机电一体化技术检测系统精选文档.ppt
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1、机电一体化技术检测系统本讲稿第一页,共六十二页第一节 检测系统的功能及特性一、基本功能及分类一、基本功能及分类1、功能、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,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。并将其变换成系统可识别的电信号传递给信息处理单元。本讲稿第二页,共六十二页2、分类、分类1)根据被检测物理量的性质)根据被检测物理量的性质(a)运动学参数检测系统运动学参数检测系统(b)力学参数检测系统力学参数检测系统(c)图像检测系统图像检测系统(d)其它物理量检测系统其它物理量检测系统2)根据被检测信号的性质)根据
2、被检测信号的性质(a)模拟信号检测系统模拟信号检测系统(b)数字信号检测系统数字信号检测系统本讲稿第三页,共六十二页二、检测系统的基本特性二、检测系统的基本特性1、灵敏度与分辨率、灵敏度与分辨率2、精确度、精确度3、频率响应特性、频率响应特性4、稳定性、稳定性5、线性特性、线性特性本讲稿第四页,共六十二页三、检测系统的检测方式三、检测系统的检测方式接触式检测接触式检测非接触式检测非接触式检测在线检测在线检测非在线检测非在线检测四、检测系统的组成四、检测系统的组成传感器测量电路输出单元被测量输出量本讲稿第五页,共六十二页传感器:传感器:把被测非电量转换成为与之有确定对应关系,且便于把被测非电量转
3、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。应用的某些物理量(通常为电量)的测量装置。测量电路:测量电路:输出单元: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。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。指示仪、记录仪、累加器、报警器、数据处理电路等。本讲稿第六页,共六十二页(1)不断提高仪器的性能、可靠性,扩大应用范围。)不断提高仪器的性能、可靠性
4、,扩大应用范围。(2)开发新型传感器。)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。)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)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。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。)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五、检测技术的发展趋势本讲稿第七页,共六十二页1)体积小、重量
5、轻,对整机的适应性好。)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。)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。)安全可靠、寿命长。4)便于与计算机连接。)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。)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。)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。)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机电一体化系统对检测传感器的基本要求第二节第二节 常用传感器常用传感器本讲稿第八页,共六十二页一、传感器的选用原则一、传感
6、器的选用原则 表示传感器在被测量处于稳定状态时的输出输入关系表示传感器在被测量处于稳定状态时的输出输入关系希望输出与输入具有确定的对应关系,且呈线性关系。希望输出与输入具有确定的对应关系,且呈线性关系。1)静特性参数的选用)静特性参数的选用y-输出量输出量x-输入量输入量a0-零输出零输出a1-理论灵敏度理论灵敏度a2、an-非线性项的待定系数非线性项的待定系数理想状态下理想状态下a0、a2、an均为零。均为零。本讲稿第九页,共六十二页a)线性度线性度最大非线性误差最大非线性误差非线性误差或线性度非线性误差或线性度满量程输出满量程输出理想特性理想特性实际特性实际特性xHmaxY本讲稿第十页,共
7、六十二页 线性度反映了被测值处于稳定状态时,传感器输出与输入之间的关线性度反映了被测值处于稳定状态时,传感器输出与输入之间的关系曲线对拟合直线的接近程度。系曲线对拟合直线的接近程度。选用原则:选用原则:选用线性度小的为宜。选用线性度小的为宜。传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比即为其静态传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比即为其静态灵敏度。灵敏度。表征传感器对输入量变化的反应能力。表征传感器对输入量变化的反应能力。(b)灵敏度)灵敏度本讲稿第十一页,共六十二页 线性传感器线性传感器 非线性传感器非线性传感器 传感器的灵敏度传感器的灵敏度 选用原则:选用原则:在量程范围内
8、,传感器的灵敏度越高越好,但要注意在量程范围内,传感器的灵敏度越高越好,但要注意外界噪声的影响。外界噪声的影响。本讲稿第十二页,共六十二页 正(输入量增大)正(输入量增大)反(输入量减小)行程反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合中输出输入曲线不重合称为迟滞。称为迟滞。正反行程间输出的最大差值正反行程间输出的最大差值。(c)迟滞迟滞xHmaxY本讲稿第十三页,共六十二页 磁性材料的磁滞,结构材料受力变形的滞后、摩擦等是产生迟滞磁性材料的磁滞,结构材料受力变形的滞后、摩擦等是产生迟滞误差(回程误差)的原因。误差(回程误差)的原因。选用原则:选用原则:迟滞误差越小越好。迟滞误差越小越好。xY(d
9、)重复性重复性 传感器在输入按同一方传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。曲线不一致的程度。本讲稿第十四页,共六十二页正行程的最大重复性偏差正行程的最大重复性偏差反行程的最大重复性偏差反行程的最大重复性偏差取较大者为取较大者为xRmax1Rmax2y反映了传感器的离散性。反映了传感器的离散性。本讲稿第十五页,共六十二页 传感器的动态特性是传感器的输出对随时间变化的输入量的响传感器的动态特性是传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性。反映了传感器输出值真实再现变化着的输入量的能力。应特性。反映了传感器输出值真实再现变化着的输入量的能力。2)动特性
10、)动特性 测量交变信号时,传感器在其所测频率范围内,保持信号测量交变信号时,传感器在其所测频率范围内,保持信号不失真的测量特性。不失真的测量特性。在信号的所测频率范围内,要求传感器的幅频特性是平直在信号的所测频率范围内,要求传感器的幅频特性是平直的,而要求相频特性是线性的或是不变的。的,而要求相频特性是线性的或是不变的。本讲稿第十六页,共六十二页S1 1、电容式传感器电容式传感器电容式传感器电容式传感器二、二、二、二、常见传感器常见传感器常见传感器常见传感器特点特点特点特点 :(2)结构简单、适应性强结构简单、适应性强(3)动态响应好动态响应好(4)可以实现非接触测量可以实现非接触测量(1)温
11、度稳定性好)温度稳定性好(5)输出阻抗高、负载能力差输出阻抗高、负载能力差(6)寄生电容影响大寄生电容影响大本讲稿第十七页,共六十二页变极距变极距()型型:(a)、(e)变面积型变面积型(S)型型:(b)、(c)、(d)、(f)、(g)(h)变介电常数变介电常数()型型:(i)(l)本讲稿第十八页,共六十二页 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。形式连接,故称之为差动
12、变压器式传感器。2、差动变压器、差动变压器本讲稿第十九页,共六十二页差动变压器输出特性差动变压器输出特性 理想特性理想特性实际特性实际特性()供供电电电电源源首首先先要要稳稳定定,电电源源幅幅值值的的适适当当提提高高可可以以提提高高灵灵敏敏度度K值值;()增加()增加W2/W1的比值和减少的比值和减少0都能使灵敏度都能使灵敏度K值提高值提高;本讲稿第二十页,共六十二页3 3、光栅传感器光栅传感器光栅传感器光栅传感器 是非接触式传感是非接触式传感器,由光栅与光电组器,由光栅与光电组件构成。当光栅与光件构成。当光栅与光电组件产生相对位移电组件产生相对位移时,光电元件感应相时,光电元件感应相应信号并
13、产生脉冲信应信号并产生脉冲信号,通过检测电路对号,通过检测电路对产生的脉冲进行计数产生的脉冲进行计数,从而确定相对的位,从而确定相对的位移量。移量。本讲稿第二十一页,共六十二页1 1)光栅传感器光源)光栅传感器光源)光栅传感器光源)光栅传感器光源钨丝灯泡钨丝灯泡半导体发光器件半导体发光器件 转换效率高,响应特征快速。转换效率高,响应特征快速。输出功率较大,工作范围较宽(输出功率较大,工作范围较宽(-40到到+130)与光电元件相组)与光电元件相组合的转换效率低。在机械振动和冲击条件下工作时,使用寿命将降低。合的转换效率低。在机械振动和冲击条件下工作时,使用寿命将降低。结构与分类结构与分类结构与
14、分类结构与分类 光栅传感器由光源、透镜、光栅副(主光栅和指示光栅)和光光栅传感器由光源、透镜、光栅副(主光栅和指示光栅)和光电接收元件组成。电接收元件组成。本讲稿第二十二页,共六十二页2 2)光栅副:指示光栅主光栅)光栅副:指示光栅主光栅)光栅副:指示光栅主光栅)光栅副:指示光栅主光栅 一般地:一般地:a+b=W,a=b=W/2 a栅线宽度栅线宽度b线间宽度线间宽度W光栅栅距光栅栅距(光栅常数)(光栅常数)光栅条纹密度一般为每毫米光栅条纹密度一般为每毫米25、50、100、250条等。条等。本讲稿第二十三页,共六十二页光栅分类光栅分类1)根据检测位移性质分)根据检测位移性质分直线式光栅直线式光
15、栅回转式光栅回转式光栅2)根据制造光栅的材料分)根据制造光栅的材料分金属光栅金属光栅玻璃光栅玻璃光栅3 3)光电元件)光电元件)光电元件)光电元件 包括有包括有光电池光电池和和光敏三极管光敏三极管等部分。等部分。本讲稿第二十四页,共六十二页2 2、测量原理、测量原理、测量原理、测量原理光路光路光源光源聚光镜聚光镜主光栅主光栅指示光栅指示光栅光电元件光电元件莫尔条纹信号莫尔条纹信号本讲稿第二十五页,共六十二页横向莫尔条纹的斜率横向莫尔条纹的斜率莫尔条纹间距莫尔条纹间距莫尔条纹的宽度莫尔条纹的宽度BH由由光栅常数与光栅夹角决定光栅常数与光栅夹角决定 莫尔条纹的形成莫尔条纹的形成本讲稿第二十六页,共
16、六十二页光栅传感器特点光栅传感器特点光栅传感器特点光栅传感器特点(1)精度高。)精度高。测长度精度可达测长度精度可达0.53m,分辨力可达,分辨力可达0.1m。测角度精度可达测角度精度可达0.15,分辨力可达,分辨力可达0.1,甚至更高。,甚至更高。(2)用于高分辨力大量程测量。)用于高分辨力大量程测量。(3)可实现动态测量,易于实现测量及数据处理的自动化。)可实现动态测量,易于实现测量及数据处理的自动化。(4)具有较强的抗干扰能力。)具有较强的抗干扰能力。本讲稿第二十七页,共六十二页第三节 检测系统的检测原理模拟信号的检测模拟信号的检测传感器传感器测量测量电路电路放大器放大器解调器解调器滤波
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