第三章检测系统.ppt

机电一体化技术 主讲：罗文超 第三章 检测系统 3.1 检测系统的功能及特性 第一节 检测系统的功能及特性 传感器： 把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量（通常为电量）的测量装置。 （1）不断提高仪器的性能、可靠性，扩大应用范围。 特点 ： * * 3.2 常用传感器 3.3 检测系统的检测原理 3.4 检测信号的预处理 一、基本功能及分类 1、功能 对系统运行中所需的自身及外界环境参数与状态进行检测，并将其变换成系统可识别的电信号传递给信息处理单元。 2、分类 1）根据被检测物理量的性质 (a)运动学参数检测系统 (b)力学参数检测系统 (c)图像检测系统 (d)其它物理量检测系统 2）根据被检测信号的性质 (a)模拟信号检测系统 (b)数字信号检测系统 二、检测系统的基本特性 1、灵敏度与分辨率 2、精确度 3、频率响应特性 4、稳定性 5、线性特性 三、检测系统的检测方式 接触式检测 非接触式检测 在线检测 非在线检测 四、检测系统的组成 传感器 测量电路 输出单元 被测量 输出量 测量电路： 输出单元： 把传感器输出的变量变换成电压或电流信号，使之能在输出单元的指示仪上指示或记录仪上记录；或者能够作为控制系统的检测或反馈信号。 指示仪、记录仪、累加器、报警器、数据处理电路等。 （2）开发新型传感器。 （3）开发传感器的新型敏感元件材料和采用新的加工工艺。 （4）微电子技术、微型计算机技术、现场总线技术与仪器仪表和传感器的结合，构成新一代智能化测试系统，使测量精度、自动化水平进一步提高。 （5）研究集成化、多功能和智能化传感器或测试系统。 五、检测技术的发展趋势 1）体积小、重量轻，对整机的适应性好。 2）精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比高。 3）安全可靠、寿命长。 4）便于与计算机连接。 5）不易受被测的影响，也不影响外部环境。 6）对环境条件适应能力强。 7）现场处理简单，操作性能好，价格便宜。 机电一体化系统对检测传感器的基本要求 第二节 常用传感器 δ S ε 1、 电容式传感器 一、 常见传感器 （2） 结构简单、适应性强 （3） 动态响应好 （4） 可以实现非接触测量 （1）温度稳定性好 （5）输出阻抗高、负载能力差 （6）寄生电容影响大 变极距(δ）型: (a)、(e) 变面积型(S)型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h） 变介电常数(ε )型: （i）～(l) 差动变压器是把被测的非电量变化转换成线圈互感量的变化。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动的形式连接，故称之为差动变压器式传感器。 2、差动变压器 3、 光栅传感器 是非接触式传感器，由光栅与光电组件构成。当光栅与光电组件产生相对位移时，光电元件感应相应信号并产生脉冲信号，通过检测电路对产生的脉冲进行计数，从而确定相对的位移量。 第三节 检测系统的检测原理 模拟信号的检测 传感器 测量 电路 放大器 解调器 滤波器 转换 电路 接口 电路 振荡器 第四节 检测信号的预处理 一、模拟信号的预处理 1）模拟量的转换输入方式 （1）单通道直接型 特点: 最简单的形式。只用一个A/D转换及缓冲器将模拟量转换为数字量，并输入微机。受转换电压幅度与速度的限制，应用范围窄。 第五节 传感器非线性补偿处理 传感器 放大器 A/D 数字量非线 性校正电路 数字处理 或显示 在机电一体化测试系统中，当对被测参量进行显示时，希望传感器及检测电路的输出和输入特性呈线性关系，使测量对象在整个刻度范围内灵敏度一致，以便于读数及对系统进行分析处理。 当检测元件存在不同程度的非线性特性时，会使较大范围的动态检测存在很大的误差，因此需要对传感器及测试系统进行非线性补偿。 一、计算法 当输出信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式时采用的办法。 具体措施： 在软件中编制一段完成数字表达式计算的程序，被测参数经过采样、滤波和标定变换后直接进入计算机程序进行计算，计算后的数值即为经过线性化处理的输出参数。 非线性补偿可以采用硬件电路或使用软件来完成。 具体措施： 把事先经计算或测得的数据按一定顺序编成表格，编写查表程序，根据被测参数的值或中间结果查出最终所需要的结果。 特点： 程序简单、执行速度快；占用内存单元较多，表格的编制比较麻烦。 二、查表法 当测控参数的计算非常复杂时（如一些非线性参数），不能用一般的算术运算求出，而需要涉及到指数、对数、