機電一體化概論2-3

1、機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 機電一體化概論機電一體化概論第第2章章 機電一體化的系統(tǒng)組成機電一體化的系統(tǒng)組成 2.3 檢測單元檢測單元機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3 檢測單元檢測單元2.3.1 檢測單元基礎(chǔ)檢測單元基礎(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電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.1 檢測單元基礎(chǔ)檢測單元基礎(chǔ)u 機電一體化系統(tǒng)能否有效發(fā)揮其自動化功

2、能，獲得準機電一體化系統(tǒng)能否有效發(fā)揮其自動化功能，獲得準確信息是首要前提，完成這一任務的環(huán)節(jié)就是檢測單元（確信息是首要前提，完成這一任務的環(huán)節(jié)就是檢測單元（Detecting unit）。）。u 傳感器與人體的感覺器官相對應，計算機與大腦相對傳感器與人體的感覺器官相對應，計算機與大腦相對應，執(zhí)行器與人體的運動器官相對應。這種從外界獲得信應，執(zhí)行器與人體的運動器官相對應。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。傳感器是檢測息，并從中提取有用信息的過程稱為檢測。傳感器是檢測過程中的核心元件。過程中的核心元件。生物系統(tǒng)生物系統(tǒng) 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng) 檢測的作用檢測的作用機電一體

3、化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.1 檢測單元基礎(chǔ)檢測單元基礎(chǔ)傳感器的基本用途傳感器的基本用途（1 1）生產(chǎn)過程中的信號測量與控制。）生產(chǎn)過程中的信號測量與控制。（2 2）安全報警與環(huán)境保護。）安全報警與環(huán)境保護。（3 3）自動化設備。）自動化設備。（4 4）交通運輸和資源探測。）交通運輸和資源探測。（5 5）醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器。）醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器。機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.1 檢測單元基礎(chǔ)檢測單元基礎(chǔ)2. 2. 傳感器的組成傳感器的組成將被測物理量按照一定規(guī)律變換為與之對應的另將被測物理

4、量按照一定規(guī)律變換為與之對應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，也叫變換器或探測器。其作用是將各種非電物理量轉(zhuǎn)換成其他量測器。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)換電路電路被測量被測量電量電量機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.1 檢測單元基礎(chǔ)檢測單元基礎(chǔ)3. 3. 傳感器的分類傳感器的分類機電一體化概論An I

5、ntroduction to Mechatronics 2.3.1 檢測單元基礎(chǔ)檢測單元基礎(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. 線位移檢測傳感器線位移檢測傳感器（1）電阻式線位移傳感器）電阻式線位移傳感器滑線位移式滑線

6、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，當待測物體往返運動，當待測物體往返運動時，將帶動拉桿、電刷運動，電刷在電阻絲上往返滑動，其輸出時，將帶動拉桿、電刷運動，電刷在電阻絲上往返滑動，其輸出端電壓為端電壓為Uo，且與位移量成正比。因此，當我們檢測到輸出電壓，且與位移量成正比。因此，當我們檢測到輸出電壓的變化量的變化量Uo，就可以獲知待測物體的位移量。，就可以獲知待測物體的位移量?；€式位移傳感器滑線式位移傳感器 實實 物物 繞線位移傳感器繞線位移傳感器機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.

7、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. 線位移檢測傳感器線位移檢測傳感器（1）電阻式線位移傳感器）電阻式線位移傳感器電阻應變計式線位移傳感器電阻應變計式線位移傳感器機電一體化概論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電感式線位移傳感器差動電感式線位移傳感器機電一體化概論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變壓器式線位移

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

9、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，均會引起電容量的變化。的變化，均會引起電容量的變化。u通過檢測電路將電容量的變化將會引起電路中的電壓或電流變通過檢測電路將電容量的變化將會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)換為電壓信號輸出，以此來確定位移量的大小和方向。方向。u 應用：無接觸檢測，在惡劣環(huán)境下工作?？蓱糜跈z測位移、應用：無接觸檢測，在惡劣環(huán)境下工作?？蓱糜跈z測位移、振動、角度

10、、速度、加速度、壓力等參數(shù)。振動、角度、速度、加速度、壓力等參數(shù)。dSC/機電一體化概論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： 若用計數(shù)器記錄下光柵上的移動通過的條紋數(shù)，即可測試主光柵移動的距離。/)2/sin(2/ddWWd/2ABCDEWd機電一體化概論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遜干涉儀邁

11、克爾遜干涉儀工作原理 激光傳感器示意圖激光傳感器測量輪轂 光幕式激光傳感器測量直徑機電一體化概論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，可從較遠激光具有較好的方向性、單色性和亮度，可從較遠距離對被測物體進行測量。由于光斑直徑小，所以可距離對被測物體進行測量。由于光斑直徑小，所以可實現(xiàn)對微小元件的測量。非接觸式的測量原理可保證實現(xiàn)對微小元件的測量。非接觸式的測量原理可保證無磨損、高精度的測量，測量過程不會受到干擾。除無磨損、高精度的測量

12、，測量過程不會受到干擾。除此之外，激光三角反射測量原理還極為適用于高精度此之外，激光三角反射測量原理還極為適用于高精度、高分辨率的快速測量。、高分辨率的快速測量。機電一體化概論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、動態(tài)范圍寬、輸這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、動態(tài)范圍寬、輸出信號大、抗干擾強和準確度較高等特點，已廣泛用出信號大、抗干擾強和準確度較高等特點，已廣泛用于檢測各種回轉(zhuǎn)角度和角位移量。適用轉(zhuǎn)速較低的角

13、于檢測各種回轉(zhuǎn)角度和角位移量。適用轉(zhuǎn)速較低的角位移測量。位移測量。工作原理工作原理 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 實實 物物機電一體化概論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勵磁繞組；勵磁繞組； 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電一體化概論

14、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矩，具有分

15、辨率高、壽命長、掃描速度快等優(yōu)點。其缺點是接觸電阻較大，命長、掃描速度快等優(yōu)點。其缺點是接觸電阻較大，輸出信號要經(jīng)過阻抗匹配交換器才能用。輸出信號要經(jīng)過阻抗匹配交換器才能用。機電一體化概論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)速檢測傳感器轉(zhuǎn)速檢測傳感器（1）電容式轉(zhuǎn)速傳感器）電容式轉(zhuǎn)速傳感器當電容極板與齒頂相對時，電容量最大；而電容極板當電容極板與齒頂相對時，電容量最大；而電容極板與齒隙相對時，電容量最小。與齒隙相對時，電容量最小。設齒輪齒數(shù)為設齒輪齒數(shù)為z，則由計數(shù)器得到的頻率數(shù)計算出測量，則由計數(shù)器得

16、到的頻率數(shù)計算出測量轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為zfn/60機電一體化概論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)速檢測傳感器轉(zhuǎn)速檢測傳感器（2）電感式轉(zhuǎn)速傳感器）電感式轉(zhuǎn)速傳感器設齒數(shù)為設齒數(shù)為z，由測速表測的頻率計算出測量轉(zhuǎn)速為：，由測速表測的頻率計算出測量轉(zhuǎn)速為：zfn/60 目前已生產(chǎn)的電感式轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速從目前已生產(chǎn)的電感式轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速從600r/min到到6000r/min。測量點間距達到。測量點間距達到210 mm，測量誤差，測量誤差小于小于0.01。原理圖原理圖 汽車后輪轉(zhuǎn)速測量汽車后輪轉(zhuǎn)速測量

17、實物實物 電感式轉(zhuǎn)速傳感器原理電感式轉(zhuǎn)速傳感器原理機電一體化概論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)速檢測傳感器轉(zhuǎn)速檢測傳感器 （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，記錄過程時間為，記錄過程時間為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加速度檢測傳感器加速度檢測傳感器 當傳感器承受振動體的加速度時，通過質(zhì)量

18、塊產(chǎn)生相當傳感器承受振動體的加速度時，通過質(zhì)量塊產(chǎn)生相對位移，也就是壓電片的變形量為對位移，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 機電一體化概論An Introduction

19、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加速度檢測傳感器加速度檢測傳感器 機電一體化概論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. 壓力檢測傳感器壓力檢測傳感器（1）電阻應變式壓力傳感器）電阻應變式壓力傳感器機電一體化概論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. 壓力檢測傳感器壓力檢測傳感器（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

20、 實物實物 機電一體化概論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：壓電效應：物質(zhì)在機械力作用下發(fā)生變形時，內(nèi)部產(chǎn)生物質(zhì)在機械力作用下發(fā)生變形時，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，電荷極化現(xiàn)象，而在其表面上產(chǎn)生電荷，去掉外力時，電荷量立即消失。量立即消失。根據(jù)這一現(xiàn)象，通過檢測的電荷并轉(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. 壓力檢測傳感器壓力檢測傳感器 （3）壓電式壓力傳感器）壓電式壓力傳感器原理圖原

21、理圖 測量切削力測量切削力 實物實物 機電一體化概論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：熱電效應：對于均質(zhì)導體，當兩端溫度不相等時，導體對于均質(zhì)導體，當兩端溫度不相等時，導體內(nèi)的自由電子將從高溫端向低溫端擴散，在其兩端形成內(nèi)的自由電子將從高溫端向低溫端擴散，在其兩端形成電勢，該電勢稱為溫差電勢。電勢，該電勢稱為溫差電勢。6. 溫度檢測傳感器溫度檢測傳感器 （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) 實物實物 機電一體化概論An Introduct

22、ion 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、溫度補償電路等功能集成在一塊極小芯路、溫度補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、輸出信號大等優(yōu)點，是其他小、穩(wěn)定性好、輸出信號大等優(yōu)點，是其他溫度傳感器無法比擬的。溫度傳感器無法比擬的。6. 溫度檢測傳感器溫度檢測傳感器（2）集成溫度傳感器）集成溫度傳感器機電一體化

23、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)換成電信號送給電控單元，該信號作為決定噴油量的基本成電信號送給電控單元，該信號作為決定噴油量的基本信號之一。葉片式空氣流量計由空氣流量計和電位計兩信號之一。葉片式空氣流量計由空氣流量計和電位計兩部分組成。部分組成。7. 流量傳感器（流量傳感器（Flow sensor）機電一體化概論An Introduction to Mechatronics 2.3.2 傳感器的結(jié)構(gòu)與基本原理傳

24、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，這是目前應用最多的傳感器?；驍?shù)字量的傳感器，這是目前應用最多的傳感器。光電編碼器可以進行角度測量、長度測量、速度測量、光電編碼器可以進行角度測量、長度測量、速度測量、位置測量等。位置測量等。8. 其他信號檢測傳感器其他信號檢測傳感器 （1）光電編碼器（）光電編碼器（Photoelectric encoder）機電一體化概論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為超聲波

25、傳感器、超聲波換能器。當工超聲波探頭又稱為超聲波傳感器、超聲波換能器。當工件內(nèi)無缺陷時，接收能量大，儀表指示值大；有缺陷時件內(nèi)無缺陷時，接收能量大，儀表指示值大；有缺陷時部分能量被反射，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)這個變化可把工件內(nèi)部缺陷檢測出來。個變化可把工件內(nèi)部缺陷檢測出來。8. 其他信號檢測傳感器其他信號檢測傳感器 （2）超聲波傳感器（）超聲波傳感器（Ultrasonic sensors）機電一體化概論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傳感器

26、是三維攝像機，它對景物進行掃描，最常用的視覺傳感器是三維攝像機，它對景物進行掃描，把一幅幅圖像信號變成電壓信號，再由計算機對這些檢測把一幅幅圖像信號變成電壓信號，再由計算機對這些檢測信號進行相應處理，進行圖像識別，提取有用信息。信號進行相應處理，進行圖像識別，提取有用信息。8. 其他信號檢測傳感器其他信號檢測傳感器 （3）視覺傳感器（）視覺傳感器（Vision sensor）機電一體化概論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所使用的傳

27、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. 其他信號檢測傳感器其他信號檢測傳感器 （4）聽覺傳感器（）聽覺傳感器（Auditory sensor）機電一體化概論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式滑覺傳感器，測量端用一個直徑為電磁振動式滑覺傳感器，測量端用一個直徑為0.5cm鋼球接鋼球接觸被抓物體表面。若被抓物產(chǎn)生滑動，會引起測量端部產(chǎn)生觸被抓物體表面。若被抓物產(chǎn)生滑動，會引起測量端部產(chǎn)生振動，振動通過連桿傳向振動子，振動子振動

28、產(chǎn)生磁通變化振動，振動通過連桿傳向振動子，振動子振動產(chǎn)生磁通變化，因而在線圈中感應出交流輸出信號。它有不受滑動方向限，因而在線圈中感應出交流輸出信號。它有不受滑動方向限制的特點，對有限區(qū)域的滑覺檢測是很有效的，但由于是點制的特點，對有限區(qū)域的滑覺檢測是很有效的，但由于是點接觸，鋼球必須對準被測握力面。接觸，鋼球必須對準被測握力面。8. 其他信號檢測傳感器其他信號檢測傳感器（5）滑覺傳感器（）滑覺傳感器（Slip tactile sensor）機電一體化概論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)采集與處理的幾個階段：信息采集、

29、信號轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)采集與處理的幾個階段：信息采集、信號轉(zhuǎn)換、放大、傳輸接口等。換、放大、傳輸接口等。機電一體化概論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)外部的被測單元中獲取一定的信息如物理量、化學量等，轉(zhuǎn)換為有效電信號并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部。數(shù)據(jù)處理：采集的數(shù)據(jù)不一定滿足需要，因此要進行轉(zhuǎn)換、放大、運算、傳輸?shù)裙ぷ鳌Ｖ绷麟姌虺Ｓ脕磉M行數(shù)據(jù)處理，R1、R2、R3、R4是電橋的橋臂電阻，RL是被測電阻，Ui是電源。當RL趨于無窮大時，電橋的輸出電壓Uo為：1數(shù)據(jù)采集（數(shù)據(jù)采集（Data acquisition）)(424

30、313RRRRRRUUiO機電一體化概論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，電橋平衡時，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）當電橋不平衡時，電橋輸出電壓為：當電橋不平衡時，電橋輸出電壓為：當當R1= R2 =R3= R4= R0，且，且 時，電橋的理想輸出為時，電橋的理想輸出為3241RRRR)(43321111RRRRRRRRUUiO10RRiOURRU014機電一體化概論An Introduction to Mechatro

31、nics 2.3.3 數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理運算放大器（Operational amplifier）簡稱“運放”，是可以對電信號進行運算，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信號放大（信號放大（Signal amplifier）iOuRRu12機電一體化概論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)換器實現(xiàn)。轉(zhuǎn)換器實現(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)換器實現(xiàn)。轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。信號轉(zhuǎn)換的一般步驟為：采樣、保持、量化、編碼。信號轉(zhuǎn)換的一

32、般步驟為：采樣、保持、量化、編碼。3信號轉(zhuǎn)換（信號轉(zhuǎn)換（Signal conversion）機電一體化概論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信號轉(zhuǎn)換（信號轉(zhuǎn)換（Signal conversion）采樣（采樣（Sampling）是是將時間域或空間域的連將時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（編碼（E

33、ncoding）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制二進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模擬信號采樣信號采樣信號機電一體化概論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）檢測單元數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿帐菍⒈粶y模擬量，如位移、壓力、檢測單元數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿帐菍⒈粶y模擬量，如位移、壓力、流量、溫度等非電量，經(jīng)過傳感器、放大器、流

34、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，主要應用接口技術(shù)實現(xiàn)。輸入給微機，主要應用接口技術(shù)實現(xiàn)。機電一體化概論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算機平臺上，根據(jù)用戶需求自行定義、設計儀虛擬儀器就是在通用計算機平臺上，根據(jù)用戶需求自行定義、設計儀器的測試功能，讓使用者在操作這臺計算機時，就像是在操作一臺他器的測試功能，讓使用者在操作這臺計算機時，就像是在操作一臺他自己設計的測試儀器一樣。簡言之，自己設計的測試儀器一樣。簡言之，“軟件就是儀器軟件就是儀器”。不論是何種測試儀器，其組成都可以

35、概括為信號采集與控制單元、信不論是何種測試儀器，其組成都可以概括為信號采集與控制單元、信號分析與處理單元、結(jié)果表達輸出單元三部分。號分析與處理單元、結(jié)果表達輸出單元三部分。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可以是各類計算機，如硬件平臺可以是各類計算機，如PC、便攜式計算機、工作站、便攜式計算機、工作站、嵌入式計算機等。嵌入式計算機等。測控功能硬件主要完成被測輸入信號的采集、放大、模測控功能硬件主要完成被測輸入信號的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換等功能。等功能。不同的

36、總線對應不同的不同的總線對應不同的I/O接口硬件設備，如接口硬件設備，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總線對儀器的擴總線對儀器的擴展）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（1）

37、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型虛擬儀器的硬件平臺機電一體化概論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）虛擬儀器的應用軟件）虛擬儀器的應用軟件應用程序應用程序 I/O接口驅(qū)動程序。接口驅(qū)動程序。軟件三大任務：軟件三大任務：集成開發(fā)環(huán)境，集成開發(fā)環(huán)境，儀器硬件的高級接口，儀器硬件的高級接口，儀器用戶的接口。儀器用戶的接口。機電一體化概論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，