智能焊接技术及应用 课件 2.1传感技术概述

智能焊接技术及应用传感技术概述目录Contents学习目标01传感器的构成02传感器的作用03传感器的分类04学习总结05一、学习目标明确传感器的定义及构成，理解敏感元件、转换元件和转换电路的功能，知晓部分传感器可简化构成。掌握智能焊接场景下传感器的分类，包括接触式传感、电弧传感、非接触式传感（激光寻位/跟踪）、视觉传感等。掌握传感器的核心作用，包括实时监测焊接状态、支撑闭环控制执行机构调整、通过数据分析优化焊接工艺参数。010203学习目标二、传感器的构成传感器（Transducer/Sensor）作为现代信息系统的"感官神经"，是一种能够感知外界环境或系统内部状态变化，并将这些非电学量转换为可测量、可传输电信号的精密检测装置。类似名词有变换器、变送器、探测器、换能器等。传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。组成部分定义功能实例敏感元件指传感器中能感受被测量的部分直接感知被测量（温度、压力）热电偶（温度→电压）转换元件是将传感器中敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分转换为电信号（应变→电阻变化）电阻应变片转换电路将电量参数转换成便于测量的电压、电流、频率的电量信号调理电信号（放大、滤波）交直流电桥、放大器特殊情况有些传感器很简单，最简单的传感器仅由敏感元件组成仅含敏感元件机械式焊缝跟踪传感器二、传感器的构成敏感元件敏感元件指传感器中能感受被测量的部分。感受被测量后，输出与被测量呈确定关系的某一物理量。例如，测量焊接热循环时的热电偶，将温度转换为电压，且温度与电压之间保持确定的函数关系。二、传感器的构成热电偶转换元件转换元件是传感器的关键部分，负责将敏感元件输出的物理量转化为易传输、可测量的电信号。比如应变式压力传感器中的电阻应变片，当受到应变作用时，能精准将这种力学应变转换为电阻值的变化，为后续信号处理提供基础电信号。二、传感器的构成电阻应变片转换电路转换电路是传感器信号处理的重要环节，能把电量参数转化为便于测量的电压、电流或频率信号。它通过交直流电桥、放大器、振荡器、电荷放大器等器件，对原始电量信号进行调理与转换，为后续的测量、传输和分析提供标准化的电信号支持。二、传感器的构成电路板三、传感器的作用传感器是感受被测量并获取信号的检测装置，输入物理、化学、生物等量，输出易处理的电信号，且输入输出对应精确。传感技术是智能焊接系统核心感知层，采集焊接过程参数并将非电信号转为可处理电信号，为焊接控制提供实时数据支撑。通过历史数据分析焊接缺陷规律，优化工艺参数（如电流、送丝速度）。工艺优化基于传感数据驱动焊枪、变位机等执行机构自适应调整，实现高精度轨迹跟踪。闭环控制动态获取焊接状态（如电弧稳定性、焊缝偏差、熔透深度），确保焊接质量一致性。实时监测其核心作用包括：三、传感器的作用四、传感器的分类传感器的分类表分类种类命名方法按被测物理量（输入量）位移，湿度，温度，速度，压力等“某物理量传感器”按输出量模拟式，数字式模拟式传感器，数字式传感器按工作原理结构型，物性型，复合型依赖结构特性变化，或者依赖敏感元件物理特性的变化，或者综合利用二者特性按转换原理应变，电容，电感，热电，压电“工作原理名”传感器按能量关系能量转换型，能量控制型内部的能量转换或者外部被测量的控制输出按被测物理量：分为位移传感器、压力传感器、温度传感器等。位移传感器压力传感器温度传感器四、传感器的分类按工作原理分类结构型：依赖物理结构变化检测信号（例：测速发电机利用电磁感应）。物性型：依赖材料性质变化检测信号（例：热电偶利用热电效应）。复合型：综合以上两种特性。按能量关系分类能量转换型（换能器）：无需外部供能，直接从被测对象获取能量工作（例：温度传感器）。能量控制型：需外部供能，通过被测对象控制能量输出（例：电阻/电容/电感传感器）。四、传感器的分类基于焊接场景和信号特征，智能焊接传感器技术的分类如下：分类典型技术工作原理特点与适用场景接触式传感接触寻位探针机械接触工件表面，测量几何尺寸结构简单、成本低，但易磨损，适用于粗定位电弧传感电弧跟踪分析电弧电流/电压波动反推焊缝位置无需外部传感器，抗烟尘干扰，适合窄间隙焊非接触式传感激光寻位/跟踪激光束反射信号解析（三角测量、FMCW、ToF）高精度（微米级）、适应复杂几何，但成本较高视觉传感视觉跟踪工业相机捕捉熔池图像，结合AI算法识别焊缝特征信息维度丰富，但受光照、飞溅影响显著四、传感器的分类五、学习总结四类跟踪分类思路三大任务传感器构成学习总结传感器＝敏感元件＋转换元件＋转换电路，将非电量转成易测电信号。按被测物理量、工作原理（结构/物性/复合）、能量关系（转换/控制）等。在智能焊接中，传感器完成实时监测、闭环控制、工艺优化三大任务。焊接现场常用四类传感：接触寻位、电弧跟踪、激光跟踪、视觉跟踪，各具成本与场景差异。智能焊接技术及应用感谢聆听主讲:朱征宇课后习题1、传感器在智能焊接系统中的核心作用相当于人体的（）。A.运动神经B.感官神经C.中枢神经D.交感神经答案：B解析：传感器的核心作用是感知焊接过程中的各类信息（如工件位置、接触力、温度等物理量），并将其转化为系统可识别的信号，为后续控制提供数据支撑。这一功能与人体“感官神经”的作用高度契合——人体感官神经负责感知外界刺激（如视觉、触觉信号）并传递给中枢神经。故答案选B课后习题2、下列属于传感器转换元件的是（）。A.热电偶B.电阻应变片C.交直流电桥D.机械式焊缝跟踪传感器答案：B解析：电阻应变片：可将机械应变（非电量）转化为自身电阻变化（电参数），仅承担“非电→电”转换核心环节，是典型转换元件；故答案选B。课后习题3、按被测物理量分类，温度传感器的命名方法是（）。A.按工作原理命名B.按能量关系命名C.直接以物理量命名D.按输出信号类型命名答案：C解析：“温度传感器”的核心功能是检测“温度”这一物理量，名称与被测物理量完全一致，故答案选C；课后习题4、在智能焊接中，电弧传感的主要特点是（）。A.高精度（微米级）、成本高B.结构简单、易磨损C.无需外部传感器、抗烟尘干扰D.信息维度丰富、受光照影响大答案：C解析：电弧传感直接利用焊接电弧本身，无需额外加装外部传感器，简化系统结构；同时，焊接环境中烟尘较多，电弧信号受烟尘影响小，抗干扰能力强，符合其核心特点，故答案选C；课后习题5、下列属于能量转换型传感器的是（）。A.压电传感器（利用压电效应发电）B.电阻式传感器（依赖外部电源）C.电感式传感器（需激励电源）D.电容式传感器（需外部能量）答案：A解析：利用压电效应，当受到外力作用时，自身可直接将机械能转换为电能（发电），无需外部电源，完全符合能量转换型传感器的定义，故答案选A；习题6、以下属于按被测量分类的传感器有（）（多选）​A.温度传感器​B.压力传感器​C.电容式传感器​D.光电传感器​答案：AB​解析：温度传感器用于测量温度，压力传感器用于测量压力，是按照被测量进行分类的。电容式传感器是按工作原理分类，光电传感器也是基于工作原理（光电效应）分类，所以选AB。习题7、传感器的主要特性包括（）​（多选）A