机电一体化第三章.ppt

第三章 传感器及其检测接口电路;引 言; 传感器是借助于检测元件接收一种形式的信息，并按一定规律将它转换成另一种信息的装置。它获取的信息，可以是各种物理量、化学量和生物量，而且转换后的信息也是有各种形式。 其结构包括敏感元件、转换元件和基本转换电路。; （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），如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。 （2）转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电气参量（如电阻、电感、电容等）形式。 （3）基本转换电路：将电气参量转换成便于测量的电量,如电压、电流、频率等。 ;本章主要内容;1.传感器的分类;常用传感器;;第三节 速度、加速度传感器;;M;;光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量时间t内的脉冲数N，则可测出转速为 式中Z—圆盘上的缝隙数； n—转速（r/min）； t—测量时间（S）。 ;第四节 位置传感器;一、接触式位置传感器;2．二维矩阵式配置的位置传感器;二、接近式位置传感器;1．电磁式传感器;2．电容式传感器;;电感/电容式位置传感器的特点; 3．光电式传感器 这种传感器具有体积小、可靠性高、检测位置精度高、响应速度快、易与TTL及CMOS电路兼容等优点，它分透光型和反射型两种。 ?;光电传感器工作原理 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号;在透光型光电传感器中，发光器件和受光器件相对放置，中间留有间隙。当被测物体到达这一间隙时，发射光被遮住??从而接收器件（光敏元件）便可检测出物体已经到达。这种传感器的接口电路如图3-21所示。; 反射型光电传感器发出的光经被测物体反射后再落到检测器件上，由于是检测反射光，所以得到的输出电流Ie较小。另外，对于不同的物体表面，信噪比也不一样，因此，设定限幅电平就显得非常重要。 ;光 电 传 感 器;光电开关的应用举例;2 高度辨别 ;3. 不合格的检出 ;4. 仓库门警卫 ;5. 冲压床安全监视 ;7. 物体倒置辨别(不同反光率) ;8. 自动注料（测距） ;10. 进出检测 ; 接近开关应用举例;2. 物体的定位;6. 行程限位 ;8. 产品计数;10. 采用电容式开关上下限控制;按照输出信号的性质分类；可分为开关型(二值型) 、模拟型和数字型： ;（1）开关量（0/1）：位置传感器;（2）模型性传感器，如电阻应变片;(3) 数字型传感器 数字型传感器有计数型和代码型两大类。 其中计数型又称脉冲数字型, 输出一般是正交脉冲信号；;光栅位移传感器和光电转速传感器; 代码型传感器又称编码器，它输出的信号是数字代码，每一代码相当于一个一定的输入量之值。;（4）集成式数字信号:模拟传感器+A/D转换器;第五节 模拟型传感器前期信号处理;一、 运算放大器基本电路 ;理想运算放大器的特性;实际运算放大器的特性;单端输入和双端输入;运算放大器的几种基本应用电路 ;反相放大器 ;同相放大器;电压跟随器 ;差动放大器 ;电荷放大器;电流-电压转换器 ;电压-电流转换器 ;比较器 ;二、测量放大器 ;这种电路，只要运放A1和A2性能对称（主要输入阻抗和电压增益对称），其漂移将大大减小，具有高输入阻抗，高共模抑制比，对微小的差模电压很敏感，并适用于测量远距离传输过来的信号，因而十分适宜于与微小信号输出的传感器配合使用。 Rw是用来调整放大倍数的外接电阻，最好用多圈电位器。;;三、程控增益放大器 当模拟信号送到模数变换器时，为减少转换误差， 一般希望送来的模拟信号在A/D转换器输入的允许范围内尽可能大，然而，当被测参量变化范围较大时，经传感器转换后的模拟信号变化也较大，A/D转换误差小。因此，如果单纯只使用一个放大倍数的放大器，在进行小信号转换时，就无法满足上述要求，将会引入较大的误差。; 为解决这个问题，工程上常采用通过改变放大器增益的方法，来实现不同幅度信号的放大，如万用表、示波器等许多测量仪器原量程变换等。 然而，在计算机自动测控系统中，往往不希望、有时也不可能利用手动办法来实现增益变换，而希