【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)字顯示器+_? f ? f圖 243頻率式數(shù)字量傳感器的結(jié)構(gòu)方框圖 2022年 5月 27日 數(shù)字量傳感器性能指標(biāo) 50 數(shù)字量傳感器性能指標(biāo) (1)分辨率 (Q)—— 改變一個(gè)測(cè)量計(jì)數(shù)所對(duì)應(yīng)的被測(cè)量的變化值 。 式中 xmax， xmin—— 數(shù)字量傳感器的測(cè)量上限與下限 N—— 數(shù)字量傳感器的輸出值 ? Q越小 ， 說(shuō)明數(shù)字量測(cè)量裝置的精度越高 。 )/(xxQ m i nm a x 字當(dāng)量被測(cè)量N?2022年 5月 27日 數(shù)字量傳感器性能指標(biāo) 51 (2)精度 (ε)—— 測(cè)量誤差值與實(shí)際測(cè)量值之比 。 數(shù)字量傳感器測(cè)量裝置的精度為： 式中 △ n—— 測(cè)量值與實(shí)際值之差 。 (3)檢測(cè)時(shí)間 —— 對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行兩次采樣之間的時(shí)間間隔 。 (4)計(jì)數(shù)器字長(zhǎng) —— 根據(jù)檢測(cè)裝置的最大測(cè)量值 xmax及分辨率 (Q)可以確定計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值 : 100%n% ??? N?Qm a xm a xxm ?2022年 5月 27日 數(shù)字檢測(cè)方法 52 數(shù)字檢測(cè)方法 ? 定義：在一定時(shí)間 T內(nèi) ， 測(cè)取數(shù)字量傳感器測(cè)量電路發(fā)出脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)計(jì)算被測(cè)參數(shù)的方法 。 ? 例如 ， 圖 262中測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí) ， 脈沖發(fā)生器每旋轉(zhuǎn)一周輸出 P個(gè)脈沖 ， 則轉(zhuǎn)速 n為 : 式中 m—— 在檢測(cè)時(shí)間 T內(nèi)所得的脈沖數(shù) T—— 在設(shè)定的檢測(cè)周期 ， 單位 s ( r / m in )6 0 mn PT?2022年 5月 27日 數(shù)字檢測(cè)方法 53 ? 測(cè)速裝置的分辨率為 : ? 測(cè)量裝置的分辨率在不同的區(qū)段是不同的 。 在低段的分辨率低 (精度低 )， 而在高段的分辨率高 (精度高 )。 圖 261M法測(cè)量原理圖 圖 262轉(zhuǎn)速測(cè)量脈沖發(fā)生器 ( r / m i n )60PT6 0 m1)6 0 ( mQ PTPT ???2022年 5月 27日 數(shù)字檢測(cè)方法 54 ? 定義：通過(guò)測(cè)量脈沖發(fā)生器發(fā)出的相鄰兩脈沖之間的間隔時(shí)間來(lái)計(jì)算被測(cè)參數(shù)的方法為 T法 ? 例如 ， 圖 262中測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí) ， 脈沖發(fā)生器每旋轉(zhuǎn)一周輸出 P個(gè)脈沖數(shù) 。 若采用頻率為ｆ c的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 則轉(zhuǎn)速 n為 : 式中 m—— 在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)所測(cè)得的脈沖數(shù) 。 ? 分辨率為： ( r /m in )60n mP f c?n ( r / m in )1m 1mP60f1 ) P(m 60fQ cc ??2022年 5月 27日 數(shù)字檢測(cè)方法 55 ? 測(cè)量裝置的分辨率在不同的區(qū)段是不同的 ， 在低段的分辨率高 ， 而在高段的分辨率低 。 ? 時(shí)鐘脈沖頻率 fc越高 ， 則檢測(cè)裝置的分辨率越靈敏 。但這樣會(huì)增加檢測(cè)裝置計(jì)數(shù)器字長(zhǎng) ， 時(shí)鐘脈沖頻率fc由下式確定 : 式中 nmin—— 測(cè)量的最低轉(zhuǎn)速 。 ( 1 / s )60Pmnf m a xm i nc ?圖 263Ｔ法測(cè)量原理圖 圖 264Ｍ /Ｔ法測(cè)量原理圖 2022年 5月 27日 數(shù)字檢測(cè)方法 56 M/T法數(shù)字檢測(cè) ? 定義：在固定的時(shí)間間隔內(nèi) ， 由一個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖發(fā)生器的輸出計(jì)數(shù) ， 得脈沖數(shù) m1， 同時(shí)用另一計(jì)數(shù)器在同樣的時(shí)間間隔內(nèi)同步地對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) ，得另一脈沖數(shù) m2。 ? 計(jì)算公式：設(shè)脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)一周輸出Ｐ個(gè)脈沖數(shù) ，若采用頻率為 fc的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 則轉(zhuǎn)速 n為 : 式中 m1—— 在檢測(cè)時(shí)間 TC內(nèi)所測(cè)得的信號(hào)脈沖數(shù) m2—— 在檢測(cè)時(shí)間 TC內(nèi)所測(cè)得的時(shí)鐘脈沖數(shù) Pmm60fn21c?2022年 5月 27日 數(shù)字檢測(cè)方法 57 ?分辨率為 : ?測(cè)量裝置的分辨率是一個(gè)常數(shù) ， 與轉(zhuǎn)速的高低無(wú)關(guān) 。 思考題 ？ ， 什么是數(shù)字量傳感器 ， 二者有什么區(qū)別 ？ ？ 為什么要研究模擬量傳感器的動(dòng)特性 ？ ？ 它們有什么區(qū)別 ？ ？ ？ 三者有什么區(qū)別 ？ ( r / m in )1601Q1 ??npmf c第二章 傳感器及測(cè)量系統(tǒng)（ 2） 吉林大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)科 趙丁選 2022年 5月 27日 光電傳感器 59 ? 在車輛自動(dòng)控制過(guò)程中充當(dāng)著重要的 角色 ? 分類 ：光束傳感器 、 反射傳感器 、 散射傳感器 ? 原理 ：通過(guò)發(fā)射器發(fā)出可見(jiàn) 、 不可見(jiàn)或紅外光 ， 被接收器所接收 ， 并轉(zhuǎn)換成電信號(hào) 。 ? 特點(diǎn) ： (1)無(wú)接觸檢測(cè) ， 減少了被測(cè)物及探頭的磨損 ， 確保產(chǎn)品的使用壽命與安全操作 。 (2)被測(cè)物的材料不受限制 ， 可測(cè)玻璃 、 塑料 、 木質(zhì)及液體等各種的被測(cè)材料 。 (3)長(zhǎng)距離檢測(cè) ， 反射傳感器的檢測(cè)距離可達(dá)１０ｍ 。 (4)反應(yīng)速度快 ， 其反應(yīng)能力在 50μs之內(nèi) 。 2022年 5月 27日 光電傳感器 60 (5)可分辨顏色 。 高精度檢測(cè) ， 利用奇特的視覺(jué)系統(tǒng)和精確的電子線路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的精確測(cè)量 。 ? 光電傳感器分為 亮通型 與 暗通型 兩類 。 ? 分類 ：光電發(fā)射器 、 光電探測(cè)器 光電發(fā)射器件 (1)熱輻射光源：如白熾燈 。 光譜連續(xù) 、 價(jià)格便宜 (2)氣體放電光源：如氙燈光源等 。 氣體超高壓放電發(fā)光 。特點(diǎn)： 效率高 ， 發(fā)熱少 。 (3)電致發(fā)光器： PN結(jié)發(fā)光 （ 發(fā)光二極管 ） 。 特點(diǎn)： 功率低 ， 驅(qū)動(dòng)電壓低 ， 效率高 ， 可直接調(diào)制 ， 小型化等 。 2022年 5月 27日 光電傳感器 61 (4)激光器： ： ? 特點(diǎn) ：輸出連續(xù) ， 頻率穩(wěn)定 ， 相干性與方向性極強(qiáng) ，居各類激光之首 。 但效率低體積大 ， 電源復(fù)雜 。 ： ? 特點(diǎn) ：效率相當(dāng)高 ， 容易調(diào)制 ， 體積小 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，抗振性能好 ， 但方向性差 ， PN結(jié)摻雜影響大 。 光電探測(cè)器件 ? 原理 ：光電探測(cè)器件是利用物體的光電效應(yīng) 。 分類 ：光電導(dǎo)效應(yīng) ， 光伏效應(yīng)和光電子發(fā)射效應(yīng)三種 。 2022年 5月 27日 光電傳感器 62 (光敏電阻 ) 注意 ：光敏電阻必須在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)光照射下 ， 電阻才會(huì)改變 。 圖 271光敏電阻的原理圖 272 CdS、 CdSe光譜響應(yīng)曲線 2022年 5月 27日 光電傳感器 63 (光電二極管與光敏三極管 ) ? 原理 ：利用光照在半導(dǎo)體器件上產(chǎn)生伏特效應(yīng)而制成的器件 ， 應(yīng)用極廣 。 (1)光電二極管 ? 原理 ：在光的照射下 ， 光電二極管產(chǎn)生光電流 。 注意：光電流向光電二極管的反方向流動(dòng) 。 ? 伏安特性 ：見(jiàn)圖 273（ a） 。 ? 等效電路 ：電流源與二極管的并聯(lián) ， 如圖 273(b)所示 ? 光譜特性 ：如圖 274。 2022年 5月 27日 光電傳感器 64 (2)光電三極管 ? 工作原理 ： ① 光電轉(zhuǎn)換 ， 其功能同光電二極管； ② 光電流放大 ， 將光電流放大幾十部至幾百倍 。 ? 分類 ：無(wú)基極引線 、 有極基引線兩種 。 a)無(wú)基極引線光電管 —— 靠光的注入代替基極的信號(hào)輸入 ，并將集電結(jié)產(chǎn)生的光電流放大 。 圖 273光電二極管伏安特性 圖 274光電二極管光譜響應(yīng)曲線 2022年 5月 27日 光電傳感器 65 b)有基極引線光電管 —— 設(shè)置基極的主要目的是為了預(yù)置一個(gè)基極電流 ? 優(yōu)點(diǎn) ： ① 減小了光電三極管發(fā)射極的電阻 ， 可以改善弱光下的響應(yīng)時(shí)間； ② 使光電三極管的交流放大系數(shù)進(jìn)入線性區(qū) ， 這對(duì)調(diào)制光的檢測(cè)特別有利 。 (3)光電池 ? 分類 ：硅光電池 （ 最受歡迎 ） 、 硒光電池 、 硫化鎘光電池 、 氧化亞銅光電池 、 砷化鉀光電池等 。 ? 硅光電池 ：性能穩(wěn)定 ， 光譜范圍寬；頻率特性好；換能效率高；能耐高能輻射等 。 2022年 5月 27日 光電傳感器 66 圖 275光電三極管輸出特性圖 276硅光電池光照特性曲線 2022年 5月 27日 光電傳感器 67 ? 特點(diǎn) ：發(fā)射器與接收器分開(kāi) 。 圖 277光束傳感的電氣結(jié)構(gòu)圖 2022年 5月 27日 光電傳感器 68 ? 特點(diǎn) ：發(fā)射器與接收器放于同一個(gè)外殼內(nèi) 。 ? 常規(guī)反射傳感器 ：不能檢測(cè)反光體 ， 易產(chǎn)生誤動(dòng)作 。 ? 帶偏振片的反射傳感器： 無(wú)論是否反射體在遮住光通路后就一定能被檢出 。 與常規(guī)反射傳感器的區(qū)別： (1)在發(fā)射器與接收器的光通道上分別安裝互成直角的偏振片； (2)采用三角反射鏡 ， 經(jīng)它反射的偏振光其振蕩面旋轉(zhuǎn) 90176。 。 圖 278帶偏振片的反射傳感器工作原理及電氣結(jié)構(gòu) 2022年 5月 27日 光電傳感器 69 散射傳感器 ， ? 結(jié)構(gòu) ：發(fā)射器與接收器也置于同一個(gè)外殼內(nèi) ， 發(fā)出的光照在被測(cè)物體上 ， 并被反射回來(lái) ， 被接收器接收 。 ? 特點(diǎn) ：對(duì)傳感區(qū)域內(nèi)發(fā)光與不發(fā)光的物體只要在傳感器的靈敏度范圍內(nèi)