检测系统1-及位移传感器重点分析.ppt

机电系统及其控制 授课教师：赵建文 所在单位：哈尔滨工业大学（威海） 船舶与海洋工程学院 机械工程系 第二章 检测系统设计 检测系统的组成 传感器的分类 传感器的性能指标 常用传感器的工作原理 传感器选型 信号采集处理电路及数据处理 §2-1 检测系统的组成 一般由敏感元件、转换元件、信号采集处理电路三部分组成。 敏感元件：直接感受被测量、并输出与被测量成确定关系的某 一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。有时敏感元 件和转换元件的功能由同一个元件（敏感元件）实现。 采集处理电路：将敏感元件或转换元件输出的电信号放大、滤波、 A/D变换。 敏感元件 采集处理电路 转换元件 被测量 控制器可识别的电信号 中间量 传感器：通常把敏感元件和转换元件（有时也包括信号处理电路） 集成后的产品称为传感器。 电信号 1．按物理原理分类 ⑴电路参量式传感器。包括电阻式、电感式、电容式等三个基本型式 。 ⑵磁电式传感器。包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等 ⑶压电式传感器。 ⑷光电式传感器。包括光栅式、激光式、光电码盘式、 光电效应式、红外式等。 ⑸ 气电式传感器。 ⑹ 热电式传感器。 ⑺ 波式传感器。包括超声波式、微波式等。 §2-2 传感器的分类 2．按用途分类 按照传感器的用途来分类，可分为： 位移传感器：光电编码器、光栅、陀螺仪、倾角传感器、旋转变压器 速度传感器：雷达测速、直流测速发电机 加速度传感器：加速度计 压力传感器：应变片 振动传感器：压电陶瓷 温度传感器：热敏电阻（半导体材料） 嗅觉传感器：气敏电阻 （半导体材料） 视觉传感器：通过CCD将光学影像转化为数字信号 2.2传感器的分类 （1） 线性度。 传感器的静态特性是在静态标准条件下,利用一定等级的标准设备,对传感器进行往复循环测试,得到的输入/输出特性（列表或画曲线）。通常希望这个特性（曲线）为线性,这对标定和数据处理带来方便。但实际的输出与输入特性只能接近线性,与理论直线有偏差,如图所示。 传感器的线性度示意图 §2-3 衡量传感器性能的指标 式中： : 线性度(非线性误差)；  : 最大非线性绝对误差；  : 输出满度值。 2.3衡量传感器性能的指标 对于线性传感器来说,它的灵敏度S0是个常数。 （2） 灵敏度。传感器在静态标准条件下,输出变化对输入变化的比值称为灵敏度,用S0表示,即 （3）精度。测量结果和被测的“真值”的靠近程度。 （4）分辨力。传感器能够感受到的被测量的最小变化。 （5）漂移。在输入量不变的情况下，由于传感器内部因素或在外界干扰的情况下,传感器的输出发生的变化称为漂移。 x y S D D = = 输入量的变化量 输出量的变化量 0 2.3衡量传感器性能的指标 传感器的迟滞特性 y FS D H m 0 x FS y x 式中 : 输出值在正、反行程间的最大差值。 （6）迟滞。传感器在正(输入量增大)、反(输入量减小)行程 中输出/输入特性曲线的不重合程度称为迟滞,迟滞误差一般以满量程输出yFS的百分数表示： 传感器的重复特性 式中: （7）重复性。传感器在同一条件下,被测输入量按同一方向作全量程连续多次重复测量时,所得的输出/输入曲线不一致的程度,称为重复特性,如图所示。重复特性误差用满量程输出的百分数表示,即 y FS 0 x FS x D R m1 y D R m2 ：任意两条同向变化 曲线间的最大误差 2.3衡量传感器性能的指标 传感器的动态特性：传感器测量动态信号时,输出对输入的响应特性。信噪比，频响 2.3衡量传感器性能的指标 传感器的动态特性：传感器测量动态信号时,输出对输入的响应特性。信噪比，频响 信噪比（ signal-to-noise ratio ）:狭义来讲是指待测信号产生的输出电压与噪声信号产生的输出电压之比，常常用分贝数表示，信噪比越高表明输出信号所含的噪声越少。 频响（ Frequency Response ）:用来描述传感器对于不同频率的信号的检测能力。 转轴 码盘及狭缝 光敏元件 指示光栅及A、B狭缝 光源及透镜 A I 零位标志 一、光电编码器 工作原理 位移传感器 §2-4 常用传感器的工作原理及应用 B 为什么要设置AB两条狭缝？ AB狭缝距离与码盘上的狭缝距离之间需满足什么条件？ 光电