第14课检测技术的综合应用

第14章检测技术的综合应用

14.1现代检测系统的基本结构

14.4传感器在智能楼宇中的应用

14.2传感器在机器人中的应用14.3传感器在现代汽车中的应用

14.1现代检测系统的基本结构现代检测系统可分为三种基本结构体系：

将诸如微处理器、存储器、接口等芯片与传感器融合在一起，可组成智能仪器。它有专用的小键盘、开关、按键及显示屏等，多使用汇编语言，体积小，专用性强。1.智能仪器2.个人仪器3.自动测试系统14.1.2个人仪器：

个人仪器又称个人计算机仪器系统。它是以个人计算机（必须符合工控要求）配以适当的硬件电路与传感器组合而成的检测系统。

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，再将接口板插到工控机总线扩展槽中或将接口盒的USB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。

14.1.1智能仪器：智能仪器的芯片及模块

51系列单片机芯片各种智能仪器

最低、最高温度一体化工作站

平板式工作站（带触摸屏）军用便携式工作站个人仪器一体化工作站（续）

工业计算机（工控机）机箱

工控机的抗电磁干扰能力、防振、防潮、防尘能力均较强，有较多的扩展槽，它的电源系统有较好的抗电磁干扰能力。虽然工控机的价格比个人电脑贵，但可靠性强得多，性能价格比高，适合在工业现场条件较恶劣的场合使用。工业级底板（参考研祥智能科技有限公司资料）底板上的扩展槽用于插接各种数据采集卡PCI扩展槽ISA扩展槽各种数据采集卡

ISA数据采集卡ISA数据采集卡的插脚间隔为2.54mm（0.1英寸）各种数据采集卡（续）PCI数据采集传输卡ISA槽与PCI槽的外形区别ISA槽PCI槽将功能卡插到ISA槽中功能卡的镀金脚端子板与功能卡的连接

端子板作为功能卡的扩展附件，用于连接传感器信号光耦25芯排线数据锁存器去计算机ISA槽传感器信号线接线端子端子板与功能卡的连接37芯排线端子板PCI数据采集、控制卡传感器信号线接线端子输出信号接线端子去计算机PCI槽其他端子扩展板

34芯排线插座37芯排线插座数据采集便携式工控整机

笔记本电脑数据采集整机

信号从USB插口输入笔记本电脑数据采集整机

USB接口盒及接口线利用USB扩展插头可配接多个接口盒信号输入USB接口卡及USB线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，插入到嵌入式计算机的总线接口中，就可以构成数据采集系统。各种嵌入式计算机数据采集卡14.1.3自动测试系统

自动测试系统是以工控机为核心，以标准接口总线为基础，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。一个自动测试系统还可以通过各种标准总线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服务器工作站加入到Internet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、远程实时调试等。

网络化仪表示意图工业总线

网络化仪表工业总线

局域网

钢厂自动化监控系统实例

粮食温湿度测控系统实例上位机（内插CAN通信卡）温度分线器CAN总线通风机械测湿探头测温电缆智能分机通风控制器湿度分线器14.1.4检测技术在控制系统中的综合应用举例

一个现代化火力发电厂需要多台计算机来快速地测量锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的温度、压力、流量、转速、振动、位移、应力、燃烧状况等热工、机械参数，还必须测量发电机的电压、电流、功率、功率因数以及各种辅机的运行状态，然后进行综合处理，将各被监测的重要参数进行数字或模拟显示，自动调整运行工况，对某些超限参数进行声光报警或采取紧急措施。在上述这个系统中，需要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。

1、火力发电厂综合监控系统现代化火力发电厂及其控制系统火力发电厂控制室火力发电厂机组汽轮机发电机励磁机2、陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统

该系统涉及热工参数的测量。它采用工控机，它带有硬盘、总线接口、彩色显示器、打印机等。该系统将巡回数据采集电路及控制电路装在独立的接口箱中，其中装有定时器、计数器、并行输入／输出接口等，接口箱与主机之间通过并行接口插卡与计算机通信。

隧道窑外形隧道窑计算机检测控制系统框图煤气喷嘴3、智能化流量积算仪

所谓智能化流量积算仪，就是使用计算机技术，将一次仪表送来的流量信号对时间作积分，求出流量累积总量的仪器。

智能化流量积算仪原理（以上图NY-Ⅰ型为例）

智能化流量积算仪采用差压法测量瞬时流量，因此必须首先测出差压⊿p。由于温度和压力会引起流体的密度的变化，有时还需要进行温度补偿和压力补偿，所以必须测出流体的温度和压力。如果使用热电偶，还必须测量热电偶的冷端（室温）温度上述四种信号先由标准的一次仪表转换为4~20mA的电流信号，经信号传输线传送到本积算仪的输入端，再用取样电阻（250.０Ω）转换成４个低内阻的1~5V电压信号：U⊿p、Up、Ut、Uto。上述四个电压信号按顺序轮流通过采样继电器K1~K2传送至模/数转换器的输入端，再经光耦，由单片机计算出累积流量。

NY-Ⅰ型智能化流量积算仪计算机接口电路原理框图4、传感器在模糊控制洗衣机中的应用

所谓模糊控制系统是模拟人智能的一种控制系统。它将人的经验、知识和判断力作为控制规则，根据诸多复杂的因素和条件作出逻辑推理去影响控制对像。模糊洗衣机能自动判断衣物的数量（重量）、布料质地（粗糙、软硬）、肮脏程度来决定水位的高低、洗涤时间、搅拌与水流方式、脱水时间等，将洗涤控制在最佳状态。不但使洗衣机省电、省水、省洗涤剂，又能减少衣物磨损。模糊洗衣机的模糊推理14.2传感器在机器人中的应用

机器人是由计算机控制的复杂机器，它具有类似人的肢体及感官功能；动作程序灵活；有一定程度的智能；在工作时可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。

类别检测内容应用目的传感器件明暗觉是否有光，亮度多少判断有无对象，并得到定量结果光敏管、光电断续器色觉对象的色彩及浓度利用颜色识别对象的场合彩色摄影机、滤色器、彩色CCD位置觉物体的位置、角度、距离物体空间位置，判断物体移动光敏阵列、CCD等形状觉物体的外形提取物体轮廓及固有特征，识别物体光敏阵列、CCD等接触觉与对象是否接触，接触的位置决定对象位置，识别对象形态，控制速度，安全保障，异常停止，寻径光电传感器、微动开关、薄膜接点、压敏高分子材料压觉对物体的压力、握力、压力分布控制握力，识别握持物，测量物体弹性压电元件、导电橡胶、压敏高分子材料力觉机器人有关部件（如手指）所受外力及转矩控制手腕移动，伺服控制，正确完成作业应变片、导电橡胶接近觉对象物是否接近，接近距离，对象面的倾斜控制位置，寻径，安全保障，异常停止光传感器、气压传感器、超声波传感器、电涡流传感器、霍尔传感器滑觉垂直握持面方向物体的位移，重力引起的变形修正握力，防止打滑，判断物体重量及表面状态球形接点式、光电旋转传感器、角编码器、振动检测器机器人传感器分类

传感器在机器人身上的分布

能踢球的机器人对运动的球类有正确反应的机器人能打网球的机器人机器人足球比赛能行走的机器人服务机器人机器人伴舞机器人奏乐可爱的小机器人能上台阶并避开障碍物的机器人能自己站起来的机器人军事机器人我国引进的排爆机器人进攻型机器人工业机器人核工业机器人汽车喷漆机器人机器人的手机械手在汽车加工中的应用机械手能按照程序焊接和安装汽车部件，是机器人的雏形。激光焊接机械手（参考上海大众汽车有限公司资料）14.3传感器在现代汽车中的应用1、汽车结构及工作过程概述

汽车类型繁多，结构比较复杂，大体可分为发动机、底盘和电气设备三大部分，可分成燃料系、点火系、传动系、轿厢系等几个系统，每一部分均安装有许多检测和控制用的传感器。（参考南京交通技师学院资料，以几幅下同）汽车底盘示意图后轮悬挂传动轴转向机构福特林肯Navigator底盘发动机传动轴排气管前刹车盘后轮悬挂减速箱汽车发动机

发动机是汽车的动力装置，其作用是使吸入的燃料燃烧而产生动力，通过传动系统，使汽车行驶。汽油发动机主要由汽缸、燃料系、点火系、起动系、冷却系及润滑系等组成。汽车的工作过程均是在电控单元ECU控制下进行的。

汽车发动机的解剖图与发动机配套使用的各种传感器进气压力传感器曲轴位置传感器进气压力、温度传感器ECU结构a）外形

b）ECU内部原理框图及输