機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四章

1、第四章第四章 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng)概述檢測(cè)系統(tǒng)概述第二節(jié)第二節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路檢測(cè)系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路第三節(jié)第三節(jié) 模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè)數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè)第一節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng)概述一、檢測(cè)系統(tǒng)的功用及組成一、檢測(cè)系統(tǒng)的功用及組成 檢測(cè)系統(tǒng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)五大結(jié)構(gòu)要素之一，用于實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能。沒有檢測(cè)系統(tǒng)，機(jī)電一體化設(shè)備就無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度、高性能、自動(dòng)化。檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于機(jī)電系統(tǒng)，就像人的感官對(duì)于人一樣的重要。檢測(cè)系統(tǒng)的性能直接影響機(jī)電系統(tǒng)的性能。測(cè)不準(zhǔn)就控不準(zhǔn)。 檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成：

2、傳感器（感受并轉(zhuǎn)換各種物理量）；轉(zhuǎn)換電路（變換、放大、調(diào)制解調(diào)、濾波、運(yùn)算 等）；數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換；計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理（顯示、控制）。這就組成檢測(cè)系統(tǒng)二、機(jī)電一體化對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的要求二、機(jī)電一體化對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的要求對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的要求是：精度、靈敏度和分辨率高；精度、靈敏度和分辨率高；線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好；線性、穩(wěn)定性和重復(fù)性好；靜、動(dòng)態(tài)特性好；靜、動(dòng)態(tài)特性好；抗干擾能力強(qiáng)?？垢蓴_能力強(qiáng)。這些要求歸納出是三方面的要求：精度高、動(dòng)態(tài)特精度高、動(dòng)態(tài)特性好、精度保持性好。性好、精度保持性好。另外，體積小、質(zhì)量輕、成本低、便于使用維修等也是照例要求。三、檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容三、檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)

3、計(jì)內(nèi)容就是根據(jù)系統(tǒng)的組成，采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)各組成部分，并使各組成部分之間匹配，達(dá)到要求。具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、根據(jù)檢測(cè)要求和條件選擇合適的傳感器。2、根據(jù)傳感器和檢測(cè)要求選擇或設(shè)計(jì)檢測(cè)電路（包括基本轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)預(yù)處理電路等）3、根據(jù)精度和速度要求設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（包括計(jì)算機(jī)接口電路，數(shù)字信號(hào)預(yù)處理，線性、增益、零位補(bǔ)償?shù)?，顯示控制）檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容圖示檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容圖示選擇合適的傳感器選擇或設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)（接口和數(shù)據(jù)處理）四、檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟四、檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一般采用實(shí)驗(yàn)分析法：理論分析計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合。檢測(cè)系

4、統(tǒng)設(shè)計(jì)一般步驟：1、設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)要求分析（精度、方法、條件等）2、系統(tǒng)方案選擇（傳感器、電路、數(shù)據(jù)采集方法等）3、系統(tǒng)總體框圖（反映各環(huán)節(jié)的要求、方案和參數(shù)等）4、各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)5、總裝調(diào)試、實(shí)驗(yàn)分析6、系統(tǒng)運(yùn)行考核第四章第四章 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng)概述檢測(cè)系統(tǒng)概述第二節(jié)第二節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路檢測(cè)系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路第三節(jié)第三節(jié) 模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè)數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè) 第二節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電路用于對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、傳送、調(diào)理，是檢測(cè)系統(tǒng)中重要環(huán)

5、節(jié)，是影響檢測(cè)系統(tǒng)性能的主要環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)換電路包括變換、放大、調(diào)制解調(diào)、濾波、運(yùn)算 、整形等電路。 根據(jù)兩大類傳感器：模擬量傳感器、脈沖量傳感器有許多不同種類的轉(zhuǎn)換電路，但大多為模擬量轉(zhuǎn)換電路，因?yàn)槟M量傳感器的種類多、數(shù)量大。但是在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用光柵、光電編碼盤等脈沖量傳感器占主流。對(duì)此，也要有所了解。i1基爾霍夫電壓定理基爾霍夫電壓定理基爾霍夫電壓定理基爾霍夫電壓定理i1+i2i1i22 2、差動(dòng)電路、差動(dòng)電路a)a)b)b)c)c)0Vi=Ui/2Z0+iZ=0.5Ui0-iZ=-0.5Uid)d)3、非差動(dòng)橋式電路、非差動(dòng)橋式電路a)-0.5Ui0.5Uib)-0.5Ui相角相角幅值幅

6、值當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，c)相角相角幅值幅值當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，4、調(diào)頻電路、調(diào)頻電路電容傳感器電容傳感器5、脈沖調(diào)寬電路、脈沖調(diào)寬電路比較器比較器參考電壓參考電壓（二）信號(hào)放大電路（二）信號(hào)放大電路各種放大電路是檢測(cè)轉(zhuǎn)換電路中最頻繁采用的電路，放大電路的性能對(duì)檢測(cè)精度具有直接影響。對(duì)放大電路的要求：輸入阻抗高、抗噪聲干擾（高的共模抑制比、減小熱噪聲）等。1、高輸入阻抗放大器1 1、高輸入阻抗放大器、高輸入阻抗放大器( (續(xù)）續(xù)）2 2、高共模抑制比放大器（差動(dòng)放大器）、高共模抑制比放大器（差動(dòng)放大器）2 2、高共模抑制比放大器（差動(dòng)放大器）、高共模抑制比放大器（差動(dòng)放大器）UrUr2 2、高共模抑制比放大

7、器（差動(dòng)放大器）、高共模抑制比放大器（差動(dòng)放大器）UaUaUbUc差動(dòng)放大器（續(xù)）差動(dòng)放大器（續(xù)）儀表放大器儀表放大器電容傳感器電容傳感器4 4、線性化放大器、線性化放大器4 4、線性化放大器、線性化放大器( (續(xù)續(xù)) )5 5、可變?cè)鲆娣糯笃?、可變?cè)鲆娣糯笃? 6、電荷放大器、電荷放大器用于壓電式傳感器把電荷數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓。（三）信號(hào)調(diào)制與解調(diào)電路（三）信號(hào)調(diào)制與解調(diào)電路 調(diào)制解調(diào)電路在通訊中主要用于信號(hào)區(qū)分和傳送。而在檢測(cè)電路中主要用于信號(hào)變換，比如接入傳感器的交流電橋電路就是調(diào)幅電路對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行變換-電參量轉(zhuǎn)換成電壓量。調(diào)制信號(hào)最后還要進(jìn)行解調(diào)信號(hào)還原。調(diào)制有幅值調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)

8、制。-被測(cè)信號(hào)的變化規(guī)律調(diào)制（調(diào)節(jié)）載波的幅值。-被測(cè)信號(hào)的變化規(guī)律調(diào)制（調(diào)節(jié)）載波的頻率。-被測(cè)信號(hào)的變化規(guī)律調(diào)制（調(diào)節(jié)）載波的相位。已調(diào)制波形已調(diào)制波形1 1、調(diào)幅與解調(diào)電路、調(diào)幅與解調(diào)電路幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析幅度調(diào)制與解調(diào)過程（波形分析）乘法器乘法器放大器放大器x(t)z(t)x m(t)乘法器乘法器濾波器濾波器z(t)x(t)Vin（1 1）調(diào)幅電路（交流電橋）調(diào)幅電路（交流電橋） 交流電橋是 乘法器V0=x(t) Vin =xm(t)為調(diào)幅波信號(hào)， Vin為載波。VinVoR1R3R2R4（2 2）調(diào)幅解調(diào)電路（二極管包絡(luò)檢波）調(diào)幅解調(diào)電路（二極管包絡(luò)檢波）（2 2）調(diào)幅解調(diào)

9、電路（三極管包絡(luò)檢波）調(diào)幅解調(diào)電路（三極管包絡(luò)檢波）四個(gè)特性相同的二極管D1D4組成電橋形式。變壓器A輸入調(diào)幅波信號(hào)eo。變壓器B接有參考信號(hào)ex， ex與載波信號(hào)的相位和頻率均相同，用作極性識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)。 R1為負(fù)載電阻。當(dāng)調(diào)制信號(hào)與參考信號(hào)相位相同時(shí)，由下圖可以看出相敏檢波器中電流當(dāng)調(diào)制信號(hào)與參考信號(hào)相位相同時(shí)，由下圖可以看出相敏檢波器中電流i1流過負(fù)載流過負(fù)載R1的方向，即此時(shí)輸出電壓的方向，即此時(shí)輸出電壓eo1為正值。為正值。當(dāng)調(diào)制信號(hào)與參考信號(hào)相位相差當(dāng)調(diào)制信號(hào)與參考信號(hào)相位相差180度時(shí)（調(diào)幅波度時(shí)（調(diào)幅波eo相對(duì)于載波相對(duì)于載波ex的極性的極性正好相差正好相差180），電流），電流

10、i1流過負(fù)載流過負(fù)載R1的方向與之前相反，即此時(shí)輸出電的方向與之前相反，即此時(shí)輸出電壓壓eo1為負(fù)值。為負(fù)值。 載波；被調(diào)制信號(hào)調(diào)制后的信號(hào)相敏檢波后濾波后2 2、調(diào)頻與解調(diào)、調(diào)頻與解調(diào) 調(diào)頻是利用信號(hào)x(t)的幅值調(diào)制載波的頻率，或者說，調(diào)頻波是一種隨信號(hào)x(t)的電壓幅值而變化的疏密度不同的等幅波。 （1 1）調(diào)頻電路）調(diào)頻電路 若采用電容傳感器，若采用電容傳感器，C1為為傳感器電容；傳感器電容； 若采用電阻式傳感器，若采用電阻式傳感器，Rb為傳感器電阻為傳感器電阻（2 2）微分鑒頻電路）微分鑒頻電路微分后通過檢測(cè)幅值的變化，即可獲得調(diào)制信號(hào)微分后通過檢測(cè)幅值的變化，即可獲得調(diào)制信號(hào)幅值幅

11、值 CD與晶體管與晶體管VT發(fā)射結(jié)正向電阻構(gòu)成微分電路；發(fā)射結(jié)正向電阻構(gòu)成微分電路；VT與與RL構(gòu)成包絡(luò)檢波電路；二極管一方面提供偏壓，一方構(gòu)成包絡(luò)檢波電路；二極管一方面提供偏壓，一方面對(duì)面對(duì)CD放電。放電。3 3、調(diào)相與解調(diào)、調(diào)相與解調(diào)調(diào)相是由傳感器信號(hào)影響或控制某高頻載波的相位。（1）調(diào)相（2 2）鑒相（比相）鑒相（比相）鑒相的方法有：異或門鑒相、RS觸發(fā)器鑒相、脈沖采樣鑒相等，基本方法是將調(diào)相信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)比相。fcf(四四)濾波電路濾波電路濾波器具有對(duì)信號(hào)的選頻特性，作用：濾除信號(hào)中的噪聲與干擾信號(hào)、濾除調(diào)制信號(hào)中的載波等。濾波器按選擇的頻率范圍分有四種：低通濾波器、高通濾波器、帶通濾

12、波器、帶阻濾波器。濾波器的特性參數(shù)：截至頻率、截至頻率、帶寬、品質(zhì)因素帶寬、品質(zhì)因素倍頻程選擇性倍頻程選擇性1 1、無(wú)源濾波器、無(wú)源濾波器f01 1、無(wú)源濾波器、無(wú)源濾波器無(wú)源濾波器帶負(fù)載能力差，且易與前后相關(guān)電路耦合，實(shí)際濾波效果差，有源濾波器可克服。ur0V0V 二階系統(tǒng)具有更二階系統(tǒng)具有更好的倍頻程特性。好的倍頻程特性。其它電路自行推其它電路自行推導(dǎo)導(dǎo)運(yùn)算電路主要有：加、減、乘、除、微分、積分、指數(shù)、對(duì)數(shù)等電路，在檢測(cè)電路中信號(hào)運(yùn)算、變換、提取等環(huán)節(jié)中起作用。主要利用運(yùn)算放大器集成電路和外接元件構(gòu)成。UrUr乘除運(yùn)算電路乘除運(yùn)算電路場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管漏極漏極 D源極源極 S柵極柵極 G漏極

13、漏極 D源極源極 S柵極柵極 Gur數(shù)字或脈沖電路中的電路有：邏輯電路、時(shí)序電路（觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器）、運(yùn)算電路、電平轉(zhuǎn)換電路、振蕩電路（波形發(fā)生器）、整形電路、驅(qū)動(dòng)電路等過零比較器用于波形整形，如正弦波整成方波電路說明：電路說明：1、以上所列舉的電路僅是原理性闡述，有些是示意圖，如果完整的實(shí)際電路要經(jīng)參數(shù)調(diào)試。2、常用的轉(zhuǎn)換電路大多都有集成電路，有些集成電路把多種電路集成在一起，應(yīng)用時(shí)要根據(jù)參數(shù)選用集成電路，連接所需的外圍元件，經(jīng)調(diào)試確定參數(shù)。比如集成調(diào)幅、放大、解調(diào)、濾波功能的AD598芯片，就是直接用于LVDT傳感器的集成電路。第四章第四章 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章主要

14、學(xué)習(xí)內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng)概述檢測(cè)系統(tǒng)概述第二節(jié)第二節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路檢測(cè)系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路第三節(jié)第三節(jié) 模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè)數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè) 第三節(jié) 模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)相對(duì)于脈沖兩值量的數(shù)字量檢測(cè)系統(tǒng)具有兩個(gè)突出的特點(diǎn)： 1、信號(hào)微弱易受干擾、信號(hào)受環(huán)境影響產(chǎn)生漂移，因此必須采取相應(yīng)的措施。 2、經(jīng)數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集必按一定的參數(shù)工作。 所以在模擬量檢測(cè)系統(tǒng)中必須有抗干擾環(huán)節(jié)、正確選擇數(shù)據(jù)采集參數(shù)、設(shè)置針對(duì)信號(hào)漂移的補(bǔ)償措施等。 *信號(hào)預(yù)處理：作用是濾除信號(hào)中的不需要信號(hào)

15、（包括噪聲或其它不需要的信號(hào)），因此，由。這個(gè)環(huán)節(jié)也稱硬件濾波。*采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換構(gòu)成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)。*數(shù)字信號(hào)預(yù)處理：進(jìn)入計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)還需進(jìn)行濾波處理軟件濾波，進(jìn)一步濾除信號(hào)中的噪聲。*補(bǔ)償環(huán)節(jié)：計(jì)算機(jī)軟件對(duì)非線性、零位、增益進(jìn)行補(bǔ)償。 數(shù)據(jù)采集是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存入計(jì)算機(jī)這一過程的總稱。由采樣、保持、A/D轉(zhuǎn)換三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。 采樣過程就是把模擬信號(hào)離散化的過程。計(jì)算機(jī)對(duì)連續(xù)信號(hào)的進(jìn)行數(shù)字量轉(zhuǎn)換，只對(duì)連續(xù)信號(hào)的某些取值點(diǎn)進(jìn)行。采樣器采樣器模擬信號(hào)模擬信號(hào)脈沖信號(hào)脈沖信號(hào)1、采樣過程（續(xù)）、采樣過程（續(xù)）怎樣選取這些點(diǎn)呢？ 計(jì)算機(jī)一般采取等間隔取信號(hào)的方法，即每隔t采集一點(diǎn)，

16、1/t=fs稱為采樣頻率。（1）采樣頻率確定）采樣頻率確定采樣定理采樣定理 為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率fs必須至少為原信號(hào)中最高頻率成份fmax的2倍。這是采樣的基本法則，稱為Shannon(香儂）采樣定理。fs2fmax一般應(yīng)用常取fs （510）fmax如果被測(cè)信號(hào)的最高頻率為1000Hz，則采樣頻率至少為2000Hz。A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，為防止產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差，必須在采樣期間保持采樣值（即送A/D轉(zhuǎn)換的值）不變。實(shí)現(xiàn)該功能的電路稱采樣保持電路。電壓跟隨器電壓跟隨器電壓跟隨器電壓跟隨器場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管采樣保持電路原理采樣保持電路原理 UC高電平，高電平，S

17、閉合，采樣，閉合，采樣，uo=ui; UC低電平，低電平，S斷開，保持，斷開，保持，uo=uiUD，對(duì)開關(guān)保護(hù)。，對(duì)開關(guān)保護(hù)。2 2、A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換量化把采樣信號(hào)經(jīng)過舍入變?yōu)橹挥杏邢迋€(gè)有 效數(shù)字的數(shù)，這一過程稱為量化編碼將經(jīng)過量化的值變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字的過程。 （2 2）A/DA/D轉(zhuǎn)換芯片參數(shù)轉(zhuǎn)換芯片參數(shù)1) 分辨率 用輸出二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。2) 轉(zhuǎn)換速度 指完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間，如:1ms(1KHz)； 10us(100kHz)(3) 模擬信號(hào)的輸入范圍 如，5V， +/-5V，10V，+/-10V等。（3）

18、 A/DA/D轉(zhuǎn)換芯片參數(shù)選擇轉(zhuǎn)換芯片參數(shù)選擇分辨率選擇分辨率選擇-根據(jù)所要求檢測(cè)精度，比如檢測(cè)精度要求0.1%，則A/D轉(zhuǎn)換的分辨率1/2N 0.1%。轉(zhuǎn)換速度選擇轉(zhuǎn)換速度選擇-轉(zhuǎn)換速度要大于采樣速度f(wàn)s。模擬信號(hào)電壓輸入范圍模擬信號(hào)電壓輸入范圍-根據(jù)信號(hào)預(yù)處理輸出的電壓范圍選擇匹配的A/D轉(zhuǎn)換芯片，或根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換芯片的電壓輸入范圍，調(diào)理輸入的電壓范圍。芯片轉(zhuǎn)換精度芯片轉(zhuǎn)換精度-高于檢測(cè)精度3 3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式多路模擬信號(hào)采用一個(gè)采樣保持、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換。多路信號(hào)選擇用多路模擬開關(guān)（集成電路開關(guān)）四、數(shù)字信號(hào)預(yù)處理四、數(shù)字信號(hào)預(yù)處理 雖然在模擬信號(hào)進(jìn)入數(shù)據(jù)

19、采集之前已經(jīng)經(jīng)過濾波環(huán)節(jié)，但是由于干擾信號(hào)的種類很多，仍有一定噪聲信號(hào)被采集，因此，數(shù)字信號(hào)首先也要進(jìn)行預(yù)處理才被作為有效信號(hào)。 數(shù)字信號(hào)預(yù)處理即軟件濾波或程序?yàn)V波，不需要硬件，使用可靠、穩(wěn)定?？蓪?duì)低頻和高頻信號(hào)進(jìn)行濾波?？筛鶕?jù)不同信號(hào)形式選擇不同種類的濾波方式。靈活、功能強(qiáng)、柔性好。 數(shù)字濾波方式有多種適合不同的信號(hào)場(chǎng)合：原理：對(duì)信號(hào)的每點(diǎn)采樣轉(zhuǎn)換多次，多次的轉(zhuǎn)換值中進(jìn)行大小比較，把幾個(gè)數(shù)中處于中間值的數(shù)作為有效數(shù)。采樣次數(shù)一般為3、5、7等奇數(shù)次。適合：緩慢變化信號(hào)中存在偶然因素引起的脈沖干擾的場(chǎng)合。原理：對(duì)信號(hào)采樣轉(zhuǎn)換N次，求出N次轉(zhuǎn)換值的平均值作為有效數(shù)。采樣次數(shù)一般為8、16、32。

20、采樣次數(shù)越多濾波效果越好，但靈敏度越差。適合：對(duì)信號(hào)中具有周期干擾信號(hào)的場(chǎng)合。原理：求出N次轉(zhuǎn)換值的平均值作為有效數(shù)，但每采樣一次，作為新值，去掉最先采樣值，進(jìn)行平均值計(jì)算。適合：采用算術(shù)平均濾波系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性達(dá)不到要求的場(chǎng)合。原理：用軟件方法模擬硬件低通濾波器。轉(zhuǎn)換濾波器微分方程為差分方程，根據(jù)差分?jǐn)?shù)學(xué)模型編程實(shí)現(xiàn)。適合：緩慢變化的信號(hào)濾除干擾信號(hào)。 差差分分代代替替微微分分五、傳感器信號(hào)的非線性補(bǔ)償五、傳感器信號(hào)的非線性補(bǔ)償( (解決被測(cè)量定值問題）解決被測(cè)量定值問題） 被測(cè)量和傳感器或轉(zhuǎn)換電路的輸出關(guān)系是非線性，就會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。人們總是希望按輸入和輸出之間精確的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定被測(cè)量的取值

21、，因此采用的方法稱作非線性補(bǔ)償。非線性補(bǔ)償?shù)挠布娐酚休^大局限性，采用軟件的補(bǔ)償方法靈活、精度高，是目前采用的主流方法。軟件非線性補(bǔ)償有兩種方法：計(jì)算法和查表法計(jì)算法的原理是找到能夠和傳感器輸入輸出關(guān)系曲線最具相同規(guī)律的函數(shù)逼近方程或稱模擬曲線方程，這樣就可通過傳感器的輸出值計(jì)算出傳感器的輸入值（被測(cè)量）。常用的方法是代數(shù)插值法插值法：即用代數(shù)多項(xiàng)式逼近實(shí)際定度曲線，多項(xiàng)式的次數(shù)越高代數(shù)多項(xiàng)式的逼近性越好，但是方程越復(fù)雜。因此最常用的代數(shù)插值多項(xiàng)式為一次多項(xiàng)式，稱線性插值法。 查表法就是把定度曲線離散化把輸入輸出數(shù)據(jù)以表格形式存入計(jì)算機(jī)，檢測(cè)時(shí)只要根據(jù)輸入計(jì)算機(jī)的值查表就可得到被測(cè)量值。Xi、

22、Yi存入計(jì)算機(jī)查表六、零位誤差補(bǔ)償和增益誤差補(bǔ)償六、零位誤差補(bǔ)償和增益誤差補(bǔ)償零位補(bǔ)償和增益補(bǔ)償是解決在測(cè)量過程中信號(hào)發(fā)生的零位和增益漂移（即信號(hào)由于受到溫度、濕度、時(shí)間等影響產(chǎn)生的變動(dòng)）。實(shí)際是補(bǔ)償由于傳感器定度曲線、電路的輸入輸出關(guān)系、A/D轉(zhuǎn)換的零位、線性發(fā)生的變化。（1 1）零位誤差補(bǔ)償）零位誤差補(bǔ)償零位誤差補(bǔ)償方法采用軟件補(bǔ)償又稱數(shù)字調(diào)零。Ui=Yi-a0（2 2）增益誤差補(bǔ)償）增益誤差補(bǔ)償增益誤差補(bǔ)償又稱校準(zhǔn)，全系統(tǒng)全系統(tǒng)零位和增益誤差補(bǔ)償零位和增益誤差補(bǔ)償下圖為包括傳感器在內(nèi)的全檢測(cè)系統(tǒng)的零位和增益誤差補(bǔ)償原理第四章第四章 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)

23、容：第一節(jié)第一節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng)概述檢測(cè)系統(tǒng)概述第二節(jié)第二節(jié) 檢測(cè)系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路檢測(cè)系統(tǒng)中常用轉(zhuǎn)換電路第三節(jié)第三節(jié) 模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè)數(shù)字式傳感器信號(hào)的檢測(cè) 第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 模擬檢測(cè)系統(tǒng)的環(huán)節(jié)相對(duì)較復(fù)雜，為了便于計(jì)算機(jī)信號(hào)處理，數(shù)字量（脈沖量）傳感器應(yīng)用越來(lái)越多，特別是增量碼傳感器（或增量式），如光柵、光電編碼盤、磁柵、容柵等傳感器，用于檢測(cè)位置、位移。所謂增量碼信號(hào)是指信號(hào)變化的周期數(shù)與被測(cè)位移成正比的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)接口方便，可提高分辨率、提高檢測(cè)精度及抗干擾能力、信號(hào)易處理和遠(yuǎn)距離傳送。

24、 二、數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)二、數(shù)字信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)*整形電路把正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)。*細(xì)分電路提高脈沖分辨率。*辨向電路檢測(cè)位移的方向。*計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，是機(jī)電接口。增量式傳感器檢測(cè)系統(tǒng)一般采用對(duì)脈沖數(shù)計(jì)數(shù)，再把計(jì)數(shù)值傳給計(jì)算機(jī)處理。三、三、增量式傳感器增量式傳感器1、直線光柵原理2 2、光電編碼盤（圓光柵）、光電編碼盤（圓光柵）四、增量脈沖的細(xì)分與辨向四、增量脈沖的細(xì)分與辨向 增量式脈沖的一個(gè)周期對(duì)應(yīng)的位移稱為脈沖當(dāng)量，也是位移分辨率。為提高分辨率從而提高測(cè)量精度，須采取周期細(xì)分，使得在一個(gè)周期中出現(xiàn)N個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器1/N個(gè)周期就計(jì)一個(gè)數(shù)，N為細(xì)分?jǐn)?shù)。 辨向使計(jì)算機(jī)檢

25、測(cè)位移或角位移的方向，方向檢測(cè)在位置伺服系統(tǒng)中是不可缺少的。1、四細(xì)分方法與辨向 四細(xì)分的原理是利用相差90度相位A、B兩路信號(hào)先通過反相器產(chǎn)生/A、/B，利用該四路信號(hào)的跳沿依次相差90度特性，使該四路信號(hào)分別通過微分電路取出上跳沿，獲得四個(gè)脈沖，再用或門電路把四個(gè)脈沖組合成一路脈沖。 辨向原理利用正向和反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，A、B兩路脈沖的相位也發(fā)生改變的特性。 sincos-sin-cos（1）鎖相倍頻細(xì)分與辨向（2）脈沖填充細(xì)分與辨向（3）模擬信號(hào)軟件細(xì)分4 4、光柵檢測(cè)系統(tǒng)、光柵檢測(cè)系統(tǒng)4 4、光柵檢測(cè)系統(tǒng)、光柵檢測(cè)系統(tǒng)( (續(xù)）續(xù)）4、光柵檢測(cè)系統(tǒng)的、光柵檢測(cè)系統(tǒng)的/CPLD/FPGA實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法nPLD（programmable logic device)可編程邏輯器件;nCPLD(Complex Programmable Logic Device)復(fù)雜可編程邏輯器件;nFPGA（FieldProgrammable Gate Array），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列; n