《机电一体化技术》课件-第四章 4.1 传感检测系统的作用及组成

第四章传感检测技术机电一体化技术4.1

传感检测系统的作用及组成4.2

机电一体化系统中常用的传感器4.3新型生物电信号传感器4.4

智能传感器4.5

检测信号处理技术第四章传感检测技术机电一体化技术4.1

传感检测系统的作用及组成4.1

传感检测系统的作用及组成30、绪论外骨骼机器人（ExoskeletonsRobot）主要用于增强正常人的运动和负荷能力，及运动功能障碍患者的运动辅助和康复训练，其深度融合了机械工程、控制科学、通信工程、电子技术、仪器科学和生物医学工程等学科领域的理论和技术，在工作过程中需要位置传感器、加速度传感器、扭矩传感器、生物电信号传感器等多种类型传感器的协同工作。本章将以外骨骼机器人这一典型的机电一体化产品为例，深入介绍机电一体化产品中采用的各类传感器的特点、工作原理、应用场合及信号采集与处理方法。4.1

传感检测系统的作用及组成41、传感检测系统在机电一体化中的作用

在机电一体化系统中，传感检测系统的作用相当于人的感官，检测系统运行过程中内部和外部的各种物理量及其变化，将这些非电量信号转化为电信号，并通过适当处理后，反馈至控制装置或进行显示记录。因此，传感检测系统是机与电有机结合的重要纽带，成为机电一体化系统中必不可少的组成部分。4.1

传感检测系统的作用及组成52、传感检测系统的组成（1）传感检测系统的组成

传感检测系统一般由传感器、信号调理电路及输出接口组成，如下图所示。4.1

传感检测系统的作用及组成6（2）传感器①传感器的定义

传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定的规律(即数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置。②传感器的组成传感器通常由敏感元件、转换元件和转换电路组成，可将非电量物理量转换为电量信号输出。

敏感元件直接感受被测物理量，并以确定的关系输出物理量信号。转换元件将敏感元件输出的非电物理量信号转换为电信号。转换电路将转换元件输出的电信号转换为便于测量的电信号。2、传感检测系统的组成4.1

传感检测系统的作用及组成7③传感器的分类

传感器的种类繁多，分类的方法也不尽相同，下面列举了三类分类方法。根据被测量的不同可分为:温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器等；根据测量原理可分为:电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器等；根据输出信号的类型可分为:模拟传感器和数字传感器。2、传感检测系统的组成4.1

传感检测系统的作用及组成81)模拟传感器

模拟传感器将测量的非电量转换成模拟信号输出，例如欧姆龙ZX-L位移传感器的输出信号为电压信号，其输出信号电压特性如图所示。模拟传感器2、传感检测系统的组成4.1

传感检测系统的作用及组成92)数字传感器

广义上，数字传感器分为准数字传感器和数字传感器两类。准数字传感器输出信号为方波信号，其频率或占空比随被测参量变化而变化，如增量式光电编码器。数字传感器输出信号为数字量，如DS18B20温度传感器在分辨率为12位时-55℃、0℃和125℃输出信号如图所示。数字传感器2、传感检测系统的组成4.1

传感检测系统的作用及组成102)数字传感器

开关量传感器输出只有高/低电平或开/关两个状态。当被测量的信号到达某个特定的阈值时，开关量传感器输出高电平(开)，反之输出低电平(关)，如图所示。开关传感器与数字电路具有良好的兼容性。根据与被测对象的连接形式，开关传感器又可分为接触型(如限位开关)和非接触型(如光电接近开关)两类。开关传感器2、传感检测系统的组成4.1

传感检测系统的作用及组成11（3）信号调理电路信号调理电路将传感器输出的信号进行放大、滤波、检波、转换等处理，以方便后续环节的数据采集与处理。信号调理电路可分为电平调整、线性化、信号形式转换和滤波及阻抗匹配四种类型。在工程上对信号调理电路的一般要求如下：1°转换准确、放大稳定和传输可靠；

2°信噪比高，抗干扰能力强。2、传感检测系统的组成4.1

传感检测系统的作用及组成12（4）输出接口输出接口可实现不同功能模块之间电气参数连接部分，负责将信号传输至信号记录装置、显示装置、信号处理装置与控制装置等。输出接口电路可在同一电气参数范围内工作，如将传感器输出的模拟信号转换为标准输出信号；也可以将信号从一种形式转换为另一种形式，如A/D转换电路。2、传感检测系统的组成4.1

传感检测系统的作用及组成133、传感器的选用原则工程应用中，传感器选用原则如下：传感器的量程应大于测试信号最大幅值的1.2~1.5倍；

传感器的固有频率应大于测试信号频率的5~10倍；

传感器准确度小于系统总不确定度的1/3；

传感器工作温度大于传感器测量环境