機(jī)電一體化概論2-3ppt課件

1、機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 機(jī)電一體化概論機(jī)電一體化概論第第2章章 機(jī)電一體化的系統(tǒng)組成機(jī)電一體化的系統(tǒng)組成 2.3 檢測(cè)單元檢測(cè)單元機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3 檢測(cè)單元檢測(cè)單元2.3.1 檢測(cè)單元基礎(chǔ)檢測(cè)單元基礎(chǔ)2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理基本原理2.3.3 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理2.3.4 虛擬儀器虛擬儀器機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.1 檢測(cè)單元基礎(chǔ)檢測(cè)單元基礎(chǔ)u 機(jī)電一體化系統(tǒng)能否有效發(fā)揮其自動(dòng)化功

2、能，獲得準(zhǔn)機(jī)電一體化系統(tǒng)能否有效發(fā)揮其自動(dòng)化功能，獲得準(zhǔn)確信息是首要前提，完成這一任務(wù)的環(huán)節(jié)就是檢測(cè)單元確信息是首要前提，完成這一任務(wù)的環(huán)節(jié)就是檢測(cè)單元Detecting unit）。）。u 傳感器與人體的感覺(jué)器官相對(duì)應(yīng)，計(jì)算機(jī)與大腦相對(duì)傳感器與人體的感覺(jué)器官相對(duì)應(yīng)，計(jì)算機(jī)與大腦相對(duì)應(yīng)，執(zhí)行器與人體的運(yùn)動(dòng)器官相對(duì)應(yīng)。這種從外界獲得信應(yīng)，執(zhí)行器與人體的運(yùn)動(dòng)器官相對(duì)應(yīng)。這種從外界獲得信息，并從中提取有用信息的過(guò)程稱(chēng)為檢測(cè)。傳感器是檢測(cè)息，并從中提取有用信息的過(guò)程稱(chēng)為檢測(cè)。傳感器是檢測(cè)過(guò)程中的核心元件。過(guò)程中的核心元件。生物系統(tǒng)生物系統(tǒng) 機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng) 檢測(cè)的作用檢測(cè)的作用機(jī)電一體化概

3、論An Introduction to Mechatronics 2.3.1 檢測(cè)單元基礎(chǔ)檢測(cè)單元基礎(chǔ)傳感器的基本用途傳感器的基本用途（1 1生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)測(cè)量與控制。生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)測(cè)量與控制。（2 2安全報(bào)警與環(huán)境保護(hù)。安全報(bào)警與環(huán)境保護(hù)。（3 3自動(dòng)化設(shè)備。自動(dòng)化設(shè)備。（4 4交通運(yùn)輸和資源探測(cè)。交通運(yùn)輸和資源探測(cè)。（5 5醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器。醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.1 檢測(cè)單元基礎(chǔ)檢測(cè)單元基礎(chǔ)2. 2. 傳感器的組成傳感器的組成將被測(cè)物理量按照一定規(guī)律變換為與之對(duì)應(yīng)的另將被測(cè)物理量按照一定規(guī)律變換為與之

4、對(duì)應(yīng)的另一種物理量的裝置叫做傳感器，也叫變換器或探一種物理量的裝置叫做傳感器，也叫變換器或探測(cè)器。其作用是將各種非電物理量轉(zhuǎn)換成其他量測(cè)器。其作用是將各種非電物理量轉(zhuǎn)換成其他量，由接口電路轉(zhuǎn)換成電壓量。傳感器一般由敏感，由接口電路轉(zhuǎn)換成電壓量。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路組成。元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路組成。敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換基本轉(zhuǎn)換電路電路被測(cè)量被測(cè)量電量電量機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.1 檢測(cè)單元基礎(chǔ)檢測(cè)單元基礎(chǔ)3. 3. 傳感器的分類(lèi)傳感器的分類(lèi)機(jī)電一體化概論An Introduction

5、to Mechatronics 2.3.1 檢測(cè)單元基礎(chǔ)檢測(cè)單元基礎(chǔ)4. 4. 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展（1 1新型傳感器開(kāi)發(fā)。新型傳感器開(kāi)發(fā)。（2 2傳感器的集成化。傳感器的集成化。（3 3傳感器的多功能化。傳感器的多功能化。（4 4傳感器的智能化。傳感器的智能化。（5 5仿生傳感器仿生傳感器Biomimetic sensorBiomimetic sensor）。）。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理1. 線(xiàn)位移檢測(cè)傳感器線(xiàn)位移檢測(cè)傳感器（1電阻式線(xiàn)位移傳感器電阻式線(xiàn)位移傳感器滑線(xiàn)位移

6、式滑線(xiàn)位移式 繞線(xiàn)位移式繞線(xiàn)位移式滑線(xiàn)位移傳感器，電阻絲端電壓恒定為滑線(xiàn)位移傳感器，電阻絲端電壓恒定為Ui，當(dāng)待測(cè)物體往返運(yùn)動(dòng)，當(dāng)待測(cè)物體往返運(yùn)動(dòng)時(shí)，將帶動(dòng)拉桿、電刷運(yùn)動(dòng)，電刷在電阻絲上往返滑動(dòng)，其輸出時(shí)，將帶動(dòng)拉桿、電刷運(yùn)動(dòng)，電刷在電阻絲上往返滑動(dòng)，其輸出端電壓為端電壓為Uo，且與位移量成正比。因而，當(dāng)我們檢測(cè)到輸出電壓，且與位移量成正比。因而，當(dāng)我們檢測(cè)到輸出電壓的變化量的變化量Uo，就可以獲知待測(cè)物體的位移量。，就可以獲知待測(cè)物體的位移量?；€(xiàn)式位移傳感器滑線(xiàn)式位移傳感器 實(shí)實(shí) 物物 繞線(xiàn)位移傳感器繞線(xiàn)位移傳感器機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics

7、 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理1. 線(xiàn)位移檢測(cè)傳感器線(xiàn)位移檢測(cè)傳感器（1電阻式線(xiàn)位移傳感器電阻式線(xiàn)位移傳感器電阻應(yīng)變計(jì)式線(xiàn)位移傳感器電阻應(yīng)變計(jì)式線(xiàn)位移傳感器機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理（2電感式線(xiàn)位移傳感器電感式線(xiàn)位移傳感器差動(dòng)電感式線(xiàn)位移傳感器差動(dòng)電感式線(xiàn)位移傳感器機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理（2電感式線(xiàn)位移傳感器電感式線(xiàn)位移傳感器差動(dòng)變壓器式線(xiàn)位移傳感器

8、差動(dòng)變壓器式線(xiàn)位移傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為線(xiàn)圈的互感變化。初級(jí)線(xiàn)圈將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為線(xiàn)圈的互感變化。初級(jí)線(xiàn)圈L1由交流電源勵(lì)磁，交由交流電源勵(lì)磁，交流電的頻率稱(chēng)為勵(lì)磁頻率。兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈流電的頻率稱(chēng)為勵(lì)磁頻率。兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈L2和和L3接成差動(dòng)式，它們接成差動(dòng)式，它們反向串接，輸出電壓反向串接，輸出電壓U0是兩次級(jí)線(xiàn)圈的感應(yīng)電壓差值，故稱(chēng)差動(dòng)變是兩次級(jí)線(xiàn)圈的感應(yīng)電壓差值，故稱(chēng)差動(dòng)變壓器。當(dāng)磁芯處于整個(gè)線(xiàn)圈中心位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈的磁阻相等，壓器。當(dāng)磁芯處于整個(gè)線(xiàn)圈中心位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈的磁阻相等，當(dāng)磁芯移動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與位移成線(xiàn)性關(guān)系的感應(yīng)電壓當(dāng)磁芯移動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與位移成線(xiàn)性關(guān)系的感應(yīng)電壓Uo。機(jī)電一體化

9、概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理（3電容式線(xiàn)位移傳感器電容式線(xiàn)位移傳感器u S、d的變化，均會(huì)引起電容量的變化。u通過(guò)檢測(cè)電路將電容量的變化將會(huì)引起電路中的電壓或電流變化，這樣即可轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，以此來(lái)確定位移量的大小和方向。u 應(yīng)用：無(wú)接觸檢測(cè)，在惡劣環(huán)境下工作?？蓱?yīng)用于檢測(cè)位移、振動(dòng)、角度、速度、加速度、壓力等參數(shù)。dSC/機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理（4光柵式線(xiàn)位移傳感器光柵式線(xiàn)位移傳感器

10、相鄰兩莫爾條紋的間距W為： 若用計(jì)數(shù)器記錄下光柵上的移動(dòng)通過(guò)的條紋數(shù)，即可測(cè)試主光柵移動(dòng)的距離。/)2/sin(2/ddWWd/2ABCDEWd機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理（5激光式線(xiàn)位移傳感器激光式線(xiàn)位移傳感器主要裝置是邁克爾遜干涉儀邁克爾遜干涉儀工作原理 激光傳感器示意圖激光傳感器測(cè)量輪轂 光幕式激光傳感器測(cè)量直徑機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理（5激光式線(xiàn)位移傳感器激光式線(xiàn)位移傳感器

11、 激光具有較好的方向性、單色性和亮度，可從較遠(yuǎn)激光具有較好的方向性、單色性和亮度，可從較遠(yuǎn)距離對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行測(cè)量。由于光斑直徑小，所以可距離對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行測(cè)量。由于光斑直徑小，所以可實(shí)現(xiàn)對(duì)微小元件的測(cè)量。非接觸式的測(cè)量原理可保證實(shí)現(xiàn)對(duì)微小元件的測(cè)量。非接觸式的測(cè)量原理可保證無(wú)磨損、高精度的測(cè)量，測(cè)量過(guò)程不會(huì)受到干擾。除無(wú)磨損、高精度的測(cè)量，測(cè)量過(guò)程不會(huì)受到干擾。除此之外，激光三角反射測(cè)量原理還極為適用于高精度此之外，激光三角反射測(cè)量原理還極為適用于高精度、高分辨率的快速測(cè)量。、高分辨率的快速測(cè)量。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的

12、結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理2. 角位移傳感器角位移傳感器（1電阻式角位移傳感器電阻式角位移傳感器這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)態(tài)范圍寬、輸這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)態(tài)范圍寬、輸出信號(hào)大、抗干擾強(qiáng)和準(zhǔn)確度較高等特點(diǎn)，已廣泛用出信號(hào)大、抗干擾強(qiáng)和準(zhǔn)確度較高等特點(diǎn)，已廣泛用于檢測(cè)各種回轉(zhuǎn)角度和角位移量。適用轉(zhuǎn)速較低的角于檢測(cè)各種回轉(zhuǎn)角度和角位移量。適用轉(zhuǎn)速較低的角位移測(cè)量。位移測(cè)量。工作原理工作原理 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 實(shí)實(shí) 物物機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理2. 角位移傳

13、感器角位移傳感器（2電感式角位移傳感器電感式角位移傳感器旋轉(zhuǎn)變壓器是一種典型的電感式角位移傳感器。旋轉(zhuǎn)變壓器是一種典型的電感式角位移傳感器。正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器工作原理D1D2勵(lì)磁繞組；勵(lì)磁繞組； D3D4交變繞組；交變繞組； Z1Z2余弦輸出繞組；余弦輸出繞組； Z3Z4正弦輸出繞組正弦輸出繞組機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理2. 角位移傳感器角位移傳感器（3電容式角位移傳感器電容式角位移傳感器機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics

14、2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理2. 角位移傳感器角位移傳感器（4光電式角位移傳感器光電式角位移傳感器光電式角位移傳感器是一種非接觸式電位器，它用光光電式角位移傳感器是一種非接觸式電位器，它用光束代替電刷。束代替電刷。沒(méi)有金屬絲電刷造成的摩擦力矩，具有分辨率高、壽沒(méi)有金屬絲電刷造成的摩擦力矩，具有分辨率高、壽命長(zhǎng)、掃描速度快等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是接觸電阻較大，命長(zhǎng)、掃描速度快等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是接觸電阻較大，輸出信號(hào)要經(jīng)過(guò)阻抗匹配交換器才能用。輸出信號(hào)要經(jīng)過(guò)阻抗匹配交換器才能用。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)

15、與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理3. 轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器（1電容式轉(zhuǎn)速傳感器電容式轉(zhuǎn)速傳感器當(dāng)電容極板與齒頂相對(duì)時(shí)，電容量最大；而電容極板當(dāng)電容極板與齒頂相對(duì)時(shí)，電容量最大；而電容極板與齒隙相對(duì)時(shí)，電容量最小。與齒隙相對(duì)時(shí)，電容量最小。設(shè)齒輪齒數(shù)為設(shè)齒輪齒數(shù)為z，則由計(jì)數(shù)器得到的頻率數(shù)計(jì)算出測(cè)量，則由計(jì)數(shù)器得到的頻率數(shù)計(jì)算出測(cè)量轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為zfn/60機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理3. 轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器（2電感式轉(zhuǎn)速傳感器電感式轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)齒數(shù)為設(shè)齒數(shù)為z，由測(cè)速表測(cè)的

16、頻率計(jì)算出測(cè)量轉(zhuǎn)速為：，由測(cè)速表測(cè)的頻率計(jì)算出測(cè)量轉(zhuǎn)速為：zfn/60 目前已生產(chǎn)的電感式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速?gòu)?00r/min到6000r/min。測(cè)量點(diǎn)間距達(dá)到210 mm，測(cè)量誤差小于0.01。原理圖原理圖 汽車(chē)后輪轉(zhuǎn)速測(cè)量汽車(chē)后輪轉(zhuǎn)速測(cè)量 實(shí)物實(shí)物 電感式轉(zhuǎn)速傳感器原理電感式轉(zhuǎn)速傳感器原理機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理3. 轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器轉(zhuǎn)速檢測(cè)傳感器 （3光電式轉(zhuǎn)速傳感器光電式轉(zhuǎn)速傳感器若開(kāi)孔數(shù)為若開(kāi)孔數(shù)為20，記錄過(guò)程時(shí)間為，記錄過(guò)程時(shí)間為t，總脈沖數(shù)為，總脈沖數(shù)為N，則，則轉(zhuǎn)速為

17、：轉(zhuǎn)速為：n=60N/(20t)。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理4加速度檢測(cè)傳感器加速度檢測(cè)傳感器 當(dāng)傳感器承受振動(dòng)體的加速度時(shí)，通過(guò)質(zhì)量塊產(chǎn)生相當(dāng)傳感器承受振動(dòng)體的加速度時(shí)，通過(guò)質(zhì)量塊產(chǎn)生相對(duì)位移，也就是壓電片的變形量為對(duì)位移，也就是壓電片的變形量為xm x，在壓電片，在壓電片的線(xiàn)性彈性范圍內(nèi)，有的線(xiàn)性彈性范圍內(nèi)，有 式中，式中，F(xiàn)作用在壓電片上的力；作用在壓電片上的力； k壓電片的彈性系數(shù)。壓電片的彈性系數(shù)。而壓電片表面所產(chǎn)生的電荷量與作用力成正比，即而壓電片表面所產(chǎn)生的電荷量與作用力成

18、正比，即)(xxkFmxmdxxkdFdQm )(2/nkdxQ mkn/式中，式中，d 壓電元件的壓電常數(shù)，壓電元件的壓電常數(shù)， 傳感器的固有角頻率，傳感器的固有角頻率， 加速度。加速度。nx 機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理4加速度檢測(cè)傳感器加速度檢測(cè)傳感器 機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理 5. 壓力檢測(cè)傳感器壓力檢測(cè)傳感器（1電阻應(yīng)變式壓力傳感器電阻應(yīng)變式壓力傳感器機(jī)電一體化概論An

19、Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理 5. 壓力檢測(cè)傳感器壓力檢測(cè)傳感器（2壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 硅杯及硅膜片硅杯及硅膜片 實(shí)物實(shí)物 機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理壓電效應(yīng)：物質(zhì)在機(jī)械力作用下發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生壓電效應(yīng)：物質(zhì)在機(jī)械力作用下發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，而在其表面上產(chǎn)生電荷，去掉外力時(shí)，電荷極化現(xiàn)象，而在其表面上產(chǎn)生電荷，去掉外力時(shí)，電荷量立即消失。量立即消失。根據(jù)

20、這一現(xiàn)象，通過(guò)檢測(cè)的電荷并轉(zhuǎn)化為電壓量，放大根據(jù)這一現(xiàn)象，通過(guò)檢測(cè)的電荷并轉(zhuǎn)化為電壓量，放大輸出后，即可顯示壓力的大小。輸出后，即可顯示壓力的大小。 5. 壓力檢測(cè)傳感器壓力檢測(cè)傳感器 （3壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器原理圖原理圖 測(cè)量切削力測(cè)量切削力 實(shí)物實(shí)物 機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理熱電效應(yīng)：對(duì)于均質(zhì)導(dǎo)體，當(dāng)兩端溫度不相等時(shí)，導(dǎo)體熱電效應(yīng)：對(duì)于均質(zhì)導(dǎo)體，當(dāng)兩端溫度不相等時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將從高溫端向低溫端擴(kuò)散，在其兩端形成內(nèi)的自由電子將從高溫端向低溫端擴(kuò)散，在其兩端形成電勢(shì)，

21、該電勢(shì)稱(chēng)為溫差電勢(shì)。電勢(shì)，該電勢(shì)稱(chēng)為溫差電勢(shì)。6. 溫度檢測(cè)傳感器溫度檢測(cè)傳感器 （1熱電偶式溫度傳感器熱電偶式溫度傳感器熱電偶原理熱電偶原理 普通型熱電偶結(jié)構(gòu)普通型熱電偶結(jié)構(gòu) 實(shí)物實(shí)物 機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理集成溫度傳感器是一種將感溫元件、放大電集成溫度傳感器是一種將感溫元件、放大電路、溫度補(bǔ)償電路等功能集成在一塊極小芯路、溫度補(bǔ)償電路等功能集成在一塊極小芯片上的溫度傳感器。跟傳統(tǒng)的熱電阻、熱電片上的溫度傳感器。跟傳統(tǒng)的熱電阻、熱電偶相比，它具有線(xiàn)性度好、靈敏度高、體積偶相比，它具

22、有線(xiàn)性度好、靈敏度高、體積小、穩(wěn)定性好、輸出信號(hào)大等優(yōu)點(diǎn)，是其他小、穩(wěn)定性好、輸出信號(hào)大等優(yōu)點(diǎn)，是其他溫度傳感器無(wú)法比擬的。溫度傳感器無(wú)法比擬的。6. 溫度檢測(cè)傳感器溫度檢測(cè)傳感器（2集成溫度傳感器集成溫度傳感器機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，其作用是將空氣流量轉(zhuǎn)換空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，其作用是將空氣流量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送給電控單元，該信號(hào)作為決定噴油量的基本成電信號(hào)送給電控單元，該信號(hào)作為決定噴油量的基本信號(hào)之一。葉片式空氣流量計(jì)由空氣流量計(jì)和電位計(jì)兩信號(hào)之一。葉片

23、式空氣流量計(jì)由空氣流量計(jì)和電位計(jì)兩部分組成。部分組成。7. 流量傳感器流量傳感器Flow sensor）機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，這是目前應(yīng)用最多的傳感器?；驍?shù)字量的傳感器，這是目前應(yīng)用最多的傳感器。光電編碼器可以進(jìn)行角度測(cè)量、長(zhǎng)度測(cè)量、速度測(cè)量、光電編碼器可以進(jìn)行角度測(cè)量、長(zhǎng)度測(cè)量、速度測(cè)量、位置測(cè)量等。位置測(cè)量等。8. 其他信號(hào)檢測(cè)傳感器其他信號(hào)檢測(cè)傳感器 （1光電編碼器

24、光電編碼器Photoelectric encoder）機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理超聲波探頭又稱(chēng)為超聲波傳感器、超聲波換能器。當(dāng)工超聲波探頭又稱(chēng)為超聲波傳感器、超聲波換能器。當(dāng)工件內(nèi)無(wú)缺陷時(shí)，接收能量大，儀表指示值大；有缺陷時(shí)件內(nèi)無(wú)缺陷時(shí)，接收能量大，儀表指示值大；有缺陷時(shí)部分能量被反射，接收能量小，儀表指示值小。根據(jù)這部分能量被反射，接收能量小，儀表指示值小。根據(jù)這個(gè)變化可把工件內(nèi)部缺陷檢測(cè)出來(lái)。個(gè)變化可把工件內(nèi)部缺陷檢測(cè)出來(lái)。8. 其他信號(hào)檢測(cè)傳感器其他信號(hào)檢測(cè)傳感器 （2超聲波傳感器

25、超聲波傳感器Ultrasonic sensors）機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理最常用的視覺(jué)傳感器是三維攝像機(jī)，它對(duì)景物進(jìn)行掃描，最常用的視覺(jué)傳感器是三維攝像機(jī)，它對(duì)景物進(jìn)行掃描，把一幅幅圖像信號(hào)變成電壓信號(hào)，再由計(jì)算機(jī)對(duì)這些檢測(cè)把一幅幅圖像信號(hào)變成電壓信號(hào)，再由計(jì)算機(jī)對(duì)這些檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，進(jìn)行圖像識(shí)別，提取有用信息。信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，進(jìn)行圖像識(shí)別，提取有用信息。8. 其他信號(hào)檢測(cè)傳感器其他信號(hào)檢測(cè)傳感器 （3視覺(jué)傳感器視覺(jué)傳感器Vision sensor）機(jī)電一體化概論An Intr

26、oduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理感知和辨別在氣體、液體或固體中傳遞的聲感知和辨別在氣體、液體或固體中傳遞的聲波所使用的傳感器，稱(chēng)之為聽(tīng)覺(jué)傳感器。最波所使用的傳感器，稱(chēng)之為聽(tīng)覺(jué)傳感器。最常見(jiàn)的聲波傳感器即話(huà)筒。常見(jiàn)的聲波傳感器即話(huà)筒。8. 其他信號(hào)檢測(cè)傳感器其他信號(hào)檢測(cè)傳感器 （4聽(tīng)覺(jué)傳感器聽(tīng)覺(jué)傳感器Auditory sensor）機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理電磁振動(dòng)式滑覺(jué)傳感器，測(cè)量端用一個(gè)直徑為電磁振動(dòng)式滑覺(jué)傳感器

27、，測(cè)量端用一個(gè)直徑為0.5cm鋼球接鋼球接觸被抓物體表面。若被抓物產(chǎn)生滑動(dòng)，會(huì)引起測(cè)量端部產(chǎn)生觸被抓物體表面。若被抓物產(chǎn)生滑動(dòng)，會(huì)引起測(cè)量端部產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)通過(guò)連桿傳向振動(dòng)子，振動(dòng)子振動(dòng)產(chǎn)生磁通變化振動(dòng)，振動(dòng)通過(guò)連桿傳向振動(dòng)子，振動(dòng)子振動(dòng)產(chǎn)生磁通變化，因而在線(xiàn)圈中感應(yīng)出交流輸出信號(hào)。它有不受滑動(dòng)方向限，因而在線(xiàn)圈中感應(yīng)出交流輸出信號(hào)。它有不受滑動(dòng)方向限制的特點(diǎn)，對(duì)有限區(qū)域的滑覺(jué)檢測(cè)是很有效的，但由于是點(diǎn)制的特點(diǎn)，對(duì)有限區(qū)域的滑覺(jué)檢測(cè)是很有效的，但由于是點(diǎn)接觸，鋼球必須對(duì)準(zhǔn)被測(cè)握力面。接觸，鋼球必須對(duì)準(zhǔn)被測(cè)握力面。8. 其他信號(hào)檢測(cè)傳感器其他信號(hào)檢測(cè)傳感器（5滑覺(jué)傳感器滑覺(jué)傳感器Slip tac

28、tile sensor）機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.3 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理的幾個(gè)階段：信息采集、信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)采集與處理的幾個(gè)階段：信息采集、信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大、傳輸接口等。換、放大、傳輸接口等。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.3 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集：利用傳感器從系統(tǒng)外部的被測(cè)單元中獲取一定的信息如物理量、化學(xué)量等，轉(zhuǎn)換為有效電信號(hào)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部。數(shù)據(jù)處理：采集的數(shù)據(jù)不一定滿(mǎn)足需要，因此要進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大、運(yùn)算、傳輸?shù)裙ぷ?。直流電橋常用?lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

29、，R1、R2、R3、R4是電橋的橋臂電阻，RL是被測(cè)電阻，Ui是電源。當(dāng)RL趨于無(wú)窮大時(shí)，電橋的輸出電壓Uo為：1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集Data acquisition）)(424313RRRRRRUUiO機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.3 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理電橋平衡時(shí)，電橋平衡時(shí)，Uo=0，可以得到電橋平衡的條件，即：，可以得到電橋平衡的條件，即：1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集Data acquisition）當(dāng)電橋不平衡時(shí)，電橋輸出電壓為：當(dāng)電橋不平衡時(shí)，電橋輸出電壓為：當(dāng)當(dāng)R1= R2 =R3= R4= R0，且，且 時(shí)，電橋的理想輸出為時(shí)，

30、電橋的理想輸出為3241RRRR)(43321111RRRRRRRRUUiO10RRiOURRU014機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.3 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理運(yùn)算放大器Operational amplifier簡(jiǎn)稱(chēng)“運(yùn)放”，是可以對(duì)電信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，具有很高放大倍數(shù)的電路單元。輸入和輸出電壓的關(guān)系為：2信號(hào)放大信號(hào)放大Signal amplifier）iOuRRu12機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.3 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理模模-數(shù)轉(zhuǎn)換，即數(shù)轉(zhuǎn)換，即A/D轉(zhuǎn)換，由轉(zhuǎn)換，由A/

31、D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。數(shù)數(shù)-模轉(zhuǎn)換，即模轉(zhuǎn)換，即D/A轉(zhuǎn)換，由轉(zhuǎn)換，由D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。信號(hào)轉(zhuǎn)換的一般步驟為：采樣、堅(jiān)持、量化、編碼。信號(hào)轉(zhuǎn)換的一般步驟為：采樣、堅(jiān)持、量化、編碼。3信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換Signal conversion）機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.3 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理3信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換Signal conversion）采樣采樣Sampling是是將時(shí)間域或空間域的連將時(shí)間域或空間域的連續(xù)量轉(zhuǎn)化成離散量的過(guò)續(xù)量轉(zhuǎn)化成離散量的過(guò)程，根據(jù)采樣定理確定程，根據(jù)采樣定理確定采樣頻率。采樣頻率。量化量化Q

32、uantization是將采樣電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)是將采樣電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量最小數(shù)量單位字量最小數(shù)量單位的的整數(shù)倍的過(guò)程。整數(shù)倍的過(guò)程。編碼編碼Encoding是是將量化結(jié)果用代碼表示將量化結(jié)果用代碼表示出來(lái)。量化誤差是由于出來(lái)。量化誤差是由于模擬量不一定能被模擬量不一定能被整整除所忽略的部分。除所忽略的部分。模擬模擬電壓電壓二進(jìn)制二進(jìn)制編碼編碼代表的模擬代表的模擬電壓電平電壓電平模擬信號(hào)模擬信號(hào)采樣信號(hào)采樣信號(hào)機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.3 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理4. 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸Data transmission）檢測(cè)單元數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

33、任務(wù)是將被測(cè)模擬量，如位移、壓力、檢測(cè)單元數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)是將被測(cè)模擬量，如位移、壓力、流量、溫度等非電量，經(jīng)過(guò)傳感器、放大器、流量、溫度等非電量，經(jīng)過(guò)傳感器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換器后輸入給微機(jī)，主要應(yīng)用接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)。輸入給微機(jī)，主要應(yīng)用接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.4 虛擬儀器虛擬儀器虛擬儀器就是在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)用戶(hù)需求自行定義、設(shè)計(jì)儀虛擬儀器就是在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)用戶(hù)需求自行定義、設(shè)計(jì)儀器的測(cè)試功能，讓使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是在操作一臺(tái)他器的測(cè)試功能，讓使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是在操作一臺(tái)

34、他自己設(shè)計(jì)的測(cè)試儀器一樣。簡(jiǎn)言之，自己設(shè)計(jì)的測(cè)試儀器一樣。簡(jiǎn)言之，“軟件就是儀器軟件就是儀器”。不論是何種測(cè)試儀器，其組成都可以概括為信號(hào)采集與控制單元、信不論是何種測(cè)試儀器，其組成都可以概括為信號(hào)采集與控制單元、信號(hào)分析與處理單元、結(jié)果表達(dá)輸出單元三部分。號(hào)分析與處理單元、結(jié)果表達(dá)輸出單元三部分。虛擬儀器主要完成三種功能：虛擬儀器主要完成三種功能：機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.4 虛擬儀器虛擬儀器硬件平臺(tái)可以是各類(lèi)計(jì)算機(jī)，如硬件平臺(tái)可以是各類(lèi)計(jì)算機(jī)，如PC、便攜式計(jì)算機(jī)、工作站、便攜式計(jì)算機(jī)、工作站、嵌入式計(jì)算機(jī)等。嵌入式計(jì)算機(jī)等。測(cè)控

35、功能硬件主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模測(cè)控功能硬件主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換等功能。等功能。不同的總線(xiàn)對(duì)應(yīng)不同的不同的總線(xiàn)對(duì)應(yīng)不同的I/O接口硬件設(shè)備，如接口硬件設(shè)備，如PC總線(xiàn)的數(shù)據(jù)采集總線(xiàn)的數(shù)據(jù)采集卡、卡、GPIBGeneral Purpose Interface Bus總線(xiàn)儀器、總線(xiàn)儀器、VXIVMEbus Extensions for Instrumentation, VME總線(xiàn)對(duì)儀器的擴(kuò)總線(xiàn)對(duì)儀器的擴(kuò)展總線(xiàn)儀器模塊、串口總線(xiàn)儀器等。展總線(xiàn)儀器模塊、串口總線(xiàn)儀器等。1. 虛擬儀器組成虛擬儀器組成（1虛擬儀器的硬件虛擬儀器的硬件機(jī)電一體化概論An Intro

36、duction to Mechatronics 2.3.4 虛擬儀器虛擬儀器1. 虛擬儀器組成虛擬儀器組成（1虛擬儀器的硬件虛擬儀器的硬件PC-DAQ型虛擬儀器的硬件平臺(tái)型虛擬儀器的硬件平臺(tái)機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.4 虛擬儀器虛擬儀器1. 虛擬儀器組成虛擬儀器組成（2虛擬儀器的應(yīng)用軟件虛擬儀器的應(yīng)用軟件應(yīng)用程序應(yīng)用程序 I/O接口驅(qū)動(dòng)程序。接口驅(qū)動(dòng)程序。軟件三大任務(wù)：軟件三大任務(wù)：集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，儀器硬件的高級(jí)接口，儀器硬件的高級(jí)接口，儀器用戶(hù)的接口。儀器用戶(hù)的接口。機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.4 虛擬儀器虛擬儀器 2. LabVIEW虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介虛擬儀器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介（1前面板前面板前面板是前面板是VI的交互的交互式用戶(hù)界面，外觀式用戶(hù)界面，外觀和功能都類(lèi)似于傳和功能都類(lèi)似于傳統(tǒng)儀器面板，用戶(hù)統(tǒng)儀器面板，用戶(hù)的輸入數(shù)據(jù)通過(guò)前的輸入數(shù)據(jù)通過(guò)