【正文】 第二章 檢測(cè)與傳感器 ? 概述 ? 線位移檢測(cè)傳感器 ? 角位移檢測(cè)傳感器 ? 速度、加速度傳感器 ? 測(cè)力傳感器 ? 傳感器的正確選擇和使用 ? 檢測(cè)信號(hào)的采集與處理 概述 ? 一、定義及分類： ? 定義：傳感器是將力、溫度、位移、速度等量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的元件。 “ 傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化的第一基礎(chǔ) ” ? 分類 ? 按能量變換的功能分： ? 按輸出的信號(hào)分： 物理傳感器 化學(xué)傳感器 計(jì)數(shù)型（二次型 +計(jì)數(shù)型） 電壓，電流型（熱電偶 ,Cds電池） 電感，電容型（可變電容） 有接點(diǎn)型 (微動(dòng)開關(guān)，接觸開關(guān)， 行程開關(guān) ) 傳感器 電阻型（電位器，電阻應(yīng)變片） 非電量型 二值型 電量 無(wú)接點(diǎn)型 (光電開關(guān)，接近開關(guān) ) 模擬型 數(shù)字型 代碼型（旋轉(zhuǎn)編碼器，磁尺） 二、傳感器的基本特性 ? 1. 傳感器的靜特性 ? 傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間的關(guān)系。傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有： 線性度 、 靈敏度 、遲滯 和 重復(fù)性 等。 ? (1).線性度 ? 傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際輸出 —輸入特性曲線與理論直線之間的最大偏差與輸出滿度值之比，即 1 0 0 %Δ m a xγ ???FSyL二、傳感器的基本特性 (2).靈敏度 傳感器的靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)條件下，輸出量的變化量與輸入量的變化量之比，即 (3).遲滯 傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減小）行程中，輸出 ——輸入特性曲線不重合的程度稱為遲滯，遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示 xyS???0%1 0 0????FSmyHH?二、 傳感器的基本特性 (4).重復(fù)性 傳感器在同一條件下，被測(cè)輸入量按同一方向作全 量程連續(xù)多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，所得輸出 ——輸入曲線的 不一致程度，稱重復(fù)性。重復(fù)性誤差用滿量程輸出的 百分?jǐn)?shù)表示，即 近似計(jì)算 1 0 0 %????FSmRyRγ精確計(jì)算 ? ? ? ?13~2 2 ????? nyyy iFSR?二、 傳感器的基本特性 傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值。 傳感器在零輸入狀態(tài)下，輸出值的變化稱為零漂，零漂可用相對(duì)誤差表示，也可用絕對(duì)誤差表示。 ? 2. 傳感器的動(dòng)態(tài)特性 ? 傳感器能測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力用動(dòng)態(tài)特性表示。動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。傳感器動(dòng)態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過(guò)時(shí)域、頻域以及試驗(yàn)分析的方法確定，其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)如：最大超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、頻率響應(yīng)范圍、臨界頻率等。 二、 傳感器的基本特性 ? 1. 新型傳感器的開發(fā) ? 鑒于傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，由此啟發(fā)人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、采用新原理、開發(fā)新材料、采用新工藝，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑?？傊?，傳感器正經(jīng)歷著從以結(jié)構(gòu)型為主轉(zhuǎn)向以物性型為主的過(guò)程。 三、傳感器的發(fā)展方向 ? 2. 傳感器的集成化和多功能化 ? 隨著微電子學(xué)、微細(xì)加工技術(shù)和集成化工藝等方面的發(fā)展，出現(xiàn)了多種集成化傳感器。這類傳感器，或是同一功能的多個(gè)敏感元件排列成線性、面型的陣列型傳感器；或是多種不同功能的敏感元件集成一體，成為可同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)測(cè)量的傳感器；或是傳感器與放大、運(yùn)算、溫度補(bǔ)償?shù)入娐芳梢惑w具有多種功能 ——實(shí)現(xiàn)了橫向和縱向的多功能。 三、傳感器的發(fā)展方向 ? 3. 傳感器的智能化 ? “ 電五官 ” 與 “ 電腦 ” 的相結(jié)合，就是傳感器的智能化。智能化傳感器不僅具有信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)還具有記憶、存儲(chǔ)、解析、統(tǒng)計(jì)處理及自診斷、自校準(zhǔn)、自適應(yīng)等功能。如進(jìn)一步將傳感器與計(jì)算機(jī)的這些功能集成于同一芯片上，就成為智能傳感器。 三、傳感器的發(fā)展方向 線位移檢測(cè)傳感器 ? 一、光柵位移傳感器 ? 二、感應(yīng)同步器 ? 三、磁柵位移傳感器 一、光柵位移傳感器 3241 尺光柵 2 .指 示光柵 電元件 4 .光 源光柵的構(gòu)造： ? 工作原理 一、光柵位移傳感器 ddffddBffddW/2W θddW/2指示光柵標(biāo)尺光柵 把兩塊柵距 W相等的光柵平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角 θ時(shí)，這時(shí)光柵上會(huì)出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這種條紋稱莫爾條紋，它們沿著與光柵條紋幾乎垂直的方向排列，如圖所示。 ? 莫爾條紋具有如下特點(diǎn)： ? 。光柵每移動(dòng)過(guò)一個(gè)柵距 W，莫爾條紋就移動(dòng) 過(guò)一個(gè)條紋間距 B ? 。莫爾條紋的間距B與兩光柵條紋夾角之間關(guān)系為 ? 。 一、光柵位移傳感器 ??WWB ??2si n2? 通過(guò)光電元件，可將莫爾條紋移動(dòng)時(shí)光強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換為近似正弦變化的電信號(hào)，如圖所示。 一、光柵位移傳感器 U 0UW/2oUm2W3W/2WxWxUUU m ?2s in0 ??其電壓為： ? 將此電壓信號(hào)放大、整形變換為方波，經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，再經(jīng)辨向電路和可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，則可用數(shù)字形式顯示出位移量，位移量等于脈沖與柵距乘積。測(cè)量分辨率等于柵距。 一、光柵位移傳感器 ? 二、感應(yīng)同步器 sin cos 節(jié)距 2τ（ 2mm） 節(jié)距 τ（ ） 4l 絕緣粘膠 銅箔 鋁箔 耐切削液涂層 基板 (鋼、銅 ) 滑尺 定尺 ? 包括定尺和滑尺 ， 用制造印刷線路板的腐蝕方法在定尺和滑尺上制成節(jié)距 T(一般為 2mm)的方齒形線圈 。 定尺繞組是連續(xù)的 ， 滑尺上分布著兩個(gè)勵(lì)磁繞組 ， 分別稱為正弦繞組和余弦繞組 。當(dāng)正弦繞組與定尺繞組相位相同時(shí) ， 余弦繞組與定尺繞組錯(cuò)開 1/4節(jié)距 。 滑尺和定尺相對(duì)平行安裝 ， 其間保持一定間隙 （ ~） 。 二、感應(yīng)同步器 ? ? 在滑尺的繞組中，施加頻率為 f（一般為2~10kHz）的交變電流時(shí)，定尺繞組感應(yīng)出頻率為 f的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與滑尺和定尺的相對(duì)位置有關(guān)。 ? 設(shè)正弦繞組供電電壓為 Us，余弦繞組供電電壓為 Uc，移動(dòng)距離為 x，節(jié)距為 T，則正弦繞組單獨(dú)供電時(shí)，在定尺上感應(yīng)電勢(shì)為 二、感應(yīng)同步器 ?c o s360c o s2 ss KUTxKUU ?? o39。? 余弦繞組單獨(dú)供電所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為 二、感應(yīng)同步器 ?s i n3 6 0s i n2 cc KUTxKUU ?? o由于感應(yīng)同步器的磁路系統(tǒng)可視為線性，可進(jìn)行線性疊加，所以定尺上總的感應(yīng)電勢(shì)為 ?? s i nc os222 cs KUKUUUU ???? 39。? 式中 ： ? K——定尺與滑尺之間的耦合系數(shù)； ? ——定尺與滑尺相對(duì)位移的角度表示量（電角度） ? T——節(jié)距，表示直線感應(yīng)同步器的周期，標(biāo)準(zhǔn)式直線感應(yīng)同步器的節(jié)距為 2mm。 ? 利用感應(yīng)電壓的變化可以求得位移 X，從而進(jìn)行位置檢測(cè)。 二、感應(yīng)同步器 ?TxTx ?? 23 6 0)( ?? o? 3. 測(cè)量方法