第2章检测系统设计PPT课件.ppt

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1、机电一体化系统设计学院：扬州大学机械学院主讲：曾励2019.9～12第2章检测系统设计2.1概述2.2机电一体化常用传感器2.3信号放大电路2.4信号变换电路2.5信号调制与解调电路2.6信号的滤波电路2.7数字式传感器信号检测电路2.1概述检测系统是用于检测有关外界环境及自身状态的各种物理量及其变化，并将这些信号转换成电信号，然后再通过相应的电路将所需要的信号检测出来，反馈给控制装置并显示。实现上述功能的传感器及相应的信号检测与处理电路，就构成了机电一体化系统中的检测系统。检测系统检测的有关物理量

2、有：力、温度、距离、变形、位置、功率等。检测系统中应用了变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路。2.1概述检测系统有：模拟传感检测系统、数字传感检测系统模拟式传感器检测系统采用输出信号为模拟信号的传感器（如磁电式、电阻式、电感式、热电式等）构成的检测系统。电参量式传感器，则需通过基本转换电路将其转换为电量(电压、电流、电荷等)。传感器的输出已是电量，则不需要基本转换电路。数字式传感器检测系统采用输出信号为增量码信号的传感器（如光栅、磁栅、容栅、感应同步器等）构成的检测系统。传感器的输出经放大、整形

3、后形成数字脉冲信号。为了提高仪器分辨率，常常采用细分的方法，使传感器的输出变化1/n周期时计一个数，称为n细分数。细分电路还常同时完成整形作用。典型模拟式传感器检测系统数字式传感器检测系统2.1概述对检测系统的基本要求:精度、灵敏度和分辨率高，线性、稳定性和重复性好，抗干扰能力强，静、动态特性好。为了适应机电一体化产品的特点并满足机电一体化设计的需要，还对传感器及其检测系统提出了一些特殊要求，如体积小、质量轻、价格便宜、便于安装与维修、耐环境性能好等。2.2机电一体化常用传感器1.传感器的组成一般

4、由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。（1）敏感元件直接感受被测量，并以确定关系输出某一物理量。（2）转换元件将敏感元件输出的非电物理量（如位移、应变、光强等）转换成电参量（如电阻、电感、电容等）。（3）基本转换电路将电参量转换成便于测量的电量。一、传感器的组成及基本特征2.传感器的基本特性（1）传感器的静态特性1）线性度将传感器实际测出的输出-输入校准曲线与某一选定拟合直线不吻合程度的最大值称为传感器的线性度，计算公式为一、传感器的组成及基本特征（1）传感器的静态特性2）灵敏度传感

5、器的灵敏度是传感器在稳定条件下，输出量增量与被测输入量增量之比。即3）迟滞迟滞表明传感器输入量增大行程期间（正行程）、输入量减小行程期间（反行程），输出-输入曲线不重合的程度。迟滞误差（也叫回程误差）一般以满量程输出的百分数表示，由实验方法确定，其表达式为（1）传感器的静态特性4）重复性重复性表示传感器在同一工作条件下，被测输入量按同一方向做全程连续多次重复测量时，所得输出值的一致程度。它是反映传感器精度的一个指标，常用绝对误差表示，由实验方法来确定。重复性误差用满量程输出的百分数表示，即（1）传感

6、器的静态特性5）分辨力传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值。6）零漂传感器在零输入状态下，输出值的变化称零漂，零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。7）精度（精确度）表示测量结果与被测“真值”的接近程度，精度一般用极限误差来表示，或用极限误差与满量程之比按百分数给出。（2）传感器的动态特性1）时域性能指标时间常数：输出值上升到稳态值的63%所需的时间；上升时间：输出值从稳态值的10%上升到90%所需的时间；响应时间：输出值到达稳态值的95%或98%所需的时间

7、；超调量：在过渡过程中，若输出量的最大值y(tp)＜y(∞)，则响应无超调；若y(tp)＞y(∞)，则响应有超调，且（2）传感器的动态特性2）频域性能指标通频带：对数幅频特性曲线上幅值衰减3dB时所对应的频率范围；工作频带或：幅值误差为±5%或±10%时所对应的频率范围；相位误差：在工作频带范围内相角应小于5°或10°，即为相位误差的大小。2.2机电一体化常用传感器1．位移传感器（1）电感式传感器电感式传感器是基于电磁感应原理，能将被测非电量的变化转换为电感量变化的一种结构型传感器。按其转换方式的不

8、同，可分为1）自感型电感式传感器2）互感型电感式传感器二、常用传感器1）自感型电感式传感器（A）可变磁阻式电感传感器可变磁阻式电感传感器由线圈、铁心和活动衔铁等所组成。在铁心和活动衔铁之间保持一定的气隙δ。当线圈通以激磁电流时，其自感量L与磁路的总磁阻Rm有关，即L=W2/Rm若不考虑磁路的铁损，并忽略铁心的磁阻，则总磁阻为故（B）电涡流式传感器高频反射式涡电流传感器的工作是利用金属导体在交变磁场中的涡电流效应进行的。实验分析得出原线圈等效阻抗Z值由于涡电流的影响，其