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传感检测技术范文 第四章传感检测技术4.1概述概述4.4常用传感器原理常用传感器原理4.2检测系统设计检测系统设计4.3传感器组成与特性传感器组成与特性4.5信号处理电路信号处理电路章第四章传感检测技术4.1概述概述图图1传感器的作用VS4.1概述概述?力?温度?距离?位移?速度?加速度4.1概述概述图图2检测系统的组成传感器把各种非电量信号转换为电信号。 信号调理电路对传感器输出的电信号进行加工。 章第四章传感检测技术4.2检测系统设计检测系统设计在机电一体化研究、应用和产品开发中，根据使用要求合理选用传感器，设计或选用相应的信号检测与处理电路以构成检测系统。 实验分析法，通过实验测试为理论分析提供依据，并对所设计的检测系统进行修正。 4.2检测系统设计检测系统设计设计任务分析系统方案选择系统构成框图设计总装调试及实验分析环节设计与制造系统运行和考核4.3传感器组成与特性传感器组成与特性章第四章传感检测技术 一、传感器的组成图图3典型传感器组成敏感元件直接感受被测量，并以确定关系输出某一物理量。 转换元件将敏感元件输出的非电物理量转换为电参量。 基本转换电路将电参量转换成便于测量的电量。 4.3传感器组成与特性传感器组成与特性 二、传感器的分类?按被测物理量分类?按传感器工作原理分类?按传感器转换能量的情况分类?按输出信号的性质分类4.3传感器组成与特性传感器组成与特性图图4传感器按输出信号的性质分类4.3传感器组成与特性传感器组成与特性图图5典型模拟式传感器检测系统基本转换电路将电参量转换为电量。 调制提高输出信号的抗干扰能力。 量程切换电路适应不同测量范围。 4.3传感器组成与特性传感器组成与特性图图6典型数字式传感器检测系统4.3传感器组成与特性传感器组成与特性 三、传感器的特性 1、静态特性图图7传感器的线性度表示%100max=FSYE4.3传感器组成与特性传感器组成与特性图图8传感器的灵敏度定义x yS n=/4.3传感器组成与特性传感器组成与特性图图9传感器的重复性表示%100=FSyYmE4.3传感器组成与特性传感器组成与特性图图10传感器的迟滞现象%100|?=FSd iyYyyE4.3传感器组成与特性传感器组成与特性 2、动态特性动态特性是传感器对输入激励的输出响应特性。 图图11传感器的阶跃响应特性章第四章传感检测技术4.4常用传感器原理常用传感器原理 一、位移、角度的测量图图12电位计式电阻传感器SlR=4.4常用传感器原理常用传感器原理图图13接上负载的电位计图图14电位计的输出特性图图15YHD型电位计式位移传感器4.4常用传感器原理常用传感器原理4.4常用传感器原理常用传感器原理图图16差动变压器的原理测量范围可达到0.01-100mm4.4常用传感器原理常用传感器原理图图17差动变压器的输出特性4.4常用传感器原理常用传感器原理图图18二极管相敏检波器4.4常用传感器原理常用传感器原理图20平行板电容器改变平行板间距，测量灵敏度高，可测量微米级的位移。 改变平行板面积，只适用于测量厘米级的位移。 dAC=4.4常用传感器原理常用传感器原理图19变极距型电容式传感器000001)1(ddC CdddAC+=+=4.4常用传感器原理常用传感器原理图20电容式角位移传感器dAC=0001)1(C CdAC?=?=4.4常用传感器原理常用传感器原理图21旋转编码器的基本原理增量式编码器4.4常用传感器原理常用传感器原理绝对式编码器图22绝对式编码器码盘4.4常用传感器原理常用传感器原理4.4常用传感器原理常用传感器原理图24增量式编码器增量式编码器4.4常用传感器原理常用传感器原理图25增量式编码器鉴向原理4.4常用传感器原理常用传感器原理增量式编码器测速原理频率法在给定的时间范围内对编码器所产生的脉冲进行计数。 n=N1/N*60/t(r/min)周期法n=N2/N*60/T(r/min)测量给定数目的编码器脉冲所持续的时间。 4.4常用传感器原理常用传感器原理 二、距离的测量图26超声波传感器测距离2atL=T a067.20=4.4常用传感器原理常用传感器原理图27施密特触发器波形图正向阈值电压负向阈值电压波形的上升沿明显变缓，上升沿和下降沿产生振荡现象，出现附加噪声。 4.4常用传感器原理常用传感器原理图28激光传感器调制式测距发射光强度)sin1()(0t m I tI t+=接收光强度)(sin1)()(0T tmIT tI tIt r?+=?=雷达式测距相敏检波Tm ITt TmtI tt Ircos2)2cos(cos2sin sin)(00=?+=2cTL=4.4常用传感器原理常用传感器原理 三、速度、加速度的测量图29测速发电机原理及电路LRrnCU001+=4.4常用传感器原理常用传感器原理图30空间滤波器原理cos mvpT=mpfv=cos4.4常用传感器原理常用传感器原理图31基于相关法的速度检测原理4.4常用传感器原理常用传感器原理图32多普勒测速原理cos200cvf ff frd=?=cos20fcfvd=4.4常用传感器原理常用传感器原理图33加速度传感器原理0)()(11=?+?+x xk xx c x m?122?=+r nr nrx xx?1x mkx xcxmr rr?=+n为固有频率为阻尼比1为x1的加速度地震仪式拾振器4.4常用传感器原理常用传感器原理图34加速度传感器的频率特性2221)(n nsss G+?=21)1()(22jj Gn+?=22221)2()1()1()(+?=n rxjG?=?18012tan217.0=1图图50二阶低通滤波器图图51二阶低通滤波器的幅频特性4.5信号处理电路信号处理电路 四、模数转换电路图图52机电一体化系统中的模数转换Analog-Digital ConverterDigital-Analog Converter4.5信号处理电路信号处理电路 1、倒T形电阻网络D/A转换电路图图53倒T形电阻网络D/A转换电路4.5信号处理电路信号处理电路图图54电子模拟开关图图55倒T形电阻网络等效电阻均为R RUIR= (40)4.5信号处理电路信号处理电路根据分流公式得出各支路电流为13221?=RUI IRR22241?=RUI IRR31281?=RUI IRR402161?=RUI IRR电阻网络的输出电流为)2222(xx1223341?+?+?+?=d d d dRUIRo (41)运算放大器输出的模拟电压为)2222(xx1223341?+?+?+?=?=d d d dRURI RUR FoF o (42)4.5信号处理电路信号处理电路)222(xx211?+?+?=?d ddRU RUnnnnnRFo?推广到一般情况 (43)222(xx211?+?+?=?dddUUnnnnnRo? (44)当取时RRF=十位CMOS数模转换芯片AD75204.5信号处理电路信号处理电路图图56AD7520电路4.5信号处理电路信号处理电路 2、逐次逼近型A/D转换电路表表1逐次逼近称量原理用四个分别重8g、4g、2g、1g的砝码去称重13g的物体。 4.5信号处理电路信号处理电路图图57逐次逼近型AD转换电路的原理框图i oUU将该位的1清零，并将下一位置1。 i oUU 模拟电压采样保持电路待转化电压4.5信号处理电路信号处理电路图图58逐次逼近型AD转换电路4.5信号处理电路信号处理电路 (1)逐次逼近寄存器由四个可控RS触发器组成。 表表2可控RS触发器的逻辑状态表4.5信号处理电路信号处理电路 (2)顺序脉冲发生器图图59环形计数器图图60环形计数器的波形图1000001000001000001000001100004.5信号处理电路信号处理电路 (3)D/A转换器将逐次逼近寄存器的输入数字量转换为相应的模拟电压。 (4)电压比较器比较输入电压与转换电压的大小，以确定输出端电位的高低。 iUoU (5)控制逻辑门通过四个与门和三个或门控制逐次逼近寄存器的输出。 (6)读出与门控制四位二进制转换结果的输出。 4.5信号处理电路信号处理电路设D/A转换器的参考电压=8V，输入模拟电压5.52VRUiU4.5信号处理电路信号处理电路转换开始前，先将FF 3、FF 2、FF 1、FF0清零，并置顺序脉冲Q4Q3Q2Q1Q010000状态。 第一个时钟脉冲V48168)2222(xx122334=?+?+?+?=ddd dUURo第二个时钟脉冲V612168=oUd3d2d1d01000，保留d3d2d1d01100，清除第三个时钟脉冲d3d2d1d01010，保留V510168=oU4