【正文】 氟乙烯絕緣層 銅芯 銅線編織網(wǎng)（接地） 傳感器的準(zhǔn)確選擇和使用 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 傳感器的信號采集與處理 VCC（棕） DC10～ 30V OUT（黑） GND（藍(lán)） 接近開關(guān) OUT端與 GND端的壓降 U c e s約為 ， 流過 KA的電流IKA=（ VCC－ ） /RKA。 若 IKA大于繼電器 KA的額定吸合電流 ， 則繼電器 KA能夠可靠吸合 。 接近開關(guān)使用電感性負(fù)載時(shí) ， 務(wù)必在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管 ， 以免損壞接近開關(guān)輸出級 。 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 ?請勿將電感接近開關(guān)置于 境下使用 ， 以免造成誤動作 。 ?為了保證不損壞接近開關(guān) ， 請用戶在接通電源前檢查接線是否正確 ， 核定電壓是否為額定值 。 ?為了使接近開關(guān)長期穩(wěn)定工作 ， 請務(wù)必進(jìn)行定期的維護(hù) ， 包括被檢測物體和接近開關(guān)的安裝位置是否有移動或松動 ， 接線和連接部位是否接觸不良 ， 是否有金屬粉塵粘附等 。 ?DC二線制接近開關(guān)具有 ~1mA的靜態(tài)泄漏電流 ， 在一些對泄漏電流要求較高的場合下 ，可改用 DC三線制接近開關(guān) 。 傳感器的信號采集與處理 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 3. 4~20mA輸出方式 將傳感器與信號處理電路組合在一個(gè)殼體中 ， 這在工業(yè)中被稱為一次儀表 。 一次儀表的輸出信號可以是電壓 ， 也可以是電流 。 由于電流信號不易受干擾 ， 且便于遠(yuǎn)距離傳輸 （ 可以不考慮線路壓降 ） ，所以在一次儀表中多采用電流輸出型 。 新的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電流輸出為4～ 20mA。 4mA對應(yīng)于零輸入 ，20mA對應(yīng)于滿度輸入 。 不讓信號占有 0～ 4mA這一范圍的原因 ， 一方面是有利于判斷線路故障 （ 開路 ） 或儀表故障；另一方面 ， 這類一次儀表內(nèi)部均采用微電流集成電路 ， 總的耗電還不到4mA， 因此還能利用 0～ 4mA這一部分 “ 本底 ” 電流 ” 為一次儀表的內(nèi)部電路提供工作電流 ， 使一次儀表成為兩線制儀表 。 傳感器的信號采集與處理 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 所謂二線制儀表是指儀表與外界的聯(lián)系只需兩根導(dǎo)線 。 多數(shù)情況下 ， 其中一根（ 紅色 ） 為 +24V電源線 ， 另一根 （ 黑色 ）既作為電源負(fù)極引線 ，又作為信號傳輸線 。在信號傳輸線的末端通過一只標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電阻 （ 也稱取樣電阻 ）接地 （ 也就是電源負(fù)極 ） ， 將電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號 。 （ 4~20mA） 黑 取樣電阻 若取樣電阻 RL為 ，則對應(yīng)于 4～ 20mA的輸出電壓 UO為 1～ 5V。 傳感器的信號采集與處理 4. 4~20mA兩線制儀表 兩線制儀表的另一好處是：可以在儀表內(nèi)部通過電容在電流信號傳輸線上疊加數(shù)字脈沖信號 ， 作為一次儀表的串行控制信號和數(shù)字輸出信號 ， 以便遠(yuǎn)程讀取 ， 成為網(wǎng)絡(luò)化儀表 。 傳感器的信號采集與處理 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 例： 某兩線制電流輸出型壓力變送器的產(chǎn)品說明書注明其量程范圍為 0～ 200Pa， 對應(yīng)輸出電流為 4～ 20mA。 求：當(dāng)測得輸出電流 I=10mA時(shí)的被測壓力 p。 （ mA） p（ Pa） I O 200 4 20 解： I＝ 4＋ p 初始值 （ 20－ 4）／ 200＝ 當(dāng) I＝ 10mA時(shí)，求得 p＝ 75Pa 75 10 傳感器的信號采集與處理 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 系統(tǒng)中的重要元器件 ? 采樣開關(guān) 干簧繼電器 干簧繼電器主要由驅(qū)動線圈和干簧管組成 ， 驅(qū)動線圈繞在干簧管外面 。 當(dāng)線圈通以額定電流后 ， 干簧管中的兩根常開彈簧片互相吸引而吸合 。 它的耐壓較高 ， 額定電流較大 ，導(dǎo)通電阻接近零 。 耗電較大 、速度較慢是干簧繼電器的主要缺點(diǎn) 。 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 模擬采樣開關(guān)切換對象是多路模擬信號 。 它的控制端處于 “ 有效 ” 狀態(tài)時(shí) ， 模擬開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài) ， 導(dǎo)通電阻約幾歐至幾百歐 （ 視型號而定 ） 。當(dāng)控制端處于 “ 無效 ” 狀態(tài)時(shí)開關(guān)截止 ， 截止電阻大于 108Ω。 其優(yōu)點(diǎn)是集成度高 ， 動作快 （ 小于 1?s） 、 耗電省等 。 缺點(diǎn)是有一定的導(dǎo)通電阻 、 各通道間有一定的漏電 、 擊穿電壓低 、 易損壞等 。 CMOS模擬采樣開關(guān) 傳感器的信號采集與處理 傳感器的信號采集與處理 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 ? 放大器 從傳感器來的信號有許多是毫伏級的微弱信號 ， 須經(jīng)放大才能進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換 。 系統(tǒng)對放大器的主要要求是：精度高 、 溫漂小 、共模抑制比高 、 頻帶寬至直流 。 目前常用的放大器有以下幾種型式：一種是高精度 、 低漂移的雙極型放大器；另一種為隔離放大器 ， 它帶有光電隔離或變壓器隔離的低漂移信號放大器 ， 以及一個(gè)高隔離的 DC/DC電源 。 線 性 誤 差 ： 小 于 0 . 01% 輸入阻抗： 1 MΩ 隔離度： 2500V/50Hz/1min 工作溫度： 10℃ ～ +60℃ 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 傳感器的信號采集與處理 測量放大器 Uo 1 14 2 3 5 9 8 12 7 11 6 4 13 － UEE ＋ UCC GND R R C Ui1(＋ ) Ui2 (－ ) Ui 100μH 屏蔽線 屏蔽線 RG 10kΩ ＋ － AD522 數(shù)據(jù)防護(hù) 利用 AD522組裝的儀用放大器 傳感器輸出點(diǎn)信號的參量形式可分為電壓輸出 、 電流輸出和頻率輸出 ， 其中以電壓輸出型為最多 。 在電流輸出和頻率輸出傳感器中 ， 除了少數(shù)直接利用電流或頻率輸出信號外 ， 大多數(shù)是分別配以電流 — 電壓變換器或頻率 — 電壓變換器 ，從而將它們轉(zhuǎn)換成電壓輸出型傳感器 。 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 傳感器的信號采集與處理 AD522的 1號和 3號腳分別是儀表放大器的高輸入阻抗正 、 負(fù)輸入端子；2腳和 14腳用來連接可變電阻 RG； 4腳和 6腳用于放大器調(diào)零； 13腳為輸入屏蔽端 ， 13腳接到輸入傳輸屏蔽層上 ， 能夠提高共模抑制比 ， 這種方法稱為“ 有源屏蔽驅(qū)動 ” ， 也稱為 “ 共模電壓自舉法 ” 。 放大器的增益由外接電阻RG來調(diào)節(jié) ， 輸出電壓 Uo由下式給出 式中的 Ui Ui2分別是正 、 負(fù)輸入端的對地電壓 ， 施加在 AD522輸入端的差模電壓 Ud=Ui=Ui1－ Ui2。 當(dāng)增益為 100時(shí) ， AD522的非線性誤差僅為%， 共模抑制比大于 120dB。 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 傳感器的信號采集與處理 程控增益放大器 工程上常采用改變放大器增益的方法來實(shí)現(xiàn)不同幅度信號的放大 。 利用計(jì)算機(jī)采用軟件控制的辦法來實(shí)現(xiàn)增益的轉(zhuǎn)動變換 ， 稱為程控增益放大器 。 V＋ Uo 1 14 2 3 8 10 13 12 7 6 4 5 D0 D1 V－ Ui1(＋ ) Ui2 (－ ) AD521 4052 AD521構(gòu)成的程控增益放大器 通過改變 4 0 5 2的D 0 、 D 1 值 來 改 變AD521放大器 2腳和 14腳之間的外接電阻的辦法來實(shí)現(xiàn)增益控制 。 有些測量放大器將譯碼和模擬開關(guān)結(jié)合在一起 ， 有的甚至將設(shè)定增益所需的電阻也集成在同一組件中 ， 為計(jì)算機(jī)控制提供 了便利 。 AD524即是常用的一種集成可編程增益控制測量放大器 。 傳感器的信號采集與處理 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 ? A/D轉(zhuǎn)換器 放大器放大后的模擬信號必須進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理 。 目前采用較多的 A/D轉(zhuǎn)換器有兩大類：一類是并行 A/D轉(zhuǎn)換器 ， 另一類是串行 A/D轉(zhuǎn)換器 。 A/D轉(zhuǎn)換器的光耦接口電路 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 傳感器的信號采集與處理 ? D/A轉(zhuǎn)換器 計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后的數(shù)字信號有時(shí)必須轉(zhuǎn)換為模擬信號 ， 才能用于工業(yè)生產(chǎn)的過程控制 。 它的輸入是計(jì)算機(jī)送出的數(shù)字量 ， 它的輸出是與數(shù)字量相對應(yīng)的電壓或電流 。 如果在計(jì)算機(jī)與 D/A之間插入多路光耦合器就能較好地防止工業(yè)控制設(shè)備干擾計(jì)算機(jī)的工作 。 如果使用多路采樣保持器 ，只要使用一個(gè) D/A即可進(jìn)行多路 D/A轉(zhuǎn)換 。 D/A轉(zhuǎn)換器的光耦接口電路 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 傳感器的信號采集與處理 6. 數(shù)據(jù)采集卡 端子板 PCI數(shù)據(jù)采集、控制卡 傳感器信號線接線端子 輸出信號接線端子 去計(jì)算機(jī) PCI槽 端子板 37芯排線 PCI擴(kuò)展槽 ISA擴(kuò)展槽 工業(yè)級底板 ? PCI及 ISA數(shù)據(jù)采集卡 機(jī)電一體化技術(shù) 檢測與傳感器 傳感器的信號采集與處理 ? USB數(shù)據(jù)采集卡 ? 2 . 0 的高速版本傳輸速率可達(dá)的480Mb/s（ 相當(dāng)于 60MB/s） 。 ? USB接口包含＋ 5V的電源線與地線 ，所以外設(shè)可從集線器獲得 500mA以下的電流 。 ? USB支持熱插拔 （ Hot Plug） 和即插即用 （ Plug and Play） 。 USB與 RS485 端口 DB9M 針腳的轉(zhuǎn)換