機電一體化的基礎知識第3章 檢測系統(tǒng)

第三章現(xiàn)代檢測技術應用

傳感器的分類及要求

常用傳感器的特性及應用傳感器的基本特性傳感器的發(fā)展方向傳感器的選用檢測信號的采集與處理過程理解傳感器的作用，了解傳感器的一些基本知識。

主要內容檢測技術什么是傳感器在機電一體化產(chǎn)品中，傳感器的作用就相當于人的感官，用于檢測有關外界環(huán)境及自身狀態(tài)的各種物理量（如力、位移、速度、位置等）及其變化，并將這些信號轉換成電信號，然后再通過相應的變換、放大、調制與解調、濾波、運算等電路將有用的信號檢測出來，反饋給控制裝置或送去顯示。實現(xiàn)上述功能的傳感器及相應的信號檢測與處理電路，就構成了機電一體化產(chǎn)品中的檢測系統(tǒng)。機電一體化系統(tǒng)對傳感器有什么要求？？？檢測技術傳感器的分類檢測技術線位移檢測傳感器＿＿光柵

光柵是利用光的透射、衍射現(xiàn)象制成的光電檢測元件，也稱為光電脈沖發(fā)生器。它主要由標尺光柵和光柵讀數(shù)頭兩部分組成。通常，標尺光柵固定在機床活動部件上(如工作臺或絲杠上)，光柵讀數(shù)頭裝在機床的固定部件上(如機床底座)。當工作臺移動時，標尺光柵和光柵讀數(shù)頭產(chǎn)生相對移動。檢測技術光柵測量原理＿＿莫爾條紋

光柵每移動過一個柵距W，莫爾條紋就移動過一個條紋間距B，查看莫爾條紋的移動方向，即可確定主光柵的移動方向。檢測技術線位移檢測傳感器＿＿同步感應器

直線型感應同步器定尺、滑尺的結構檢測技術線位移檢測傳感器＿＿磁柵

磁柵是利用電磁特性來進行機械位移的檢測，主要用于大型機床和精密機床作為位置或位移量的檢測元件。檢測技術角位移檢測傳感器＿＿旋轉變壓器

正余弦變壓器原理圖檢測技術角位移檢測傳感器＿＿光電編碼器

四位二進制的編碼盤

=360°/2４

=360°/218

=0.0014°

檢測技術速度檢測傳感器＿＿直流測速發(fā)電機

永磁式測速發(fā)電機原理圖直流測速發(fā)電機輸出特性檢測技術速度檢測傳感器＿＿光電式速度傳感器

光電式速度傳感器工作原理圖V=x/t

檢測技術速度檢測傳感器＿＿光電式速度傳感器

光電式轉速傳感器的結構檢測技術差動變壓器式速度傳感器

差動變壓器式速度傳感器的工作原理檢測技術加速度傳感器

這一系統(tǒng)的固有頻率可以做得很低。應變式加速度傳感器檢測技術加速度傳感器

壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器可以做得很小，重量很輕，故對被測機構的影響很小。壓電加速度傳感器的頻率范圍廣、動態(tài)范圍寬、靈敏度高、應用較為廣泛。檢測技術加速度傳感器

電容式加速度傳感器電容式加速度傳感器的精度較高，頻率響應范圍寬，可以測得很高的加速度值。檢測技術測力傳感器＿＿柱式彈性元件

柱式彈性元件及其電橋式這種彈性元件結構簡單、承載能力大，主要用于中等載荷和大載荷（可達數(shù)兆牛頓）的拉（壓）力傳感器。檢測技術測力傳感器＿＿柱式彈性元件

懸臂梁式彈性元件及其電橋這種元件的特點是結構簡單、加工方便、應變片粘貼容易、靈敏度較高，主要用于小載荷、高精度的拉（壓）力傳感器中，可測量0.01牛頓到幾千牛頓的拉（壓）力檢測技術壓力傳感器示例

薄板的形狀控制檢測技術測力傳感器＿＿膜力傳感器

檢測技術測力傳感器＿＿筒式壓力傳感器

檢測技術測力傳感器＿＿壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器適用于中、低壓力、微壓和壓差測量。由于其彈性敏感元件與變換元件一體化，尺寸小且可微型化，固有頻率很高。檢測技術力矩傳感器

機器人手腕用力矩傳感器原理無觸點力矩測量原理檢測技術力與力矩復合傳感器

機器人十字架式腕力傳感器原理檢測技術力與力矩復合傳感器

機器人腕力傳感器原理檢測技術其它傳感器＿＿ＣＣＤ圖像傳感器

CCD圖像傳感器檢測工件尺寸的測量系統(tǒng)檢測技術其它傳感器＿＿激光傳感器

激光多普勒流速計原理激光檢測主要是利用激光的方向性、單色性、相干性以及隨時間、空間的可聚焦性的特點，無論在測量精確度和測量范圍上都具有明顯的優(yōu)越性。檢測技術其它傳感器＿＿超聲波檢測

超聲波檢測過程超聲波被用于無損探傷、厚度測量、流速測量、黏度測量等。檢測技術傳感器基本特性＿＿輸入特性

(1)量程或測量范圍

傳感器預期要測量的被測量值的范圍，一般用傳感器允許測量的上下極限值來表示，其中上限值也稱為滿量程FS。(2)過載能力

傳感器允許承受的最大輸入量(被測量),通常用一個最大允許值或滿量程的百分比來表示。檢測技術傳感器基本特性＿＿靜態(tài)特性

(1)線性度也稱非線性，表示傳感器輸出與輸入之間的關系曲線與選定的工作曲線的靠近程度，采用工作直線與實際工作曲線之間的最大偏差值與滿量程輸出之比來表示。(2)靈敏度傳感器輸入增量與輸出增量之比；(3)遲滯

傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨?，輸入—輸出特性曲線不重合的程度稱為遲滯

檢測技術傳感器基本特性＿＿靜態(tài)特性

(4)重復性反映傳感器在工作條件不變的情況下，重復地輸入某一相同的輸入值，其輸出值的一致性，其意義與精度類似。(5)分辨力傳感器能檢測到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點附近的分辨力稱為閾值。(5)穩(wěn)定性(溫度漂移，時間零漂)時間零漂:

在規(guī)定的時間內，在溫度不變的條件下，零輸出的變化；溫度漂移:當溫度發(fā)生變化時，其輸出特性的變化，通常用零點輸出變化值表示，也可以用它與滿量程的比值來表示。檢測技術傳感器基本特性＿＿動態(tài)特性

在被測量的物理量隨時間變化的情況下，傳感器的輸出能否很好地追隨輸入量的變化是一個很重要的問題。有的傳感器盡管其靜態(tài)持性非常好，但由于不能很好追隨輸入量的快速變化而導致嚴重誤差，這種動態(tài)誤差若不注意加以控制，可以高達百分之幾十其至百分之百。在被測信號變化速度較快的情況下要求我們要認真注意傳感器的動態(tài)響應持性。檢測技術傳感器基本特性＿＿動態(tài)特性

頻率響應特性幅頻特性相頻特性階躍響應特性時間常數(shù)上升時間過沖量(超調量)

固有頻率阻尼比(對數(shù)減縮)檢測技術傳感器的發(fā)展發(fā)向

新型傳感器的開發(fā)：以結構型為主轉向以物性型為主的過程傳感器的集成化和多功能化：實現(xiàn)了橫向和縱向的多功能傳感器的智能化：“電五官”與“電腦”的相結合檢測技術傳感器的正確使用方法如何選用傳感器？？？輸出特性進行線性化處理輸出特性進行補償傳感器的標定傳感器的抗干擾措施：屏蔽＼接地＼隔離＼濾波檢測技術檢測系統(tǒng)的組成＿＿模擬信號檢測技術檢測系統(tǒng)的組成＿＿數(shù)字信號絕對碼數(shù)字信號檢測系統(tǒng)檢測技術檢測系統(tǒng)的組成＿＿數(shù)字信號增量碼數(shù)字信號檢測系統(tǒng)檢測技術數(shù)字信號的預處理＿＿數(shù)字濾波（1）中值濾波中值濾波方法對緩慢變化的信號中由于偶然因素引起的脈沖干擾具有良好的濾除效果。

（2）算術平均濾波該方法對壓力、流量等具有周期脈動特點的信號具有良好的濾波效果。

（3）滑動平均濾波

當采樣速度較慢或信號變化較快時，系統(tǒng)的實時性往往得不到保證。采用滑動平均濾波的方法可以避免這一缺點。

（4）低通濾波當被測信號緩慢變化時，可采用數(shù)字低通濾波的方法去除干擾。檢測技術靜態(tài)誤差補償＿＿非線性補償檢測技術靜態(tài)誤差補償＿＿零誤差補償檢測技術靜態(tài)誤差補償＿＿增益補償增益誤差同樣是由溫度漂移和時間漂移等引起的。增益誤差補償又稱為校準，采用軟件方法可實現(xiàn)全自動校準，其原理與數(shù)字調零相似。在檢測系統(tǒng)工作時，可每隔一定時間自動校準一次。檢測技術