第四章检测系统设计 内容提要 机电一体化技术第四章 本章将介绍检测系统的功用及组成、机电一体化 对检测系统的要求、检测系统设计的任务和方法步骤； 模拟信号检测系统的组成及其各电路的作用、分类及 工作原理或计算方法；数字信号检测系统的组成及工 作原理；检测信号的采集和预处理工作原理。 检测系统设计
第四章 检测系统设计 内容提要 本章将介绍检测系统的功用及组成、机电一体化 对检测系统的要求、检测系统设计的任务和方法步骤； 模拟信号检测系统的组成及其各电路的作用、分类及 工作原理或计算方法；数字信号检测系统的组成及工 作原理；检测信号的采集和预处理工作原理
第四章检测系统设计 第一节概述 机电一体化技术第四章检测系统设计 第二节模拟式传感器信号的检测 第三节数字式传感器信号的检测 第四节检测信号的采集和预处理
第四章 检测系统设计 ❖ 第一节 概述 ❖ 第二节 模拟式传感器信号的检测 ❖ 第三节 数字式传感器信号的检测 ❖ 第四节 检测信号的采集和预处理
第一节概述 检测系统的功用及组成 检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成部分， 用于实现计测场能。由传感器及相应的信号检测与 机电一体化技术第四章检测系统设计 处理电路构成。 名 在机电一体化产品中，传感器的作用就相当于人的感 官皇测关外界环境及真身状蚕的务种物逦 号，如力、温度、距离、 变形、位置、功 率等)及其变化，并将这些信号转换成电信号，然后 来牌 显示。 的 凡是应用到传感器的地方，必然伴随着相应的检测系 。无其是在机电二体化产品中，传感器及其检测系 参不汉是二个必不回少组成部分，可且已成为机 电有机结合的二个重要纽带
一、检测系统的功用及组成 ❖ 检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成部分， 用于实现计测功能。由传感器及相应的信号检测与 处理电路构成。 ❖ 在机电一体化产品中，传感器的作用就相当于人的感 官，用于检测有关外界环境及自身状态的各种物理量 (非电量信号，如力、温度、距离、变形、位置、功 率等)及其变化，并将这些信号转换成电信号，然后 再通过相应的变换、放大、调制与解调、滤波、运算 等电路将有用的信号检测出来，反馈给控制装置或送 去显示。 ❖ 凡是应用到传感器的地方，必然伴随着相应的检测系 统。尤其是在机电一体化产品中，传感器及其检测系 统不仅是一个必不可少的组成部分，而且已成为机与 电有机结合的一个重要纽带。 第一节 概述
第一节概述 机电一体 检测系统的组成 (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。 技术 (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 第四章 理系统，通常被称为二次仪表。 非电量检测系统的结构形式如图所示。 检测系统设计
(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。 非电量检测系统的结构形式如图所示。 第一节 概述
第一节概述 机电一体化技术第四章检测系统设计 光位 声移力等 非电量 转换成 模拟 传输、运氧 转换成 数字 光位文 声 处理 放大 驱动 信号 电信号 电信号 切换、存储制 电信号 电信号 被测物理量 传感器 以计算机为中心的电信号处理系统 执行设备 非电量检测系统的结构形式
第一节 概述 非电量检测系统的结构形式 光、声、 位 移 、 压 力 、 磁 等 非 电 量 信 号 转 换 成 电 信 号 模 拟 电 信 号 传 输 、 运 算 放 大 切 换 、 存 储 处 理 电 信 号 数 字 转 换 成 电 信 号 驱 动 光、声、 位 移 、 文 字 等 被 测 物 理 量 传 感 器 以 计 算 机 为 中 心 的 电 信 号 处 理 系 统 执 行 设 备
第一节概述 (传感器补充) 传感器的概念及基本特性 1.传感器的构成 机电一体化技术第四章检测系统设计 传感器一般由敏感元件、传感元件和转换电 路三部分组成，如图所示。 被测量 敏感 转换 基本转换 电量 元件 元件 电路
第一节 概述 （传感器补充） 传感器的概念及基本特性 1. 传感器一般由敏感元件、传感元件和转换电 路三部分组成
第一节概述（传感器补充） (1)敏感元件：是一种能够将被测量转换成易于测量的 机电一体化技术 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)传感元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电 第四章 参量信号（如电阻、电感、电容等）或电量信号（如 电荷、电压、电流)形式。 检 (3)基本转换电路：将电参量信号转换成便于测量的电 量信号，如电压、电流、频率等。 系统设计 举例：重量传感器
（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）传感元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电 参量信号（如电阻、电感、电容等）或电量信号（如 电荷、电压、电流）形式。 （3）基本转换电路：将电参量信号转换成便于测量的电 量信号，如电压、电流、频率等。 举例：重量传感器 第一节 概述 （传感器补充）
第一节概述 (传感器补充) 2.传感器的指标 (1)线性度 传感器的静态特性是在静态标准条件下，利用一定等 级的标准设备，对传感器进行往复循环测试，得到的输入输出特 机电一体化技术第四章检测系统设计 性（列表或画曲线）。通常希望这个特性（曲线）为线性，这对 标定和数据处理带来方便。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，如图所示。 1一实际曲线 2一理想曲线 传感器的线性度示意图
2.传感器的指标 (1) 线性度 传感器的静态特性是在静态标准条件下，利用一定等 级的标准设备，对传感器进行往复循环测试，得到的输入/输出特 性（列表或画曲线）。通常希望这个特性（曲线）为线性，这对 标定和数据处理带来方便。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,如图所示。 传感器的线性度示意图 第一节 概述 （传感器补充）
第一节概述（传感器补充） 线性度可用下式计算： 题1009% 机电一体化技术第四章检测系统设计 Yz=士 yFs 式中：； YL一线性度（非线性误差）： △max一最大非线性绝对误差； ys一输出满度值
线性度可用下式计算： 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。 第一节 概述 （传感器补充）
第一节概述 (传感器补充) 2) 灵敏度。传感器在静态标准条件下，输出变化对输 机电一体化技术第四章 入变化的比值称为灵敏度，用S表示，即 输出量的变化量_△y 输入量的变化量△x 对于线性传感器来说，它的灵敏度S是个常数。 检测系统设计
第一节 概述 （传感器补充） （2） 灵敏度。传感器在静态标准条件下,输出变化对输 入变化的比值称为灵敏度,用S0表示,即 对于线性传感器来说,它的灵敏度S0是个常数