《机电一体化技术》课件_第四章 4.1 传感检测系统的作用及组成.pptx

1、第四章第四章 传感检测技术传感检测技术机电一体化技术机电一体化技术4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成4.2 机电一体化系统中常用的传感器机电一体化系统中常用的传感器4.3 新型生物电信号传感器新型生物电信号传感器4.4 智能传感器智能传感器4.5 检测信号处理技术检测信号处理技术第四章第四章 传感检测技术传感检测技术机电一体化技术机电一体化技术4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成30、绪论、绪论 外骨骼机器人（外骨骼机器人（Exoskeletons Robot）主要用于增强）主要用于增强正常人的运

2、动和负荷能力，及运动功能障碍患者的运动正常人的运动和负荷能力，及运动功能障碍患者的运动辅助和康复训练，其深度融合了机械工程、控制科学、辅助和康复训练，其深度融合了机械工程、控制科学、通信工程、电子技术、仪器科学和生物医学工程等学科通信工程、电子技术、仪器科学和生物医学工程等学科领域的理论和技术，在工作过程中需要位置传感器、加领域的理论和技术，在工作过程中需要位置传感器、加速度传感器、扭矩传感器、生物电信号传感器等多种类速度传感器、扭矩传感器、生物电信号传感器等多种类型传感器的协同工作。型传感器的协同工作。本章将以外骨骼机器人这一典型的机电一体化产品本章将以外骨骼机器人这一典型的机电一体化产品为

3、例，深入介绍机电一体化产品中采用的各类传感器的为例，深入介绍机电一体化产品中采用的各类传感器的特点、工作原理、应用场合及信号采集与处理方法。特点、工作原理、应用场合及信号采集与处理方法。4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成41、传感检测系统在机电一体化中的作用、传感检测系统在机电一体化中的作用 在机电一体化系统中，传感检测系统的作用相当于人的感官在机电一体化系统中，传感检测系统的作用相当于人的感官，检测系统运行过程中内部和外部的各种物理量及其变化，将这，检测系统运行过程中内部和外部的各种物理量及其变化，将这些非电量信号转化为电信号，并通过适当处理后，反馈至控制装些非电量信号

4、转化为电信号，并通过适当处理后，反馈至控制装置或进行显示记录。因此，传感检测系统是机与电有机结合的重置或进行显示记录。因此，传感检测系统是机与电有机结合的重要纽带，成为机电一体化系统中必不可少的组成部分。要纽带，成为机电一体化系统中必不可少的组成部分。4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成52、传感检测系统的组成、传感检测系统的组成（1）传感检测系统的组成）传感检测系统的组成 传感检测系统一般由传感器、信号调理电路及输出接口组成，如下传感检测系统一般由传感器、信号调理电路及输出接口组成，如下图所示。图所示。4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成6（2）传感器

5、）传感器传感器的定义传感器的定义 传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定的规律传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定的规律(即数学函即数学函数法则数法则)转换成可用信号的器件或装置。转换成可用信号的器件或装置。传感器的组成传感器的组成 传感器通常由敏感元件、转换元件和转换电路组成，可将非电量物传感器通常由敏感元件、转换元件和转换电路组成，可将非电量物理量转换为电量信号输出。理量转换为电量信号输出。敏感元件直接感受被测物理量，并以确定的关系输出物理量信号。敏感元件直接感受被测物理量，并以确定的关系输出物理量信号。转换元件将敏感元件输出的非电物理量信号转换为电信号。转换元件将敏感元件输出的

6、非电物理量信号转换为电信号。转换电路将转换元件输出的电信号转换为便于测量的电信号。转换电路将转换元件输出的电信号转换为便于测量的电信号。2、传感检测系统的组成、传感检测系统的组成4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成7传感器的分类传感器的分类 传感器的种类繁多，分类的方法也不尽相同，下面列举了三类分类方法。传感器的种类繁多，分类的方法也不尽相同，下面列举了三类分类方法。根据被测量的不同可分为根据被测量的不同可分为:温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器等；度传感器等；根据测量原理

7、可分为根据测量原理可分为:电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式传感器、磁电式电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器等；传感器、压电式传感器、光电式传感器等；根据输出信号的类型可分为根据输出信号的类型可分为:模拟传感器和数字传感器。模拟传感器和数字传感器。2、传感检测系统的组成、传感检测系统的组成4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成81)模拟传感器模拟传感器 模拟传感器将测量的非电量转换成模拟模拟传感器将测量的非电量转换成模拟信号输出，例如欧姆龙信号输出，例如欧姆龙ZX-L位移传感器的位移传感器的输出信

8、号为电压信号，其输出信号电压特性输出信号为电压信号，其输出信号电压特性如图所示。如图所示。模拟传感器模拟传感器2、传感检测系统的组成、传感检测系统的组成4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成92)数字传感器数字传感器 广义上，数字传感器分为准数字传广义上，数字传感器分为准数字传感器和数字传感器两类。准数字传感感器和数字传感器两类。准数字传感器输出信号为方波信号，其频率或占器输出信号为方波信号，其频率或占空比随被测参量变化而变化，如增量空比随被测参量变化而变化，如增量式光电编码器。数字传感器输出信号式光电编码器。数字传感器输出信号为数字量，如为数字量，如DS18B20温度传感器

9、在温度传感器在分辨率为分辨率为12位时位时-55、0和和125输出信号如图所示。输出信号如图所示。数字传感器数字传感器2、传感检测系统的组成、传感检测系统的组成4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成102)数字传感器数字传感器 开关量传感器输出只有高开关量传感器输出只有高/低电平或开低电平或开/关两关两个状态。当被测量的信号到达某个特定的阈值个状态。当被测量的信号到达某个特定的阈值时，开关量传感器输出高电平时，开关量传感器输出高电平(开开)，反之输出，反之输出低电平低电平(关关)，如图所示。开关传感器与数字电，如图所示。开关传感器与数字电路具有良好的兼容性。根据与被测对象的连

10、接路具有良好的兼容性。根据与被测对象的连接形式，开关传感器又可分为接触型形式，开关传感器又可分为接触型(如限位开如限位开关关)和非接触型和非接触型(如光电接近开关如光电接近开关)两类。两类。开关传感器开关传感器2、传感检测系统的组成、传感检测系统的组成4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成11（3）信号调理电路）信号调理电路 信号调理电路将传感器输出的信号进行放大、滤波、检波、转信号调理电路将传感器输出的信号进行放大、滤波、检波、转换等处理，以方便后续环节的数据采集与处理。信号调理电路可换等处理，以方便后续环节的数据采集与处理。信号调理电路可分为电平调整、线性化、信号形式转换

11、和滤波及阻抗匹配四种类分为电平调整、线性化、信号形式转换和滤波及阻抗匹配四种类型。在工程上对信号调理电路的一般要求如下：型。在工程上对信号调理电路的一般要求如下：1转换准确、放大稳定和传输可靠；转换准确、放大稳定和传输可靠；2信噪比高，抗干扰能力强。信噪比高，抗干扰能力强。2、传感检测系统的组成、传感检测系统的组成4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成12（4）输出接口）输出接口 输出接口可实现不同功能模块之间电气参数连接部输出接口可实现不同功能模块之间电气参数连接部分，负责将信号传输至信号记录装置、显示装置、信分，负责将信号传输至信号记录装置、显示装置、信号处理装置与控制装

12、置等。输出接口电路可在同一电号处理装置与控制装置等。输出接口电路可在同一电气参数范围内工作，如将传感器输出的模拟信号转换气参数范围内工作，如将传感器输出的模拟信号转换为标准输出信号；也可以将信号从一种形式转换为另为标准输出信号；也可以将信号从一种形式转换为另一种形式，如一种形式，如A/D转换电路。转换电路。2、传感检测系统的组成、传感检测系统的组成4.1 传感检测系统的作用及组成传感检测系统的作用及组成133、传感器的选用原则、传感器的选用原则工程应用中，传感器选用原则如下：工程应用中，传感器选用原则如下：传感器的量程应大于测试信号最大幅值的传感器的量程应大于测试信号最大幅值的1.21.5倍；

13、倍；传感器的固有频率应大于测试信号频率的传感器的固有频率应大于测试信号频率的510510倍；倍；传感器准确度小于系统总不确定度的传感器准确度小于系统总不确定度的1/31/3；传感器工作温度大于传感器测量环境温度的传感器工作温度大于传感器测量环境温度的2 2倍；倍；长期使用重复性误差小于长期使用重复性误差小于0.02%0.02%；传感器动态特性好，环境适应性好，抗干扰性能强，可靠性高；传感器动态特性好，环境适应性好，抗干扰性能强，可靠性高；传感器输出的信号便于直接测量，易与二次仪表或采集设备匹配使用；传感器输出的信号便于直接测量，易与二次仪表或采集设备匹配使用；安装方便，成本适中。安装方便，成本适中。