检测系统设计ppt课件

第一部分概述了第二部分中模拟传感器信号的检测和第三部分中数字传感器信号的检测。第二部分概述了检测系统的功能和组成。第一部分概述了机电一体化对检测系统的基本要求。第三部分概述了检测系统设计的任务、方法和步骤。第三部分概述了检测系统的功能和组成。检测系统是机电产品的重要组成部分，用于实现测量功能。在机电产品中，传感器用于检测各种物理量及其在外部环境和自身状态中的变化，将这些信号转换成电信号，然后通过相应的预处理(转换、放大、调制和解调、滤波、计算等电路)检测有用的信号。)，并将它们反馈给控制设备或发送给显示器。传感器和相应的信号检测和处理电路是机电产品中的检测系统。传感器及其检测系统不仅是机电产品的重要组成部分，而且已经成为机电有机结合的重要环节。机电一体化对检测系统的基本要求和机电一体化对检测系统性能的基本要求：1。精密度、灵敏度和分辨率高，线性、稳定性和重复性好；2.抗干扰能力强，静态和动态特性好。3.测试系统要求体积小、重量轻、价格便宜、易于安装和维护、耐环境性好等。满足机电一体化设计的需要。检测系统设计的主要任务是根据使用要求合理选择传感器，并设计或选择相应的信号检测和处理电路组成检测系统，对检测系统进行分析和调试，从而实现预期的测量功能。设计检测系统的主要方法是实验分析，即理论分析和计算与实验测试相结合的方法。由于检测传感器的物理和化学性质的再现性和再现性，实际设计的系统的性能不能保证与理论分析和计算结果一致，并且检测系统容易受到各种干扰。通过理论分析和计算很难预先确定。有必要通过实验测试为理论分析提供依据，并对设计的检测系统进行修正，以满足其性能指标要求。(1)设计任务分析(2)系统方案选择(3)系统结构框图设计(4)链路设计和制造(5)总装配调试和实验分析(6)系统运行和评估(7)第2节模拟传感器信号检测，第1节模拟信号检测系统组成2，基本转换电路3，信号放大电路4，信号调制和解调电路5，滤波器6，计算电路，8，1。模拟信号检测系统的组成，9，2，基本转换电路，(1)分压电路，(2)差动电路，(3)非差动桥式电路，(4)调频电路，(5)脉宽调制电路，(10)，(1)分压电路，(11)，(2)差动电路，(12)，(3)非差动桥式电路，(13)，(4)调频电路和脉宽调制电路，(14)，(15)，三，信号放大电路，(1)降低噪声和提高稳定性的方法， (2)高输入阻抗放大器(3)高共模抑制比放大器(4)参数放大器(5)线性化放大器(16)，(1)降低噪声的方法，放大电路中的常见噪声包括热噪声、散粒噪声和低频噪声等。 必须采取措施抑制这些噪声，以免有用的信号淹没在噪声中。抑制放大器噪声的常用措施包括：压缩放大器带宽，滤除通带以外的各种噪声信号。(2)降低信号源的电阻，使其等于放大器的等效噪声电阻，实现噪声阻抗匹配。(3)选择低噪声放大器来降低噪声。(4)减少电缆电容和各种干扰因素的影响。(1)提高稳定性的方法。放大器的稳定性是指当环境、输入信号或电路中的某些参数发生变化时，放大器能够稳定工作的能力。提高放大器稳定性的措施包括：采用无源组件(3)相位补偿是利用电容和电阻来消除寄生电容或其他寄生耦合引起的自激振荡。(4)适当接地和屏蔽，以减少寄生电容、寄生耦合等因素的影响。采取散热和均热措施，确保温度稳定，减少热漂移。(2)高输入阻抗放大器，(3)高共模抑制比放大器，(4)参数放大器，(5)线性化放大器，(22)，(5)线性化放大器和放大器增益切换，(23)，放大器增益切换，(4)，信号调制和解调电路，信号调制方法包括幅度调制、相位调制、频率调制和脉冲宽度调制。(1)调幅和解调(2)调相和解调(3)调频和解调(25)，(1)调幅和解调(26，1)，(27)汽车和工程机械速度传感器的结构如图所示。励磁线圈W1和输出线圈W2缠绕在铁芯1上，十字轮2连接到待测轴上，其速度n(r/min)是待测轴的速度。十字轮由铁磁性材料制成。(2)给出了输出信号e0的频率f和待测轴的转速n之间的关系。(3)当励磁线圈的施加电压ei分别为DC和交流时，其输出信号e0的波形之间的差异是什么？为什么？(1)请解释当激励线圈上施加DC电压时，该传感器的工作原理。(1)这是一个电磁感应式速度传感器。当直流电流引入W1时，在铁芯中产生固定方向的磁通量；十字轮的位置影响的大小。在图中所示的位置，当十字轮450旋转时，磁阻最小，磁阻最大，因此将改变，W2中的感应电动势也将改变。输出信号e0周期性地变化四次，测试轴每转有四个峰值。(2)输出电动势的频率f与被测轴转速的关系为：(3)当3)W1加交流电压时，e0变成调幅波，当十字轮在图中所示位置时，输出为波峰，当十字轮为450时，输出为波谷；当W1被提供DC电压时，e0近似为正弦波。28、周期性方波信号如图所示，让它通过一个理想的带通滤波器，滤波器增益为0dB带宽B=30Hz，中心频率f0=20Hz，试着找出滤波器输出波形的幅度谱。(众所周知，周期方波的三角函数展开式为，29，(2)相位调制和解调，30，(3)频率调制和解调，31，5，滤波器，(1)滤波器的功能、分类和基本参数，(2)无源RC滤波器，(3)有源RC滤波器，(32)，(1)滤波器的功能、分类和基本参数，滤波器是具有频率选择功能的器件，其功能是滤除信号放大和传输过程中引入的噪声和干扰。(2)在信号调制过程中滤除无用信号，例如载波。分离不同频率的有用信号。(4)补偿系统的频率特性。33，过滤器分类，34，(1)过滤器基本参数，描述过滤器性能的基本参数：1。截止频率2。带宽b3.品质因数Q4。倍频程选择性。35，(2)无源RC滤波器，1。RC低通滤波器2。RC高通滤波器3。钢筋混凝土带通滤波器。有源RC滤波器有源滤波器由RC网络和运算放大器组成，其中运算放大器不仅可以起到级间隔离的作用，还可以起到信号放大的作用，而RC网络通常被用作运算放大器的负反馈网络。1.有源低通滤波器2。有源高通滤波器3。有源带通滤波器4。有源带阻滤波器。37，1。有源低通滤波器，一阶滤波器的倍频选择性只有4dB，因此其选频能力较差。为了提高频率选择能力并尽快衰减通带外的频率分量，滤波器的阶数得到了提高。38，4-43A，39，4-43B，40，结论，从二阶滤波器的幅度和相位频率特性可以看出，为了获得相对平坦的幅度和频率这种滤波器对运算放大器的要求较低，主要用于对品质因数要求较低的场合。当设计或选择这种类型的滤波器时，运算放大器的增益不应太大，以确保正阻尼比并使滤波器工作在稳定状态。在其他二阶有源滤波器中，不存在稳定性问题，并且由于多通道负反馈的影响，元件参数的变化对滤波器性能的影响较小，因此主要用于对品质因数要求较高的场合。运算电路是能够操作和处理信号的电路，根据不同的信号形式可以分为模拟和数字运算电路。数字算术电路有许多优点，被广泛使用。然而，模拟运算电路具有运算直接、简单、快速的特点。一些较简单的操作仍由模拟运算电路实现。(1)线性加法和减法电路，(2)积分和微分电路，(3)参数控制乘法和除法电路，(4)峰值运算电路，(46)，(1)线性加法电路，(47)，(2)减法和积分电路，(48)，(49)，(3)微分和参数控制乘法和除法电路，(5)，(4)峰值运算电路，(5)，(5)，(5)，和(5)，数字传感器信号检测的第三部分，一、数字信号检测系统二的组成。多通道信号采集细分和方向识别3。电阻链相移细分和方向识别。锁相倍频细分和方向鉴别五、脉冲填充细分和方向鉴别，52.一、数字信号检测系统的组成。机电产品中的许多复杂信号处理都是由微型计算机完成的。这样，模拟信号通常在模拟/数字转换后由微型计算机处理，这将增加系统的复杂性和成本。此外，模拟信号检测精度较低，易受干扰，不便于远距离传输。数字传感器可以直接将被测信号转换成数字信号输出，不仅可以提高检测精度、分辨率和抗干扰能力，而且便于信号的处理、存储和远距离传输。因此，虽然目前数字传感器的种类不多，但是它们已经被越来越多的使用。53.检测系统的典型组件。常见的数字传感器包括光栅、磁光栅、电容光栅、感应同步器、光电编码器和激光干涉仪等。它们主要用于测量几何位置和速度。输出信号都是增量码形式的数字信号。所谓的增量编码信号是指信号周期数变化与测量位移成正比的信号。-数字信号检测系统的组成。光栅数字传感器通常由光源、聚光器、测量光栅、光电器件和测量电路组成。测量光栅由标尺光栅(主光栅)和指示光栅组成，所以测量光栅又称为光栅对，它决定了整个系统的测量精度。通常，主光栅和指示器光栅的标线密度是相同的，但是主光栅比指示器光栅长得多。在测量过程中，主光栅与被测物体相连并随之移动，表明光栅是固定的，因此主光栅的有效长度决定了传感器的测量范围。55、2、多通道信号采集、细分和方向判别，莫尔条纹运动与光栅运动有对应关系，莫尔条纹有位移放大效应，莫尔条纹有平均光栅误差效应，莫尔条纹间距随光栅十字线的交角而变化。56、光电转换时，主光栅和指示光栅的相对位移产生莫尔条纹，为了测量莫尔条纹位移，光信号必须通过光电器件(如硅光电池等)转换成电信号。)。光电器件放置在光栅的适当位置。当两个光栅相对移动时，光电器件上的光强随着莫尔条纹移动，光强变为正弦曲线。测量位移时，磁栅位移传感器的输出电动势为e=emsin (t)，剩余磁符号的波长为(2)在一个测量周期内，可测量的最大位移对应的相位位移为2，所以，58、方向识别和细分电路，(1)方向识别电路必须能够根据传感器的输出信号判断运动方向，即它是向前还是向后，顺时针还是逆时针。为了辨别方向，通常将两个光电器件放置在由1/4莫尔条纹间距b分隔的位置，以获得相位差为900的两个信号，然后将信号发送到方向辨别电路进行处理。差分放大器电路：去除直流分量整形：将正弦波变为矩形波差分：在上升沿触发锐脉冲反向：在下降沿触发锐脉冲信号2，获得无差分目的的开门，通过整形电路，将正弦波信号转换成方波脉冲信号，每周期输出一个方波脉冲。这样，脉冲总数n对应于光栅移动的网格间距数，因此光栅位移为：网格间距等于n，分辨率：小数部分为：嘿。61年。62，3，电阻链相移细分和方向识别。63、64、4、锁相倍频细分和方向判别。如果测量信号的变化频率为f1，则通过锁相倍频电路输出信号的频率为f0=nfi。如果对输出信号进行计数，则在输入信号变化的每个周期，输出信号中可以计数n个数字，从而实现n细分。嘿。65，1，耦合电容C2的作用：首先，隔离uc1的DC分量；第二种是用电阻R2形成另一个积分电路，对输出信号Ud进行积分。它的优点是Ud可以直接发送到压控振荡器，而不需要增加另一个滤波器进行积分。第4节：检测信号的采集和预处理，第1节：模拟转换和输入模式2:模拟多路复用器3:信号采样和保持4:数字信号预处理5:传感器的非线性补偿6:零位置误差和增益误差补偿。控制和信息处理功能主要由计算机实现。检测信号也被收集到计算机中进行进一步处理，以便获得所需的信息。信号采集以某种方式通过适当的接口电路实现。信号被收集到计算机后，通常要进行适当的预处理。其目的是消除有用信号中的各种干扰，补偿和校正检测系统的非线性、零误差和增益误差。这些将涉及接口电路的选择和设计方法、模拟量的转换和输入方法以及检测信号的预处理方法等。71，1，模拟转换和输入模式，四种模式的模拟转换和输入，单通道模数转换，多通道模数转换(同一瞬时)，多通道同步采样模数转换。72，2，模拟多通道开关，1。多通道开关的功能，2。多通道开关的基本要求，3。多通道开关的基本类型，4。多通道开关的工作模式，73，3。信号采样和保持，(1)信号采样，(2)采样和保持，(74)，(1)信号采样，(75)，(2)采样和保持，(76)，(4)数字信号的预处理。在检测信号被收集到计算机中之后，它们需要在被传送到应用程序使用之前被预处理。预处理的主要任务是去除有用信号中混合的各种干扰信号。干扰信号包括周期性干扰和随机干扰。典型的周期性干扰是50Hz工频干扰。积分时间为20毫秒整数倍的双积分模数转