传感器13传感器在现代检测系统中的应用ppt课件

1、第十三章第十三章 传感器在现代传感器在现代检测系统中的运用检测系统中的运用 本章学习传感器在现代检测系统中本章学习传感器在现代检测系统中的综合运用，以及如何组成测控系统，的综合运用，以及如何组成测控系统，对现代检测系统、计算机接口、虚拟仪对现代检测系统、计算机接口、虚拟仪器等在检测系统中的运用作了引见。并器等在检测系统中的运用作了引见。并简单引见检测系统中常用的硬件。简单引见检测系统中常用的硬件。传感器在控制系统中的综合运用举例传感器在控制系统中的综合运用举例 一个现代化火力发电厂需求多台计算机联网，来一个现代化火力发电厂需求多台计算机联网，来快速地丈量锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的快速

2、地丈量锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的温度、压力、流量、液位、熄灭情况、转速、振动、温度、压力、流量、液位、熄灭情况、转速、振动、位移、应力等热工、机械参数，还必需丈量发电机的位移、应力等热工、机械参数，还必需丈量发电机的电压、电流、功率、功率因数以及各种辅机的运转形电压、电流、功率、功率因数以及各种辅机的运转形状，然后进展综合处置，将各被监测的重要参数进展状，然后进展综合处置，将各被监测的重要参数进展数字或模拟显示，自动调整运转工况，对某些超限参数字或模拟显示，自动调整运转工况，对某些超限参数进展声光报警或采取紧急措施。在上述这个系统中，数进展声光报警或采取紧急措施。在上述这个系统中，需

3、求数百个不同的传感器将各种机械、热工量转换成需求数百个不同的传感器将各种机械、热工量转换成电量，供计算机采样和运算。电量，供计算机采样和运算。 现代化火力发电厂及其控制系统现代化火力发电厂及其控制系统火力发电厂火力发电厂控制室控制室火力发电厂机组火力发电厂机组汽轮机汽轮机发电机发电机励磁机励磁机n检测控制系统：传感器与计算机、控制电路，机械传动部件组成的综合系统，到达某种设定的目的。第一节第一节 现代检测系统的根本构造现代检测系统的根本构造 现代检测系统可分为三种根本构造体系：现代检测系统可分为三种根本构造体系： 1.1.智能仪器智能仪器 2.2.个人仪器个人仪器 3.3.自动测试系统自动测试

4、系统 1. 1.智能仪器：将诸如微处置器、存储器、接口等智能仪器：将诸如微处置器、存储器、接口等芯片与传感器交融在一同，可组成智能仪器。它有芯片与传感器交融在一同，可组成智能仪器。它有公用的小键盘、开关、按键及显示屏等，多运用汇公用的小键盘、开关、按键及显示屏等，多运用汇编言语，体积小，公用性强。编言语，体积小，公用性强。智能仪器的芯片及模块智能仪器的芯片及模块 51系列单片机芯片系列单片机芯片51系列单片机数据采集模块系列单片机数据采集模块 各种智能仪器各种智能仪器 最低最低温度温度最高最高温度温度手持式频谱仪和手持式频谱仪和示波器示波器2.2.个人仪器个人仪器 个人仪器又称个人计算机仪器系

5、统。个人仪器又称个人计算机仪器系统。它是以个人计算机必需符合工控要求它是以个人计算机必需符合工控要求配以适当的硬件电路与传感器组合而成的配以适当的硬件电路与传感器组合而成的检测系统。检测系统。 组装个人仪器时，将传感器信号传送到组装个人仪器时，将传感器信号传送到相应的接口板或接口盒中，再将接口板相应的接口板或接口盒中，再将接口板插到工控机总线扩展槽中或将接口盒的插到工控机总线扩展槽中或将接口盒的USBUSB插头插入计算机相应的插座上，编写相应的插头插入计算机相应的插座上，编写相应的软件就可以完成自动检测功能。软件就可以完成自动检测功能。 一体化任务站一体化任务站 平板式任务站平板式任务站带触摸

6、屏带触摸屏军用便携式任务站军用便携式任务站一体化任务站续一体化任务站续 工业计算机工控机机箱工业计算机工控机机箱 工控机的抗电磁干扰才干、防振、防潮、防尘工控机的抗电磁干扰才干、防振、防潮、防尘才干均较强，有较多的扩展槽，它的电源系统有较才干均较强，有较多的扩展槽，它的电源系统有较好的抗电磁干扰才干。虽然工控机的价钱比个人电好的抗电磁干扰才干。虽然工控机的价钱比个人电脑贵，但可靠性强得多，性能价钱比高，适宜在工脑贵，但可靠性强得多，性能价钱比高，适宜在工业现场条件较恶劣的场所运用。业现场条件较恶劣的场所运用。工业级底板参考研祥智能科技资料工业级底板参考研祥智能科技资料底板上的扩展槽用于底板上的

7、扩展槽用于 插接各种数据采集卡插接各种数据采集卡PCI扩展槽扩展槽ISA扩展槽扩展槽各种数据采集卡各种数据采集卡ISA数据采集卡数据采集卡ISA数据采集卡的插脚间隔为数据采集卡的插脚间隔为2.54mm0.1英寸英寸各种数据各种数据 采集卡续采集卡续PCI数据采集数据采集传输卡传输卡ISA槽与槽与PCI槽的外形区别槽的外形区别ISA槽槽PCI槽槽将功能卡插到将功能卡插到ISA槽中槽中功能卡的镀金脚功能卡的镀金脚端子板与功能卡的衔接端子板与功能卡的衔接 端子板作为功能卡的扩展附件，端子板作为功能卡的扩展附件，用于衔接传感器信号用于衔接传感器信号光耦光耦25芯排线芯排线数据锁存器数据锁存器去计算机去

8、计算机ISAISA槽槽传感器信号线接线端子传感器信号线接线端子端子板与功能卡的衔接端子板与功能卡的衔接37芯排线芯排线端子板端子板PCI数据采集、数据采集、控制卡控制卡传感器信号线接线端子传感器信号线接线端子输出信号接线端子输出信号接线端子去计算机去计算机PCIPCI槽槽其他端子扩展板其他端子扩展板 34芯排线插座芯排线插座37芯排线插座芯排线插座数据采集便携式工控整机数据采集便携式工控整机 笔记本电脑数据笔记本电脑数据采集整机采集整机 信号从信号从USB USB 端口输入端口输入笔记本电脑数据采集笔记本电脑数据采集 USB USB接口盒接口盒及信号电缆及信号电缆利用利用USB扩展分线器可扩展

9、分线器可配接多个接口盒配接多个接口盒信号输入信号输入USB接口卡及接口卡及USB电缆电缆嵌入式计算机数据采集系统嵌入式计算机数据采集系统 传感器信号采集卡可多层叠合，插入到传感器信号采集卡可多层叠合，插入到嵌入式计算机的总线接口中，就可以构成数嵌入式计算机的总线接口中，就可以构成数据采集系统。据采集系统。各种嵌入式计算机数据采集卡各种嵌入式计算机数据采集卡自动测试系统自动测试系统 自动测试系统是以工控机为中心，以规自动测试系统是以工控机为中心，以规范接口总线为根底，以可程控的多台智能仪范接口总线为根底，以可程控的多台智能仪器为下位机组合而成的一种现代检测系统。器为下位机组合而成的一种现代检测系

10、统。一个自动测试系统还可以经过各种规范总线一个自动测试系统还可以经过各种规范总线成为其它级别更高的自动测试系统的子系统。成为其它级别更高的自动测试系统的子系统。许多自动测试系统还可以作为效力器任务站许多自动测试系统还可以作为效力器任务站参与到参与到Internet网络中，成为网络化测试子系网络中，成为网络化测试子系统，从而实现远程监测、远程控制、远程实统，从而实现远程监测、远程控制、远程实时调试等。时调试等。 网络化仪表表示图网络化仪表表示图工业总线工业总线 网络化仪表网络化仪表工业总线工业总线 局域网局域网 钢厂自动化监控系统实例钢厂自动化监控系统实例 粮食温湿度测控系统实例粮食温湿度测控系

11、统实例上位机内插上位机内插CANCAN通讯卡通讯卡温度分线器温度分线器CANCAN总线总线通风机械通风机械测湿探头测湿探头测温电缆测温电缆智能分机智能分机通风控制器通风控制器湿度分线器湿度分线器带计算机的检测系统简介带计算机的检测系统简介 一、带计算机的检测系统的一、带计算机的检测系统的 特点及功能特点及功能1.1.性能价钱比高；性能价钱比高；2.2.设计灵敏性高；设计灵敏性高；3.3.操作方便；操作方便；4.4.有强大的运算功能；有强大的运算功能；5.5.具有记忆功能；具有记忆功能；6.6.有自校准功能；有自校准功能；7.7.能进展自动缺点诊断。能进展自动缺点诊断。二、带计算机的检测系统的任

12、务流程二、带计算机的检测系统的任务流程 巡回检测概念巡回检测概念: : 计算机首先向多路采样开关阵列的选通地址译计算机首先向多路采样开关阵列的选通地址译码器写入预备采样的传感器地址，由译码器接通该码器写入预备采样的传感器地址，由译码器接通该地址对应的采样开关，所要采样的信号被衔接到放地址对应的采样开关，所要采样的信号被衔接到放大器，放大后的信号经大器，放大后的信号经A/DA/D转换器转换成数字量，转换器转换成数字量，计算机经过数据总线接受该数字信号。计算机经过数据总线接受该数字信号。 一个采样点采样终了后，计算机转而发送一个采样点采样终了后，计算机转而发送第二个采样地址，对第二个传感器采样，直

13、至全部第二个采样地址，对第二个传感器采样，直至全部被测点均被采样终了为止。计算机不能够在同一时被测点均被采样终了为止。计算机不能够在同一时辰读取一切传感器来的信号，而是分时但快速地轮辰读取一切传感器来的信号，而是分时但快速地轮番读取一切的被丈量，这种采样方式称为番读取一切的被丈量，这种采样方式称为“巡回检巡回检测。测。 8通道巡回检测数据采集器通道巡回检测数据采集器8个传感器信号个传感器信号 输入端口输入端口简易数字滤波技术概念简易数字滤波技术概念 在工业中经常采用如下软件抗干扰技术：在工业中经常采用如下软件抗干扰技术： 对存在干扰和随机误差的信号进展等精度对存在干扰和随机误差的信号进展等精度

14、快速多次采样，然后先舍去不稳定的第一个采快速多次采样，然后先舍去不稳定的第一个采样值，再舍去假设干个最大值和最小值，将余样值，再舍去假设干个最大值和最小值，将余下的几个中间值求算术平均值，该算术平均值下的几个中间值求算术平均值，该算术平均值可以以为是排除了干扰后的较正确的结果，这可以以为是排除了干扰后的较正确的结果，这种方法有时也被称为简易数字滤波。种方法有时也被称为简易数字滤波。 三、系统中的几种重要部件三、系统中的几种重要部件 1. 1.采样开关采样开关 1)1)干簧继电器：干簧继电器主要由驱动干簧继电器：干簧继电器主要由驱动线圈和干簧管组成，驱动线圈绕在干簧管线圈和干簧管组成，驱动线圈绕

15、在干簧管外面。当线圈通以额定电流后，干簧管中外面。当线圈通以额定电流后，干簧管中的两根常开弹簧片相互吸引而吸合。它的的两根常开弹簧片相互吸引而吸合。它的耐压较高，额定电流较大，导通电阻接近耐压较高，额定电流较大，导通电阻接近零。耗电较大、速度较慢是干簧继电器的零。耗电较大、速度较慢是干簧继电器的主要缺陷。主要缺陷。 干簧管干簧管 (2) CMOS模拟采样开关模拟采样开关 模拟采样开关切换对象是多路模拟信号。它模拟采样开关切换对象是多路模拟信号。它的控制端处于的控制端处于“有效形状时，内部的有效形状时，内部的P P沟道沟道MOSMOS管管或或N N沟道沟道MOSMOS管导通，模拟开关处于导通形状

16、，导管导通，模拟开关处于导通形状，导通电阻约几欧至几百欧视型号而定。当控制通电阻约几欧至几百欧视型号而定。当控制端处于端处于“无效形状时开关截止，截止电阻大于无效形状时开关截止，截止电阻大于108108。 其优点是集成度高，动作快小于其优点是集成度高，动作快小于1 1s s、耗电省等。缺陷是有一定的导通电阻、各通道间耗电省等。缺陷是有一定的导通电阻、各通道间有一定的漏电、击穿电压低、易损坏等。有一定的漏电、击穿电压低、易损坏等。 2.2.放大器放大器 从传感器来的信号有许多是毫伏级的微从传感器来的信号有许多是毫伏级的微弱信号，须经放大才干进展弱信号，须经放大才干进展A/DA/D转换。普通放转换

17、。普通放在采样开关之后。系统对放大器的主要要求在采样开关之后。系统对放大器的主要要求是：精度高、温漂小、共模抑制比高、频带是：精度高、温漂小、共模抑制比高、频带宽至直流。宽至直流。 目前常用的放大器有以下几种型式：目前常用的放大器有以下几种型式：一种是高精度、低漂移的双极型放大器；另一种是高精度、低漂移的双极型放大器；另一种为隔离放大器，它带有光电隔离或变压一种为隔离放大器，它带有光电隔离或变压器隔离的低漂移信号放大器，以及一个高隔器隔离的低漂移信号放大器，以及一个高隔离的离的DC/DCDC/DC电源。电源。精细隔离放大器举例精细隔离放大器举例 线性误差：小于线性误差：小于0.01%输入阻抗：

18、输入阻抗：1M 隔离度：隔离度：2500V/50Hz/1min 任务温度：任务温度：-10+60精细隔离放大器举例续精细隔离放大器举例续 导轨安装式导轨安装式 隔离放大器用的隔离电源隔离放大器用的隔离电源 典型技术目的：典型技术目的：封装：封装： SIP、DIP 符合符合UL94-V0规范规范 ；电压准确度：电压准确度：1%；任务温度：任务温度：-40+85 ；效效 率：率：80% Min满载满载)；隔离电压：隔离电压：1500VDC ；80mVp-p Max ；输出纹波输出纹波/噪声噪声20MHz带宽带宽)；功率：功率：0.1W2W可选可选 3.A/D转换器转换器ADC 放大器放大后的模拟信

19、号必需进展放大器放大后的模拟信号必需进展A/DA/D转换才干由计算机进展运算处置。目前采用转换才干由计算机进展运算处置。目前采用较多的较多的A/DA/D转换器有两大类：一类是并行转换器有两大类：一类是并行A/DA/D转换器，另一类是串行转换器，另一类是串行A/DA/D转换器。转换器。 在并行在并行A/DA/D转换器中，又有逐位比转换器中，又有逐位比较型和双积分型之分。前者转换速度较快，较型和双积分型之分。前者转换速度较快，有有8 8位、位、1212位、位、1616位等规格。位数越高，精位等规格。位数越高，精度也越高，但价钱也相应提高；后者转换速度也越高，但价钱也相应提高；后者转换速度较慢每秒度

20、较慢每秒1010次左右，常见的有次左右，常见的有3 3位半、位半、4 4位半等规格。位半等规格。 A/D转换器的光耦接口电路转换器的光耦接口电路 4. D/A转换器转换器DAC与接口电路与接口电路 计算机运算处置后的数字信号有时必计算机运算处置后的数字信号有时必需转换为模拟信号，才干用于工业消费的过需转换为模拟信号，才干用于工业消费的过程控制。它的输入是计算机送出的数字量，程控制。它的输入是计算机送出的数字量，它的输出是与数字量相对应的电压或电流。它的输出是与数字量相对应的电压或电流。假设在计算机与假设在计算机与D/AD/A之间插入多路光耦合器之间插入多路光耦合器就能较好地防止工业控制设备干扰计算机的就能较好地防止工业控制设备干扰计算机的任务。假设运用多路采样坚持器，只需运用任务。假设运用多路采样坚持器，只需运用一只一只D/AD/A即可进展多路即可进展多路D/AD/A转换。转换。 D/A转换器的光耦接口电路转换器的光耦接口电路 4