第6章传感器技术与应用.ppt

第6章 传感器技术及应用 6.1传感器技术基础 6.1.1传感器组成：敏感元件、转换元件、基本转换电路敏感元件 直接感受被测量、并以确定关系输出物理量。如弹性敏元件、应变片等将力转换为位移或应变输出。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)转换成电量参数(如电阻、电感、电容等)等。基本转换电路 将电路参数量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。 6.1.2 传感器的分类 1、 按被测物理量的性质分；位移传感器、温度传感器、压力传感器等； 2、按工作机理分；电阻式、电感式、电容式、光电式； 3、按照输出信号的性质分类；开关型(二值型)：光电开关、接近开关 、行程开关数字型： 光栅、光电编码器模拟型：位移传感器 、旋转变压器、光敏传感器、红外传感器、黑白传感器、金属传感器 、涡流传感器等。 6.1.3 传感器的基本特性 1.传感器的静特性： (1)线性度： 也称非线性，表示传感器输出与输入之间的关系曲线与选定的工作曲线的靠近程度，用工作直线与实际工作曲线之间的最大偏差值与满量程输出之比来表示。 (2) 灵敏度：传感器输入增量与输出增量之比； (3)精度：表示测量结果与被测的“真值”的接近程度。一般用极限误差与满量程的比值按百分数给出。 (4)重复性：反映传感器在工作条件不变的情况下，重复地输入某一相同的输入值，其输出值的一致性。 (5) 迟滞：随输入变化的正行程与反行程特性曲线不重合的程度2. 动态响应特性在测量过程中被测量的物理量随时间变化的情况下，传感器的输出能否很好地追随输入量的变化的特性称为传感器的动态响应持性 。包括: 频率响应特性：不同频率正弦信号通过传感器的响应特性A（ω）幅频特性、Φ（ω） 相频特性 时域（瞬态、阶跃）响应特性：H（S） 时间常数τ、 上升时间t 固有频率、 阻尼比 采样频率：数字式处理数据的能力 6.1.4 机电一体化系统对传感器的基本要求 1. 精度和灵敏度高、响应快、信噪比高； 2. 成本低、体积小、重量轻、对整机的适应性好； 3. 工作可靠、稳定性好； 4. 结构简单，便于与计算机连接； 5. 抗干扰能力强，不受外部环境影响； 6. 动态性能好; 6 .4 基于传感器的计算机检测系统（P172） 6.4.2数/摸（D/A）转换器接口 （4） DAC0832的输出方式 单极性模拟电压输出 双极性电压输出 6.4.3 模/数（A/D）转换接口 （1）ADC0809结构ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺；片内有8路模拟开关，可对8路模拟电压量实现分时转换。ADC0809的引脚如下图所示，逻辑结构图如下图所示。 ADC0809其引脚定义如下： IN7-IN0：8条模拟量输入通道；D7-D0 ：输出数据端。START：启动转换命令输入端。高电平有效。EOC：转换结束指示脚。平时它为高电平，在转换开始后及转换过程中为低电平，转换结束，它又变回高电平。 OE：输出使能端。此脚为高电平，即打开输出缓冲器三态门，读出数据。 C、B和A：通道号选择输入端。这三个引脚上所加电平的编码为000～111时，分别对应于选通通道IN7～IN0。 ALE：通道号锁存控制端。当它为高电平时，将C、B和A三个输入引脚上的通道号选择码锁存，也就是使相应通道的模拟开关处于闭合状态。 CLK：外部时钟输入。ADC809典型的时钟频率为640KHz ，转换时间为100μs VREF(+)、VREF(-)：两个参考电压输入端。 启动0809进行A/D转换的过程 AD574A是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换芯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下：分辨率：12位非线性误差：小于±1/2LBS或±1LBS转换速率：25us模拟电压输入范围：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V两档四种 ? ?电源电压：±15V和5V数据输出格式：12位/8位 三、 举例：设计一个循环温度控制系统 1. 设计要求 用MCS-51单片机设计一个加工中心车间的温控系统。 具体要求如下： 1）实时测量环境温度，并显示当前温度值。 当室温度高于设定温度，使空调的压缩机运转，使室温降低。当室温低于设定温度，压缩机停止运转。 2）温度设定功能，通过按键输入压缩机启停的温度设定值。设定温度过程中显示设定温度值，以便于操作。设定完毕后，改为循环显示当前测定温度值。 2. 总体方案 (1)温度控制系统的基本结构设计5、温度控制系统硬件电路设计举例 系统硬件包括主机、