOUTGGSVVKVRRRRRRK在計算機控制系統(tǒng)中的問題：在計算機控制系統(tǒng)中的問題：在惡劣環(huán)境下遠(yuǎn)

38、距離可靠傳送微弱電信號。小信號雙線變送在惡劣環(huán)境下遠(yuǎn)距離可靠傳送微弱電信號。小信號雙線變送器是解決這個問題的有效方法。小信號雙線變送器將現(xiàn)場的器是解決這個問題的有效方法。小信號雙線變送器將現(xiàn)場的微弱信號轉(zhuǎn)化為微弱信號轉(zhuǎn)化為420mA的標(biāo)準(zhǔn)電流輸出，然后通過一的標(biāo)準(zhǔn)電流輸出，然后通過一對雙絞線傳送信號，這對雙絞線能實現(xiàn)信號和電源一起傳送對雙絞線傳送信號，這對雙絞線能實現(xiàn)信號和電源一起傳送。 1.XTR101雙線變送器原理雙線變送器原理 如圖如圖2.48所示，它由高精度測量放所示，它由高精度測量放大器大器IA）、壓控輸出電流源和雙匹配精密參考電流組成，）、壓控輸出電流源和雙匹配精密參考電流組成，它

39、將加在引腳它將加在引腳3和引腳和引腳4上的差動電壓變換為電流輸出，在輸上的差動電壓變換為電流輸出，在輸入不變的前提下，電流輸出大小由入不變的前提下，電流輸出大小由 Rs 決定。決定。XTR101可用可用于電阻類傳感器測量電路。于電阻類傳感器測量電路。2.鉑電阻溫度測量與傳送電路鉑電阻溫度測量與傳送電路 如圖如圖2.49所示。所示。三、小信號雙線變送器三、小信號雙線變送器 四、隔離放大器四、隔離放大器 1. 1.變壓器耦合隔離放大器變壓器耦合隔離放大器 ADAD公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的Model 277Model 277變壓器耦合隔離放大器變壓器耦合隔離放大器結(jié)構(gòu)框圖。結(jié)構(gòu)框圖。程控增益放大器可由測

40、量放大器、模擬開關(guān)及電阻網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)程控增益放大器可由測量放大器、模擬開關(guān)及電阻網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，也可采用集成程控測量放大器，如，也可采用集成程控測量放大器，如PGA200/201、PGAl02、PGA100、AD612/614等。等。 PGA100是是B-B公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的8級二進制可編程增益控制運算放級二進制可編程增益控制運算放大器。大器。PGA100的的8個二進制增益?zhèn)€二進制增益1，2，4，8，16，32，64，128及相應(yīng)的及相應(yīng)的8個模擬通道，由個模擬通道，由A2A1A0選擇模擬選擇模擬通道，由通道，由A5A4A3選擇增益，選擇方法如表選擇增益，選擇方法如表2.1所示。所示。 五、程控增

41、益放大器五、程控增益放大器 A3A3A2A2A1A1A0A00 00 00 00 00 00 0IN0IN00 00 01 10 00 01 1IN1IN10 01 10 00 01 10 0IN2IN20 01 11 10 01 11 1IN3IN31 10 00 01 10 00 0IN4IN41 10 01 11 10 01 1IN5IN51 11 10 01 11 10 0IN6IN61 11 11 11281281 11 11 1IN7IN72.4 信號變換電路2.4 信號變換電路1 1差分電路差分電路 差分電路主要用于差分式傳感器信號的轉(zhuǎn)換。常用的差分電路主要用于差分式傳感器信號的

42、轉(zhuǎn)換。常用的有四種差分電路。有四種差分電路。一、基本轉(zhuǎn)換電路一、基本轉(zhuǎn)換電路 iZZZiZZZUUU0021220 iZZUU00 iZZUU020 iZZUU020 2.2.非差分橋式電路非差分橋式電路iUZZZU2400 CR 12arctan LR arctan2 3.調(diào)頻電路右圖是一種適用于電容式傳感器的調(diào)頻電路。由傳感器電容C和標(biāo)準(zhǔn)電感L構(gòu)成諧振電路并接入振蕩器中，振蕩器輸出信號的頻率隨傳感器電容C的變化關(guān)系為LCf 21 4.脈沖調(diào)寬電路右圖是一種將傳感器的電容C或電阻R的變化轉(zhuǎn)換成輸出信號U0的脈沖寬度變化的電路。其工作原理是電源Ui通過R對C充電。當(dāng)C上的充電電壓超過參考電壓U

43、R時，比較器N翻轉(zhuǎn)，使U0發(fā)生階躍變化，同時通過開關(guān)控制電路控制開關(guān)S使C放電。輸出信號U0的脈寬B隨電容C或電阻R的變化而變化，即kRCB 1 1過零比較器過零比較器過零比較器可用于判斷輸入信號是高于零電平還是低過零比較器可用于判斷輸入信號是高于零電平還是低于零電平。這種電路具有信號整形功能。于零電平。這種電路具有信號整形功能。 （1 1無回差的過零比較器無回差的過零比較器二、電平檢測及轉(zhuǎn)換電路二、電平檢測及轉(zhuǎn)換電路 （2 2有回差的過零比較器有回差的過零比較器2 2差動型電平檢測器差動型電平檢測器輸入差值電壓輸入差值電壓U =Ui -URU =Ui -UR大于零時，即大于零時，即UiUi大

44、于大于URUR時時，運算放大器輸出低電平通過，運算放大器輸出低電平通過R R使齊納管使齊納管DzDz正向?qū)д驅(qū)?，輸出低電平為通，輸出低電平?0.7V-0.7V。當(dāng)當(dāng)U U 小于零時，即時，運算放大器輸出高電平將通小于零時，即時，運算放大器輸出高電平將通過過R R使齊納管使齊納管DzDz反相擊穿，輸出高電平為反相擊穿，輸出高電平為UzUz。 1. 1.電流與電壓間的變換電路電流與電壓間的變換電路（1 1電流電流- -電壓電壓I-UI-U變換電路變換電路最簡單的電流最簡單的電流- -電壓變換電路電壓變換電路采用高輸入阻抗運算放大器組成的電流采用高輸入阻抗運算放大器組成的電流- -電壓變換器電

45、壓變換器。在理想條件下。在理想條件下 三、模擬信號變換電路三、模擬信號變換電路 fioRiU 帶差分放大器的大電流帶差分放大器的大電流-電壓變換電路電壓變換電路利用小阻值的取樣電阻利用小阻值的取樣電阻Rs把電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷汉?，再用差分把電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷汉?，再用差分放大器放大。輸入電流在放大器放大。輸入電流?.11A范圍內(nèi)，變換精度為范圍內(nèi)，變換精度為0.5%。只要選用只要選用R1=R2=RF，R3=R4=R5=R6=Rf，則差分放大倍數(shù)為則差分放大倍數(shù)為由上式可見，由上式可見，R7越小，越小，Kd越大。越大。 )(712RRRRKfFfd （2 2電壓電壓- -電流電流U-IU-I變換電路變換電

46、路1) 1)具有電流串聯(lián)負(fù)反饋的具有電流串聯(lián)負(fù)反饋的U/IU/I變換電路變換電路具有電流串聯(lián)負(fù)反饋的具有電流串聯(lián)負(fù)反饋的U/IU/I變換電路，在理想條件下，變換電路，在理想條件下，又因又因 ib2=0 , ib2=0 ,所以所以 RiuuRfi RuRuiiifRL 2)具有電流并聯(lián)負(fù)反饋的具有電流并聯(lián)負(fù)反饋的U/I變換電路變換電路具有電流并聯(lián)負(fù)反饋的具有電流并聯(lián)負(fù)反饋的U/I變換電路，在理想條件下變換電路，在理想條件下得得RfLiii 11Ruiiif RRRiRRRRRiiffLffLR 1)(RRRuifiL 112.2.絕對值檢測電路絕對值檢測電路（1 1絕對值電路原理絕對值電路原理絕

47、對值電路就是全波整流電路。絕對值電路就是全波整流電路。其特點是將交變的其特點是將交變的雙極性信號轉(zhuǎn)變雙極性信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱螛O性信號。為單極性信號。右圖是由線性集成右圖是由線性集成電路和二極管一電路和二極管一起組成的絕對值起組成的絕對值電路。電路。當(dāng)輸入信號當(dāng)輸入信號Ui為正極性時，因為正極性時，因A1是反向輸入，因此是反向輸入，因此D2截止，截止， D1導(dǎo)通。若選配導(dǎo)通。若選配R1=R2、R6=R4=2R5，則輸出電壓，則輸出電壓U0+為為當(dāng)輸入信號當(dāng)輸入信號Ui為負(fù)極性時，為負(fù)極性時，D1截止，截止，D2導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則U01被被D1切切斷，不能輸入到斷，不能輸入到A2的輸入端，則輸出電壓的輸入

48、端，則輸出電壓U0-為為 iiioioUURRRRURRURRURRU)()(12564615646 iiUURRU460（2 2絕對值電路的性能改善絕對值電路的性能改善1 1提高輸入阻抗提高輸入阻抗在前面的絕對值電路中，由于采用了反相輸入結(jié)構(gòu)，在前面的絕對值電路中，由于采用了反相輸入結(jié)構(gòu)，其輸入電阻較低。當(dāng)信號源內(nèi)阻較大時，在信號源其輸入電阻較低。當(dāng)信號源內(nèi)阻較大時，在信號源與絕對值電路之間就不得不接入緩沖級，從而使電與絕對值電路之間就不得不接入緩沖級，從而使電路復(fù)雜化。為了使電路盡可能簡單而輸入阻抗又高路復(fù)雜化。為了使電路盡可能簡單而輸入阻抗又高，可將圖中的運算放大器改成同相輸入形式，改進

49、，可將圖中的運算放大器改成同相輸入形式，改進后的絕對值電路的輸入電阻約為兩個運算放大器的后的絕對值電路的輸入電阻約為兩個運算放大器的共模共模輸入電阻并聯(lián)，可高達(dá)輸入電阻并聯(lián)，可高達(dá)10M10M以上。以上。其工作原理與前面的絕其工作原理與前面的絕對值電路基本相同。對值電路基本相同。2減小匹配電阻的絕對值減小匹配電阻的絕對值上述兩電路若要實現(xiàn)高精度絕對值轉(zhuǎn)換，就必須精確選配電阻上述兩電路若要實現(xiàn)高精度絕對值轉(zhuǎn)換，就必須精確選配電阻。右圖是經(jīng)改進后的絕對值右圖是經(jīng)改進后的絕對值電路。這個電路只需精電路。這個電路只需精確選配一對電阻，即確選配一對電阻，即R1=R2，就可滿足高精，就可滿足高精度絕對值轉(zhuǎn)

50、換的要求。度絕對值轉(zhuǎn)換的要求。3.3.電壓保持電路電壓保持電路（1 1采樣保持電路采樣保持電路A/DA/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時間轉(zhuǎn)換器的孔徑時間在對模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換時，從啟動變換到變在對模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換時，從啟動變換到變換結(jié)束的數(shù)字量輸出，需要一定的時間。換結(jié)束的數(shù)字量輸出，需要一定的時間。采樣保持器采樣保持器由于孔徑時間的存在，當(dāng)輸入信號頻率提高時會造由于孔徑時間的存在，當(dāng)輸入信號頻率提高時會造成較大的轉(zhuǎn)換誤差。要防止這種誤差的產(chǎn)生，必須成較大的轉(zhuǎn)換誤差。要防止這種誤差的產(chǎn)生，必須在在A/D A/D 轉(zhuǎn)換開始時將信號電平保持住，而在轉(zhuǎn)換開始時將信號電平保持住，而在A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換后又能跟

51、蹤輸入信號的變化，完成這種功能的器換后又能跟蹤輸入信號的變化，完成這種功能的器件叫采樣保持器。件叫采樣保持器。在模擬量輸出通道，為使輸出得到一個平滑的模擬信在模擬量輸出通道，為使輸出得到一個平滑的模擬信號，或?qū)Χ嗤ǖ肋M行分時控制，也常采用采樣保號，或?qū)Χ嗤ǖ肋M行分時控制，也常采用采樣保持器。持器。采樣采樣/保持器由存儲器電容保持器由存儲器電容C、模擬開關(guān)、模擬開關(guān)S 等組成。等組成。當(dāng)當(dāng)S接通時，輸出信號跟蹤輸入信號，稱采樣階段。接通時，輸出信號跟蹤輸入信號，稱采樣階段。當(dāng)當(dāng)S斷開時，斷開時，C兩端一直保持兩端一直保持S斷開時的電壓，稱保持階段。斷開時的電壓，稱保持階段。為使采樣為使采樣/保持

52、器具有足夠的精度，一般在輸入級和輸出級均采保持器具有足夠的精度，一般在輸入級和輸出級均采用緩沖器，以減少信號源的輸出阻抗，增加負(fù)載的輸入阻抗用緩沖器，以減少信號源的輸出阻抗，增加負(fù)載的輸入阻抗。在電容選擇時，使其大小適宜，以保證其時間常數(shù)適中，。在電容選擇時，使其大小適宜，以保證其時間常數(shù)適中，并且其漏泄要小。并且其漏泄要小。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，目前已生產(chǎn)出多種集成采樣隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，目前已生產(chǎn)出多種集成采樣/保持器。為了使用方便，有些采樣保持器。為了使用方便，有些采樣/保持器的內(nèi)部還設(shè)有保保持器的內(nèi)部還設(shè)有保持電容。持電容。常用集成采樣常用集成采樣/保持器有保持器有可

53、用于一般目的：可用于一般目的：AD582 、 AD583 、 LF198 系列等；系列等；用于高速場合的：用于高速場合的：HTS-0025 , HTS-0010 , HTC-0300 等；等；用于高分辨率場合的：用于高分辨率場合的：SHAll44 等。等。 集成采樣集成采樣/保持器的特點是：保持器的特點是：l采樣速度快、精度高，一般在采樣速度快、精度高，一般在 22.5s，即達(dá)到，即達(dá)到0.01%0.003%。2下降速度慢，如下降速度慢，如AD585 , AD348為為0.5mV/ms，AD389為為0.1 mV/ms。LF398內(nèi)部由輸入緩沖級、輸出驅(qū)動級和控制電路只部分組成。控制電路內(nèi)部由

54、輸入緩沖級、輸出驅(qū)動級和控制電路只部分組成?？刂齐娐分兄蠥3主要起到比較器的作用；其中主要起到比較器的作用；其中7腳為控制邏輯參考電壓輸入端，腳為控制邏輯參考電壓輸入端，8腳腳為控制邏輯電壓輸入端。為控制邏輯電壓輸入端。當(dāng)輸入控制邏輯電平高于參考端電壓時，當(dāng)輸入控制邏輯電平高于參考端電壓時，A3輸出一個低電平信號驅(qū)動開關(guān)輸出一個低電平信號驅(qū)動開關(guān)S閉合，此時輸入經(jīng)閉合，此時輸入經(jīng)A1后跟隨輸出到后跟隨輸出到A2，再由，再由A2的輸出端跟隨輸出，的輸出端跟隨輸出，同時向保持電容接同時向保持電容接6端充電；端充電；而當(dāng)控制端邏輯電平低于參考電壓時，而當(dāng)控制端邏輯電平低于參考電壓時， A3輸出一個正

55、電平信號使開關(guān)輸出一個正電平信號使開關(guān)S斷斷開，以達(dá)到非采樣時間內(nèi)保持器仍保持原來輸入的目的。因此開，以達(dá)到非采樣時間內(nèi)保持器仍保持原來輸入的目的。因此A1、A2是跟隨器，其作用主要是對保持電容輸入和輸出端進行阻抗變換，以提是跟隨器，其作用主要是對保持電容輸入和輸出端進行阻抗變換，以提高采樣保持器的性能。高采樣保持器的性能。（2 2峰值保持電路峰值保持電路1 1峰值保持電路原理峰值保持電路原理峰值保持電路是一種模擬峰值保持電路是一種模擬存儲電路。當(dāng)加以有輸存儲電路。當(dāng)加以有輸入信號時，它自動跟蹤入信號時，它自動跟蹤輸入信號的峰值，并將輸入信號的峰值，并將該峰值保持下來。該峰值保持下來。當(dāng)輸入電

56、壓為正信號時，二極管導(dǎo)通，電容被充電到當(dāng)輸入電壓為正信號時，二極管導(dǎo)通，電容被充電到輸入電壓的峰值；輸入電壓的峰值；當(dāng)輸入信號過峰值而下降時，二極管截止，電容上的當(dāng)輸入信號過峰值而下降時，二極管截止，電容上的電荷因無放電回路而保持下來。只有當(dāng)輸入信號上電荷因無放電回路而保持下來。只有當(dāng)輸入信號上升到大于電容上的電壓后，二極管才導(dǎo)通，使輸出升到大于電容上的電壓后，二極管才導(dǎo)通，使輸出跟蹤輸入直到新的峰值并將其保持下來。跟蹤輸入直到新的峰值并將其保持下來。2峰值保持電路峰值保持電路電壓與脈沖量之間的變換電路主要有電壓電壓與脈沖量之間的變換電路主要有電壓-頻率頻率V/F變換器、頻率變換器、頻率-電壓

57、電壓F/V變換器以及電壓變換器以及電壓-脈寬脈寬U/H變換器。變換器。1.電壓電壓-頻率頻率V/F變換器和頻率變換器和頻率-電壓電壓F/V變換器變換器電壓電壓-頻率頻率V/F變換器是輸出信號頻率正比于輸入信號電壓的線性變換變換器是輸出信號頻率正比于輸入信號電壓的線性變換裝置，其傳輸函數(shù)可表示為裝置，其傳輸函數(shù)可表示為頻率頻率-電壓電壓F/V變換器是輸出信號電壓正比于輸入信號頻率的線性變換變換器是輸出信號電壓正比于輸入信號頻率的線性變換裝置，其傳輸函數(shù)可表示為裝置，其傳輸函數(shù)可表示為 由于上述兩種變換器不需要同步時鐘，因而，其成本比由于上述兩種變換器不需要同步時鐘，因而，其成本比A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器

58、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和和D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器低得多，與計算機連接時特別簡單。它們都可以數(shù)模轉(zhuǎn)換器低得多，與計算機連接時特別簡單。它們都可以用運算放大器加上一些元件組成。用運算放大器加上一些元件組成。四、電壓與脈沖量間的變換電路四、電壓與脈沖量間的變換電路 ioKUf ioQfU 頻率-電壓F/V變換器用于增量式光電編碼器能測可逆轉(zhuǎn)向的頻壓轉(zhuǎn)換電路：用于增量式光電編碼器能測可逆轉(zhuǎn)向的頻壓轉(zhuǎn)換電路：該電路由一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器該電路由一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MT，一個一個D觸發(fā)器觸發(fā)器DT、一個異或門、一個異或門EX-OR和一直流差動放大器和一直流差動放大器A 組成。組成。設(shè)設(shè)DT、MT、EX-OR輸出的高電輸出的高電平均為平

59、均為usV，低電平均為，低電平均為0V，MT的暫態(tài)時間為的暫態(tài)時間為 。當(dāng)光電編碼器正轉(zhuǎn)，輸出方波頻當(dāng)光電編碼器正轉(zhuǎn)，輸出方波頻率率f代表轉(zhuǎn)速的大小，此時代表轉(zhuǎn)速的大小，此時MT輸出的直流分量為輸出的直流分量為usf，而，而DT輸出為輸出為0，故，故EX-OR輸出的直輸出的直流分量亦為流分量亦為usf，經(jīng)，經(jīng)R1、R2分壓加到差動放大器同相輸入的電壓為分壓加到差動放大器同相輸入的電壓為usf /2，而加到反相輸入端的電壓為，而加到反相輸入端的電壓為0，故放大器，故放大器A的輸出電壓為的輸出電壓為fukusex 21 當(dāng)光電編碼器反轉(zhuǎn)時，當(dāng)光電編碼器反轉(zhuǎn)時，MT輸出直流分量仍為輸出直流分量仍為u

60、sf (其中其中f代表轉(zhuǎn)速大小代表轉(zhuǎn)速大小)，DT輸出為輸出為us，EX-OR輸出輸出直流分量為直流分量為us(1-f )。此時。此時加到放大器加到放大器A同相輸入端的同相輸入端的電壓為電壓為us(1-f )/2、加到反、加到反相輸入端的電壓為相輸入端的電壓為us/2 。故放大器故放大器A輸出電壓輸出電壓fukufukusssex 2121121 )(2.2.電壓電壓- -脈寬脈寬U/HU/H變換電路變換電路 1三角波發(fā)生器原理三角波發(fā)生器原理三角波發(fā)生器由具有正反饋的運算放大器三角波發(fā)生器由具有正反饋的運算放大器A1及阻容元及阻容元件件R4、C組成。若設(shè)組成。若設(shè)A1起始時輸出為正向限幅電壓