机电一体化第3章

1、china_ 第三章 机电一体化检测与传感技术 知识点 概述 传感器的组成和分类 常见传感器及其工作原理 检测信号的采集与处理 传感器的应用2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.1 概述3.3.1 检测系统的组成 传感器-专用于对非电量信号进行测量的装置；变送器-把信号转换成标准的电信号；信号控制器-完成对信号的分析、处理、判断和分配；记录器-维持被测量信号并供在线检测。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.1 概述3.3.1 信号的传输与处理 A/D:模数转换器，模拟信号转化成数字信号 D/A

2、:数模转换器，数字信号转化成模拟信号2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.2 传感器的组成和分类 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。“传感器”在新韦式大词典中定义为：“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。中国物联网校企联盟认为，传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。 2022-6-82022-6-8开

3、始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.2 传感器的组成和分类3.2.1 传感器的组成 传感器是一种将被检测物理量以一定精度转换为与之确定对应关系的、易于精确处理和检测的某种物理量的部件或装置。用来实现信息采集技术。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 1、组成元件作用 敏感元件敏感元件指能够灵敏地感受被测变量并做出响应的元件。是传感器中能直接感受被测量的部分。如弹性元件将力转换成位移或应变输出。 敏感元件可以按输入的物理量来命名，如热敏（见热敏电阻器）、光敏、（电）压敏、（压）力敏、磁敏、气敏、湿敏元件。在电子设备中采用敏感元件来感

4、知外界的信息，可以达到或超过人类感觉器官的功能。敏感元件是传感器的核心元件。随着电子计算机和信息技术的迅速发展，敏感元件的重要性日益增大。 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 敏感元件按输入与输出关系可归纳为两类：一类是缓变型，另一类是突变型。前者的输出信号在一较宽的范围内随输入信号的增大而逐渐增加或减小,后者在输入信号的某个很窄的范围内有突变反应,在此范围外变化较小。 对敏感元件的基本要求是：灵敏度、稳定性和可靠性高，互换性和生产重复性好，在某些情况下还要求有高的响应速率。 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束

5、china_ 转化元件转化元件:指传感器中能将敏感元件输出的非电物理量（位移、应变、光强等）转换为适于传输和测量的电路参数（电阻、电感、电容等）。它是传感器的重要组成部分。它的前一环节是敏感元件,但有些传感器的敏感元件与转化元件是合并在一起的,例如,半导体气体,湿度传感器等。 基本转换电路基本转换电路：将电路参数量转换成便于测量的电信号，如电压、电流、频率等。 2、传感器作用、传感器作用：感受被测物理量；把感受到的被测物理量进行变换，变换成一种与被测物理量有确定函数关系且便于传输和处理的信号。 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.2.2 传感

6、器的分类1. 按被测物理量分类（明确体现用途） 1）机械量位移、力、速度、加速度等 2）热工量：温度、热量、流量（速）、压力（差）、液位等 3）物性参量：浓度、粘度、比重、酸碱度等 4）状态参量： 裂纹、缺陷、泄漏、磨损等2. 按工作原理分类（便于学习研究） 应变式、压电式、压阻式、热电式等 这种分类方法便于从原理上认识输入与输出之间的变换关系，有利于专业人员从原理、设计及应用上作归纳性的分析与研究。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.2.2 传感器的性能指标及选用原则1、根据测量对象与测量环境确定类型2、灵敏度的选择3、传感器的响应特性4、

7、线性范围5、稳定性6、精度2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.2.2 传感器的性能指标及选用原则1、根据测量对象与测量环境确定类型 要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法，有线或是非接触测量;传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。2022-6

8、-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.2.2 传感器的性能指标及选用原则2、灵敏度的选择 通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。2022-

9、6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.2.2 传感器的性能指标及选用原则3、传感器的响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真。实际上传感器的响应总有一定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应越高，可测的信号频率范围就越宽。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过大的误差。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.2.2 传感器的性能指标及选用原则4、线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵

10、敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.2.2 传感器的性能指标及选用原则5、稳定性 传感器使用一段时间后，其性能保持不变的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳

11、定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.2.2 传感器的性能指标及选用原则6、精度 精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价

12、格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器阿特拉斯空压机配件。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的;如果为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.3 常见传感器及其工作原理 在机电一体化系统中，传感器完成信号的采集、处理和传输，不同的领域

13、，采用不同类型的传感器，工业中常用的传感器有光电编码器光电编码器、光栅尺、电阻光栅尺、电阻应变计、温度传感器、霍尔效应位移传感器、超声应变计、温度传感器、霍尔效应位移传感器、超声波传感器波传感器及智能传感器智能传感器。 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.3 常见传感器及其工作原理 编码器（encoder）是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。根据检测原理，编码器它可分为电磁式、电刷式、电磁感应式及光电式光电式等。 光电编码器，是一种通过光电转换

14、将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器根据其刻度方法及信号输出形式，分为增量式光电编码器增量式光电编码器和绝对式绝对式光电编码器光电编码器。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.3.1 光电编码器光电编码器 光电编码器具有非接触和体积小的优点，且分辨率高，故应用最广泛。主要用于机床设备，印刷机械，纺织机械，包装机械，医疗器械，石油石化设备，锅炉锅盖配件等等。工作原理： 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，是目前应用最多的传感器。一般的光电编码器主要由光栅盘光栅盘和光电探测

15、装置光电探测装置组成。在伺服系统中，由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转。经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号。通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90的2个通道的光码输出，根据双通道光码的状态变化确定电机的转向。 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 1、增量式光电编码器、增量式光电编码器图3-3 增量式光电编码器2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 1、增量式光电编码器、增量式光电编码器

16、 增量式光电编码器采用圆光栅，通过光电转换，将轴旋转角位移转换成电脉冲信号，并利用光电方法，通过电路处理，将输入的机械量转换成相应的数字量。 增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。 增量式光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。 其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 1、增量式光电编码器、增量式光电

17、编码器 增量式光电编码器的特点：每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的绝对位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出A、B 两相互差90电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的Z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。2022-6-82022-6-8开始开始 前

18、页前页 后页后页 结束结束china_ 2、绝对式光电编码器、绝对式光电编码器 绝对式光电编码器的编码盘由透明及不透明区组成，这些透明及不透明区按一定编码构成，编码盘上码道的条数就是数码的位数。绝对式编码器能够直接给出对应于每个转角位置的二进制数码，便于计算机处理。 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 2、绝对式光电编码器、绝对式光电编码器 绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一

19、侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有21位的绝对编码器产品。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。增量式

20、编码器需外加硬件计数器将增量值变为绝对值。 绝对编码器采用光码盘的最大特点是非接触式，因此它的使用寿命长，可靠性高，精度和分辨率取决于光码盘的精度和分辨率。缺点是结构复杂，光源寿命短。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ (a) 4位二进制绝对式编码器的编码盘 (b) 4位格雷码盘示意图 图3-5 绝对式光电编码器的编码盘2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-6 绝对式光电编码器的结构示意 1光源；2透镜；3编码盘；4狭缝；5光电元件2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结

21、束结束china_ 3、光电编码器的应用光电编码器的应用转速测量转速测量转速可由编码器发出的脉冲频率或周期来测量。利用脉冲频率检测是在给定的时间内对编码器发出的脉冲计算，由公式求转速。n=N1/N*60/t 利用周期法测量转速，是通过计数编码器的一个脉冲间隔（脉冲周期）内标准时钟脉冲个数来计算转速(r/min)，公式如下：n=60/2N2NT2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3、光电编码器的应用光电编码器的应用转速测量转速测量转速可由编码器发出的脉冲频率或周期来测量。 图3-7(a) 脉冲频率法测转速2022-6-82022-6-8开始开始 前

22、页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-7（b）脉冲周期法测转速 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.3.23.3.2光栅尺光栅尺光栅尺或称光栅，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置，是一种高精度的直线位移传感器。通过在玻璃或金属基体上均匀刻划很多等节距的线纹而制成的。图3-8 光栅尺的结构示意图2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 光栅尺是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床活动部件上，光栅读数头装在机床固定部件上，指示光栅装在

23、光栅读数头中。 光栅尺按照制造方法和光学原理的不同，分为透射光栅和反射光栅。 光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移（长光栅）或者角位移（圆光栅）的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 1、莫尔条纹、莫尔条纹（1）莫尔条纹移动方向与两光栅相对移动方向垂直。（2）莫尔条纹有位移的放大作用。WB 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束chin

24、a_ 工作原理：工作原理：光栅线位移传感器的工作原理是由一对光栅尺中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。 光栅的原理简单说就是光电折射。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 2、莫尔条纹与参数间的关系、莫尔条纹与参数间的关系光栅的莫尔条纹有如下特点：（1）起放大作用。（2）莫

25、尔条纹的移动与栅距成正比。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡）为光栅设计的专用数据转接器（光栅计数卡）内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警、阻抗变换等。内部包含以下电路：放大、整形、细分、辨向、报警、阻抗变换等。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-9 光电元件 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.3.3电阻应变

26、计电阻应变计电阻应变计是根据应变电阻效应，将给测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。它不仅直接作为应力、应变测量的传感器而且可以与弹性元件组合构成力、压力、称重、位移、扭矩、振动、加速度等多种专用式传感器，广泛应用于机械、交通、建筑、化工和电力等行业。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 电阻应变计的结构电阻应变计的结构电阻应变计主要由电阻敏感栅、基底和面胶（或覆盖层）、粘结剂、引出线五部分组成。电阻应变计的结构如图所示。图3-10 电阻应变计的构造 1敏感栅；2引出线；3粘结剂（未示出）；4覆盖层；5基底2022-6-82022-6-8开始开

27、始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3、应变计的类型、应变计的类型电阻应变计的分类方法很多，常用的是按应变计的制造材料、 温度以及用途的不同来分类。（1）按敏感栅的制造方法分类1）金属丝式应变计2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 箔式应变计箔式应变计的敏感栅是利用照相制版或光刻腐蚀技术制成的，箔栅厚度一般为0.002mm0.005mm,最薄的达0.00035mm。箔式应变计，工艺上能保证敏感栅尺寸的准确，线条均匀，适应不同的测量要求，传递试件应变性能好、横向效应小和散热性能好，因此得到了广泛的应用，现在已经基本上取代金属丝应变计。金属薄

28、膜应变计所谓薄膜是指厚度在0.1um以下的膜，它是采用真空的溅射或真空沉积等方法制成的。通过按规定的图形制成的掩膜版，在基底材料上溅射或沉积一层电阻材料的薄膜，从而制成金属薄膜应变计。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 4、电阻应变计的应用、电阻应变计的应用电阻应变计主要有以下两种应用方式：（1）应变片直接粘贴在试件上，用来测量工程结构受力后的应力分析或所产生的应变，为结构设计、应力校正或分析结构在使用中产生破坏的原因提供试验数据，如电阻应变仪。在测量齿轮轮齿弯矩或立柱应力时，也常在被测位置处直接粘贴应变片进行测量，如图所示。图3-12 构件应力

29、测定的应用2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ （2）将应变片粘贴在弹性元件上，进行标定后作为测量力、压力、位移等物理量的传感器。 1质量块；2应变梁；3应变片；4阻尼液； 5密封圈；6接线板；7底座 图 3-13 应变式加速度传感器2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.3.4温度传感器温度传感器温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，用于检测温度和热量，因此也叫做热电式传感器。温度传感器一般分为接触式和非接触式两大类2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束c

30、hina_ 1、热电效应、热电效应热电偶测温是基于热电效应。在两种不同的导体（或半导体）A和B组成的闭合回路中，如果它们两个结点的温度不同，则回路中产生一个电动势，通常我们称这种电动势为热电势，这种现象就是热电效应 图3-14 热电效应 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3、热电偶的种类、热电偶的种类热电偶是目前应用广泛、发展比较完善的温度传感器，它在很多方面都具备一种理想温度传感器的条件。（1）标准化和非标准化热电偶标准化热电偶的工艺比较成熟，应用广泛，性能优良稳定，能成批生产（2）普通型热电偶。这种类型的热电偶主要用于测量气体、蒸气和液体气

31、体、蒸汽和液体介质的温度。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-14 普通型热电偶外形 （a）固定螺纹形 (b) 无固定装置形 (c) 固定法兰形 (d) 活动法兰形 (e) 角形2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ （3）铠装热电偶 铠装热电偶的外形像电缆，也称缆式热电偶。 图3-15 铠装热电偶外形及结构（a）外形 (b)结构2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 4、热电偶的特点、热电偶的特点（1）温度测量范围宽（2）性能稳定、准确可靠（3）信号可

32、以远传和记录5、热电阻传感器、热电阻传感器利用热敏电阻可以制成温度传感器。所谓热敏电阻即是对热量敏感的电阻体，其电阻值随温度的变化而显著改变。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 6、温度传感器的应用、温度传感器的应用图3-17 热电偶检测电路 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.3.5 霍尔效应式线位移传感器霍尔效应式线位移传感器图 3-18霍尔效应线位移传感器工作原理 图 3-19 霍尔效应线位移传感器输出特性2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_

33、3.3.6 超声波传感器超声波传感器 超声波传感器用超声波来测量距离，在机器人上用来检测障碍物。其原理与蝙蝠通过感觉自己所发出的超声波来测定距离的道理相同。发射脉冲导通时，开始发射超声波。反射回来的超声波接收后，经过放大和检波得到的波形上升沿由施密特触发器提取。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.3.7 智能性传感器1结构型传感器2集成传感器3智能传感器2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.4 检测信号的采集与

34、处理3.4.1 传感信号的采样/保持2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.4.2数字信号的采集与处理数字信号的采集与处理 1、数字信号处理的步骤、数字信号处理的步骤数字信号处理的基本步骤如图所示 图3-22 数字信号处理系统功能框图 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 2、数字信号处理方法、数字信号处理方法通过A/D转换得到的数字信号，可以利用计算机进行各种各样的处理。除此之外，还有数字滤波、快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）等。 （1）算术平均值法平均值滤波法

35、是对信号Y的m次测量值进行算术平均，作为时刻n的输出，即 = )(nYmiinYm1)(12022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ （2）中位值滤波法中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样次（3且为奇数），并按大小顺序排序；再取中间值作为本次采样的有效数据。中位值滤波法和算术平均值滤波法结合起来使用，滤波效果会更好。（3）限幅滤波法由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数据偏离实际值太远，为此仅采用上、下限限幅 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.4.3信号调制与解调信号调制与解调在测试技术中，调

36、制是工程测试信号在传输过程中常用的一种调理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-25 载波、调制信号及调幅、调频波 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 1、调幅与解调、调幅与解调调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号（调制信号）相乘，使载波信号随测试信号的变化而变化。调幅的目的是为了便于缓变信号的放大和传送，然后再通过解调从放大的调制波中取出有用的信号。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束chin

37、a_ 图3-26 调幅过程 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-27 同步解调2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-29 常用的环形二极管相敏检波器 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-30 相敏检波2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-31 动态电阻应变仪方框图2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3、调频与解调、调频与解调（1）调频原理

38、调频是利用调制信号的幅值变化控制和调节载波的频率。调频比较容易实现数字化，特别是调频信号在传输过程中不易受到干扰，所以在测量、通信和电子技术的许多领域中得到了越来越多广泛的应用。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-32调频波与调制信号幅值的关系2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-33直接调频装置 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ （2）鉴频器调频波的解调又称为鉴频，是将频率变化的等幅调频波，按其频率变化复现调制信号波形的变换。振幅鉴频器是

39、一种简单的调频解调器，其原理图及频率幅值变换如图所示。 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 图3-34 变压器耦合的谐振回路鉴频率 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.5 传感器的应用3.5.1 传感器信号的计算机检测技术2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.5 传感器的应用3.5.1 传感器信号的计算机检测技术传感器信号的计算机检测技术3.5.1.1传感器的测量电路传感器的测量电路在机电一体化系统中，传感器获取系统的有关信息并通过检测系统进行处

40、理，以实施系统的控制。通常，这种电量信号很微弱，需要由中间转换电路进行放大、调制解调、AD、DA转换等处理以满足信号传输、微机处理的要求，根据需要还必须进行必要的阻抗匹配、线性化及温度补偿等处理。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ （1）模拟型测量电路模拟型测量电路适用于电阻式、电感式、电磁式、电热式等输出模拟信号的传感器。当传感器为电参量式时，即被测物理量的变化引起敏感元件的电阻、电感、或电容等参数变化时，则需通过基本转换电路将其转换成电量(电压、电流等)。若传感器的输出已是电量，则不需要基本转换电路。2022-6-82022-6-8开始开始

41、前页前页 后页后页 结束结束china_ （2）数字型测量电路数字型测量电路有绝对码数字式和增量码数字式。绝对码数字式传感器输出的编码与被测量一一对应，每一码道的状态由相应的光电元件读出，经光电转换、放大整形后，得到与被测量相对应的编码。输出的信号为增量码数字信号的传感器，如光栅、磁栅、容栅、感应同步器、激光干涉等传感器均使用增量码测量电路。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ （3）开关型测量电路 传感器的输出信号为开关信号，如光电开关和电触点开关的通断信号等。这类信号的测量电路实质为功率放大电路。 （4）转换电路 中间转换电路的种类和构成由传感

42、器的类型决定。这里对常用的转换电路，如电桥、放大电路、调制与解调电路、数/模(DA)与模/数(AD)转换电路等的作用做一简单说明，其工作原理及应用电路请参考相关资料。2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ 3.5.1.2传感器的计算机接口传感器的计算机接口输入到计算机的信息必须是计算机能够处理的数字量信息。传感器的输出形式可分为模拟量、数字量和开关量。 （1）输入放大器 被分析的信号幅值大小不一，输入放大器（或衰减器）便是对幅值进行处理的器件。对于超过限额的电压幅值，可以加以衰减，对于太小的幅值，则加以放大，避免影响采样精度。 2022-6-82022-6-8开始开始 前页前页 后页后页 结束结束china_ （2）抗频混滤波器在作频域分析时，