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第4章 机电一体化检测系统 4.1 概述 4.2 位移检测 4.3 速度、加速度检测 4.4 力、扭矩和流体压强检测 4.5 传感器前级信号处理 4.6 传感器接口技术 4.7 传感器非线性补偿处理 思考题 4.1 概述 检测技术也称为测试技术，研究的主要内容有被测量的测量、原理、测量方法、测量系统和数据处理四个方面。 传感与检测是系统的感受器官。传感器是检测技术的关键元件。 检测系统的趋势：（1）不断拓展测量范围，努力提高检测精度和可靠性；（2）传感器逐渐向集成化、组合式、数字化方向发展；（3）重视非接触式检测技术研究；（4）检测系统智能化。 4.1.1 检测系统的组成 系统中的检测量有电量和非电量。 非电量检测系统的环节：  (1) 把各种非电量信息转换为电信号,这就是传感器的功能,传感器又称为一次仪表。 (2) 对转换后的电信号进行测量,并进行放大、运算、转换、记录、指示、显示等处理,这叫作电信号处理系统,通常被称为二次仪表。   4.1.2 传感器的概念及基本特性 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、易于精确处理和测量的某种物理量（如电量）的测量部件或装置。 1.传感器的构成 如图示  （1）敏感元件: 是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换装置,其输入、输出间具有确定的数学关系（最好为线性）。  （2）转换元件：又称变换器，将非电量转换为电信号的元件。 （3）基本转换电路：将电信号量转换成便于测量的电量,如电压、电流、频率等。 2.传感器的静态特性 （1） 线性度 线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际曲线偏离拟合曲线的程度。通常希望这个特性（曲线）为线性。但实际的输出与输入特性只能接近线性,与理论直线有偏差,如图示。 线性度（非线性度误差）： 式中， γL——线性度(非线性误差)；  Δmax——最大非线性绝对误差；  yFS ——输出满度值。 （2） 灵敏度 传感器在静态标准条件下，输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比称灵敏度，用S0表示。灵敏度是传感器静态特性中的一个重要指标。 （3）迟滞 传感器在正、反行程中输出/输入特性曲线的不重合程度称为迟滞,迟滞误差一般以满量程输出yFS的百分数表示： 式中:ΔHm——输出值在正、反行程间的最大差值。 迟滞特性一般用实验方法确定。  （4） 重复特性 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的输出/输入曲线不一致的程度。重复特性误差用满量程输出的百分数表示,即 式中，ΔRm——最大重复性误差。重复特性也由实验方法确定,常用绝对误差表示。 （5）分辨力 传感器能检测到的最小输入增量。 （6）漂移 传感器在外部输入不变时输出随时间变化的现象。 （7）精确度 表示测量结果和被测的“真值”的靠近程度。常以测量误差 的相对值表示。 3. 传感器的动态特性 动态特性是指传感器测量动态信号时， 输出对输入的响应特性。 动态特性的表示方法： 时域特性、频域特性。 图为热电偶的时域动态特性。 4、传感器的标定 传感器的标定是指利用高等级的标准器具对传感器的特性 进行刻度，或者说通过试验建立传感器的输入量输出量之间的关系。 （1）静态标定：确定静态指标。 （2）动态标定：确定传感器的动态特性参数，如时间常数、上升时间、工作频率和频宽等。 5、传感器的分类 （1）工作原理 电阻原理：如电位计式传感器、应变式传感器； 变磁阻原理：如电感式、电涡流式、差动变压式传感器； 半导体原理：热敏、光敏、气敏等固态传感器。 （2）信号特性 模拟式：输出信号为模拟量，以幅值形式表示输入量的大小，如电感式传感