检测与传感器2课件

机电一体化技术检测与传感器

概述线位移传感器角位移传感器速度传感器加速度传感器测力传感器压力传感器光电传感器光纤传感器磁感应式接近开关温度传感器传感器的准确选择和使用传感器的信号采集与处理

机电一体化技术检测与传感器

概述

检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性与定量结果的过程。大脑感觉器官肌肉关节视觉嗅觉听觉味觉触觉神经神经四肢控制器驱动器执行机构传感器接口/通信接口/通信

机电一体化与人

传感器相当于人的感觉器官，控制器相当于人的大脑，执行机构和驱动器相当于肌肉和关节，接口及通信系统相当于人的神经系统。要使机电一体化有效地发挥作用，必须首先借助传感器获取外部环境和系统内部各种各样的信息。

机电一体化技术检测与传感器

概述

传感器传感器是一种以测量为目的、以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。传感器的输出信号多为易处理的电量，如电压、电流、频率等。传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路组成。

敏感元件

传感元件

测量转换电路非电量非电量电参量电量（被测量）

传感器分类

（1）按被测量分类位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。

（2）按测量原理分类

电阻、电容、电感、光栅、热电偶、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。很多情况下，传感器的命名是将被测量和被测原理相结合的，如电容式加速度传感器，表示该传感器的测量对象是加速度，测量原理是电容的变化值。

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概述

机电一体化技术检测与传感器

线位移传感器1-螺旋管式差动线圈2-铁心3-衔铁4-测杆5-工件

测微是指测量几个微米（m）至几个毫米（mm）位移量的变化。衔铁在线圈中伸入长度的变化将引起螺旋管线圈电感量的变化。当衔铁偏离中间位置时，两个线圈的电感量一个增加，一个减小，形成差动形式。对于长螺旋管，衔铁工作在螺旋管中部一定区域时，线圈电感量与衔铁移动的微小距离成线性关系。差动式电感传感器对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等基本上可以互相抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。1.电感式测微仪电感式滚柱直径分选装置1-气缸2-活塞3-推杆4-被测滚柱5-落料管6-电感测微器7-钨钢测头8-限位挡板9-电磁翻板10-容器（料斗）

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线位移传感器

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线位移传感器电涡流位移传感器是一种输出为模拟量的电子器件。当金属物体接近此感应面时，金属表面将吸取电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器的输出幅度线性地衰减，根据衰减量的变化或振荡频率的变化，可计算出与被检物体的距离、振动等参数。电涡流位移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等因素的影响，可在各种恶劣条件下使用。3.电涡流位移传感器δ

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线位移传感器4.电涡流位移传感器应用（1）注塑机开合模间隙封口机工作间隙

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线位移传感器4.电涡流位移传感器应用（2）偏心和振动检测冷轧板厚度测量

机电一体化技术检测与传感器

线位移传感器5.直线光栅尺身可移动电缆扫描头摩尔条纹概述

线位移传感器

机电一体化技术检测与传感器倍频技术能在不增加光栅刻线数及价格的情况下提高光栅的分辨力。细分前，光栅的分辨力只有一个栅距的大小。采用4倍频技术后，计数脉冲的频率提高了4倍，相当于原光栅的分辨力提高了3倍，测量步距是原来的1/4，较大地提高了测量精度。倍频前倍频后

倍频有一直线光栅，每毫米刻线数为50，细分数为4细分，则：分辨力=W/4

=（1mm/50）/4=0.005mm=5m采用细分技术，在不增加光栅刻线数（成本）的情况下，将分辨力提高了3倍。

角位移传感器

机电一体化技术检测与传感器1.圆盘形电位器式角位移传感器

电位器式角位移传感器是基于电阻分压比原理来进行角度测量的。电位器式角位移传感器的输出电压Uo与角位移θ，即

Uo＝（θ

/360º）×UiVCCGNDOUTθ

角位移传感器

机电一体化技术检测与传感器位置反馈x

通过测量滚珠丝杠的角位移，间接获得工作台的直线位移x，构成位置半闭环伺服系统。x＝t/360×螺母丝杠螺距测量方式

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角位移传感器1111337.5

输出n位二进制编码，每一个编码对应唯一的角度。00000000122.50010451111337.53.绝对式测量（ABS）二进制编码

角位移传感器

机电一体化技术检测与传感器4位二进制码盘4个电刷

（导电为“1”，非导电为“0”）

最小分辨角

＝360°／2n

当n＝4，＝360°／24＝22.5°

分辨角

角位移传感器

机电一体化技术检测与传感器码盘光栏板零位标志（一转脉冲）光敏元件＝360°／条纹数透光条纹内部结构

角位移传感器

机电一体化技术检测与传感器90ABAB

光敏元件所产生的信号A、B彼此相差90相位，用于辨向。当码盘正转时，A信号超前B信号90；当码盘反转时，B信号超前A信号90。辨向

角位移传感器

机电一体化技术检测与传感器ABABA超前于B90°，正向A滞后于B90°，反向辨向脉冲信号

角位移传感器

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一转（360）CC

在码盘里圈，还有一条狭缝C，每转能产生一个脉冲，该脉冲信号又称“一转信号”或零标志脉冲，作为测量的起始基准。零标志

角位移传感器

机电一体化技术检测与传感器M法测速（适合于高转速场合）

m1T

有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，在5s时间内测得65536个脉冲，则转速（r/min)为：n=60×65536/（1024×5）=768r/min

编码器每转产生N个脉冲，在T时间段内有m1个脉冲产生，则转速（r/min)为:n=60m1/（NT）5.增量式编码器数字测速

角位移传感器

机电一体化技术检测与传感器T法测速（适合于低转速场合）

编码器输出脉冲时钟脉冲fc

m2

编码器每转产生N个脉冲，用已知频率fc作为时钟，填充到编码器输出的两个相邻脉冲之间的脉冲数为m2，则转速(r/min)为：

n=60fc/（Nm2）

有一增量式光电编码器，其参数为1024p/r，测得两个相邻脉冲之间的脉冲数为3000，时钟频率fc为1MHz，则转速（r/min)为：n=60fc/（Nm2）=60×106/（1024×3000）=19.53r/min主轴编码器用于C轴控制自驱刀头CZn工件

角位移传感器

机电一体化技术检测与传感器卡盘主轴编码器主轴回转刀盘ZCn

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速度传感器

通常是指转速传感器。有测速发电机模拟测速、光电编码器数字测速、电涡流测速及霍尔测速等。UnnUnn+Unmax－Unmax+nmax－nmax1.测速发电机

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速度传感器n鉴相PAPBCP方向TTL2.增量式光电编码器数字测速ff∝nM法测速和T法测速。详见光电编码器的内容。

方向TTL为高电平时，表示CP脉冲为正转计数脉冲；方向TTL为低电平时，表示CP脉冲为反转计数脉冲。PAPB90

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速度传感器3.电涡流式转速传感器

若金属转轴表面有槽或齿，则可在其旁边非接触地安装电涡流式传感器用于转轴的转速测量，当转轴转动时，传感器周期地改变着与转轴表面之间的距离，于是传感器输出频率也周期性地发生变化，可以用频率计测量出变化的重复频率，从而测出转轴的转速。若转轴上开有Z个槽（或齿），频率计的读数为f（Hz），则转轴的转速n（r/min）为

n=60f/Z市售的电涡流式转速表俗称“电感转速表”，其工作原理实质上是电涡流效应。

机电一体化技术检测与传感器

电涡流传感器安装在齿轮端面。每转过一个齿，传感器输出一个脉冲信号，在设定的时间内对脉冲进行计数即可获得脉冲频率，再根据齿轮齿数，就可获得齿轮的转速。之所以设置A、B两个传感器，是因为要获得齿轮是正传还是反转的信息。A、B两个传感器的输出波形如图中所示，从中获得如下信息：一是，A、B两路脉冲不是对齐的，而是有先后，称为超前或滞后，如A脉冲超前B脉冲，则表示齿轮正转，如B脉冲超前A脉冲，则表示齿轮反转；二是，脉冲频率与齿轮转速是相对应的，转速越快，频率越高。4.电涡流转速传感器用于齿轮转速测量的工程实例

速度传感器ABAB

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电感式接近开关5.电涡流式（电感式）接近开关在位置限位中的应用

Δ电涡流接近开关（电感接近开关）的工作原理

电感接近开关由LC高频振荡器和放大处理电路组成，金属物体在接近辨头时，表面产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的金属物体。

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电感式接近开关接近开关的术语解释（1）

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电感式接近开关动作（检测）距离被测体按一定方式移动时，从基准位置（接近开关的感应表面）到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离的标称值。设定距离指整定距离，一般为额定动作距离的0.8倍，以保证工作可靠。

复位距离接近开关动作后，又再次复位时的与物的距离，它略大于动作距离。回差值动作距离与复位距离之间的绝对值。回差值越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就越强。接近开关的术语解释（2）接近开关的安装方式：分齐平式和非齐平式。齐平式（又称埋入型）的接近开关表面可与被安装的金属物件形成同一表面，不易被碰坏，但灵敏度较低；非齐平式（非埋入安装型）的接近开关则需要把感应头露出一定高度，否则将降低灵敏度。齐平式安装非齐平式安装

机电一体化技术检测与传感器

电感式接近开关接近开关的术语解释（3）

响应频率f

按规定，在1秒的时间间隔内，接近开关动作循环的最大次数，重复频率大于该值时，接近开关无反应。

响应时间t

接近开关检测到物体时刻到接近开关出现电平状态翻转的时间之差。可用公式换算：t=1/f

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电感式接近开关

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速度传感器5.霍尔式转速传感器原理

磁铁和开关型霍尔IC保持一定的间隙且固定不动，软铁分流翼片随转轴一起转动。当翼片转到磁铁与霍尔IC之间时，磁场被屏蔽，霍尔IC输出高电平，反之为低电平。随着转轴的转动，霍尔IC输出一串脉冲，且转速越快，脉冲频率f（Hz）越大。若翼片数为Z，则转轴的转速n（r/min）为：

n=60f/Z

机电一体化技术检测与传感器

速度传感器若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生危险。用霍尔转速传感器来检测和保持车轮的转动，有助于控制刹车力的大小和防止侧偏。6.霍尔式转速传感器应用

机电一体化技术检测与传感器

速度传感器半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这种现象称为霍尔效应。7.霍尔效应

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速度传感器10.光电断续器测速

用于非金属转件速度的测量齿盘每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。

光电断续器广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。光电断续器的发光二极管可以用直流电驱动，亦可用40kHz尖脉冲电流驱动；红外LED的正向压降约为1.1~1.3V，驱动电流控制在20mA以内。加速度传感器

机电一体化技术检测与传感器1．压电式振动加速度传感器

压电式振动加速度传感器是一种接触式测量的传感器。当传感器与被测振动加速度的机件紧固在一起后，传感器受机械运动的振动加速度作用，压电晶片受到质量块惯性引起的压力，大小由F＝ma决定。惯性引起的压力作用在压电晶片上产生电荷，电荷由引出电极输出，由此将振动加速度转换成电参量。许多压电加速度传感器将电荷放大器做在同一壳体中，传感器输出信号是电压，同时用标准重力加速度g作为加速度的单位，所以压电加速度传感器的灵敏度单位为mV/g，通常为10~1000mV/g。

机电一体化技术检测与传感器加速度传感器2．压电晶片

某些电介质在沿一定方向上受到外力作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面会产生电荷，产生的电荷量与所受外力的大小成正比；当外力去掉后又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。具有压电效应的电介质有石英晶体、压电陶瓷等。压电效应产生的电荷经电荷放大器放大后转换成电压值。在压电式动态力传感器中，被测力通过传力上盖使压电晶片受压力作用而产生电荷，通过电极和引出插头将电荷输出。电荷量与所受的动态力成正比，只要用电荷放大器测出电荷的变化量就可测量出动态力的变化量。

当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。

机电一体化技术检测与传感器加速度传感器4．频谱分析法进行故障诊断频谱分析仪

机电一体化技术检测与传感器加速度传感器5．电容式加速度传感器

电容式加速度传感器外观与普通集成电路相似。通过表面微加工技术，在硅衬底上制造出三个多晶硅电极，组成差动电容。底层和顶层多晶硅固定不动，中间层多晶硅是一个可以上下振动的振动片。当电容加速度传感器受到上下振动时，电容差动变化，与加速度测试单元封装在一起的信号处理电路将电容变化量抟换成电压输出。

1—加速度测试单元2—信号处理电路3—衬底4—底层多晶硅（下电极）5—硅悬臂梁6—顶层多晶硅（上电极）

机电一体化技术检测与传感器加速度传感器6．电容式加速度传感器

图示加速度传感器以微细加工技术为基础，既能测量交变加速度（振动），也可测量惯性力或重力加速度。可输出与加速度成正比的电压，也可输出占空比正比于加速度的脉冲。使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经控制系统使气囊迅速充气。

机电一体化技术检测与传感器加速度传感器7．差动电容

电容的大小与极板的面积、极距和极板间的介质有关。当极板面积和介质不变时，电容大小与极距成反比。当动极板在两静极板中间时，电容C1等于C2，总电容值C等于零（C＝C1－C2＝0），当动极板向上有微小移动时，电容C1增大ΔC（C1‘＝C1＋ΔC），电容C2减小ΔC（C2’＝C2－ΔC），则总电容C＝C1＇－C2＇＝2ΔC，这就是差动的基本原理。C1C2

测力传感器

机电一体化技术检测与传感器金属箔式应变片金属丝式应变片1.应变片

导体或半导体材料在外界力的作用下会产生机械变形，其电阻值也将随之发生变化，这种现象称为应变效应。电阻丝或半导体应变片的电阻相对变化量ΔR/R与材料力学中的轴相应变εx的关系在很大范围内是线性的。

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测力传感器电桥平衡条件：

R1/R2=R4/R3

调节RP，最终可以使R1/R2=R4/R3（R1、R2是R1、R2并联RP后的等效电阻），电桥趋于平衡，Uo被预调到零位，这一过程称为调零。图中的R5是用于减小调节范围的限流电阻。2.电桥平衡电路

机电一体化技术检测与传感器

测力传感器FF电阻应变片的应用可分为两大类：（1）将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体。传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路。（2）是将应变片贴于被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。固定端F悬臂梁弹性元件S型弹性元件3.弹性敏感元件

测力传感器

机电一体化技术检测与传感器F应变片FF4.应变式荷重传感器

应变式荷重传感器主要用来测力和称重。应变片粘贴在承重等截面钢制圆柱表面上，当等截面圆柱受外加力作用时,应变片随圆柱的变形而产生相应的变形，从而使应变片的电阻值发生变化，应变片组成的电桥电路将电阻的变化量转换成相应的电压输出，经后续电路处理显示出外加力的大小。

压力传感器

机电一体化技术检测与传感器高压进气口低压进气口3.压阻式固态压力传感器进气管

当硅杯两侧有压力差时，硅杯产生变形，4个应变片阻值发生变化，经电桥电路输出与压差成正比的电压。当进气口向大气敞开时，输出电压对应于“表压”（相对于大气压的压力）；当进气口封闭并抽真空时，输出电压对应于“绝对压力”。表压压力传感器

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光电传感器1.遮断式光电开关

遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。Receiver被检测物体光发射器光接收器

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光电传感器2.定区域反射式光电开关

定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。检测距离检测距离

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光电传感器反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏振光。反射镜被测物体偏振光发射光3.反射镜反射型光电开关

机电一体化技术检测与传感器

光电传感器

漫反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接受器接受，于是产生开关信号。漫反射光线反射光线光发射器和光接受器发射光线额定距离4.被测物漫反射型光电开关被检测物体

机电一体化技术检测与传感器

光电传感器定区域式光电开关咖啡罐流水线运行方向（罐装高度检测）储料仓5.光电开关在流水线上的应用

机电一体化技术检测与传感器

光电传感器6.遮断型光电开关用于产品质量控制

机电一体化技术检测与传感器

光电传感器7.光幕产品高度测量

机电一体化技术检测与传感器

光电传感器孔列检查

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光电传感器8.反射镜反射型光电开关的应用

塑料瓶的反射光不是偏振光，不会引起报警。反射镜

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光电传感器9.反射型光电开关的应用集成电路方向检测集成电路管脚排列检测

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光电传感器10.漫反射型光电开关的应用

机电一体化技术检测与传感器

光电传感器透明簿膜透明物上的标记物检出11.光电断续器的应用

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光电传感器12.光电断续器的应用遮光板

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光纤传感器

机电一体化技术检测与传感器

光纤传感器反射型遮断型反射镜反射型

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光纤传感器电路板标志检测

当光纤发出的光穿过标志孔时，若无反射，说明电路板方向放置正确。标志孔

光纤耦合器传输光纤出射光纤光纤式光电开关应用遮断型光纤光电开关对IC芯片引脚进行检测

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光纤传感器

机电一体化技术检测与传感器

磁感应开关活塞行程磁性环磁感应式接近开关又称磁敏开关，主要对气缸活塞行程进行非接触式检测。固定在活塞上的磁性环运动到磁感应开关位置时，由于其磁场的作用，使开关内振荡线圈的电流发生变化，内部发放大器将电流转换成输出开关信号。根据气缸形式的不同，磁感应开关有绑带式安装和支架安装等类型。

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温度传感器1.热敏电阻MF12型NTC热敏电阻聚脂塑料封装热敏电阻贴片式NTC热敏电阻MF58型（珠形）高精度负温度系数热敏电阻非标热敏电阻

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温度传感器

热敏电阻是一种新型的半导体测温元件，有正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）两大类。前者是电阻值随温度升高而增大；后者是电阻值随温度升高而减小。热敏电阻的测量范围为－50～＋300C。PTC热敏电阻属于临界温度型。当温度上升到某临界点时，其电阻值突然下降，可用于各种电子电路中抑制浪涌电流。热敏电阻用于CPU的温度测量

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温度传感器热由阻主要是利用电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度的。目前较为广泛应用的热电阻材料是铂(Pt)、铜(Cu)。热电阻按其结构型式有装配式、铠装式和薄膜式等。2.热电阻小型铂热电阻

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温度传感器3.集成温度传感器

将温度敏感元件和放大、运算及补偿电路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片上,从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高性能集成温度传感器，又称温度IC。电流输出型温度传感器能产生一个与绝对温度成正比的电流作为输出，AD590是电流输出型温度传感器的典型产品。电流-电压转换电路（10mV/K）模拟型集成温度传感器——AD590

机电一体化技术检测与传感器电压输出型集成温度传感器——LM35/45LM35/45构成的摄氏温度测量电路及组装成的测温传感器

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温度传感器

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传感器的准确选择和使用1.传感器的基本特性灵敏度（Sensitivity）

灵敏度是稳态下输出变化量与输入变化量之比，用K来表示，即

对线性输出而言，灵敏度即为输出/输入的斜率。yyxxKKOOxK

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传感器的准确选择和使用分辨力是传感器能测出被测信号的最小变化量，是有量纲的数。当被测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。对数字仪表而言，如果没有其他附加的说明，一般可以认为该表的最后一位所表示的数值就是它的分辨力。需要指出的是，不能把仪表的分辨力当作仪表的最大绝对误差。例如，某数字式温度计的分辨力为０.１Ｃ，准确度为１.０级，则该仪表的最大绝对误差为±２.０Ｃ，比分辨力大得多。

分辨率:将分辨力除以仪表的满量程就是仪表的分辨率（%）。分辨力（Resolution）

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传感器的准确选择和使用线性度（Linearity）

线性度又称非线性误差。是指传感器实际特性曲线与拟合曲线之间的最大偏差与传感器满量程输出范围的百分比。

yxΔLmaxymaxyminxmaxO拟合直线的获得有：端基线性度最小二乘法线性度

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传感器的准确选择和使用迟滞（Hysteresis）

迟滞是指传感器正向特性和反向特性的不一致程度。yxymaxy0xmax不灵敏区（死区）ΔHmaxO正向反向

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传感器的准确选择和使用稳定性（Regulation）

稳定性包括：稳定度、环境影响量。

稳定度：仪表在给定条件不变的情况下，在规定的时间内能维持其示值不变的能力。例如，1.2mV/（8h）表示仪表输出电压值在8h内的最大变化量为1.2

mV。

环境影响量：外界环境变化而引起的示值变化量，主要有：零漂和灵敏度漂移。xyΔK零漂O

机电一体化技术检测与传感器2.检测系统的抗干扰技术噪声无用的背景信号与被测信号叠加在一起，称之为噪声（Noise）。如果噪声引起设备或系统的性能下降时，称之为干扰（Interference）。衡量噪声对有用信号的影响常用信噪比（S/N）来表示，它是指信号通道（SignalChannel）中，有用信号功率PS与噪声功率PN之比，或用有用信号电压US与噪声电压UN之比。信噪比常用对数形式来表示，单位为分贝（dB）。

S/N=10lg（PS/PN）=20lg（US/UN）（dB）

在检测过程中，应尽量提高信噪比，以减少噪声对测量的影响。

传感器的准确选择和使用

机电一体化技术检测与传感器

传感器的准确选择和使用电磁兼容（EMC）

电磁兼容（ElectromagneticCompatitity）是指电子设备在规定的电磁干扰环境中能按照原设计要求而正常工作的能力，而且也不向处于同一环境中的其他设备释放超过允许范围的电磁干扰。（1）通过路的干扰

当仪器的信号输入端子与220V电源进线端子之间产生漏电、印制电路板上前置级输入端与较高电压的整流电路存在漏电等情况下，噪声源可以通过这些漏电电阻作用于有关电路而造成干扰。被干扰点的等效阻抗越高，由泄漏电阻而产生的干扰影响越大。

机电一体化技术检测与传感器

传感器的准确选择和使用（2）电磁场引起的干扰动力输电线路对传感器信号线的干扰

C1、C2为输电线与传感器两根信号线之间的电容，若C1=C2，输电线与传感器信号线距高相等，Zi1=Zi2（仪器输入阻抗对称），则干扰源UNo1和UNo1对两根信号线的干扰大小相等，相位相同，属于共模干扰。当二次仪表的两个输入端出现很难避免的不平衡时，共模电压的一部分将转换为差模干扰。实际布线时，信号线多采用双绞线，这样能保证两根信号线与干扰源的平均距离保持一致，也就保证了C1=C2。传感器

机电一体化技术检测与传感器

传感器的准确选择和使用滤波器（Filter）是抑制交流差模干扰的有效手段之一。电磁干扰滤波器属于低通滤波器，包括电源线滤波器和信号线滤波器等，它们允许有用信号通过，阻止干扰信号通过，使传入（或传出）设备的噪声值不超过规定的规定值。滤波技术

机电一体化技术检测与传感器（1）RC信号线滤波器当传感器输出信号变化缓慢时，采用RC低通滤波器将对串模干扰有效好的抑制效果。低通滤波器多采用电阻串联电容并联的方式。也可以用100μH电感代替第一节电阻，则对100kHz以上的高频干扰滤波效果更好。a）单节RC滤波器与放大器的连接b）双节RC滤波器c）低通滤波器图形符号d）频率特性

传感器的准确选择和使用

机电一体化技术检测与传感器（2）交流电源滤波器常用LC交流电源滤波器（又称为电源线EMI滤波器）来抑制混入电源的噪声。电源线EMI滤波器实际上是一种低通滤波器，它能无衰减地将直流或50Hz等低频电源功率传送到用电设备上，却能大大衰减经电源传入的骚扰信号，保护设备免受其害。电源线EMI滤波器也能大大抑制设备本省产生的骚扰信号进入电源，避免造成电磁环境污染，危害其他设备。

传感器的准确选择和使用

机电一体化技术检测与传感器（3）直流电源滤波器直流电源往往为几个电路所共用，在每个电路的直流电源上加上RC或LC滤波器。电解电容旁边并联一个电感很小的1000pF~0.1μF的叠层磁介电容（独石电容），用来消除高频噪声。

传感器的准确选择和使用

机电一体化技术检测与传感器光电耦合技术光耦是一种“电→光→电耦合器件”，它的输入量是电流，输出量也是电流，可是两者之间在电气上是绝缘的。当有电流流入发生二极管时，它即发射红外光，光敏元件受红外光照射后，产生相应的光电流，这样就实现了以光媒介的电信号的传输。在工程应用中，传感器可能需要通过很长的传输线与主设备相连，传输线可能受到很大的电磁干扰，必须使用光耦来隔离干扰。

传感器的准确选择和使用

机电一体化技术检测与传感器利用金属材料制成容器，将需要防护的电路包围在其中，可以防止电场或磁场耦合干扰的方法称为屏蔽。屏蔽可分为静电屏蔽、低频磁屏蔽和电磁屏蔽等几种。根据不同的对象，使用不同的屏蔽方式。屏蔽技术聚氟乙烯绝缘层铜芯铜线编织网（接地）

传感器的准确选择和使用

机电一体化技术检测与传感器

传感器的信号采集与处理1.接近开关三线制接线方式VCC（棕）DC10～30VOUT（黑）GND（蓝）接近开关OUT端与GND端的压降Uces约为0.3V，流过KA的电流IKA=（VCC－0.3）/RKA。若IKA大于继电器KA的额定吸合电流，则继电器KA能够可靠吸合。

接近开关使用电感性负载时，务必在负载两端并接续流二极管，以免损坏接近开关输出级。

机电一体化技术检测与传感器请勿将电感接近开关置于0.02T以上的磁场环境下使用，以免造成误动作。为了保证不损坏接近开关，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。为了使接近开关长期稳定工作，请务必进行定期的维护，包括被检测物体和接近开关的安装位置是否有移动或松动，接线和连接部位是否接触不良，是否有金属粉尘粘附等。DC二线制接近开关具有0.5~1mA的静态泄漏电流，在一些对泄漏电流要求较高的场合下，可改用DC三线制接近开关。2.接近开关的使用事项

传感器的信号采集与处理

机电一体化技术检测与传感器3.4~20mA输出方式将传感器与信号处理电路组合在一个壳体中，这在工业中被称为一次仪表。一次仪表的输出信号可以是电压，也可以是电流。由于电流信号不易受干扰，且便于远距离传输（可以不考虑线路压降），所以在一次仪表中多采用电流输出型。

新的国家标准规定电流输出为4～20mA。4mA对应于零输入，20mA对应于满度输入。不让信号占有0～4mA这一范围的原因，一方面是有利于判断线路故障（开路）或仪表故障；另一方面，这类一次仪表内部均采用微电流集成电路，总的耗电还不到4mA，因此还能利用0～4mA这一部分“本底”电流”为一次仪表的内部电路提供工作电流，使一次仪表成为两线制仪表。

传感器的信号采集与处理

机电一体化技术检测与传感器

所谓二线制仪表是指仪表与外界的联系只需两根导线。多数情况下，其中一根（红色）为+24V电源线，另一根（黑色）既作为电源负极引线，又作为信号传输线。在信号传输线的末端通过一只标准负载电阻（也称取样电阻）接地（也就是电源负极），将电流信号转变成电压信号。（4~20mA）黑取样电阻

若取样电阻RL为250.0Ω，则对应于4～20mA的输出电压UO为1～5V。

传感器的信号采集与处理4.4~20mA两线制仪表两线制仪表的另一好处是：可以在仪表内部通过电容在电流信号传输线上叠加数字脉冲信号，作为一次仪表的串行控制信号和数字输出信号，以便远程读取，成为网络化仪表。

传感器的信号采集与处理

机电一体化技术检测与传感器例：某两线制电流输出型压力变送器的产品说明书注明其量程范围为0～200Pa，对应输出电流为4～20mA。求：当测得输出电流I=10mA时的被测压力p。（mA）p（Pa）IO200420解：I＝4＋0.08p初始值（20－4）／200＝0.08当I＝10mA时，求得p＝75Pa7510

传感器的信号采集与处理

机电一体化技术检测与传感器5.检测系统中的重要元器件

采样开关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外面。当线圈通以额定电流后，干簧管中的两根常开弹簧片互相吸引而吸合。它的耐压较高，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主要缺点。

机电一体化技术检测与传感器模拟采样开关切换对象是多路模拟信号。它的控制端处于“有效”状态时，模拟开关处于导通状态，导通电阻约几欧至几百欧（视型号而定）。当控制端处于“无效”状态时开关截止，截止电阻大于108Ω。其优点是集成度高，动作快（小于1s）、耗电省等。缺点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。

CMOS模拟采样开关

传感器的信号采集与处理

传感器的信号采集与处理

机电一体化技术检测与传感器放大器

从传感器来的信号有许多是毫伏级的微弱信号，须经放大才能进行A/D转换。系统对放大器的主要要求是：精度高、温漂小、共模抑制比高、频带宽至直流。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，以及一个高隔离的DC/DC电源。