(第三章传感检测技术新.docVIP

本章导读 在机电一体化产品中，无论是机械电子化产品（如数控机床），还是机电相互融合的高级产品（如机器人），都离不开检测与传感器这个重要环节。若没有传感器对原始各种参数进行精确而可靠的自动检测，那么，信号转换、信息处理、正确显示、控制器的最佳控制等都是无法进行和实现的。 本章首先解释传感器的基本概念和组成，并介绍传感检测系统的基本组成。其次对机电一体化系统中常用传感器的分类进行详细介绍。再次对传感器的特性、选用原则、校准及安装进行说明。随着现代测量技术的不断发展，计算机检测技术应用相当广泛，因此，本章最后简要介绍了传感检测电路及其计算机接口。 学习内容与要求 1.掌握传感器的组成和分类； 2.熟悉根据机电系统的设计要求选用传感器； 3.了解传感器的校准及安装方法； 4.熟悉传感器的测量电路、计算机接口及其主要性能指标。 本章重点 1.传感器的组成和使用方法； 2.根据机电系统的设计要求选用传感器； 3.传感器的测量电路、计算机接口及其主要性能指标； 4.传感器的校准及安装方法。 本章难点 1.传感器的组成和使用方法； 2.常用传感器的特性及选用方法。 媒体使用说明 学生可以通过文字教材理解传感器的基本概念、传感检测系统的基本构成、传感器的选用方法、传感器测量电路与计算机接口等知识。结合流媒体课件着重学习本章主要知识点，通过流媒体课件中二维或三维动画仿真演示，深入理解课程的重点和难点内容。在录像教材中，主要介绍传感器测量电路及其计算机接口。 3.1传感检测技术概述 在科学技术高度发达的现代社会中，人类已进入瞬息万变的信息时代。在从事工业生产和科学实验等活动中，对信息资源的开发、获取、传输和处理是极其重要的。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，是感知、获取与检测信息的窗口。科学实验和生产过程中，尤其是自动检测和自动控制系统要获取信息，都要通过传感器将其转换为容易传输与处理的电信号。 传感器的水平是衡量一个国家综合经济实力和技术水平的标志之一，它的发展水平、生产能力和应用领域已成为一个国家科学技术进步的重要标志。从生产实践看，从人们日常的衣食住行到各种复杂的工程，都离不开传感器。例如，工厂自动化的柔性制造系统、计算机集成制造系统、大型发电厂、飞机（一架飞机上装有几千只传感器）、武器指挥系统、雷达、宇宙飞船、海洋探测器、各种家用电器、报警器、环境监测器、医疗卫生器械、生物工程等都依靠不同性质的传感器来获取所需要的信息。 3.1.1传感器及其组成 1.传感器的定义 传感器好比人的五官，人通过五官即眼（视觉）、耳（听觉）、鼻（嗅觉）、舌（味觉）、四肢（触觉）感知和接收外界信息，然后通过神经系统传输给大脑进行加工处理。传感器则是一个控制系统的“电五官”，它感测到外界的信息，然后反馈给系统的处理器即“电脑”进行加工处理。人与传感器的关系如图3-1所示。 图3-1人与传感器的关系 传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。其具体含义包括以下几方面： （1）传感器是测量装置，能完成检测任务； （2）它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等； （3）它的输出量是某种物理量，且这种量要便于传输、转换、处理和显示等，另外，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量； （4）输出/输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 2.传感器的组成 传感器的输出信号通常是电量，因为它便于传输、转换、处理和显示等。电量有很多形式，如电压、电流、电容、电阻等，输出信号的形式由传感器的原理确定。通常，传感器由敏感元件和转换元件及其他辅助部件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。由于传感器的输出信号一般都很微弱，因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大和运算调制等。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调理与转换电路可以安装在传感器的壳体里，也可以与敏感元件一起集成在同一芯片上。此外，信号调理与转换电路以及传感器工作必须有辅助电源，因此，信号调理与转换电路以及所需的电源都应作为传感器组成的一部分。传感器组成框图如图3-2 所示。 图3-2传感器组成框图 （1）敏感元件。它能直接感受被测非电量，并按一定规律将其转换成与被测非电量有确定对应关系的其他物理量。 （2）转换器件（又称变换器、传感器件）。将敏感元件输出的非电物理量（如位移、应变、 光强等）转换成电路参量。 （3）信号调节（转换）电路。将转换器件输出的电信号进行放大、运算、处理等，以获得便于显示、记录、处理和控制的有用电信号。 （4）辅助电源。它的作用是提供能源。有的传感器需要外部电源供电；有的传感器则不需要外部电源供电，