第四章 检测系统设计课件.ppt

ADC0809内部结构 优点： 这种零位误差补偿方法简单、灵活，可把检测系统的零点漂移一次性地全部补偿掉，既提高了检测精度，又降低厂对元器件的要求。 （2）增益误差补偿 增益误差补偿又称校准，采用软件方法可实现全自动校准，其原理与数字调零相似。在系统工作时，可每隔—定时间自动校准—次。 被测信号 基准信号 检测及放大电路 多路开关 A/D 微型机 … UR 零信号输入 优点： 该方法可使测得的输入信号Ui与检测系统的漂移和增益变化无关，因而实现了增益误差的补偿。 增益误差补偿原理： 校准时，在微型机控制下先把多路开关接地得到样值a0 ，然后把多路开关接基准输入UR，得到采样值xR，并寄存a0和xR 。正式测量时，如测得对应输入信号Ui的采样值为xi，则输入信号Ui可按下式计算。 思考题： 1、检测系统的基本特性有哪些？在设计检测系统时应如何选择灵敏度、精确度等指标? 2、典型模拟信号检测系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？对信号调制的作用是什么？ 3、数字滤波的优点是什么？ 4、中值滤波、算术平均滤波、滑动平均滤波、低通滤波的原理和适用场合是什么？ 5、为何对传感器进行非线性、零位和增益误差补偿？原理是什么？ 6、如何求解滤波器的频率响应曲线？ 传感器的选择： （1）灵敏度：高灵敏度意味着被测量稍有微小变化时，传感器就有较大输出，外界干扰信号容易混入，并被放大装置放大。另外高灵敏度意味着测量范围缩小。 （2）响应特性：实际传感器的响应总有一定延迟，但延迟时间愈短愈好。 （3）线性范围：线性范围越大，工作量程越大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精确度的前提。例如：机械式传感器中的测力弹性元件，材料的弹性极限是测力量程的基本因素。考虑被测量的变化范围，例如变间隙型电容、电感传感器。 （4）可靠性：使用过程中注意传感器规定的使用条件，减少使用条件的不良影响。例如：电阻应变式传感器，湿度影响绝缘性；温度会产生零漂。 （5）精确度：要考虑经济性。非精确度越高越好。先了解测试目的是定性分析还是定量分析。例如：研究超精密度切削机床运动部件的定位精度，主轴回转误差，振动及热变形，都要求精确度在0.1-0.01um范围内。 （6）测量方式：接触或非接触，在线和非在线测量。 例1：某工作台采用直流电机丝杠螺母机构驱动， 已知工作台的位移为S=250mm，丝杠的母距为t=4mm(单头)， 齿轮减速为i=5，要求测量精度为0.01mm， 试确定测量方案 解：实现工作台的位移测量可以有三种测量方案。 　　方案1：高速端转角测量 　　传感器与电机连接，通过对电机转角的测量对工作台位移进行间接测量，测量原理如下图所示。 方案2: 低速端转角测量 方案3:工作台位移直接测量。 　　采用直线位移传感器直接测工作台的位移，测量原理如图所示 解：1．传感器选择:依题意，该伺服系统属于低速系统，可以采用直流测速发电机测量电机的转速。电机的最高转速为300rpm，因此可选择的测速发电机，选70CYD-1型测速发电机。 　 例2：某伺服工作台采用永磁式直流力矩电机直接驱动，电机的最大转速为300rpm，要求测量电机的转速，并构成数字式闭环调整系统，试选择测速传感器，并确定信号处理电路的主要参数。 采样／保持电路 A／D转换过程需要一定时间，在这段时间内外部信号会发生变化，从而使得A／D的结果与实际会产生误差，为了防止产生误差，要求在此期间内保持采样信号不变。实现这一功能的电路称为采样／保持电路。 由模拟开关、保持电容和运算放大器组成。 采样开关 保持电容 运算放大器N1和N2接成跟随器，作缓冲器用。当控制信号Uc为高电平时场效应管VF导通，对输入信号采样。输入信号ui通过N1和VF向电容C充电，并通过N2输出uo。由于N1的输出阻抗很小，N2的输出阻抗很大，因而在VF导通期间uo = ui。当Uc为低电平时，VF截止，电容C将采样器间的信号电平保持下来，并经N2缓冲后输出。 适用场合：采样信号速率高或要求各路信号严格要求 同步。对于机械部件所对应信号多为缓变信号，一般不需要采样／保持器。目前大多数的A/D中本身带有多路开关和采样保持器。 四 数字信号的预处理 预处理任务：去干扰 干扰 周期干扰 随机干扰 数字滤波方法消除（软件方法） 选用积分为干扰信号周期整数倍的双积分A/D（硬件方法） 数字滤波优点： 数字滤波器实质上是一种程序滤波(软滤波)，它与模拟滤波器相比具有如下优点： （1）数字滤波过程是计算机的运算过程，不需要额外的硬件设备，不存在阻抗匹配等问题，可靠性高，稳定性好； （2）可以对频率很低或很高的信号实现滤波； （3）可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或