第六章检测系绕技术 §61检测故术挠述 、作用及其组成 是机电一体化系统的一个重要组成部分,将机电一体化系统自身的、作 业对象的、作业环境的工作状态参数进行检测,并将检测到的状态参数 从物理变化量变为电信号,提供给信息处理及控制系统,以有效的控制 机电一体化系统执行机构的动作。 机电一体化一体化系统检测系统实质: 非电量—电量 显示 检测系统组成原理如下图:
一、作用及其组成 § 6.1 检测技术概述 第六章 检测系统技术
§61检测技术述 显示器 非电量 传感器电量信县hU0(I0,f)数据处 理电路 理装置 执行 机构 传感器的作用:用于检测各种物理量(如位移、速度、角度、力、力矩 压力、温度等),并转化为电量信号(如电压、电流、电容、电感)输 信号处理电路的作用:将传感器输出的电量变成具有一定功率的电压 电流或频率信号,以推动后级的显示电路、数据处理电路等 数据处理装置:用来对测量结果处理、讲算、分析,数据处理信号通 送到执行机构或显示器中去,以控制被控对象及显示处理的各种数据
§ 6.1 检测技术概述 非电量 传感器 信号处 理电路 显示器 数据处 理装置 执行 机构 电量 U0(I0 ,f)
§61检测技术述 二、检测系统的传感器 ☆传感器的功能及分类 传感器( sensor)也叫变换器( transducer)、换能器、探测器,其输出 的信号有不同的形式:电压、电流、频率、脉冲等,以满足信息的传输 、处理、记录、显示、控制等要求。 两个功能 敏感作用(被测对象—信号拾取) 变换作用(被测非电量—→电量输出) 分类 名称 工作原理 传感器具体类型 开关型 接触式 微动开关、接触开关 按输出信号性质分 (二值型) 非接触式 光电开关、接近开关 电阻型 电位器电阻应变片等 模拟型 电压、电流型 热电偶、光电电池、压电元件等 电感电容型 电感式位移传感器电容式位移传感器等 计数型 二值+计数器 数字型 代码型 编码器、磁尺
二、检测系统的传感器 § 6.1 检测技术概述 传感器（sensor）也叫变换器(transducer)、换能器、探测器,其输出 的信号有不同的形式： 等，以满足信息的传输 、处理、记录、显示、控制等要求。 两个功能： 敏感作用（被测对象 信号拾取） 变换作用（被测非电量 电量输出） 按 输 出 信 号 性 质 分
§61检测技术述 今传感器的功能及分类 按工作原理不同分 物理型传感器:利用一些材料物理特性变化(如集成传感器),有潜力 结构型传感器:利用弹性片、金属片、电容电感等结构元件(如 般的电阻、电容、电感传感器) 传感器的选用 传感器千差万别,测量同一种测定量,可以采用不同工作原理的传感器, 注意以下几个方面: ■测量条件 测量的目的;测定量的选定;测量的范围;输入信号的带宽;要求的精 度;测量所需时间等 传感器的性
§ 6.1 检测技术概述 物理型传感器：利用一些材料物理特性变化（如集成传感器），有潜力 结构型传感器：利用弹性片、金属片、电容电感等结构元件（如一 般的电阻、电容、电感传感器） 传感器千差万别，测量同一种测定量，可以采用不同工作原理的传感器， 注意以下几个方面： 测量的目的；测定量的选定；测量的范围；输入信号的带宽；要求的精 度；测量所需时间等
§61检测故术述 精度;响应速度;稳定性;模拟还是数字信号;输岀量及电平;被测对 象特征的影响;校准周期;过载输入保护等 传感器的使用条件 放置的场所;环境(温度、湿度、振动);测量的时间(寿命周期); 传输距离;与设备连接方式;供电电源;价格 、模拟式和数字式传感器检测系统 拟式检测系统 电阻、电容、电感、压电、磁电、热电式等传感器输出模拟信号,其检 测系统如图示:
§ 6.1 检测技术概述 精度；响应速度；稳定性；模拟还是数字信号；输出量及电平；被测对 象特征的影响；校准周期；过载输入保护等 放置的场所；环境（温度、湿度、振动）；测量的时间（寿命周期）； 传输距离；与设备连接方式；供电电源；价格 三、模拟式和数字式传感器检测系统 电阻、电容、电感、压电、磁电、热电式等传感器输出模拟信号，其检 测系统如图示：
§61检测故术述 振荡器 传感器量程变换—放大器解调器滤波器 运算电路A/D计算机 显示、 执行机构 振荡器用于对传感器信号“调制”,以提高输出信号的抗干扰能力 并对“解调”提供参考信号,“解调”是使信号恢复原有形式。 有的传感器可不进行调制与解调,直接阻抗匹配、放大、滤波等 数字式检测系统 光栅、磁栅、光电编码器、激光干涉仪等传感器输出 信号 变化的周期与被测位移成正比的信号,其检测系统如图示:
§ 6.1 检测技术概述 光栅、磁栅、光电编码器、激光干涉仪等传感器输出增量码信号，信号 变化的周期与被测位移成正比的信号，其检测系统如图示： 传感器 量程变换 放大器 解调器 滤波器 运算电路 A/D 计算机 显示、 执行机构 振荡器用于对传感器信号“调制” ，以提高输出信号的抗干扰能力； 并对“解调” 提供参考信号， “解调”是使信号恢复原有形式。 有的传感器可不进行调制与解调，直接阻抗匹配、放大、滤波等。 振荡器
§6,1检测技术述 传放 整 细变 器大形 计 显示 感 分换 电 数 执行 器路 电电 器 计算机 路路 机构 辨向电路 传感器输出多为正弦波信号,经放大、整形后变成数字脉冲信 进入计数器、计算机,为提高分辨率,采取细分电路; 辫向电路辨别方向以便正确进行加法或减法记数; 脉冲信号所对应的被测来年感不便于读出和处理时,需进行脉冲当 量变换电路。 三、模拟式和数字式检测系统比较
§ 6.1 检测技术概述 传 感 器 放 大 器 整 形 电 路 细 分 电 路 变 换 电 路 计 数 器 计 算 机 显示 执行 机构 辨向电路 传感器输出多为正弦波信号，经放大、整形后变成数字脉冲信号， 进入计数器、计算机，为提高分辨率，采取细分电路； 辫向电路辨别方向以便正确进行加法或减法记数； 脉冲信号所对应的被测来年感不便于读出和处理时，需进行脉冲当 量变换电路。 三、模拟式和数字式检测系统比较
§61检测技术述 模拟式系统:精度低、易受干扰影响、不便于长距离传输、有A/D转换, 成本高 数字式系统:分辨率高、抗干扰强、易于长距离传输、易于计算机控制、 应用广泛)
§ 6.1 检测技术概述 模拟式系统：精度低、易受干扰影响、不便于长距离传输、有A/D转换， 成本高 数字式系统：分辨率高、抗干扰强、易于长距离传输、易于计算机控制、 应用广泛）
§62和速度检测裝置 在机电一体化系统中位移和速度检测装置使用非常广泛,下面主要 介绍这两类检测传感器 光电编码器 >工作原理 光锻元件通光继岛基片光板 光电码盘随被测轴 起转动,在光源的照 射下,透过光电码盘 和光拦板形成忽明忽 暗的光信号,光敏元 件把此光信号转换成 电信号a,b,z,通 过信号处理装置的整 光源 形、放大等处理后输 传号处翅芝置 +飞4 节西t 出如图所示的6项A B2和取反信号。 ZRRAA 光由脉冲编果的结构
§ 6.2 位移和速度检测装置 一、光电编码器 光电脉冲编码器的结构 光电码盘随被测轴一 起转动，在光源的照 射下，透过光电码盘 和光拦板形成忽明忽 暗的光信号，光敏元 件把此光信号转换成 电信号a、b、z，通 过信号处理装置的整 形、放大等处理后输 出如图所示的6项A、 B、Z 和取反信号。 Ø 工作原理
§62和速度检测裝置 >输出信号的作用及其处理 A、B两相的作用 细分处理、角位移、转速、转向 z相的作用 周向定位基准、圈数 当、B、Z的作用 利用A、等差分输入消除远 距离传输的共模干扰 CP 常用的脉冲编码器每转输出的脉 冲数有 2000p/r,2500p/r,3000p/r, 图4-130)光电编码器输出波形 高分辨率的脉冲编码器20000 p/r,25000p/r,30000p/r
常用的脉冲编码器每转输出的脉 冲数有： 2000 p/r，2500 p/r，3000 p/r， 高分辨率的脉冲编码器 20000 p/r，25000 p/r，30000 p/r。 Ø 输出信号的作用及其处理 • A、B 两相的作用: 细分处理、角位移、转速、转向 • Z 相的作用 周向定位基准、圈数 • 、 、Z 的作用 利用 A 、 等差分输入消除远 距离传输的共模干扰 A A B § 6.2 位移和速度检测装置