农业工程测试技术4课件

1、农业工程测试技术（4）孙裕晶2009.10.19回 顾线性系统特性静态特性动态特性 实现不失真测试条件回 顾动态特性描述方法时域微分方程 线性时不变系统 传递函数H(s) 对微分方程式的两边作拉普拉斯变换 频率响应函数H() 脉冲响应函数h(t) 传递函数H(s)系统的传输特性频率响应函数H()定常线性系统的频率保持特性定常线性系统的幅频特性定常线性系统的相频特性 频率特性函数 频率特性函数脉冲响应函数h(t)X(s)=L(t)=1 Y(s)=H(s)X(s)=H(s) 学习内容导航 被测量信号调理传感器信号处理显示记录激励装置常用传感器原理及应用测试系统的特性测试系统测试系统应用及实例应变片

2、电测技术 振动的测量 温度与湿度测量 压力和流量的测量 计算机控制测试系统测试系统结构常用传感器原理及应用 信号的变换与处理6.1 电阻应变式传感器原理：利用电阻应变片将应变转换为 电阻变化 功能：测量应变、力、扭矩、位移、加速度等 特点：灵敏度高、测量精确、动态响应快、技术成熟 电阻应变片金属电阻应变片半导体应变片一、电阻应变片式传感器结构1-敏感栅 2-基片 3-覆盖层 4-引线l应变片的基长，b基宽 材料 直径为0.025mm左右的康铜(wCu为57、wNi为43)或镍铬合金丝(wNi为80、wCr为20) 阻值系列：60、120、350、600、1000，以120为最常用。 电阻应变片

3、式传感器工作原理电阻应变效应 当金属丝在外力作用下产生机械变形时，其电阻值发生变化。 微分 电阻相对变化 整理纵向应变应变片的主要参数和工作特性 应变片尺寸 阻值 灵敏度系数K零点飘移热输出 丝式：3-5mm箔式：0.2-0.5mm最小尺寸：选片原则：试件测量部位大小；应变梯度；动态测试中擅长应不大于振动波长的特定条件：单向应力；轴线应力；材料一定，不变对已安装的应变片，在环境温度恒定，但无机械应变条件下，应变片指示应变随时间的变化。安装在线膨胀系数试件上，试件可以自由膨胀并不受外力作用，缓慢升（或降）温的均匀温度场内，温度变化引起的应变片指示应变。蠕变机械滞后应变极限横向效应系数绝缘电阻疲劳

4、寿命最大工作电流应变片的主要参数和工作特性 标准：应变片承受应变为1000时，经一小时应变片指示应变的变化量。对已安装的应变片，在环境温度恒定，加载和减载过程中同一载荷下应变片指示应变量大差值。位移传感器 电阻应变片式传感器应用悬臂梁式位移传感器 应变片式位移传感器1-测量头 2-悬臂梁 3-弹簧 4-外壳 5-测量杆 6-调整螺母 7-应变片电阻应变片式传感器应用直接把应变片贴在试件上机器人适用于电子汽车衡、轨道衡和测力系统 安装方便适用于电子吊秤配料秤机改电等悬挂称重系统A great lesson of life is donnt like to do what you like but

5、 like to do what you have to do.4.2 电感式传感器 自感式差动变压器式电涡流式 一、自感式传感器 自感式传感器结构原理a)变气隙式 b)变面积式 c)螺旋管式1-铁心 2-线圈 3-衔铁磁阻线圈自感量二、差动变压器式传感器 差动变压器示意图1-一次绕组 2、3-二次绕组 4-衔铁a)变气隙型b)变面积型c)螺管型优点：不存在机械过载问题，因为铁心完全能与变压器的其他部件分开； 对高温、低温和温度变化也不敏感； 能提供比较高的输出，常常用于中间无需放大的场合； 可反复使用，价格合理。 差动变压器式位移传感器的应用 灵敏度：0.15V/mm或100mA/mm 螺管

6、型差动变压器线性范围：2m500mm，线性可达0.10.5。 三、电涡流式传感器 将金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流的流线在导体内自行闭合，像水中的漩涡一样，故称为电涡流或涡流。 位移、振动；或材质鉴别或探伤电涡流式传感器应用反射式电涡流式位移传感器 b)差动式a)单线圈式变间隙型 变面积型 结构简单、体积小、抗干扰能力强、不受介质污染等影响、可进行非接触测量、灵敏度高等特点；适合高速旋转或振动位移的测量，除测量位移外，还可用于测量厚度尺寸、物体表面粗糙度、无损探伤等。可测位移量程：080mm。电涡流式传感器应用透射式电涡流式位移传感器 flf2f3 L0发射线圈L

7、2接收线圈被测金属板 4.3 电容式传感器 A 极距变化型 量程范围在0.01m到数百m。 a) 直线位移型b) 角位移面积变化型电容传感器主要参数介电常数极板覆盖面积极板距离电容式传感器应用液位测量示意图 差动电容传感器变面积型电容位移传感器的结构图1、3-开槽弹簧2-活动电极5、6-固定电极 7-调节螺母 8-测杆4-测力弹簧线位移：0.01m0.1mm 灵敏度高，实现非接触测量4.5 磁敏传感器 霍尔元件磁敏电阻磁敏管 霍尔效应 将导电体薄片置于磁场B中，如果在a、b端通以电流I，则在c、d端就会出现电位差，这一现象称为霍尔效应。电位差称为霍尔电势。 霍尔效应原理图 b霍尔电势霍尔元件可

8、以用来测量磁场强度、位移、力、角度等。 KH霍尔常数；B磁感应强度；电流与磁场方向的夹角。一、基本元件二、磁栅式位移测量系统 磁栅 磁栅是一种测量位移的数字传感器，它是在非磁性体的平整表面上镀一层磁性薄膜，并用录制磁头沿长度方向按一定的节距录上磁性刻度线而构成的，因此又把磁栅称为磁尺。 磁栅主要用于大型机床和精密机床的位置或位移量的检测元件。 单面型直线磁栅同轴型直线磁栅旋转型磁栅磁栅式位移传感器的结构示意图1-输出绕组 2-铁心 3-激励绕组 4-磁头 5-磁尺最高工作速度为12m/min系统的精度可达0.0lmm/m最小指示值为0.001mm使用范围为040 感应同步器（略）4.6 光电式

9、传感器 基本概念光电效应 外光电效应 在光的照射下，金属中的自由电子吸收光能而逸出金属表面的现象称为外光电效应。内光电效应半导体材料受光的照射后，其电导率发生变化的现象称为光导效应，而受光后产生电势的现象称为光生伏特效应。二者统称为内光电效应。光电管光电倍增管基于光导效应的光电器件有光敏电阻，基于光生伏特效应的有光电池、光敏晶体管等。 光电管光电池光敏晶体管二、固体图像传感器电荷耦合器件 (Charge Coupled Device，CCD) CCD基本单元的结构 具有光生电荷、积蓄和转移电荷的功能。 金属一氧化物一半导体结构元(MOS) 读出移位寄存器的结构原理 读出移位寄存器遮光层 每个像

10、素由三个(也有二个、四个的)电极组成一个耦合单元 结构形式线阵结构面阵CCDCCD应用举例尺寸自动检测缺陷检测工件尺寸测量系统 光学系统放大率：1:M L=(Nd2d)M L工件尺寸； N覆盖的光敏单元数； d相邻光敏元中心距离。最大误差：2d（图像末端两个光敏单元）。 验钞机结构原理图两列信号比较4.7 光纤位移测量系统 元件型反射型 反射型光纤位移传感器工作原理1-光纤接受端头 2-光纤发送接受端头 3-光纤发送端头 4-反射镜面 5-电源微弯光纤传感器 位移分辨力为0.01m 光纤生物传感器 轻、细长、小，光纤探针可应用于生物体内研究；抗电磁干扰强，在强电磁干扰、高温高压、易燃易爆和强放射性等恶劣环境中应用，便于遥测；应用范围广，成本低，且操作方便；应用于多波长和时间分辨测量技术，改进分析结果的重现性。4.8 轴角编码器 绝对式编码器增量式编码器 轴角编码器又称码盘，是测量轴角位置和位移的一种数字式传感器。 敏感元件：光电式的、磁电式的或电刷接触式。 数控机床、机器人位置控制、机床进给系统控制、角度测量、通信和自动化控制 增量编码器（脉冲盘式）增量码道与辨向码道Radar II Ground Speed Sensor Velocity Range0.53 to 107km/hr(0.33 to