【正文】 供所需增益。3）可以使低頻截止頻率達(dá)到很低的范圍。低通濾波器：具有低頻信號容易通過并抑制高頻信號的作用。高通濾波器：RC電路具有高頻信號容易通過并抑制低頻信號的作用。帶通濾波器：RLC電路用于通過某一頻段Q=的信號，而將此頻段外的信號加以抑制或衰減。品質(zhì)因素fo1=B3RF+RfRf，帶阻濾波器：用于抑制某一頻段的信號，而讓此頻段外的信號通過。品質(zhì)因素Q=fo1=B2(2Rf+RF)Rf。一階RC低通濾波器的幅頻及相頻特性如圖。一階高通濾波器的幅頻及相頻特性如圖所示：數(shù)字濾波：利用程序來實(shí)現(xiàn)，因而不需增加硬件，而且可靠性高、穩(wěn)定性好、靈活方便。常用的方法有：限定最大偏差法：當(dāng)YnYn1DY，則令Yn=Yn1。如果YnYn1163。DY，則Yn=Yn。算術(shù)平均值法：Yn=Yn1+YnYnkkk，適用于壓力測量、流i量測量等。加權(quán)平均濾波法：Yn=229。CiYn1i=0n1，其中滿足i=0229。C=1n1。數(shù)/模轉(zhuǎn)換：它是把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬的器件，它由四個部分組成：電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源、模擬開關(guān)。目前用得較多的是T型電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（D/A）。D/A集成電路芯片分為八位、十位、十二位、十六位等。DAC0832是一個具有兩個輸入數(shù)據(jù)緩沖器的八位D/A芯片。其分辨率是指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。例如八位D/A的11==。其精度的誤差由參考電壓的波動、運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移、模擬開關(guān)的壓降以及電阻阻值的偏差。通常用非線性誤差的大小表示D/A的線性度。多路模擬開關(guān)環(huán)節(jié)：采用分時法切換信號，完成多路切換的器件稱為多路模擬開關(guān)。常用的模擬開關(guān)有晶體管開關(guān)、光耦合器開關(guān)、結(jié)型場效應(yīng)管開關(guān)、CMOS場效應(yīng)開關(guān)。其中應(yīng)用最多的是CMOS場效應(yīng)開關(guān)。多路模擬開關(guān)電路由地址譯碼器和多路雙向模擬開關(guān)組成。采樣保持環(huán)節(jié)：其作用是在采樣期間，其輸出能跟隨輸入的變化而變化，而在保持狀態(tài)能使其輸出值保持不變。采樣理論表明，連續(xù)模擬信號可以表示為一組等間隔離散化瞬時采樣序列，反之也可由這組離散采樣脈沖序列恢復(fù)為原連續(xù)信號。但其中必有采樣頻率fs2fH采樣信號頻譜中的最高頻率分量，如不滿足，將會出現(xiàn)信息丟失或信號失真。LF398采樣保持器具有采樣速度高、保持電壓下降速率慢、精度高等特點(diǎn)。傳感檢測信號的細(xì)分：為了提高檢測系統(tǒng)的分辨力，需要對傳感檢測信號進(jìn)行細(xì)分。如幾何量測量中采用機(jī)械式細(xì)分（如游標(biāo)卡尺）、光學(xué)式細(xì)分和電子式細(xì)分等。四倍細(xì)分原理：莫爾條紋的間距為BH=W/[2sin(q/2)]187。W/q。傳感檢測系統(tǒng)中的抗干擾問題：產(chǎn)生內(nèi)部干擾的因素有：信號通過公共電源、地線和傳輸線的阻抗相互耦合形成的干擾；元件之間、導(dǎo)線之間通過寄生電容或互感耦合造成的干擾；大功率和高壓元件產(chǎn)生的電場；電子開關(guān)元件的電壓或電流急劇變化而產(chǎn)生的干擾源；工作電源，交叉走線等。外部干擾的因素有：外部高壓電源因絕緣不良形成的漏電；廣播電視、高頻感應(yīng)加熱等；空間電磁波的輻射；周圍機(jī)械振動和沖擊的影響。信噪比是指信號通SPS=10lgPN。形成干擾路中，有用信號功率Ps與噪聲功率PN之比，通常用S/N表示，N的三個條件有：干擾源、干擾的耦合通道[電容性耦合，互感性耦合，公共地線的耦合，漏電耦合，輻射電磁場耦合]、干擾的接收電路。抑制干擾的方法：主要是采取單點(diǎn)接地、屏蔽隔離（靜電屏蔽、低頻磁感應(yīng)屏蔽、高頻磁感應(yīng)屏蔽）、濾波（電源濾波、退耦濾波器、有源濾波、數(shù)字濾波）等。接地在測量系統(tǒng)中有四種接地系統(tǒng)：安全地（強(qiáng)電應(yīng)用設(shè)備）、信號源地、數(shù)字信號地、模擬信號地（此三地是為了防止電路有公共阻抗而引起信號交叉耦合）。典型噪聲干擾的抑制：設(shè)備啟、停時產(chǎn)生的電火花干擾：消除這種干擾的方法通常是RC吸收電路，即將電阻R和電容C串聯(lián)后再并聯(lián)到繼電器觸點(diǎn)或電源開關(guān)兩端。共模噪聲：抑制這種干擾可采用差分放大器，差分放大器的輸入阻抗越高，抑制作用越強(qiáng)。串?dāng)_：克服串?dāng)_的有效方法是將不同信號線分開，并且留有最大可能的空間隔離。ADC與CPU的時間協(xié)調(diào)：其控制方式有延時等待、中斷式、查詢式。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口的典型結(jié)構(gòu)有：高電平單路信號調(diào)理單ADC系統(tǒng)（性能一般，成本低，全部輸入通道共用一路信號調(diào)理電路）、低電平多路信號調(diào)理單ADC系統(tǒng)（最常見的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，性能較高，每個通道均有各自的信號調(diào)理電路）、多路信號調(diào)理多ADC系統(tǒng)（通過多路ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號由一個多路數(shù)字開關(guān)送入微機(jī)，其成本雖高，但性能較高）。A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口示例：8位8通道A/D轉(zhuǎn)換電路：由模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（LF13508）、采樣/保持器（LF398）、A/D轉(zhuǎn)換（ADC0804：逐次逼近式8位轉(zhuǎn)換芯片，屬于脈沖啟動轉(zhuǎn)換芯片）和并行接口PIO組成。ADC574是12位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，很容易與8031單片機(jī)的接口相連。傳感器信號的溫度補(bǔ)償：在計算機(jī)能力允許時，可采用計算機(jī)軟件（常用公式法、表格法）進(jìn)行，也可采用硬件電路實(shí)現(xiàn)。溫度補(bǔ)償公式法的步驟：1。給定m+1個溫度值，測出每一個溫度下傳感器靜態(tài)特性曲線在y軸上的截距；2。將Y表示成以溫度T為自變量的n次代數(shù)多項(xiàng)式Y(jié)=a0+a1T+a2T++anT，用最小二乘曲線擬合法確定a0?，在測得2nx=每一個y值對應(yīng)的T值，計算出Y，再求傳感器的輸入值yYk。溫度補(bǔ)償表格法的步Y(jié)=Yi+(TTi)驟：Yi+1YiTi+1Ti，若TTm，則做線性外推，再按以上公司計算x。線性化處理方法：可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)線性化處理。常用的方法有公式法、表格法。公式法也稱曲線擬合法，（求完）第九章 信號分析及其在測試中的應(yīng)用信號的分類：信號有靜態(tài)信號、動態(tài)信號。按能否用明確的時間函數(shù)關(guān)系描述，可將信號分為確定性信號與非確定性信號。確定信號是指能用明確的數(shù)學(xué)解析關(guān)系式或圖表描述的信號，如簡諧波、方波、矩形波等信號。確定性信號又可分為周期信號和非周期信號。非確定性信號也稱隨機(jī)信號，是指時域波形不確定，無法用確切的數(shù)學(xué)關(guān)系式描述，也不能準(zhǔn)確預(yù)測未來的結(jié)果。只能用概率統(tǒng)計方法描述它的規(guī)律。模擬信號：在某一自變量連續(xù)變化的間隔內(nèi)，信號的數(shù)值連續(xù)。離散信號：自變量在某些不連續(xù)數(shù)值時，輸出信號才具有確定值。如果將其各離散點(diǎn)的幅值也作離散化，以二進(jìn)制編碼表示，則稱為數(shù)字信號。mx=lim信號的均值1T174。165。T242。T0x(t)dt，它表示信號中常值分量或直流分量。信號的方差1s=limT174。165。T2x242。T0[x(t)mx]2dt，它描述信號的波動范圍，其正平方根為信號的標(biāo)準(zhǔn)差。信號的均方值yx2=lim1T174。165。T242。T0x2(t)dt，它描述信號的強(qiáng)度，表示信號的平均功率。則有y=s+m2x2x2x。信號的概率密度函數(shù)px=limTxT0174。165。T0Dx，它描述了信號x(t)對指定幅值的取值機(jī)會。信號的相關(guān)描述：它又稱為信號的時差描述。信號的自相關(guān)函數(shù)Rx(t)=lim1T174。165。T242。T0x(t)x(t+t)dt，其中η時延量，自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)：1）當(dāng)時延t=0，1Rx(0)=limT174。165。T信號的自相關(guān)函數(shù)就是信號的均方值242。T0x2(t)dt=y2,2）當(dāng)Rx(0)179。Rx(t)時，即在η=0處取峰值；3）Rx(t)=Rx(t)；4）周期信號的自相關(guān)函數(shù)必呈周期性，這是因?yàn)橛衳(t)=x(t177。nT)，故Rx(t177。nT)=lim1Tx(t177。nT)x(t177。nT+t)dt=Rx(t)0T174。165。T242。信號的Rxy(t)=lim互相關(guān)函數(shù)1T174。165。T242。T0x(t)y(t+t)dt，互相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)有：1）Rxy(η)通常不在η=0處取峰值，其峰值偏離原點(diǎn)的位置為ηd，圖反映兩信號相互有ηd時移時，相關(guān)程度1Rxy(t)=limT174。165。T最高；2）Rxy(η)與Ryx(η)是兩個不同的函數(shù)。根據(jù)定義Ryx(t)=lim1T174。165。T242。T0x(t)y(t+t)dt；242。T0y(t)x(t+t)dt，不難證明Rxy(t)=Ryx(t)；3）均值為零的兩個統(tǒng)計獨(dú)y(t)，其中Rxy(t)=0。信號的互相關(guān)系數(shù)立的隨機(jī)信號x(t)和rxy(t)=Rxy(t)Rxy(t)=Rx(0)Ry(0)xrmsyrms，由于Rxy(t)163。Rx(0)Ry(0),故rxy(t)163。1，一般有：rxy(t)=1說明x(t)和y(t)完全相關(guān)；rxy(t)=0說明x(t)和y(t)完全不相關(guān)；0rxy(t)0，rx(t)=說明x(t)和y(t)部分相關(guān)。自相關(guān)系數(shù)Rx(t)Rx(0)。165。周期信號與離散頻譜：傅里葉級數(shù)x(t)=a0+229。(ancosnw0t+bnsinnw0t)n=1，其中w0=2p/T，a0=1T242。T0x(t)dt,an=2T2Tx(t)cosnw0tdt,bn=x(t)sinnw0tdt,T242。0T242。0如果周期信號x(t)為奇函數(shù)時，an=0,a0=0，此時165。x(t)=229。bnsinnw0tn=1165。；如果周期信號x(t)為偶函數(shù)時，bn=0，此時x(t)=a0+229。ancosnw0tn=1。周期信號頻譜特點(diǎn)：離散性、收斂性、諧波性。瞬態(tài)信號的頻譜連續(xù)。傅里葉變換的主要性質(zhì)有：（如圖所示非確定性信號的功率譜密度函數(shù)：自功率譜密度函數(shù)：若自相關(guān)函數(shù)滿足絕對可積條件，即242。165。165。Rx(t)dt165。，則定義Sx(f)=242。Rx(t)ej2pftdt165。165。，為x(t)的自功率譜密度函數(shù)，165。稱自譜或自功率譜。頻域上Sx(f)曲線下的總面積代表信號x(t)的總功率。互功率譜密度函數(shù)：如果互相關(guān)函數(shù)Rxy(η)滿足傅里葉變換的條件242。165。Rxy(t)dt165。，則定義稱Sxy(f)為信號x(t)和y(t)的互譜密度函數(shù)，簡稱互譜?；ハ喔珊瘮?shù)：有一種方法能評價測試系統(tǒng)輸入信號和輸出信號之間的因果性，即輸出信號的功率譜中有多少是所測輸入信號引起的響應(yīng)，這個指標(biāo)常用相干函數(shù)γxy(f)表示，其定義為165。Sxy(f)=242。Rxy(t)ej2pftdt165。2gxy(f)=Sxy(f)22(0163。gxy163。1)Sx(f)Sy(f)。當(dāng)2gxy(f)=0，表示輸出信號y(t)與輸入信號x(t)不相干；當(dāng)2gxy(f)=1，表示輸出信號y(t)與輸入信號x(t)完全相干，系統(tǒng)無干擾輸入；若2gxy(f)在0~1之間，則表示下述可能性：測試中有外界噪聲干擾輸入；聯(lián)系x(t)和y(t)的系統(tǒng)非線性；輸出y(t)和x(t)和其它輸入的綜合。第十章 傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用零位和極限位置的檢測：零位的檢測精度直接影響工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度和軌跡精度；極限位置的檢測則起保護(hù)機(jī)器人和安全動作的作用。工業(yè)機(jī)器人常用的位置傳感器有：接觸式微動開關(guān)、精密電位計，非接觸式光電開關(guān)、電渦流傳感器。位移量的檢測：機(jī)器人上常用的位移傳感器有：旋轉(zhuǎn)變壓器、差動變壓器、感應(yīng)同步器、電位計、光柵、磁柵、光電編碼器等。例如關(guān)節(jié)型機(jī)器人大多采用光電編碼器，由于剛性原因，位移傳感器多與驅(qū)動元件同軸，以提高分辨力。直角坐標(biāo)機(jī)器人中的直線關(guān)節(jié)或氣動、液壓驅(qū)動的某些關(guān)節(jié)采用線位移傳感器。速度、加速度的檢測：速度傳感器是為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的速度閉環(huán)控制。加速度傳感器被用于機(jī)器人中關(guān)節(jié)的加速度控制。在大位移量中，常用位移傳感器有感應(yīng)同步器、光柵、磁尺、容柵等。傳感器在位置反饋系統(tǒng)中，在傳感器安裝位置的不同有半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制；按反饋信號的檢測和比較方式不同有脈沖比較伺服系統(tǒng)、相伴比較伺服系統(tǒng)、幅值比較伺服系統(tǒng)。光電編碼器PE同時進(jìn)行速度反饋和位置反饋的半閉環(huán)控制系統(tǒng)中，光電編碼器將電動機(jī)轉(zhuǎn)角變換成數(shù)字脈沖信號，反饋到CNC裝置進(jìn)行位置伺服控制。又由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速與編碼器反饋的脈沖頻率成比例，因此采用F/V（頻率/電壓）變換器將其變換為速度電壓信號就可以進(jìn)行速度反饋。“測量中心”是指三坐標(biāo)測量與機(jī)械加工中心相配合。測量系統(tǒng)按其性質(zhì)可以分為機(jī)械式測量系統(tǒng)、光學(xué)式測量系統(tǒng)、電氣式測量系統(tǒng)。三坐標(biāo)測量機(jī)的測量頭按測量方法分為接觸式{ 應(yīng)用廣泛，它可分為硬測頭[多為機(jī)械測頭，使用較少]、軟測頭[可分為觸發(fā)式測頭、三維測微測頭（可分為模擬測頭、數(shù)字測頭）}，、非接觸式{常用激光測頭、光學(xué)測頭、電視掃描測頭等} 汽車機(jī)電一體化的中心內(nèi)容是以微機(jī)為中心的自動控制系統(tǒng)取代原有純機(jī)械式控制部件，從而改善汽車的性能，增加汽車的功能，實(shí)現(xiàn)汽車降低油耗，減少排氣污染，提高汽車行駛的安全性、可靠性、操作方便和合適性。汽車行駛控制的重點(diǎn)是：1）汽車發(fā)動機(jī)的正時點(diǎn)火、燃油噴射、空燃比和廢氣再循環(huán)的控制，使燃燒充分、減少污染、節(jié)省能源；2）汽車行駛中的自動變速和排氣凈化控制，以使其行駛狀態(tài)最佳化；3）汽車的防滑制動、防碰撞，以提高行駛的安全性；4）汽車的自動空調(diào)、自動調(diào)整車高控制，以提高舒適性。公路交通用傳感器：國外采用的傳感器有電感式、橡皮管式、超聲波式、雷達(dá)式及紅外線式。