檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械制造及自動(dòng)化劉鵬檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 檢測(cè)系統(tǒng)的功能、分類及組成；機(jī)電一體化對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的基本要求；檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 檢測(cè)系統(tǒng)的功能檢測(cè)系統(tǒng)的功能檢測(cè)系統(tǒng)是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個(gè)重要組成部分，要使機(jī)電一檢測(cè)系統(tǒng)是機(jī)電一體化產(chǎn)品的一個(gè)重要組成部分，要使機(jī)電一體化系統(tǒng)有效地發(fā)揮功能，必須首先獲得各種各樣的信息。檢測(cè)系體化系統(tǒng)有效地發(fā)揮功能，必須首先獲得各種各樣的信息。檢測(cè)系統(tǒng)的功能便是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需的本身和外界環(huán)境的各個(gè)參數(shù)及狀統(tǒng)的功能便是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中所需的本身和外界環(huán)境的各個(gè)參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，變成可識(shí)信號(hào)、傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?。態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，

2、變成可識(shí)信號(hào)、傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?。檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 生物系統(tǒng)眼、耳、皮膚等 機(jī)電一體化外界大腦感覺器官運(yùn)動(dòng)器官外界計(jì)算機(jī)傳感器執(zhí)行裝置檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 分類檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 組成執(zhí)行器被測(cè)對(duì)象傳感器信號(hào)調(diào)理電路數(shù)據(jù)采集信號(hào)處理信號(hào)傳輸信號(hào)記錄信號(hào)顯示控制及功率放大輸入設(shè)備穩(wěn)壓電源檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳感器傳感器傳感器直接作用于被測(cè)量，并能按一定的規(guī)律將被測(cè)量傳感器直接作用于被測(cè)量，并能按一定的規(guī)律將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出。這種輸出通常是電信號(hào)。轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出。這種輸出通常是電信號(hào)。 信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)把來自傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成更適合于進(jìn)一

3、信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)把來自傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成更適合于進(jìn)一步傳輸和處理的形式步傳輸和處理的形式數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集（系統(tǒng)）在檢測(cè)系統(tǒng)中的作用是對(duì)信號(hào)調(diào)理后數(shù)據(jù)采集（系統(tǒng)）在檢測(cè)系統(tǒng)中的作用是對(duì)信號(hào)調(diào)理后的連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號(hào)電壓幅度相對(duì)應(yīng)的的的連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號(hào)電壓幅度相對(duì)應(yīng)的的一系列信息同時(shí)以一定的方式把這些轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)集市傳遞給微處理和各一系列信息同時(shí)以一定的方式把這些轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)集市傳遞給微處理和各種器或依次自動(dòng)儲(chǔ)存。種器或依次自動(dòng)儲(chǔ)存。信號(hào)處理信號(hào)處理信號(hào)模塊是現(xiàn)代檢測(cè)儀表、檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各信號(hào)模塊是現(xiàn)代檢測(cè)儀表、檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和各種控制的中樞

4、環(huán)節(jié)，其作用種控制的中樞環(huán)節(jié)，其作用 和人的大腦類似。和人的大腦類似。信號(hào)顯示、記錄信號(hào)顯示、記錄信號(hào)顯示、來先死記錄環(huán)節(jié)以觀察者易于觀察的信號(hào)顯示、來先死記錄環(huán)節(jié)以觀察者易于觀察的形式來顯示測(cè)量的結(jié)果或者將測(cè)量結(jié)果儲(chǔ)存，以供必要時(shí)使用。形式來顯示測(cè)量的結(jié)果或者將測(cè)量結(jié)果儲(chǔ)存，以供必要時(shí)使用。檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32411.標(biāo)尺光柵 2.指示光柵3.光電元件 4.光源檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)圖檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鎢絲燈泡：鎢絲燈泡：輸出功率較大，工作范圍較寬（-40到+130）與光電元件相組合的轉(zhuǎn)換效率低。在機(jī)械振動(dòng)和沖擊條件下工作時(shí)，使用壽命將降低使

5、用壽命將降低。 半導(dǎo)體發(fā)光器件半導(dǎo)體發(fā)光器件:轉(zhuǎn)換效率高，響應(yīng)特征快速轉(zhuǎn)換效率高，響應(yīng)特征快速。 如砷化鎵發(fā)光二極管，與硅光敏三極管相結(jié)合，轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)30%左右。砷化鎵發(fā)光二極管的脈沖響應(yīng)速度約為幾十ns，可以使光源工作在觸發(fā)狀態(tài)，從而減小功耗和熱耗散。 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工作原理工作原理當(dāng)使指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋當(dāng)使指示光柵上的線紋與標(biāo)尺光柵上的線紋成一角度成一角度來放置來放置兩兩光柵尺時(shí)，必然會(huì)造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下，光柵尺時(shí)，必然會(huì)造成兩光柵尺上的線紋互相交叉。在光源的照射下，交叉點(diǎn)近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊，因而遮光面積最小，擋光交叉

6、點(diǎn)近旁的小區(qū)域內(nèi)由于黑色線紋重疊，因而遮光面積最小，擋光效應(yīng)最弱，光的累積作用使得這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)效應(yīng)最弱，光的累積作用使得這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)亮帶亮帶。相反，距交叉點(diǎn)較。相反，距交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少，遠(yuǎn)的區(qū)域，因兩光柵尺不透明的黑色線紋的重疊部分變得越來越少，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應(yīng)變強(qiáng)，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應(yīng)變強(qiáng)，只有較少的光線能通過這個(gè)區(qū)域透過光柵，使這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)只有較少的光線能通過這個(gè)區(qū)域透過光柵，使這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)暗帶暗帶。這這些與光柵線紋些與光柵線紋幾乎幾乎垂直，相間出現(xiàn)的亮、暗帶就是垂

7、直，相間出現(xiàn)的亮、暗帶就是莫爾條紋莫爾條紋。莫爾條紋（莫爾條紋（MoireMoire） 條紋寬度：條紋寬度： WWB)2/sin(2W-柵距，柵距， a-線寬，線寬， b-縫寬縫寬W=a+b ，a=b=W/2 均勻刻線均勻刻線主光柵主光柵指示光柵指示光柵夾角夾角明暗相間條紋明暗相間條紋莫爾條紋莫爾條紋移動(dòng)移動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 方向性：方向性：垂直于角平分線，當(dāng)夾角很小時(shí)垂直于角平分線，當(dāng)夾角很小時(shí) 與與光柵移動(dòng)方向垂直光柵移動(dòng)方向垂直 同步性：同步性：光柵移動(dòng)一個(gè)柵距光柵移動(dòng)一個(gè)柵距 莫爾條紋移動(dòng)一莫爾條紋移動(dòng)一個(gè)間距個(gè)間距方向?qū)?yīng)方向?qū)?yīng) 放大性：放大性：夾角夾角很小很小 BW 光學(xué)

8、放大光學(xué)放大 提提高靈敏度高靈敏度 可調(diào)性：可調(diào)性：夾角夾角 條紋間距條紋間距B 靈活靈活 準(zhǔn)確性：準(zhǔn)確性：大量刻線大量刻線 誤差平均效應(yīng)誤差平均效應(yīng) 克服個(gè)別克服個(gè)別/局部誤差局部誤差 提高精度提高精度 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)原理把兩個(gè)平面繞兩個(gè)平面繞組間的位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)組間的位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種位移傳感器。按測(cè)量機(jī)械位移的對(duì)象不同可分為直線型直線型和圓盤圓盤型型兩類，分別用來檢測(cè)直線位移直線位移和角位移角位移。檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)感應(yīng)同步器結(jié)構(gòu)4l檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 磁柵是一種利用磁柵是一種利用電磁特性和錄磁原

9、理電磁特性和錄磁原理對(duì)位移進(jìn)行檢測(cè)的裝置。它一般對(duì)位移進(jìn)行檢測(cè)的裝置。它一般分為分為磁性標(biāo)尺磁性標(biāo)尺、拾磁磁頭、拾磁磁頭以及以及檢測(cè)電路檢測(cè)電路三部分。在磁性標(biāo)尺上，有用三部分。在磁性標(biāo)尺上，有用錄磁磁頭錄制的具有一定波長(zhǎng)的方波或正弦波信號(hào)。檢測(cè)時(shí)，拾磁磁錄磁磁頭錄制的具有一定波長(zhǎng)的方波或正弦波信號(hào)。檢測(cè)時(shí)，拾磁磁頭讀取磁性標(biāo)尺上的方波或正弦波電磁信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，頭讀取磁性標(biāo)尺上的方波或正弦波電磁信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，根據(jù)此電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)位移的檢測(cè)。根據(jù)此電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)位移的檢測(cè)。 磁柵按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為磁柵按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為直線式直線式和和角位移式角位移式，分別用于，分別用于長(zhǎng)

10、度長(zhǎng)度和和角度角度的的檢測(cè)。檢測(cè)。 磁柵具有精度高、復(fù)制簡(jiǎn)單以及安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，而且在油污、磁柵具有精度高、復(fù)制簡(jiǎn)單以及安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，而且在油污、灰塵較多的工作環(huán)境使用時(shí)，仍具有較高的穩(wěn)定性。磁柵作為檢測(cè)元灰塵較多的工作環(huán)境使用時(shí)，仍具有較高的穩(wěn)定性。磁柵作為檢測(cè)元件可用在數(shù)控機(jī)床和其他測(cè)量機(jī)上。件可用在數(shù)控機(jī)床和其他測(cè)量機(jī)上。檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 角位移檢測(cè)傳感器角位移檢測(cè)傳感器一、旋轉(zhuǎn)變壓器一、旋轉(zhuǎn)變壓器 旋轉(zhuǎn)變壓器是一種利用旋轉(zhuǎn)變壓器是一種利用電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理將轉(zhuǎn)角變換為電壓信號(hào)的傳感將轉(zhuǎn)角變換為電壓信號(hào)的傳感器。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無特殊要求，輸出信號(hào)

11、大，器。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈敏，對(duì)環(huán)境無特殊要求，輸出信號(hào)大，抗干擾好，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中?？垢蓴_好，因此被廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中。二、光電編碼器二、光電編碼器 光電編碼器是一種光電編碼器是一種碼盤式角度碼盤式角度數(shù)字檢測(cè)元件數(shù)字檢測(cè)元件。它有兩種基本類型：。它有兩種基本類型：一種是增量式編碼器，一種是絕對(duì)式編碼器。一種是增量式編碼器，一種是絕對(duì)式編碼器。 增量式編碼器增量式編碼器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、精度易于保證等優(yōu)點(diǎn)，所具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低、精度易于保證等優(yōu)點(diǎn)，所以目前采用最多。以目前采用最多。 絕對(duì)式編碼器絕對(duì)式編碼器能直接給出對(duì)應(yīng)于每個(gè)轉(zhuǎn)角的數(shù)字信息，便于計(jì)算機(jī)能直

12、接給出對(duì)應(yīng)于每個(gè)轉(zhuǎn)角的數(shù)字信息，便于計(jì)算機(jī)處理，但當(dāng)進(jìn)給數(shù)大于一轉(zhuǎn)時(shí)，須作特別處理，而且必須用減速齒輪處理，但當(dāng)進(jìn)給數(shù)大于一轉(zhuǎn)時(shí)，須作特別處理，而且必須用減速齒輪將兩個(gè)以上的編碼器連接起來，組成多級(jí)檢測(cè)裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、將兩個(gè)以上的編碼器連接起來，組成多級(jí)檢測(cè)裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。成本高。 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 速度、加速度傳感器速度、加速度傳感器 直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 光電式速度傳感器 電阻應(yīng)變片式加速度傳感器檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)電一體化對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的基本要求機(jī)電一體化對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的基本要求性能方面：精度、靈敏度和分辨率高性能方面：精度、靈敏度和分辨率高線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好線性、

13、穩(wěn)定性和重復(fù)性好抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)靜、動(dòng)態(tài)特性好靜、動(dòng)態(tài)特性好特殊要求：體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、特殊要求：體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、便便于安裝于安裝與維修、耐環(huán)境性能好等。與維修、耐環(huán)境性能好等?；緟?shù)指標(biāo)環(huán)境參數(shù)指標(biāo)可靠性指標(biāo)其它指標(biāo)量程指標(biāo)量程指標(biāo): :量程范圍、過載能力等量程范圍、過載能力等靈敏度指標(biāo)靈敏度指標(biāo): :靈敏度、分辨力、滿量程輸出靈敏度、分辨力、滿量程輸出、輸入輸出阻抗等、輸入輸出阻抗等精度有關(guān)指標(biāo)精度有關(guān)指標(biāo): :精度、誤差、線性、滯后、重精度、誤差、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性等復(fù)性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo): :固有頻率、阻尼比、

14、時(shí)間常數(shù)固有頻率、阻尼比、時(shí)間常數(shù)、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、頻率響應(yīng)范圍、頻率特性、臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時(shí)臨界頻率、臨界速度、穩(wěn)定時(shí)間、過沖量、穩(wěn)態(tài)誤差等間、過沖量、穩(wěn)態(tài)誤差等溫度指標(biāo)溫度指標(biāo): :工作溫度范圍、溫度工作溫度范圍、溫度誤差、溫度漂移、溫誤差、溫度漂移、溫度系數(shù)、熱滯后等度系數(shù)、熱滯后等抗沖振指標(biāo)抗沖振指標(biāo): :允許各向抗沖振的頻允許各向抗沖振的頻率、振幅及加速度、率、振幅及加速度、沖振所引入的誤差等沖振所引入的誤差等其它環(huán)境參數(shù)其它環(huán)境參數(shù): :抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕抗潮濕、抗介質(zhì)腐蝕能力、抗電磁干擾能能力、抗電磁干擾能力等力等工作壽命、平均無故障時(shí)間、保險(xiǎn)期、疲勞性能、絕緣電

15、阻、耐壓及抗飛弧等使用有關(guān)指標(biāo)使用有關(guān)指標(biāo): :供電方式供電方式( (直流、交流直流、交流、頻率及波形等、頻率及波形等) )、功、功率、各項(xiàng)分布參數(shù)值、率、各項(xiàng)分布參數(shù)值、電壓范圍與穩(wěn)定度等電壓范圍與穩(wěn)定度等結(jié)構(gòu)方面指標(biāo)結(jié)構(gòu)方面指標(biāo): :外形尺寸、重量、殼體外形尺寸、重量、殼體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等安裝連接方面指標(biāo)安裝連接方面指標(biāo): :安裝方式、饋線電纜等安裝方式、饋線電纜等傳感器的技傳感器的技術(shù)指標(biāo)術(shù)指標(biāo) 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要任務(wù)：根據(jù)使用要求合理選用傳感器，并設(shè)計(jì)或選用相應(yīng)主要任務(wù)：根據(jù)使用要求合理選用傳感器，并設(shè)計(jì)或選用相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)與處理電