機(jī)電一體化概論 2-3

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程稱為檢測(cè)。傳感器是檢測(cè)息，并從中提取有用信息的過程稱為檢測(cè)。傳感器是檢測(cè)過程中的核心元件。過程中的核心元件。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

3、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)1.1. 傳感器傳感器的基本的基本用途用途（1 1）生產(chǎn)過程中的信號(hào)測(cè)量與控制。）生產(chǎn)過程中的信號(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

4、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. 傳感器的分類傳感器的分類機(jī)電一體化概

5、論An Introduction 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）新型傳感器開發(fā)。）新型傳感器開發(fā)。（2）傳感器的集成化。）傳感器的集成化。（3）傳感器的多功能化。）傳感器的多功能化。（4）傳感器的智能化。）傳感器的智能化。（5）仿生傳感器（）仿生傳感器（Biomimetic 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. 線位移檢測(cè)傳感器線位移檢測(cè)傳感器（1）電阻式線位移傳感器）電阻式線位移傳感器滑線

6、位移式滑線位移式 繞線位移式繞線位移式滑線位移傳感器，電阻絲端電壓恒定為滑線位移傳感器，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。因此，當(dāng)我們檢測(cè)到輸出電壓，且與位移量成正比。因此，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?；€式位移傳感器滑線式位移傳感器 實(shí)實(shí) 物物 繞線位移傳感器繞線位移傳感器機(jī)電一體化概論An Introduction to Mechatroni

7、cs 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. 線位移檢測(cè)傳感器線位移檢測(cè)傳感器（1）電阻式線位移傳感器）電阻式線位移傳感器電阻應(yīng)變計(jì)式線位移傳感器電阻應(yīng)變計(jì)式線位移傳感器機(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）電感式線位移傳感器）電感式線位移傳感器差動(dòng)電感式線位移傳感器差動(dòng)電感式線位移傳感器機(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）電感式線位移傳感器）電感式線位移傳感器差動(dòng)變壓

8、器式線位移傳感器差動(dòng)變壓器式線位移傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為線圈的互感變化。初級(jí)線圈將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為線圈的互感變化。初級(jí)線圈L1由交流電源勵(lì)磁，交流由交流電源勵(lì)磁，交流電的頻率稱為勵(lì)磁頻率。兩個(gè)次級(jí)線圈電的頻率稱為勵(lì)磁頻率。兩個(gè)次級(jí)線圈L2和和L3接成差動(dòng)式，它們反向接成差動(dòng)式，它們反向串接，輸出電壓串接，輸出電壓U0是兩次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓差值，故稱差動(dòng)變壓器。是兩次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓差值，故稱差動(dòng)變壓器。當(dāng)磁芯處于整個(gè)線圈中心位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈的磁阻相等，當(dāng)磁芯當(dāng)磁芯處于整個(gè)線圈中心位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈的磁阻相等，當(dāng)磁芯移動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與位移成線性關(guān)系的感應(yīng)電壓移動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與位移成線性關(guān)系的感應(yīng)電壓

9、Uo。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）電容式線位移傳感器）電容式線位移傳感器u S、d的變化，均會(huì)引起電容量的變化。的變化，均會(huì)引起電容量的變化。u通過檢測(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通過檢測(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，以此來確定位移量的大小和化，這樣即可轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，以此來確定位移量的大小和方向。方向。u 應(yīng)用：無接觸檢測(cè)，在惡劣環(huán)境下工作?？蓱?yīng)用于檢測(cè)位移、應(yīng)用：無接觸檢測(cè)，在惡劣環(huán)境下工作。可應(yīng)用于檢測(cè)位移、

10、振動(dòng)、角度、速度、加速度、壓力等參數(shù)。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）光柵式線位移傳感器）光柵式線位移傳感器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）激光式線位移傳感器）激光式線位移傳感器主要裝置是邁克爾

11、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）激光式線位移傳感器）激光式線位移傳感器 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)量原理可保證無磨損、高精度的測(cè)量，測(cè)量過程不會(huì)受到干擾。除無磨損、高

12、精度的測(cè)量，測(cè)量過程不會(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)簡單、體積小、動(dòng)態(tài)范圍寬、輸這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、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)

13、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

14、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 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。沒有金屬絲電刷造成的摩擦力矩，具有分辨率高、壽沒有金屬絲電刷造成的摩擦力

15、矩，具有分辨率高、壽命長、掃描速度快等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是接觸電阻較大，命長、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)過阻抗匹配交換器才能用。輸出信號(hào)要經(jīng)過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)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

16、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)速從目前已生產(chǎn)的電感式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速從600r/min到到6000r/min。測(cè)量點(diǎn)間距達(dá)到。測(cè)量點(diǎn)間距達(dá)到210 mm，測(cè)量誤差，測(cè)量誤差小于小于0.01。原理圖原理圖 汽車后輪轉(zhuǎn)速測(cè)量汽車后輪

17、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)速傳感器若開孔數(shù)為若開孔數(shù)為20，記錄過程時(shí)間為，記錄過程時(shí)間為t，總脈沖數(shù)為，總脈沖數(shù)為N，則，則轉(zhuǎn)速為：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)

18、，通過質(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，在壓電片的，在壓電片的線性彈性范圍內(nèi)，有線性彈性范圍內(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 Introduc

19、tion 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 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

20、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)：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)這一現(xiàn)象，通過檢測(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

21、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)：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)，該電勢(shì)稱為溫差電勢(shì)。電勢(shì)，該電勢(shì)稱為溫差電勢(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 Intr

22、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，它具有線性度好、靈敏度高、體積偶相比，它具有線性度好、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法比擬的。溫度傳感器無法比擬的。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

23、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

24、基本原理傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理通過光電轉(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（）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

25、稱為超聲波傳感器、超聲波換能器。當(dāng)工超聲波探頭又稱為超聲波傳感器、超聲波換能器。當(dāng)工件內(nèi)無缺陷時(shí)，接收能量大，儀表指示值大；有缺陷時(shí)件內(nèi)無缺陷時(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。個(gè)變化可把工件內(nèi)部缺陷檢測(cè)出來。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（）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

26、視覺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）視覺傳感器（）視覺傳感器（Vision 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

27、所使用的傳感器，稱之為聽覺傳感器。最波所使用的傳感器，稱之為聽覺傳感器。最常見的聲波傳感器即話筒。常見的聲波傳感器即話筒。8. 其他信號(hào)檢測(cè)傳感器其他信號(hào)檢測(cè)傳感器 （4）聽覺傳感器（）聽覺傳感器（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)式滑覺傳感器，測(cè)量端用一個(gè)直徑為電磁振動(dòng)式滑覺傳感器，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)通過連桿傳向振動(dòng)子，

28、振動(dòng)子振動(dòng)產(chǎn)生磁通變化振動(dòng)，振動(dòng)通過連桿傳向振動(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）滑覺傳感器（）滑覺傳感器（Slip tactile 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：

29、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?。直流電橋常用來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，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）

30、)(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)，電橋的理想輸出為3241RRRR)(43321111RRRRRRRRUUiO10RRiOURRU014機(jī)電一體化概論An Introduction to Mec

31、hatronics 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）簡稱“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/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、保持、量化、編碼。信

32、號(hào)轉(zhuǎn)換的一般步驟為：采樣、保持、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)化成離散量的過續(xù)量轉(zhuǎn)化成離散量的過程，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（Quantization）是將采樣電壓轉(zhuǎn)化為是將采樣電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量最小數(shù)量單位數(shù)字量最小數(shù)量單位 的整數(shù)倍的過程。的整數(shù)倍的過程。編碼

33、（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。量化誤差是由于出來。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)娜蝿?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)過傳感器、

34、放大器、流量、溫度等非電量，經(jīng)過傳感器、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)他自己設(shè)計(jì)的測(cè)試儀器一樣。簡言之，自己設(shè)計(jì)的測(cè)試儀器一樣。簡言之，“軟件就是儀器軟件就是儀器”。不論是何種測(cè)試儀器，其

35、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)可以是各類計(jì)算機(jī)，如硬件平臺(tái)可以是各類計(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

36、能。不同的總線對(duì)應(yīng)不同的不同的總線對(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總線的數(shù)據(jù)采集總線的數(shù)據(jù)采集卡、卡、GPIB（General Purpose Interface Bus）總線儀器、）總線儀器、VXI（VMEbus Extensions for Instrumentation, VME總線對(duì)儀器的擴(kuò)總線對(duì)儀器的擴(kuò)展）總線儀器模塊、串口總線儀器等。展）總線儀器模塊、串口總線儀器等。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 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

37、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)：集成開發(fā)環(huán)境，集成開發(fā)環(huán)境，儀器硬件的高級(jí)接口，儀器硬件的高級(jí)接口，儀器用戶的接口。儀器用戶的接口。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)開發(fā)環(huán)境簡介虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介（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界面，外觀式用戶界面，外觀和功能都類似于傳和功能都類似于傳統(tǒng)儀器面板，用戶統(tǒng)儀器面板，