机电一体化系统设计基础003.ppt

3.1 概述 检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成部分，用于实现计测功能。 检测系统主要由传感器及相应的信号处理电路构成。 在机电一体化产品中，传感器的作用就相当于人的感官，用于检测有关外界环境及自身状态的各种被测量（如力、位移、速度、位置等）及其变化，并将这些非电信号转换成电信号。然后再通过相应的变换、放大、调制与解调、滤波等处理将有用的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显示。 3.1 概述 一、检测元件的定义与组成 传感器：是一种以一定的精确度将被测量转换为与之有确定对应关系的、易于处理和传输的信号测量装置。 非电信号－－电信号 3.1 概述 敏感元件：直接感受、获取被测量并输出与被测量有确定关系的某种物理量的元件。 转换元件：一般情况下不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出转换成电参量形式的输出元件。 转换电路：把转换元件输出的电路参量转换成便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。 二、检测元件的分类 按被测量：物理量、化学量、生物量 按信号变化特征：结构型、物性型 按能量转换关系：能量变换型、能量控制型 按工作原理：压电式、光电式、热电式等 按输出量：开关型、模拟型、数字型 3.1 概述 三、传感器的特性 1. 特性：输出与输入之间的关系 (1) 静态特性：传感器变换的被测量的数值处在稳定状态时，传感器的输入/输出关系。主要技术指标 ： 量程 线性度 灵敏度 精度 分辨率 迟滞性 重复性 3.1 概述 量程 在允许误差限内传感器的适用测量范围。 线性度 在静态输入下，传感器 实际特性曲线与理论直 线之间的偏差。 灵敏度 传感器的灵敏度是指传感器在稳定标准条件下，输出量的变化量与输入量的变化量之比。 精度 传感器的输出量与实际被测量之间的接近程度。 精度一般用标定的方法来确定。 3.1 概述 分辨力 传感器能检测到的最小输入增量称分辨力。分辨力与满量程输入的百分数称为分辨率。 迟滞性 传感器在正（输入量增大） 反（输入量减小）行程中， 输出/输入特性曲线不重合 的程度。 3.1 概述 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，所得输出/输入曲线的不一致程度。 3.1 概述 (2) 动态特性 指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。 传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 动态特性参数如：最大超调量、上升时间、稳定时间、频率响应范围、临界频率、临界速度、阻尼比等。 3.1 概述 四、 机电一体化系统对传感器的基本要求 精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比高； 体积小、重量轻、对整机的适应性好； 安全可靠、寿命长； 便于与计算机连接； 不易受被测对象(如电阻、导磁率)及外部环境的影响； 对环境条件适应能力强； 价格便宜。 3.3 感应同步器 感应同步器是利用电磁感应原理把两个平面绕组间的位移量转换成电信号的一种位移传感器。 按测量机械位移的对象不同可分为直线式和圆盘式两类，分别用来检测直线位移和角位移。 3.3 感应同步器 一、工作原理及结构 1. 直线式 由定尺（连续绕组）和滑尺（正弦和余弦绕组：空间相差90。相角）两部分组成。 当余弦绕组与定尺绕组 相位相同时，正弦绕组 与定尺绕组错开1/4L。 安装时，两个平面绕组 面对面平行放置，且 保持一定的间隙。 3.3 感应同步器 若在滑尺的正弦绕组A中，施加频率为f 的交变电压VA时，定尺绕组感应出频率为f 的感应电势。其感应电势随位置按余弦规律变化 。 其中 k -滑尺与定尺的电磁耦合系数； θ-定尺感应电势相位角； 若在滑尺的余弦绕组B中，施加频率为f 的交变电压VB时，定尺绕组上也感应出频率为f 的感应电势。其感应电势随位置按正弦规律变化。 3.3 感应同步器 2. 圆盘式 由定子（相当于滑尺）和转子（相当于定尺）两部分组成。且定子绕组中的两个绕组也错开1/4L。 3.3 感应同步器 二、特点 精度高 测量长度不受限制 环境适应能力强 寿命长 抗干扰能力强，工艺性好，成本低 3.3 感应同步器 三、信号处理方式 激磁方式：定尺激磁和滑尺激磁 信号处理方式：鉴相式和鉴幅式 3.3 感应同步器 鉴相式 若将滑尺的正弦和余弦绕组分别供给幅值、频率均相等，但相位相差90。的激磁电压，即 3.3 感应同步器 鉴幅式 若将滑尺的正弦和余弦绕组分别供给相位、频率均相等，但幅值不同的激磁电压，即 3.3 感应同步器 四、