机电一体化单元三..ppt

单元三 机电一体化传感检测技术 A教学目标 B引言 3.1传感器组成与分类 3. 2典型常用传感器 3. 3传感器的选择方法 3. 4传感器数据采集及其与计算机接口 小结 A教学目标 1.掌握传感器组成及工作原理 2.熟悉传感器的分类 3.掌握常用传感器在工业中的应用 4.掌握开关量、数字量、模拟量传感器输出信号处理方法 B 引言 人类为了进一步认识和改造自然, 依靠自身的感觉器官显得很不够用。于是, 一系列代替、 补充、 延伸人的感觉器官功能的各种手段就应运而生, 从而出现了各种用途的传感器。随着电子设备水平不断提高以及功能不断加强, 传感器也越来越显得重要。一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。随着武器装备和国防科技的发展，对传感器的配套需求不断增加，对传感器的技术水平和质量提出了更高的要求，世界各国都将传感器技术列为重点发展的高新技术, 传感器技术已成为高新技术竞争的核心技术之一, 并且发展十分迅速。从市场来看，力、压力、加速度、物位、温度、湿度、水分等传感器应用更为广泛。 3.1传感器组成与分类 传感器( sensor)是能够检测出自然界中的各种物理量(或者化学量)，并转换成相应非电量或电量的装置，又称为变送器、换能器或探测器。目前，传感器在所有领域的工业制品中已经是不可缺少的重要部件。 在机电一体化系统中，被测量主要指各种物理量。机电一体化中涉及的重要物理量主要有:位置(位移)、速度、加速度、角度、转速，以及温度、湿度、光量、电量、流量、磁场、AE、超声波、红外线等。 3.1传感器组成与分类 3.1.1传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成，如图3-1所示。 (1)敏感元件是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换装置，而输入、输出间具有确定的数学关系(最好为线性)。如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。 (2)传感元件是将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号(如电阻、电感、电容等)形式。例如将温度转换成电阻变化，位移转换为电感或电容等传感元件状态的变化。 3.1传感器组成与分类 (3)基本转换电路是将电信号量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。 有些传感器(如热电偶)只有敏感元件，感受被测量时直接输出电动势。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，无需基本转换电路，如压电式加速度传感器。还有些传感器由敏感元件和基本转换电路组成，如电容式位移传感器。有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换才能输出电量。大多数传感器是开环系统，但也有个别的是带反馈的闭环系统。 3.1传感器组成与分类 3. 1. 2传感器的分类 传感器分类方法很多，概括起来可按以下几方面分类。 (1)按工作的物理原理分为机械式、电气式、辐射式、流体式传感器等。 (2)按信号的变换特征分为物性型和结构型传感器。 结构型传感器主要通过机械结构几何形状或尺寸的变化将外界被测量转换为相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测量信号。目前应用最为普遍。 物性型传感器利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量。它是以半导体、电介质等作为敏感材料的固态器件。 3.1传感器组成与分类 (3)按传感器输出信号类型分为模拟型、开关型和数字型传感器 开关型传感器只有“1”和“0”两个值，或开和关两个状态。如行程控制时使用的限位开关就是开关量输出信号。 数字型传感器分为计数型和代码型。计数型常用于检测通过传送带上产品的个数，又称为脉冲数字型;代码型传感器又称为编码器，输出的信号为数字代码。 模拟型传感器输出信号为一定范围的电流或电压模拟信号。对于热敏电阻器和应变片等传感器信号来说，其阻抗值变化而引起的信号变化是连续的，因此，这些传感器信号是模拟信号。 3.1传感器组成与分类 一般情况下，传感器信号需要由控制器来进行处理，当处理传感器信号时，需要把模拟信号和数字信号区别开。因此，必须掌握传感器信号的性质，才能利用控制器正确完成传感器信号的处理 (4)按与被测量间关系分为能量转换型和能量控制型。 (5)市场上销售的传感器的类型主要按被测物理量来分类。一般分为位移传感器、位置传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、温度传感器等。表3-1列出部分传感器的工作原理和主要用途供读者参考。 3. 2典型常用传感器 在本节中，根据被测物理量的不同分别介绍几类常用的传感器。 3. 2.1位置传感器 目前，工厂设备若要实现自动化和无人化管理，位置传感器必不可少，特别是对CNC机床和工业机器人进行控制时，位置传感器起着非常重要的作用。 按照是否为接触检测，位置传感器可分为接