傳感檢測(cè)技術(shù)課件

4傳感檢測(cè)技術(shù)1.檢測(cè)系統(tǒng)的組成

(1)把各種非電量信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào),這就是傳感器的功能,傳感器又稱(chēng)為一次儀表。

(2)對(duì)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量,并進(jìn)行放大、運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、記錄、指示、顯示等處理,這叫作電信號(hào)處理系統(tǒng),通常被稱(chēng)為二次儀表。精選課件14傳感檢測(cè)技術(shù)1.檢測(cè)系統(tǒng)的組成精選課件1

非電量檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式精選課件2 非電量檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式精選課件2傳感器的構(gòu)成傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。

傳感器的組成框圖精選課件3傳感器的組成框圖精選課件3（1）敏感元件:是一種能夠?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量的預(yù)變換裝置,其輸入、輸出間具有確定的數(shù)學(xué)關(guān)系（最好為線性）。如彈性敏感元件將力轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出。（2）轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（如電阻、電感、電容等）形式。（3）基本轉(zhuǎn)換電路：將電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量,如電壓、電流、頻率等。

精選課件4（1）敏感元件:是一種能夠?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量的按被測(cè)物理量分為：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感、力傳感器、溫度傳感器等。溫度傳感器壓力傳感器扭矩傳感器角位移傳感器位移傳感器精選課件5按被測(cè)物理量分為：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感、力傳感按傳感器工作的物理原理分為：電阻式、電感式、電容式、光電式等等。壓電式加速度傳感器激光位移傳感器光纖式位移傳感器超聲波位移傳感器傳感器電感式位移傳感器精選課件6按傳感器工作的物理原理分為：電阻式、電感式、電容式、光電式傳感器的數(shù)學(xué)模型及特性指標(biāo)描述傳感器輸入–輸出關(guān)系的方法：

數(shù)學(xué)模型基本特性指標(biāo)被測(cè)輸入量靜態(tài)量準(zhǔn)靜態(tài)量動(dòng)態(tài)量靜態(tài)特性指標(biāo)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型精選課件7傳感器的數(shù)學(xué)模型及特性指標(biāo)描述傳感器輸入–輸出關(guān)系的方法一、傳感器的靜態(tài)模型1.代數(shù)方程x——輸入量；y——輸出量；a0——零位輸出；a1——傳感器的靈敏度：K、S；a2……an——非線性項(xiàng)待定常數(shù)。xay1=條件:不考慮傳感器滯后、蠕變情況下精選課件8一、傳感器的靜態(tài)模型1.代數(shù)方程x——輸入量；y2.特性曲線精選課件92.特性曲線精選課件93靜態(tài)特性（1）線性度。傳感器的實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱(chēng)為傳感器的非線性誤差（線性度）。傳感器的線性度示意圖

精選課件10傳感器的線性度示意圖精選課件10（2）靈敏度。傳感器到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)輸出變化量與引起此變化量的輸入變量之比，用S0表示,即

（3）最小檢測(cè)量最小檢測(cè)量是指?jìng)鞲衅髂艽_切反映被測(cè)量的最低極限量。精選課件11（2）靈敏度。傳感器到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)輸出變化量與引起此變（4）精確度（精度）

精密度δ

對(duì)某一穩(wěn)定的對(duì)象（被測(cè)量）由同一測(cè)量者用同一傳感器和測(cè)量?jī)x表在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測(cè)量多次，其測(cè)量結(jié)果的分散程度。（對(duì)應(yīng)隨機(jī)誤差）

正確度ε測(cè)量結(jié)果偏離真值大小的程度，即示值有規(guī)則偏離真值的程度。（對(duì)應(yīng)系統(tǒng)誤差）

精確度τ

包含精密度和正確度兩者之和的意思，即測(cè)量的綜合優(yōu)良程度。精選課件12（4）精確度（精度）精選課件12（5）遲滯。傳感器在正(輸入量增大)、反(輸入量減小)行程中輸出/輸入特性曲線的不重合程度稱(chēng)為遲滯,遲滯誤差一般以最大偏差或最大偏差的一半與滿量程輸出yFS的百分?jǐn)?shù)表示：

遲滯特性

精選課件13（5）遲滯。傳感器在正(輸入量增大)、反(輸入量減小)行程中（6）重復(fù)特性。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),所得的輸出/輸入曲線不一致的程度,稱(chēng)為重復(fù)特性,重復(fù)特性誤差用最大重復(fù)性誤差與滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示,即重復(fù)特性精選課件14（6）重復(fù)特性。傳感器在同一條件下,被測(cè)輸入量按同一方向(7)漂移

零點(diǎn)漂移傳感器無(wú)輸入時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值的程度。溫漂溫漂表示溫度變化時(shí)，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變化1℃輸出最大偏差與滿量程的百分比表示。精選課件15(7)漂移精選課件15傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)一、動(dòng)態(tài)模型1.微分方程微分方程傳遞函數(shù)條件：線性定常系統(tǒng)精選課件16傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)一、動(dòng)態(tài)模型1.微分方一階環(huán)節(jié)一階傳感器二階環(huán)節(jié)二階傳感器零階環(huán)節(jié)零階傳感器比例環(huán)節(jié)、無(wú)慣性環(huán)節(jié)精選課件17一階環(huán)節(jié)一階傳感器二階環(huán)節(jié)二階傳感器零階環(huán)節(jié)零階傳感器比例環(huán)二、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)階躍響應(yīng)法（時(shí)域）階躍函數(shù)正弦函數(shù)指數(shù)函數(shù)沖擊函數(shù)頻率響應(yīng)法（頻域）2.傳遞函數(shù)精選課件18二、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)階躍響應(yīng)法（時(shí)域）階躍函數(shù)正弦函時(shí)間常數(shù)一階傳感器系統(tǒng)階躍響應(yīng)單位階躍信號(hào)精選課件19時(shí)間常數(shù)一階傳感器系統(tǒng)階躍響應(yīng)單位階躍信號(hào)精選課件19二階傳感器系統(tǒng)上升時(shí)間Tr響應(yīng)時(shí)間Ts超調(diào)量a1峰值時(shí)間Tp

延滯時(shí)間Td穩(wěn)態(tài)誤差精選課件20二階傳感器系統(tǒng)上升時(shí)間Tr響應(yīng)時(shí)間Ts超調(diào)量a1峰值時(shí)間Tp傳感器的選用原則1足夠的容量傳感器的工作范圍或量程足夠的大，并具有一定過(guò)載的能力。2與測(cè)量或控制系統(tǒng)的匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高。3精度高，穩(wěn)定性好4反應(yīng)速度快，工作可靠性好。5適用性和適應(yīng)性強(qiáng)6使用經(jīng)濟(jì)精選課件21傳感器的選用原則精選課件21位移傳感器一、電感式位移傳感器電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電感量的變化。1、自感型電感式傳感器

可變磁阻式電感傳感器、電渦流式傳感器2、互感型電感傳感器

精選課件22位移傳感器一、電感式位移傳感器電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理自感L可表示為：靈敏度：1）可變磁阻式電感傳感器1、自感型電感式傳感器

精選課件23自感L可表示為：靈敏度：1）可變磁阻式電感傳感器1、自感型電

差動(dòng)型磁阻式傳感器,它由兩個(gè)相同的線圈、鐵心及活動(dòng)銜鐵組成。當(dāng)活動(dòng)銜鐵接于中間位置（位移為零）時(shí),兩線圈的自感L相等,輸出為零。當(dāng)銜鐵有位移Δδ時(shí),兩個(gè)線圈的間隙為δ0+Δδ,δ0-Δδ,這表明一個(gè)線圈的自感增加,而另一個(gè)線圈的自感減小?？勺兇抛璨顒?dòng)式傳感器精選課件24差動(dòng)型磁阻式傳感器,它由兩個(gè)相同的線圈、鐵心及活動(dòng)銜鐵可變磁阻面積型電感傳感器精選課件25可變磁阻面積型電感傳感器精選課件25差動(dòng)變壓器式電感傳感器：傳感器由線圈、鐵芯和活動(dòng)銜鐵三部分組成。當(dāng)初級(jí)線圈輸入交流激勵(lì)電壓時(shí)，次級(jí)線圈將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1和e2。傳感器的輸出電壓為兩者之差，即ey=e1-e2。的大小隨活動(dòng)銜鐵的位置而變。當(dāng)活動(dòng)銜鐵位置居中時(shí)，e1=e2，ev=0；當(dāng)活動(dòng)銜鐵向上移時(shí)，即e1>e2，ey>0;當(dāng)活動(dòng)銜鐵向下移時(shí)，e1<e2，ey<0。活動(dòng)銜鐵的位置往復(fù)變化，其輸出電壓也隨之變化。2、互感型電感傳感器精選課件26差動(dòng)變壓器式電感傳感器：傳感器由線圈、鐵芯和活動(dòng)銜鐵三部分組2）電渦流式電感傳感器高頻反射式渦流傳感器：高頻(>1MHz)激勵(lì)電流，產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，在金屬板表面將形成渦電流。若只改變距離δ而保持其他系數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化。精選課件272）電渦流式電感傳感器高頻反射式渦流傳感器：高頻(>1MHz低頻透射式渦流傳感器：發(fā)射線圈ω1和接收線圈ω2分別置于被測(cè)金屬板材料G的上、下方。當(dāng)?shù)皖l(音頻范圍)電壓e1加到線圈ω1的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過(guò)金屬板材料G，使線圈ω2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2，且e2隨材料厚度h的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少。精選課件28低頻透射式渦流傳感器：發(fā)射線圈ω1和接收線圈ω2分別置于被測(cè)二、電容式位移傳感器電容式傳感器是將被測(cè)物理量的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再通過(guò)配套的測(cè)量電路，將電容的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

式中：ε0——真空的介電常數(shù)；

s——極板的遮蓋面積；ε——極板間相對(duì)介電系數(shù)；δ——兩平行極板間的距離。精選課件29二、電容式位移傳感器電容式傳感器是將被測(cè)物理量的位移轉(zhuǎn)換為電1、極距變化型電容式傳感器如果兩極板相互覆蓋面積及極間介質(zhì)不變，當(dāng)兩極板在被測(cè)參數(shù)作用下發(fā)生位移，引起電容量的變化為：傳感器的靈敏度為：精選課件301、極距變化型電容式傳感器如果兩極板相互覆蓋面積及極間介質(zhì)不2、面積變化型電容式傳感器動(dòng)板與定板之間相互覆蓋的面積引起電容量變化。當(dāng)覆蓋面積對(duì)應(yīng)的中心角為a、極板半徑為r時(shí)，覆蓋面積為：面積為：其靈敏度為：精選課件312、面積變化型電容式傳感器動(dòng)板與定板之間相互覆蓋的面積引起電3、介質(zhì)變化型電容式傳感器的變換原理這種傳感器大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度(圖a)、位移(圖b)、液位(圖c)，還可根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變來(lái)測(cè)量溫度、濕度、容量(圖d)等。精選課件323、介質(zhì)變化型電容式傳感器的變換原理這種傳感器大多用于測(cè)量電三、光柵位移傳感器精選課件33三、光柵位移傳感器精選課件33把指示光柵平行地放在標(biāo)尺光柵上面，并且使它們的刻線相互傾斜一個(gè)很小的角度，這時(shí)在指示光柵上就出現(xiàn)幾條較粗的明暗條紋，稱(chēng)為莫爾條紋。它們是沿著與光柵條紋幾乎成垂直的方向排列。精選課件34把指示光柵平行地放在標(biāo)尺光柵上面，并且使它們的刻線相互傾斜一

莫爾條紋的位移與光柵的移動(dòng)成比例。光柵每移動(dòng)過(guò)一個(gè)柵距W，莫爾條紋就移動(dòng)過(guò)一個(gè)條紋間距B

莫爾條紋具有位移放大作用。莫爾條紋的間距B與兩光柵條紋夾角之間關(guān)系為例如:W=0.02mm,=0.1°,則B=11.4592mm,其K值約為573。精選課件35莫爾條紋的位移與光柵的移動(dòng)成比例。光柵每移動(dòng)過(guò)一個(gè)柵距2、測(cè)量系統(tǒng)

通過(guò)光電元件，可將莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換為近似正弦變化的電信號(hào)，經(jīng)放大、整形變換為方波，經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，再經(jīng)辨向電路和可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，則可用數(shù)字形式顯示出位移量，位移量等于脈沖與柵距乘積。測(cè)量分辨率等于柵距。精選課件362、測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)光電元件，可將莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化四、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理來(lái)測(cè)量位移的高精度檢測(cè)元件，有直線式和圓盤(pán)式兩類(lèi)。精選課件37四、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理來(lái)測(cè)量位移的高節(jié)距2τ（2mm）滑尺定尺精選課件38節(jié)距2τ（2mm）滑尺定尺精選課件38精選課件39精選課件39感應(yīng)同步器的信號(hào)處理方式按激勵(lì)方式分：滑尺勵(lì)磁和定尺勵(lì)磁按信號(hào)處理方式分：鑒相方式和鑒幅方式1)鑒相方式2)鑒幅方式精選課件40感應(yīng)同步器的信號(hào)處理方式精選課件40五、光電編碼器這種碼盤(pán)有兩個(gè)通道與B（即兩組透光和不透光部分），其相位差90°，相對(duì)于一定的轉(zhuǎn)角得到一定的脈沖，將脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)器。則計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就反映了碼盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的角度。精選課件41五、光電編碼器這種碼盤(pán)有兩個(gè)通道與B（即兩組透光和不透光部分光電編碼器黑色不透光區(qū)和白色透光區(qū)分別代表二進(jìn)制的0和1一個(gè)四電位的光電碼盤(pán)上，有四圈數(shù)字碼道，每一個(gè)碼道表示二進(jìn)制的一位，里側(cè)是高位，外側(cè)是低位。精選課件42光電編碼器精選課件42非單值誤差的消除1）采用循環(huán)碼（格雷碼）精選課件43非單值誤差的消除精選課件432）帶判位光電裝置的循環(huán)碼盤(pán)精選課件442）帶判位光電裝置的循環(huán)碼盤(pán)精選課件44直流測(cè)速機(jī)速度檢測(cè)永磁式測(cè)速機(jī)的原理圖直流測(cè)速機(jī)的輸出特性速度傳感器精選課件45永磁式測(cè)速機(jī)的原理圖直流測(cè)速機(jī)的輸出特性速度傳感器精選課件4光電式轉(zhuǎn)速傳感器光電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖精選課件46光電式轉(zhuǎn)速傳感器光電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖精選課件46根據(jù)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)N,則可測(cè)出轉(zhuǎn)速為

Z——圓盤(pán)上的縫隙數(shù)；

n——轉(zhuǎn)速(r／min)；

t——測(cè)量時(shí)間(s)。

一般取Zt=60×10m(m＝0,1,2,…)。精選課件47根據(jù)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)N,則可測(cè)出轉(zhuǎn)速為 精選加速度傳感器

一、電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式加速度計(jì)原理結(jié)構(gòu)如圖所示。它由重塊、懸臂梁、應(yīng)變片和阻尼液體等構(gòu)成。當(dāng)有加速度時(shí)，重塊受力，懸臂梁彎曲，按梁上固定的應(yīng)變片之變形便可測(cè)出力的大小，在已知質(zhì)量的情況下即可算出被測(cè)加速度。

精選課件48加速度傳感器一、電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式加速度計(jì)原理結(jié)構(gòu)如圖所傳感器固定在被測(cè)物體上，感受該物體的振動(dòng)，慣性質(zhì)量塊產(chǎn)生慣性力，使壓電元件產(chǎn)生變形。壓電元件產(chǎn)生的變形和由此產(chǎn)生的電荷與加速度成正比。二、壓電式精選課件49二、壓電式精選課件495.5、力、壓力和扭矩傳感器

一、工作原理首先由彈性元件將力、力矩、壓力等被測(cè)量轉(zhuǎn)換成位移或應(yīng)變，然后再通過(guò)轉(zhuǎn)換元件將相應(yīng)的位移或應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。精選課件505.5、力、壓力和扭矩傳感器一、工作原理首先由彈性元件將力二、彈性元件

應(yīng)變式力傳感器的測(cè)量范圍很大，可以從5N～10MN以上，測(cè)量精度可以達(dá)到0.03%～2%。精選課件51二、彈性元件應(yīng)變式力傳感器的測(cè)量范圍很大，可以從5N～10位置傳感器一、分類(lèi)位置傳感器和位移傳感器不一樣，它所測(cè)量的不是一段距離的變化量，而是通過(guò)檢測(cè)，確定是否已到某一位置。位置傳感器分為接觸式和非接觸式兩種。精選課件52位置傳感器一、分類(lèi)位置傳感器和位移傳感器不一樣，它所測(cè)量的不二、接觸式位置傳感器

所謂接觸式傳感器就是能獲取兩個(gè)物體是否已接觸信息的一種傳感器。精選課件53二、接觸式位置傳感器所謂接觸式傳感器就是能獲取兩個(gè)物體是否三、非接觸式位置傳感器

而非接觸式（接近式）傳感器是用來(lái)判別在某一范圍內(nèi)是否有某一物體的一種傳感器。

精選課件54三、非接觸式位置傳感器而非接觸式（接近式）傳感器是用來(lái)判別1.一光柵傳感器，刻線數(shù)為100線/mm，設(shè)細(xì)分時(shí)測(cè)得莫爾條紋數(shù)為400，試計(jì)算光柵位移是多少毫米？若經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖仍為400，則光柵此時(shí)的位移是多少？測(cè)量分辨率是多少？

精選課件551.一光柵傳感器，刻線數(shù)為100線/mm，設(shè)細(xì)分時(shí)測(cè)得莫2.測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度；精選課件562.測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：精選課件563.試分析變面積式電容傳感器的靈敏度?怎么提高傳感器的靈敏度?精選課件573.試分析變面積式電容傳感器的靈敏度?怎么提高傳感器的數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型構(gòu)成

精選課件58數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型構(gòu)成精選課件58

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常由包括放大器、濾波器等在內(nèi)的信號(hào)調(diào)理電路、多路模擬開(kāi)關(guān)、采樣/保持電路、A/D轉(zhuǎn)換器以及接口控制邏輯電路所組成。1．信號(hào)調(diào)理電路

主要指：把信號(hào)調(diào)整到符合A/D轉(zhuǎn)換器工作所需要的數(shù)值（如放大、衰減、偏移等）；濾除信號(hào)中不需要的成分，如低通濾波、帶通濾波、高通濾波、帶阻濾波等；把信號(hào)調(diào)整到進(jìn)一步處理的需要，如線性修正電路、改善信噪比的“相加平均”電路等等。精選課件59數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常由包括放大器、濾波器等在內(nèi)的信測(cè)量放大器1．儀表放大器原理圖精選課件60測(cè)量放大器1．儀表放大器原理圖精選課件60這個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)為

放大器所采用的上述電路形式，是它具有輸入阻抗高、增益調(diào)節(jié)方便、漂移相互補(bǔ)償以及輸出不包含共模信號(hào)等一系列優(yōu)點(diǎn)。這種放大器在許多高精度、低電平的放大方面是極其有用的，而且由于它的共模抑制能力強(qiáng)，所以能從高的共模信號(hào)背景中檢測(cè)出微弱的有用信號(hào)。調(diào)整R1即可改變放大倍數(shù)。精選課件61這個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)為放大器所采用的二、程控增益放大器程控增益放大電路:在多通道或多參數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),共用一個(gè)測(cè)量放大器,根據(jù)各個(gè)輸入信號(hào)電平的大小,改變測(cè)量放大器的增益,使各輸入通道均有最合適的放大增益,各通道或各參數(shù)的信號(hào)經(jīng)放大器后達(dá)到A/D變換器輸入所要求的標(biāo)準(zhǔn)值。精選課件62二、程控增益放大器程控增益放大電路:在多通道或多參數(shù)的數(shù)據(jù)采三、隔離放大器使共模電壓和干擾信號(hào)隔離，同時(shí)放大有用信號(hào)。集成隔離放大器有變壓器耦合式，光電耦合式和電容耦合式三種。精選課件63三、隔離放大器使共模電壓和干擾信號(hào)隔離，同時(shí)放大有用信號(hào)。精按通過(guò)的頻率范圍分低通濾波(LPF)高通濾波(HPF)帶通濾波(BPF)帶阻濾波(BEF)按性質(zhì)分無(wú)源濾波器有源濾波器濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制或衰減無(wú)用頻率信號(hào)得電子裝置。2.信號(hào)濾波電路精選課件64按通過(guò)的頻率范圍分低通濾波(LPF)高通濾波(HPF)帶通濾各類(lèi)濾波器的特性精選課件65各類(lèi)濾波器的特性精選課件65數(shù)字濾波數(shù)字濾波實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波，與模擬濾波相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：①不需要額外的硬件設(shè)備，不存在阻抗匹配問(wèn)題，可以使多個(gè)輸入通道共用一套數(shù)字濾波程序，從而降低了儀器的硬件成本。②可以對(duì)頻率很低或很高的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波。③可以根據(jù)信號(hào)的不同而采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，靈活、方便、功能強(qiáng)。

精選課件66精選課件66(1).中值濾波

中值濾波方法對(duì)緩慢變化的信號(hào)中由于偶然因素引起的脈沖干擾具有良好的濾除效果。其原理是，對(duì)信號(hào)連續(xù)進(jìn)行n次采樣，然后對(duì)采樣值排序，并取序列中位值作為采樣有效值。程序算法就是通用的排序算法。采樣次數(shù)n一般取為大于3的奇數(shù)。

(2).算術(shù)平均濾波

算術(shù)平均濾波方法的原理是，對(duì)信號(hào)連續(xù)進(jìn)行n次采樣，以其算術(shù)平均值作為有效采樣值。該方法對(duì)壓力、流量等具有周期脈動(dòng)特點(diǎn)的信號(hào)具有良好的濾波效果。采樣次數(shù)n越大，濾波效果越好，但靈敏度也越低，為便于運(yùn)算處理，常取n=4、8、16。精選課件67(1).中值濾波精選課件67(3).滑動(dòng)平均濾波該方法采用循環(huán)隊(duì)列作為采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，隊(duì)列長(zhǎng)度固定為n，每進(jìn)行一次新的采樣，把采樣數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾，扔掉原來(lái)隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)。這樣，在隊(duì)列中始終有n個(gè)最新的數(shù)據(jù)。對(duì)這n個(gè)最新數(shù)據(jù)求取平均值，作為此次采樣的有效值。這種方法每采樣一次，便可得到一個(gè)有效采樣值，因而速度快，實(shí)時(shí)性好，對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用。精選課件68(3).滑動(dòng)平均濾波精選課件68

(4).程序判斷濾波法

1.限幅濾波(上、下濾波法)2.限速濾波法

(5).低通濾波當(dāng)被測(cè)信號(hào)緩慢變化時(shí)，可采用數(shù)字低通濾波的方法去除干擾。數(shù)字低通濾波器是用軟件算法來(lái)模擬硬件低通濾波的功能。精選課件69(4).程序判斷濾波法精選課件69傳感器信號(hào)的非線性校正

在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，利用多種傳感器把各種被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)，大多數(shù)傳感器的輸出信號(hào)和被測(cè)量之間的關(guān)系并非是線性關(guān)系。這是由于不少傳感的轉(zhuǎn)換原理并非線性，其次是由于采用的電路（如電橋電路）的非線性。要解決這個(gè)問(wèn)題，在模擬量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中可采用三種方法：①縮小測(cè)量范圍，取近似值。②采用非均勻的指示刻度。③增加非線性校正環(huán)節(jié)。顯然，前兩種方法的局限性和缺點(diǎn)比較明顯。精選課件70傳感器信號(hào)的非線性校正在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，利

通常我們?cè)谠O(shè)計(jì)測(cè)量?jī)x表時(shí)總希望得到均勻的指示刻度，這樣儀表讀數(shù)看起來(lái)清楚、方便。此外，如果儀表的刻度特性為線性，就能保證儀表在整個(gè)量程內(nèi)靈敏度是相同的，從而有利于分析和處理測(cè)量結(jié)果。為了保證測(cè)量?jī)x表的輸出與輸入之間具有線性關(guān)系，就需要在儀表中引入一種特殊環(huán)節(jié)，用它來(lái)補(bǔ)償其他環(huán)節(jié)的非線性，這就是非線性校正環(huán)節(jié)或稱(chēng)為“線性化器”。精選課件71通常我們?cè)谠O(shè)計(jì)測(cè)量?jī)x表時(shí)總希望得到均勻的指示刻1.差動(dòng)補(bǔ)償法目的：改善非線性思路：傳感器1：完全相同傳感器2，輸入量反號(hào)：二者輸出相減：精選課件721.差動(dòng)補(bǔ)償法目的：改善非線性思路：傳感器1：完全相同傳感器2.開(kāi)環(huán)非線性特性補(bǔ)償精選課件732.開(kāi)環(huán)非線性特性補(bǔ)償精選課件73精選課件74精選課件743.閉環(huán)非線性反饋補(bǔ)償精選課件753.閉環(huán)非線性反饋補(bǔ)償精選課件75精選課件76精選課件764.分段補(bǔ)償法

將校正特性曲線用連續(xù)有限的折線來(lái)代替。校正特性折線逼近法精選課件774.分段補(bǔ)償法將校正特性曲線用連續(xù)有限的折線來(lái)代替式中，xi為折線的各轉(zhuǎn)折點(diǎn)，ki為各線段的斜率，···

···根據(jù)折線逼近法所作的各段折線可列出下列方程：精選課件78式中，xi為折線的各轉(zhuǎn)折點(diǎn)，ki為各線段的斜率，····根

轉(zhuǎn)折點(diǎn)越多，折線越逼近曲線，精度也越高。但太多了則會(huì)電路本身誤差而影響精度。在校正電路中通常采用運(yùn)算放大器，當(dāng)輸入電壓為不同范圍時(shí)，相應(yīng)改變運(yùn)算放大器的增益，從而獲得所需要的斜率，其本身就是一個(gè)非線性放大器。

精選課件79轉(zhuǎn)折點(diǎn)越多，折線越逼近曲線，精度也越高。但太多了則會(huì)電

非線性校正裝置也可以放置在A/D轉(zhuǎn)換之后，過(guò)去這些數(shù)字量的線性化，都是采用硬件處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，充分利用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力，用軟件進(jìn)行傳感器特性的非線性補(bǔ)償。一般有三種方法：計(jì)算法、查表法和插值法。數(shù)字量的非線性校正數(shù)字量軟件非線性校正精選課件80非線性校正裝置也可以放置在A/D轉(zhuǎn)換之后，過(guò)去這些數(shù)字

計(jì)算法采用n次多項(xiàng)式來(lái)逼近非線性曲線。該多項(xiàng)式方程的各個(gè)系數(shù)由最小二乘法確定。其具體步驟如下：

a.對(duì)傳感器及其調(diào)理電路進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，得校準(zhǔn)曲線。標(biāo)定點(diǎn)的數(shù)據(jù)為輸入xi：x1，x2，x3，…，xN

輸出ui：u1，u2，u3，…，uNN為標(biāo)定點(diǎn)個(gè)數(shù)，i=1，2，…，N精選課件81精選課件81b.設(shè)反非線性特性擬合方程為式中：a0，a1，a2，a3，…，an為待定常數(shù)

c.求解待定常數(shù)a0，a1，a2，a3，…，an。根據(jù)最小二乘法來(lái)確定待定常數(shù)的基本思想是，由上式確定的各個(gè)xi（ui）值與各個(gè)點(diǎn)的標(biāo)定值xi之均方差應(yīng)最小，即：精選課件82b.設(shè)反非線性特性擬合方程為精選課件82

所以對(duì)該函數(shù)求導(dǎo)并令它為0，即令從這n+1個(gè)方程中可解出，a0，a1，…an

等n+1個(gè)系數(shù)，就可寫(xiě)出反非線性特性擬合方程式。有了反非線性特性曲線的n次多項(xiàng)式近似表達(dá)式，就可利用該表達(dá)式編寫(xiě)非線性校正程序。

精選課件83所以對(duì)該函數(shù)求導(dǎo)并令它為0，即令精選課件83

采用多路模擬開(kāi)關(guān)，讓許多獨(dú)立的模擬信號(hào)源信號(hào)共享采樣/保持電路和A/D轉(zhuǎn)換等器件。多路模擬開(kāi)關(guān)精選課件84采用多路模擬開(kāi)關(guān)，讓許多獨(dú)立的模擬信號(hào)源信號(hào)A2A1A0EN“ON”0001100112010130111410015101161101711118×××0無(wú)精選課件85A2A1A0EN“ON”000110011201013011

A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件，用以把模擬信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的輸出。目前最常用的A/D轉(zhuǎn)換器是逐次逼近型和雙斜積分型。A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程包括采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。

3．A/D轉(zhuǎn)換器精選課件86A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件，用以把A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程精選課件87A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程精選課件87

精選課件88精選課件88信號(hào)采集與保持

所謂采集，就是把時(shí)間連續(xù)的信號(hào)變成一串不連續(xù)的脈沖時(shí)間序列的過(guò)程。信號(hào)采樣是通過(guò)采樣開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。采樣開(kāi)關(guān)又稱(chēng)采樣器，實(shí)質(zhì)上它是一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，每隔時(shí)間間隔T閉合一次，每次閉合持續(xù)時(shí)間τ，其中，T稱(chēng)為采樣周期，其倒數(shù)fs=1/T稱(chēng)為采樣頻率，τ稱(chēng)為采樣時(shí)間或采樣寬度，采樣后的脈沖序列稱(chēng)為采樣信號(hào)。采樣信號(hào)是一個(gè)離散的模擬信號(hào)，它在時(shí)間軸上是離散的，但在函數(shù)軸上仍是連續(xù)的，因而還需要用A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。精選課件89信號(hào)采集與保持精選課件89

A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程需要一定時(shí)間，為防止產(chǎn)生誤差，要求在此期間內(nèi)保持采樣信號(hào)不變。實(shí)現(xiàn)這一功能的電路稱(chēng)采樣/保持電路。

典型的采樣/保持電路由模擬開(kāi)關(guān)、保持電容和運(yùn)算放大器組成。精選課件90A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程需要一定時(shí)間，為防止產(chǎn)生誤差，要求在此

運(yùn)算放大器N1和N2接成跟隨器，作緩沖器用。當(dāng)控制信號(hào)Uc為高電平時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管VF導(dǎo)通，對(duì)輸入信號(hào)采樣。輸入信號(hào)ui通過(guò)N1和VF向電容C充電，并通過(guò)N2輸出uo。由于N1的輸出阻抗很小，N2的輸出阻抗很大，因而在VF導(dǎo)通期間uo=ui。當(dāng)Uc為低電平時(shí)，VF截止，電容C將采樣器間的信號(hào)電平保持下來(lái)，并經(jīng)N2緩沖后輸出。精選課件91運(yùn)算放大器N1和N2接成跟隨器，作緩沖器用。離散模擬信號(hào)的量化采樣函數(shù)是在時(shí)間上離散，在幅值上連續(xù)變化的函數(shù)，我們稱(chēng)它為離散模擬信號(hào)。離散模擬信號(hào)不能直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)，必須經(jīng)量化成為數(shù)字信號(hào)后，才能為計(jì)算機(jī)所接受。所謂量化，就是采用一組數(shù)碼(如二進(jìn)制碼)來(lái)逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。精選課件92離散模擬信號(hào)的量化精選課件92

設(shè)采樣信號(hào)A1為1.8V，則圖b中的量化值為2V，用數(shù)字量010來(lái)表示；采樣信號(hào)A2為3.2V，則圖b中的量化值為3V，用數(shù)字量011來(lái)表示。000001010011100101110精選課件93設(shè)采樣信號(hào)A1為1.8V，則圖b中的量化值為2V，用數(shù)字

設(shè)輸入模擬信號(hào)的滿量程電壓值為FSR（FullScaleRange），ADC的位數(shù)為n，量化電平用Q（或LSB）表示，則有：量化方法①

舍入法：采用最靠近實(shí)際采樣值的量化值來(lái)近似采樣值。②

截?cái)喾ǎ翰捎貌淮笥趯?shí)際采樣值的最大量化值來(lái)近似采樣值。量化誤差

誤差

=量化值

—實(shí)際值

舍入法:A2點(diǎn)的取值為011，因此，舍入法量化的誤差范圍為（-Q/2～

Q/2）。截?cái)喾ǎ篈2點(diǎn)的取值為100，誤差的范圍為（-Q～0）。精選課件94設(shè)輸入模擬信號(hào)的滿量程電壓值為FSR（FullScaleA/D轉(zhuǎn)換器的選擇

A/D轉(zhuǎn)換是數(shù)字信號(hào)處理的必要程序。通常所用的A/D轉(zhuǎn)換器其輸出的數(shù)字量大多是用二進(jìn)制編碼表示，以與計(jì)算機(jī)技術(shù)相適應(yīng)。各種類(lèi)型的A/D轉(zhuǎn)換芯片已大量供應(yīng)市場(chǎng)，其中大多數(shù)是采用電壓-數(shù)字轉(zhuǎn)換方式，輸入、輸出的模擬電壓也都標(biāo)準(zhǔn)化，如單極性0—5V、0—10V或雙極性±5V、±10V等，給使用帶來(lái)極大方便。精選課件95A/D轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換是數(shù)字信號(hào)處理

由于A/D轉(zhuǎn)換器所給出的數(shù)字信號(hào)無(wú)論在邏輯電平還是時(shí)序要求、驅(qū)動(dòng)能力等方面與計(jì)算機(jī)的總線信號(hào)可能會(huì)有差別

。因此必須在兩者之間加入接口電路以實(shí)行電路參數(shù)的匹配。

接口電路及控制邏輯

精選課件96由于A/D轉(zhuǎn)換器所給出的數(shù)字信號(hào)無(wú)論在邏輯電4傳感檢測(cè)技術(shù)1.檢測(cè)系統(tǒng)的組成

(1)把各種非電量信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào),這就是傳感器的功能,傳感器又稱(chēng)為一次儀表。

(2)對(duì)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量,并進(jìn)行放大、運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、記錄、指示、顯示等處理,這叫作電信號(hào)處理系統(tǒng),通常被稱(chēng)為二次儀表。精選課件974傳感檢測(cè)技術(shù)1.檢測(cè)系統(tǒng)的組成精選課件1

非電量檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式精選課件98 非電量檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式精選課件2傳感器的構(gòu)成傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。

傳感器的組成框圖精選課件99傳感器的組成框圖精選課件3（1）敏感元件:是一種能夠?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量的預(yù)變換裝置,其輸入、輸出間具有確定的數(shù)學(xué)關(guān)系（最好為線性）。如彈性敏感元件將力轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變輸出。（2）轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（如電阻、電感、電容等）形式。（3）基本轉(zhuǎn)換電路：將電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量,如電壓、電流、頻率等。

精選課件100（1）敏感元件:是一種能夠?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量的按被測(cè)物理量分為：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感、力傳感器、溫度傳感器等。溫度傳感器壓力傳感器扭矩傳感器角位移傳感器位移傳感器精選課件101按被測(cè)物理量分為：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感、力傳感按傳感器工作的物理原理分為：電阻式、電感式、電容式、光電式等等。壓電式加速度傳感器激光位移傳感器光纖式位移傳感器超聲波位移傳感器傳感器電感式位移傳感器精選課件102按傳感器工作的物理原理分為：電阻式、電感式、電容式、光電式傳感器的數(shù)學(xué)模型及特性指標(biāo)描述傳感器輸入–輸出關(guān)系的方法：

數(shù)學(xué)模型基本特性指標(biāo)被測(cè)輸入量靜態(tài)量準(zhǔn)靜態(tài)量動(dòng)態(tài)量靜態(tài)特性指標(biāo)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型精選課件103傳感器的數(shù)學(xué)模型及特性指標(biāo)描述傳感器輸入–輸出關(guān)系的方法一、傳感器的靜態(tài)模型1.代數(shù)方程x——輸入量；y——輸出量；a0——零位輸出；a1——傳感器的靈敏度：K、S；a2……an——非線性項(xiàng)待定常數(shù)。xay1=條件:不考慮傳感器滯后、蠕變情況下精選課件104一、傳感器的靜態(tài)模型1.代數(shù)方程x——輸入量；y2.特性曲線精選課件1052.特性曲線精選課件93靜態(tài)特性（1）線性度。傳感器的實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱(chēng)為傳感器的非線性誤差（線性度）。傳感器的線性度示意圖

精選課件106傳感器的線性度示意圖精選課件10（2）靈敏度。傳感器到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)輸出變化量與引起此變化量的輸入變量之比，用S0表示,即

（3）最小檢測(cè)量最小檢測(cè)量是指?jìng)鞲衅髂艽_切反映被測(cè)量的最低極限量。精選課件107（2）靈敏度。傳感器到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)輸出變化量與引起此變（4）精確度（精度）

精密度δ

對(duì)某一穩(wěn)定的對(duì)象（被測(cè)量）由同一測(cè)量者用同一傳感器和測(cè)量?jī)x表在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測(cè)量多次，其測(cè)量結(jié)果的分散程度。（對(duì)應(yīng)隨機(jī)誤差）

正確度ε測(cè)量結(jié)果偏離真值大小的程度，即示值有規(guī)則偏離真值的程度。（對(duì)應(yīng)系統(tǒng)誤差）

精確度τ

包含精密度和正確度兩者之和的意思，即測(cè)量的綜合優(yōu)良程度。精選課件108（4）精確度（精度）精選課件12（5）遲滯。傳感器在正(輸入量增大)、反(輸入量減小)行程中輸出/輸入特性曲線的不重合程度稱(chēng)為遲滯,遲滯誤差一般以最大偏差或最大偏差的一半與滿量程輸出yFS的百分?jǐn)?shù)表示：

遲滯特性

精選課件109（5）遲滯。傳感器在正(輸入量增大)、反(輸入量減小)行程中（6）重復(fù)特性。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),所得的輸出/輸入曲線不一致的程度,稱(chēng)為重復(fù)特性,重復(fù)特性誤差用最大重復(fù)性誤差與滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示,即重復(fù)特性精選課件110（6）重復(fù)特性。傳感器在同一條件下,被測(cè)輸入量按同一方向(7)漂移

零點(diǎn)漂移傳感器無(wú)輸入時(shí)，每隔一段時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，其輸出偏離零值的程度。溫漂溫漂表示溫度變化時(shí)，傳感器輸出值的偏離程度。一般以溫度變化1℃輸出最大偏差與滿量程的百分比表示。精選課件111(7)漂移精選課件15傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)一、動(dòng)態(tài)模型1.微分方程微分方程傳遞函數(shù)條件：線性定常系統(tǒng)精選課件112傳感器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)一、動(dòng)態(tài)模型1.微分方一階環(huán)節(jié)一階傳感器二階環(huán)節(jié)二階傳感器零階環(huán)節(jié)零階傳感器比例環(huán)節(jié)、無(wú)慣性環(huán)節(jié)精選課件113一階環(huán)節(jié)一階傳感器二階環(huán)節(jié)二階傳感器零階環(huán)節(jié)零階傳感器比例環(huán)二、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)階躍響應(yīng)法（時(shí)域）階躍函數(shù)正弦函數(shù)指數(shù)函數(shù)沖擊函數(shù)頻率響應(yīng)法（頻域）2.傳遞函數(shù)精選課件114二、動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)階躍響應(yīng)法（時(shí)域）階躍函數(shù)正弦函時(shí)間常數(shù)一階傳感器系統(tǒng)階躍響應(yīng)單位階躍信號(hào)精選課件115時(shí)間常數(shù)一階傳感器系統(tǒng)階躍響應(yīng)單位階躍信號(hào)精選課件19二階傳感器系統(tǒng)上升時(shí)間Tr響應(yīng)時(shí)間Ts超調(diào)量a1峰值時(shí)間Tp

延滯時(shí)間Td穩(wěn)態(tài)誤差精選課件116二階傳感器系統(tǒng)上升時(shí)間Tr響應(yīng)時(shí)間Ts超調(diào)量a1峰值時(shí)間Tp傳感器的選用原則1足夠的容量傳感器的工作范圍或量程足夠的大，并具有一定過(guò)載的能力。2與測(cè)量或控制系統(tǒng)的匹配性好，轉(zhuǎn)換靈敏度高。3精度高，穩(wěn)定性好4反應(yīng)速度快，工作可靠性好。5適用性和適應(yīng)性強(qiáng)6使用經(jīng)濟(jì)精選課件117傳感器的選用原則精選課件21位移傳感器一、電感式位移傳感器電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電感量的變化。1、自感型電感式傳感器

可變磁阻式電感傳感器、電渦流式傳感器2、互感型電感傳感器

精選課件118位移傳感器一、電感式位移傳感器電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理自感L可表示為：靈敏度：1）可變磁阻式電感傳感器1、自感型電感式傳感器

精選課件119自感L可表示為：靈敏度：1）可變磁阻式電感傳感器1、自感型電

差動(dòng)型磁阻式傳感器,它由兩個(gè)相同的線圈、鐵心及活動(dòng)銜鐵組成。當(dāng)活動(dòng)銜鐵接于中間位置（位移為零）時(shí),兩線圈的自感L相等,輸出為零。當(dāng)銜鐵有位移Δδ時(shí),兩個(gè)線圈的間隙為δ0+Δδ,δ0-Δδ,這表明一個(gè)線圈的自感增加,而另一個(gè)線圈的自感減小?？勺兇抛璨顒?dòng)式傳感器精選課件120差動(dòng)型磁阻式傳感器,它由兩個(gè)相同的線圈、鐵心及活動(dòng)銜鐵可變磁阻面積型電感傳感器精選課件121可變磁阻面積型電感傳感器精選課件25差動(dòng)變壓器式電感傳感器：傳感器由線圈、鐵芯和活動(dòng)銜鐵三部分組成。當(dāng)初級(jí)線圈輸入交流激勵(lì)電壓時(shí)，次級(jí)線圈將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1和e2。傳感器的輸出電壓為兩者之差，即ey=e1-e2。的大小隨活動(dòng)銜鐵的位置而變。當(dāng)活動(dòng)銜鐵位置居中時(shí)，e1=e2，ev=0；當(dāng)活動(dòng)銜鐵向上移時(shí)，即e1>e2，ey>0;當(dāng)活動(dòng)銜鐵向下移時(shí)，e1<e2，ey<0?；顒?dòng)銜鐵的位置往復(fù)變化，其輸出電壓也隨之變化。2、互感型電感傳感器精選課件122差動(dòng)變壓器式電感傳感器：傳感器由線圈、鐵芯和活動(dòng)銜鐵三部分組2）電渦流式電感傳感器高頻反射式渦流傳感器：高頻(>1MHz)激勵(lì)電流，產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，在金屬板表面將形成渦電流。若只改變距離δ而保持其他系數(shù)不變，則可將位移的變化轉(zhuǎn)換為線圈自感的變化。精選課件1232）電渦流式電感傳感器高頻反射式渦流傳感器：高頻(>1MHz低頻透射式渦流傳感器：發(fā)射線圈ω1和接收線圈ω2分別置于被測(cè)金屬板材料G的上、下方。當(dāng)?shù)皖l(音頻范圍)電壓e1加到線圈ω1的兩端后，所產(chǎn)生磁力線的一部分透過(guò)金屬板材料G，使線圈ω2產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2，且e2隨材料厚度h的增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減少。精選課件124低頻透射式渦流傳感器：發(fā)射線圈ω1和接收線圈ω2分別置于被測(cè)二、電容式位移傳感器電容式傳感器是將被測(cè)物理量的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再通過(guò)配套的測(cè)量電路，將電容的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

式中：ε0——真空的介電常數(shù)；

s——極板的遮蓋面積；ε——極板間相對(duì)介電系數(shù)；δ——兩平行極板間的距離。精選課件125二、電容式位移傳感器電容式傳感器是將被測(cè)物理量的位移轉(zhuǎn)換為電1、極距變化型電容式傳感器如果兩極板相互覆蓋面積及極間介質(zhì)不變，當(dāng)兩極板在被測(cè)參數(shù)作用下發(fā)生位移，引起電容量的變化為：傳感器的靈敏度為：精選課件1261、極距變化型電容式傳感器如果兩極板相互覆蓋面積及極間介質(zhì)不2、面積變化型電容式傳感器動(dòng)板與定板之間相互覆蓋的面積引起電容量變化。當(dāng)覆蓋面積對(duì)應(yīng)的中心角為a、極板半徑為r時(shí)，覆蓋面積為：面積為：其靈敏度為：精選課件1272、面積變化型電容式傳感器動(dòng)板與定板之間相互覆蓋的面積引起電3、介質(zhì)變化型電容式傳感器的變換原理這種傳感器大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度(圖a)、位移(圖b)、液位(圖c)，還可根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變來(lái)測(cè)量溫度、濕度、容量(圖d)等。精選課件1283、介質(zhì)變化型電容式傳感器的變換原理這種傳感器大多用于測(cè)量電三、光柵位移傳感器精選課件129三、光柵位移傳感器精選課件33把指示光柵平行地放在標(biāo)尺光柵上面，并且使它們的刻線相互傾斜一個(gè)很小的角度，這時(shí)在指示光柵上就出現(xiàn)幾條較粗的明暗條紋，稱(chēng)為莫爾條紋。它們是沿著與光柵條紋幾乎成垂直的方向排列。精選課件130把指示光柵平行地放在標(biāo)尺光柵上面，并且使它們的刻線相互傾斜一

莫爾條紋的位移與光柵的移動(dòng)成比例。光柵每移動(dòng)過(guò)一個(gè)柵距W，莫爾條紋就移動(dòng)過(guò)一個(gè)條紋間距B

莫爾條紋具有位移放大作用。莫爾條紋的間距B與兩光柵條紋夾角之間關(guān)系為例如:W=0.02mm,=0.1°,則B=11.4592mm,其K值約為573。精選課件131莫爾條紋的位移與光柵的移動(dòng)成比例。光柵每移動(dòng)過(guò)一個(gè)柵距2、測(cè)量系統(tǒng)

通過(guò)光電元件，可將莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換為近似正弦變化的電信號(hào)，經(jīng)放大、整形變換為方波，經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，再經(jīng)辨向電路和可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，則可用數(shù)字形式顯示出位移量，位移量等于脈沖與柵距乘積。測(cè)量分辨率等于柵距。精選課件1322、測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)光電元件，可將莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化四、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理來(lái)測(cè)量位移的高精度檢測(cè)元件，有直線式和圓盤(pán)式兩類(lèi)。精選課件133四、感應(yīng)同步器感應(yīng)同步器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理來(lái)測(cè)量位移的高節(jié)距2τ（2mm）滑尺定尺精選課件134節(jié)距2τ（2mm）滑尺定尺精選課件38精選課件135精選課件39感應(yīng)同步器的信號(hào)處理方式按激勵(lì)方式分：滑尺勵(lì)磁和定尺勵(lì)磁按信號(hào)處理方式分：鑒相方式和鑒幅方式1)鑒相方式2)鑒幅方式精選課件136感應(yīng)同步器的信號(hào)處理方式精選課件40五、光電編碼器這種碼盤(pán)有兩個(gè)通道與B（即兩組透光和不透光部分），其相位差90°，相對(duì)于一定的轉(zhuǎn)角得到一定的脈沖，將脈沖信號(hào)送入計(jì)數(shù)器。則計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就反映了碼盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的角度。精選課件137五、光電編碼器這種碼盤(pán)有兩個(gè)通道與B（即兩組透光和不透光部分光電編碼器黑色不透光區(qū)和白色透光區(qū)分別代表二進(jìn)制的0和1一個(gè)四電位的光電碼盤(pán)上，有四圈數(shù)字碼道，每一個(gè)碼道表示二進(jìn)制的一位，里側(cè)是高位，外側(cè)是低位。精選課件138光電編碼器精選課件42非單值誤差的消除1）采用循環(huán)碼（格雷碼）精選課件139非單值誤差的消除精選課件432）帶判位光電裝置的循環(huán)碼盤(pán)精選課件1402）帶判位光電裝置的循環(huán)碼盤(pán)精選課件44直流測(cè)速機(jī)速度檢測(cè)永磁式測(cè)速機(jī)的原理圖直流測(cè)速機(jī)的輸出特性速度傳感器精選課件141永磁式測(cè)速機(jī)的原理圖直流測(cè)速機(jī)的輸出特性速度傳感器精選課件4光電式轉(zhuǎn)速傳感器光電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖精選課件142光電式轉(zhuǎn)速傳感器光電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖精選課件46根據(jù)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)N,則可測(cè)出轉(zhuǎn)速為

Z——圓盤(pán)上的縫隙數(shù)；

n——轉(zhuǎn)速(r／min)；

t——測(cè)量時(shí)間(s)。

一般取Zt=60×10m(m＝0,1,2,…)。精選課件143根據(jù)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)N,則可測(cè)出轉(zhuǎn)速為 精選加速度傳感器

一、電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式加速度計(jì)原理結(jié)構(gòu)如圖所示。它由重塊、懸臂梁、應(yīng)變片和阻尼液體等構(gòu)成。當(dāng)有加速度時(shí)，重塊受力，懸臂梁彎曲，按梁上固定的應(yīng)變片之變形便可測(cè)出力的大小，在已知質(zhì)量的情況下即可算出被測(cè)加速度。

精選課件144加速度傳感器一、電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式加速度計(jì)原理結(jié)構(gòu)如圖所傳感器固定在被測(cè)物體上，感受該物體的振動(dòng)，慣性質(zhì)量塊產(chǎn)生慣性力，使壓電元件產(chǎn)生變形。壓電元件產(chǎn)生的變形和由此產(chǎn)生的電荷與加速度成正比。二、壓電式精選課件145二、壓電式精選課件495.5、力、壓力和扭矩傳感器

一、工作原理首先由彈性元件將力、力矩、壓力等被測(cè)量轉(zhuǎn)換成位移或應(yīng)變，然后再通過(guò)轉(zhuǎn)換元件將相應(yīng)的位移或應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。精選課件1465.5、力、壓力和扭矩傳感器一、工作原理首先由彈性元件將力二、彈性元件

應(yīng)變式力傳感器的測(cè)量范圍很大，可以從5N～10MN以上，測(cè)量精度可以達(dá)到0.03%～2%。精選課件147二、彈性元件應(yīng)變式力傳感器的測(cè)量范圍很大，可以從5N～10位置傳感器一、分類(lèi)位置傳感器和位移傳感器不一樣，它所測(cè)量的不是一段距離的變化量，而是通過(guò)檢測(cè)，確定是否已到某一位置。位置傳感器分為接觸式和非接觸式兩種。精選課件148位置傳感器一、分類(lèi)位置傳感器和位移傳感器不一樣，它所測(cè)量的不二、接觸式位置傳感器

所謂接觸式傳感器就是能獲取兩個(gè)物體是否已接觸信息的一種傳感器。精選課件149二、接觸式位置傳感器所謂接觸式傳感器就是能獲取兩個(gè)物體是否三、非接觸式位置傳感器

而非接觸式（接近式）傳感器是用來(lái)判別在某一范圍內(nèi)是否有某一物體的一種傳感器。

精選課件150三、非接觸式位置傳感器而非接觸式（接近式）傳感器是用來(lái)判別1.一光柵傳感器，刻線數(shù)為100線/mm，設(shè)細(xì)分時(shí)測(cè)得莫爾條紋數(shù)為400，試計(jì)算光柵位移是多少毫米？若經(jīng)四倍細(xì)分后，記數(shù)脈沖仍為400，則光柵此時(shí)的位移是多少？測(cè)量分辨率是多少？

精選課件1511.一光柵傳感器，刻線數(shù)為100線/mm，設(shè)細(xì)分時(shí)測(cè)得莫2.測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：試用最小二乘法擬合直線，求其線性度和靈敏度；精選課件1522.測(cè)得某檢測(cè)裝置的一組輸入輸出數(shù)據(jù)如下：精選課件563.試分析變面積式電容傳感器的靈敏度?怎么提高傳感器的靈敏度?精選課件1533.試分析變面積式電容傳感器的靈敏度?怎么提高傳感器的數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的組成

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型構(gòu)成

精選課件154數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型構(gòu)成精選課件58

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常由包括放大器、濾波器等在內(nèi)的信號(hào)調(diào)理電路、多路模擬開(kāi)關(guān)、采樣/保持電路、A/D轉(zhuǎn)換器以及接口控制邏輯電路所組成。1．信號(hào)調(diào)理電路

主要指：把信號(hào)調(diào)整到符合A/D轉(zhuǎn)換器工作所需要的數(shù)值（如放大、衰減、偏移等）；濾除信號(hào)中不需要的成分，如低通濾波、帶通濾波、高通濾波、帶阻濾波等；把信號(hào)調(diào)整到進(jìn)一步處理的需要，如線性修正電路、改善信噪比的“相加平均”電路等等。精選課件155數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常由包括放大器、濾波器等在內(nèi)的信測(cè)量放大器1．儀表放大器原理圖精選課件156測(cè)量放大器1．儀表放大器原理圖精選課件60這個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)為

放大器所采用的上述電路形式，是它具有輸入阻抗高、增益調(diào)節(jié)方便、漂移相互補(bǔ)償以及輸出不包含共模信號(hào)等一系列優(yōu)點(diǎn)。這種放大器在許多高精度、低電平的放大方面是極其有用的，而且由于它的共模抑制能力強(qiáng)，所以能從高的共模信號(hào)背景中檢測(cè)出微弱的有用信號(hào)。調(diào)整R1即可改變放大倍數(shù)。精選課件157這個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)為放大器所采用的二、程控增益放大器程控增益放大電路:在多通道或多參數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),共用一個(gè)測(cè)量放大器,根據(jù)各個(gè)輸入信號(hào)電平的大小,改變測(cè)量放大器的增益,使各輸入通道均有最合適的放大增益,各通道或各參數(shù)的信號(hào)經(jīng)放大器后達(dá)到A/D變換器輸入所要求的標(biāo)準(zhǔn)值。精選課件158二、程控增益放大器程控增益放大電路:在多通道或多參數(shù)的數(shù)據(jù)采三、隔離放大器使共模電壓和干擾信號(hào)隔離，同時(shí)放大有用信號(hào)。集成隔離放大器有變壓器耦合式，光電耦合式和電容耦合式三種。精選課件159三、隔離放大器使共模電壓和干擾信號(hào)隔離，同時(shí)放大有用信號(hào)。精按通過(guò)的頻率范圍分低通濾波(LPF)高通濾波(HPF)帶通濾波(BPF)帶阻濾波(BEF)按性質(zhì)分無(wú)源濾波器有源濾波器濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制或衰減無(wú)用頻率信號(hào)得電子裝置。2.信號(hào)濾波電路精選課件160按通過(guò)的頻率范圍分低通濾波(LPF)高通濾波(HPF)帶通濾各類(lèi)濾波器的特性精選課件161各類(lèi)濾波器的特性精選課件65數(shù)字濾波數(shù)字濾波實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波，與模擬濾波相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：①不需要額外的硬件設(shè)備，不存在阻抗匹配問(wèn)題，可以使多個(gè)輸入通道共用一套數(shù)字濾波程序，從而降低了儀器的硬件成本。②可以對(duì)頻率很低或很高的信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波。③可以根據(jù)信號(hào)的不同而采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，靈活、方便、功能強(qiáng)。

精選課件162精選課件66(1).中值濾波

中值濾波方法對(duì)緩慢變化的信號(hào)中由于偶然因素引起的脈沖干擾具有良好的濾除效果。其原理是，對(duì)信號(hào)連續(xù)進(jìn)行n次采樣，然后對(duì)采樣值排序，并取序列中位值作為采樣有效值。程序算法就是通用的排序算法。采樣次數(shù)n一般取為大于3的奇數(shù)。

(2).算術(shù)平均濾波

算術(shù)平均濾波方法的原理是，對(duì)信號(hào)連續(xù)進(jìn)行n次采樣，以其算術(shù)平均值作為有效采樣值。該方法對(duì)壓力、流量等具有周期脈動(dòng)特點(diǎn)的信號(hào)具有良好的濾波效果。采樣次數(shù)n越大，濾波效果越好，但靈敏度也越低，為便于運(yùn)算處理，常取n=4、8、16。精選課件163(1).中值濾波精選課件67(3).滑動(dòng)平均濾波該方法采用循環(huán)隊(duì)列作為采樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，隊(duì)列長(zhǎng)度固定為n，每進(jìn)行一次新的采樣，把采樣數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾，扔掉原來(lái)隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)。這樣，在隊(duì)列中始終有n個(gè)最新的數(shù)據(jù)。對(duì)這n個(gè)最新數(shù)據(jù)求取平均值，作為此次采樣的有效值。這種方法每采樣一次，便可得到一個(gè)有效采樣值，因而速度快，實(shí)時(shí)性好，對(duì)周期性干擾具有良好的抑制作用。精選課件164(3).滑動(dòng)平均濾波精選課件68

(4).程序判斷濾波法

1.限幅濾波(上、下濾波法)2.限速濾波法

(5).低通濾波當(dāng)被測(cè)信號(hào)緩慢變化時(shí)，可采用數(shù)字低通濾波的方法去除干擾。數(shù)字低通濾波器是用軟件算法來(lái)模擬硬件低通濾波的功能。精選課件165(4).程序判斷濾波法精選課件69傳感器信號(hào)的非線性校正

在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，利用多種傳感器把各種被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)，大多數(shù)傳感器的輸出信號(hào)和被測(cè)量之間的關(guān)系并非是線性關(guān)系。這是由于不少傳感的轉(zhuǎn)換原理并非線性，其次是由于采用的電路（如電橋電路）的非線性。要解決這個(gè)問(wèn)題，在模擬量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中可采用三種方法：①縮小測(cè)量范圍，取近似值。②采用非均勻的指示刻度。③增加非線性校正環(huán)節(jié)。顯然，前兩種方法的局限性和缺點(diǎn)比較明顯。精選課件166傳感器信號(hào)的非線性校正在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，利

通常我們?cè)谠O(shè)計(jì)測(cè)量?jī)x表時(shí)總希望得到均勻的指示刻度，這樣儀表讀數(shù)看起來(lái)清楚、方便。此外，如果儀表的刻度特性為線性，就能保證儀表在整個(gè)量程內(nèi)靈敏度是相同的，從而有利于分析和處理測(cè)量結(jié)果。為了保證測(cè)量?jī)x表的輸出與輸入之間具有線性關(guān)系，就需要在儀表中引入一種特殊環(huán)節(jié)，用它來(lái)補(bǔ)償其他環(huán)節(jié)的非線性，這就是非線性校正環(huán)節(jié)或稱(chēng)為“線性化器”。精選課件167通常我們?cè)谠O(shè)計(jì)測(cè)量?jī)x表時(shí)總希望得到均勻的指示刻1.差動(dòng)補(bǔ)償法目的：改善非線性思路：傳感器1：完全相同傳感器2，輸入量反號(hào)：二者輸出相減：精選課件1681.差動(dòng)補(bǔ)償法目的：改善非線性思路：傳感器1：完全相同傳感器2.開(kāi)環(huán)非線性特性補(bǔ)償精選課件1692.開(kāi)環(huán)非線性特性補(bǔ)償精選課件73精選課件170精選課件743.閉環(huán)非線性反饋補(bǔ)償精選課件1713.閉環(huán)非線性反饋補(bǔ)償精選課件75精選課件172精選課件764.分段補(bǔ)償法

將校正特性曲線用連續(xù)有限的折線來(lái)代替。校正特性折線逼近法精選課件1734.分段補(bǔ)償法將校正特性曲線用連續(xù)有限的折線來(lái)代替式中，xi為折線的各轉(zhuǎn)折點(diǎn)，ki為各線段的斜率，···

···根據(jù)折線逼近法所作的各段折線可列出下列方程：精選課件174式中，xi為折線的各轉(zhuǎn)折點(diǎn)，ki為各線段的斜率，····根

轉(zhuǎn)折點(diǎn)越多，折線越逼近曲線，精度也越高。但太多了則會(huì)電路本身誤差而影響精度。在校正電路中通常采用運(yùn)算放大器，當(dāng)輸入電壓為不同范圍時(shí)，相應(yīng)改變運(yùn)算放大器的增益，從而獲得所需要的斜率，其本身就是一個(gè)非線性放大器。

精選課件175轉(zhuǎn)折點(diǎn)越多，折線越逼近曲線，精度也越高。但太多了則會(huì)電

非線性校正裝置也可以放置在A/D轉(zhuǎn)換之后，過(guò)去這些數(shù)字量的線性化，都是采用硬件處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，充分利用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力，用軟件進(jìn)行傳感器特性的非線性補(bǔ)償。一般有三種方法：計(jì)算法、查表法和插值法。數(shù)字量的非線性校正數(shù)字量軟件非線性校正精選課件176非線性校正裝置也可以放置在A/D轉(zhuǎn)換之后，過(guò)去這些數(shù)字

計(jì)算法采用n次多項(xiàng)式來(lái)逼近非線性曲線。該多項(xiàng)式方程的各個(gè)系數(shù)由最小二乘法確定。其具體步驟如下：

a.對(duì)傳感器及其調(diào)理電路進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定，得校準(zhǔn)曲線。標(biāo)定點(diǎn)的數(shù)據(jù)為輸入xi：x1，x2，x3，…，xN

輸出ui：u1，u2，u3，…，uNN為標(biāo)定點(diǎn)個(gè)數(shù)，i=1，2，…，N