動態(tài)測控技術

1、兵器動態(tài)測控技術兵器動態(tài)測控技術李李 強強中北大學機電工程學院中北大學機電工程學院兵器特點：兵器特點： 1. 1. 高溫；高溫； 2. 2. 高壓高壓 3. 3. 高速；高速； 4. 4. 瞬態(tài)瞬態(tài) 1. 1. 工作條件差：傳感器環(huán)境，靶場環(huán)境工作條件差：傳感器環(huán)境，靶場環(huán)境 2. 2. 動態(tài)：獨立變化，隨時間變化率大。動態(tài)：獨立變化，隨時間變化率大。 3. 3. 時間短：測試時間短，準備時間長。時間短：測試時間短，準備時間長。 4. 4. 同步性：測試參數多，現場設備多。同步性：測試參數多，現場設備多。測試特點：測試特點： 第一章第一章 概述概述典型火炮系統(tǒng)的測試典型火炮系統(tǒng)的測試 1. 1

2、. 力學參數：應力、應變、壓力、位移、速度、加力學參數：應力、應變、壓力、位移、速度、加速度、角速度等。速度、角速度等。 2. 2. 幾何參數：質量、質心、轉動慣量等。幾何參數：質量、質心、轉動慣量等。 3. 3. 姿態(tài)參數：角度，位置等。姿態(tài)參數：角度，位置等。 4. 4. 環(huán)境參數：溫度，沖擊波等。環(huán)境參數：溫度，沖擊波等。具備的知識和能力具備的知識和能力重點：物理量的測量原理重點：物理量的測量原理和和測量信號分析處理測量信號分析處理 為提高測量精度和自動化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起構成為提高測量精度和自動化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起構成自動化裝置，通常先將被測物理量轉換為電量，再對電信號

3、進行自動化裝置，通常先將被測物理量轉換為電量，再對電信號進行處理和輸出。處理和輸出。航天航天農業(yè)農業(yè)武器武器醫(yī)學醫(yī)學 在工程領域，科學實驗、產品開發(fā)、生產監(jiān)督、質量控制在工程領域，科學實驗、產品開發(fā)、生產監(jiān)督、質量控制,應應用涉及到航天、武器、機械等每一個工程領域。用涉及到航天、武器、機械等每一個工程領域。工程應用工程應用 超聲波測距傳感器、判斷建筑物內人和物所在位置；紅超聲波測距傳感器、判斷建筑物內人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運動軌跡和外線色彩傳感器運動軌跡和AGVAGV小車位置識別；條形碼傳感器，小車位置識別；條形碼傳感器，貨品識別貨品識別。石化企業(yè)輸石化企業(yè)輸油管道、儲油管道、儲油罐

4、等壓力油罐等壓力容器的破損容器的破損和泄露檢測。和泄露檢測。生產加工過程監(jiān)測生產加工過程監(jiān)測 樓宇控制與安全防護樓宇控制與安全防護圖示為某公司樓宇自動化系圖示為某公司樓宇自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控制、空調安全監(jiān)測、照明控制、空調控制、停車管理、水控制、停車管理、水/廢水管廢水管理和電梯監(jiān)控。理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測器家庭與辦公自動化家庭與辦公自動化全自動洗衣機中的傳感器：全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質傳衣物重量傳感器，衣質傳感器，水溫傳感器，水質感器，水溫傳感器，水質傳感器，透光率光傳感器傳感器，透光率光傳感

5、器(洗凈度洗凈度) 液位傳感器，電液位傳感器，電阻傳感器阻傳感器(衣物烘干檢測衣物烘干檢測)。指紋傳感器指紋傳感器透光率傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器溫度傳感器鼠標鼠標:光電位移傳感器光電位移傳感器攝象頭攝象頭:CCD傳感器傳感器聲位筆聲位筆:超聲波傳感器超聲波傳感器麥克風麥克風:電容傳聲器電容傳聲器聲卡聲卡:A/D卡卡 + D/A卡卡軟驅軟驅:速度速度,位置伺服位置伺服PC機中技術應用機中技術應用技術發(fā)展趨勢技術發(fā)展趨勢1、傳感器方面、傳感器方面 a)利用新發(fā)現的材料和新發(fā)現的生物、物理、化學效利用新發(fā)現的材料和新發(fā)現的生物、物理、化學效應開發(fā)出的新型傳感器應開發(fā)出的新

6、型傳感器光纖流速傳感器光纖流速傳感器熒光材熒光材料制作料制作的電子的電子鼻傳感鼻傳感器器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器熱熱/光光電量電量b)傳感器傳感器+嵌入式計算機嵌入式計算機 智能傳感器智能傳感器 振動網絡傳感器振動網絡傳感器嵌入式計算機嵌入式計算機智能壓力網絡智能壓力網絡傳感器傳感器智能智能傾角傾角RS232RS232傳感器傳感器IC總線數字溫度總線數字溫度傳感器傳感器2、測量信號處理方面、測量信號處理方面 計算機虛擬儀器技術計算機虛擬儀器技術 用用PC機儀器板卡機儀器板卡 代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計算機軟件用計算機軟件 代替硬件分析電路代替硬件分析電路優(yōu)優(yōu)點點主要傳感器和測

7、試儀器生產廠商主要傳感器和測試儀器生產廠商2、振動、振動/噪聲傳感器噪聲傳感器 丹麥丹麥B&K（振動測量、聲學測量領域最富盛名振動測量、聲學測量領域最富盛名）http:/ 美國美國霍尼威爾霍尼威爾公司（有全球最大公司（有全球最大傳感器傳感器技術研究中心）技術研究中心） http:/ 美國國家儀器公司美國國家儀器公司(全球最大的計算機虛擬儀器生產商全球最大的計算機虛擬儀器生產商)http:/ 測試系統(tǒng)是執(zhí)行測試任務的傳感器、儀器和設備測試系統(tǒng)是執(zhí)行測試任務的傳感器、儀器和設備的總稱。的總稱。 簡單測試系統(tǒng)簡單測試系統(tǒng)(光電池光電池)V 一般說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記一般

8、說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。錄裝置三部分組成。 第二部分第二部分 測試系統(tǒng)測試系統(tǒng) 基本概念基本概念 信息轉換信息轉換信息提取信息提取 如果測量時，測試裝置的輸入、輸出信號不隨時間而變如果測量時，測試裝置的輸入、輸出信號不隨時間而變化，則稱為靜態(tài)測量。靜態(tài)測量時，測試裝置表現出的響化，則稱為靜態(tài)測量。靜態(tài)測量時，測試裝置表現出的響應特性稱為靜態(tài)響應特性。應特性稱為靜態(tài)響應特性。 當測試裝置的輸入當測試裝置的輸入x x有一增量有一增量x,x,引起輸出引起輸出y y發(fā)發(fā)生相應變化生相應變化y y時時, ,定義定義: S=: S=y/y/x xy yx xx xy

9、y(1)靈敏度靈敏度靜態(tài)響應特性靜態(tài)響應特性 標定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。標定曲線與擬合直線的偏離程度就是非線性度。 非線性度非線性度=B/A=B/A100%100%y yx xB B(2)非線性度非線性度 測試裝置在輸入量由小增大和由大減小的測試過測試裝置在輸入量由小增大和由大減小的測試過程中，對于同一個輸入量所得到的兩個數值不同的程中，對于同一個輸入量所得到的兩個數值不同的輸出量之間差值最大者為輸出量之間差值最大者為hmaxhmax，則定義回程誤差為，則定義回程誤差為: : (hmax/A)(hmax/A)100%100%y yx xhmaxhmaxA A(3)回程誤差回程誤

10、差(4) (4) 靜態(tài)響應特性的其他描述靜態(tài)響應特性的其他描述精度：精度：是與評價測試裝置產生的測量是與評價測試裝置產生的測量誤差大小有關的指標誤差大小有關的指標 靈敏閥：靈敏閥：又稱為死區(qū)，用來衡量測量又稱為死區(qū)，用來衡量測量起始點不靈敏的程度。起始點不靈敏的程度。 分辨力：分辨力：指能引起輸出量發(fā)生變化時輸入量的最指能引起輸出量發(fā)生變化時輸入量的最小變化量，表明測試裝置分辨輸入量微小變化的小變化量，表明測試裝置分辨輸入量微小變化的能力。能力。測量范圍：測量范圍：是指測試裝置能正常測是指測試裝置能正常測量最小輸入量和最大輸入量之間的量最小輸入量和最大輸入量之間的范圍。范圍。 可靠性：可靠性：

11、是與測試裝置無故障工作時間長短有關是與測試裝置無故障工作時間長短有關的一種描述。的一種描述。 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：是指在一定工作條件下，是指在一定工作條件下，當輸入量不變時，輸出量隨時間當輸入量不變時，輸出量隨時間變化的程度。變化的程度。 無論復雜度如何，把測量裝置作為一個系統(tǒng)無論復雜度如何，把測量裝置作為一個系統(tǒng)來看待。問題簡化為處理輸入量來看待。問題簡化為處理輸入量x(t)x(t)、系統(tǒng)傳輸、系統(tǒng)傳輸特性特性h(t)h(t)和輸出和輸出y(t)y(t)三者之間的關系。三者之間的關系。x(t)h(t)y(t)輸入量輸入量系統(tǒng)特性系統(tǒng)特性輸出輸出測試系統(tǒng)的動態(tài)響應特性測試系統(tǒng)的動態(tài)響應特性 y(t

12、)=X(t)*h(t)卷積分卷積分3)3)如果輸入和系統(tǒng)特性已知，則可以推斷和估計系統(tǒng)的輸如果輸入和系統(tǒng)特性已知，則可以推斷和估計系統(tǒng)的輸出量。出量。( (預測預測) ) 系統(tǒng)分析中的三類問題：系統(tǒng)分析中的三類問題：1)1)當輸入、輸出是可測量的當輸入、輸出是可測量的( (已知已知) )，可以通過它們推斷系，可以通過它們推斷系統(tǒng)的傳輸特性。統(tǒng)的傳輸特性。( (系統(tǒng)辨識系統(tǒng)辨識) )2)2)當系統(tǒng)特性已知，輸出可測量，可以通過它們推斷導致當系統(tǒng)特性已知，輸出可測量，可以通過它們推斷導致該輸出的輸入量。該輸出的輸入量。 ( (反求反求) )x(t)h(t)y(t)測試系統(tǒng)基本要求測試系統(tǒng)基本要求

13、理想的測試系統(tǒng)應該具有單值的、確定的輸入輸理想的測試系統(tǒng)應該具有單值的、確定的輸入輸出關系。對于每一輸入量都應該只有單一的輸出量與之出關系。對于每一輸入量都應該只有單一的輸出量與之對應。知道其中一個量就可以確定另一個量。其中以輸對應。知道其中一個量就可以確定另一個量。其中以輸出和輸入成出和輸入成線性關系線性關系最佳。最佳。 xy線性線性xy線性線性xy非線性非線性 系統(tǒng)輸入系統(tǒng)輸入x(t)x(t)和輸出和輸出y(t)y(t)間的關系可以用常間的關系可以用常系數線性微分方程來描述：系數線性微分方程來描述： 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)(時域描述時域描述)一般在工程中使用的測試裝置都是線性系統(tǒng)。一般在工程中使

14、用的測試裝置都是線性系統(tǒng)。0111)(.)()(atyatyatyannnn0111)(.)()(btxbtxbtxbmmmm線性系統(tǒng)性質：線性系統(tǒng)性質：a)a)疊加性疊加性 系統(tǒng)對各輸入之和的輸出等于各單個輸入的系統(tǒng)對各輸入之和的輸出等于各單個輸入的輸出之和，即輸出之和，即 若若 x1(t) y1(t)，x2(t) y2(t) 則則 x1(t)x2(t) y1(t)y2(t) b)b)比例性比例性 常數倍輸入所得的輸出等于原輸入所得輸出的常數倍輸入所得的輸出等于原輸入所得輸出的常數倍，即常數倍，即: : 若若 x(t) y(t) x(t) y(t) 則則 kx(t) ky(t) kx(t)

15、ky(t) c)c)微分性微分性 系統(tǒng)對原輸入信號的微分等于原輸出信號的微系統(tǒng)對原輸入信號的微分等于原輸出信號的微分，即分，即 若若 x(t) y(t) x(t) y(t) 則則 x(t) y(t) x(t) y(t) d)d)積分性積分性 當初始條件為零時，系統(tǒng)對原輸入信號的積當初始條件為零時，系統(tǒng)對原輸入信號的積分等于原輸出信號的積分，即分等于原輸出信號的積分，即 若若 x(t) y(t) x(t) y(t) 則則 x(t)dt y(t)dt x(t)dt y(t)dt e)e)頻率保持性頻率保持性 若系統(tǒng)的輸入為某一頻率的諧波信號，則系統(tǒng)若系統(tǒng)的輸入為某一頻率的諧波信號，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出

16、將為同一頻率的諧波信號，即的穩(wěn)態(tài)輸出將為同一頻率的諧波信號，即 若若 x(t)=Acos(t+x) x(t)=Acos(t+x) 則則 y(t)=Bcos(t+y)y(t)=Bcos(t+y) 線性系統(tǒng)的這些主要特性，特別是符合線性系統(tǒng)的這些主要特性，特別是符合疊加原理和頻率保持性，在測量工作中具有疊加原理和頻率保持性，在測量工作中具有重要作用。重要作用。 )(/ )()(sXsYsH拉氏變換拉氏變換( (數學定義數學定義) )：)(/ )()(jXjYjH富氏變換富氏變換(數字計算數字計算):22)(Im)(Re)()(jHjHjHA)(Im/)(Re)(jHjHarctg測試系統(tǒng)動態(tài)響應特

17、性傳遞函數測試系統(tǒng)動態(tài)響應特性傳遞函數測試系統(tǒng)的動態(tài)響應特性測試系統(tǒng)的動態(tài)響應特性 傳遞函數傳遞函數:直觀的反映了測試系統(tǒng)對不同頻率成分直觀的反映了測試系統(tǒng)對不同頻率成分輸入信號的扭曲情況。輸入信號的扭曲情況。A優(yōu)點：優(yōu)點：簡單，簡單，信號發(fā)生器，信號發(fā)生器，雙蹤示波器雙蹤示波器缺點：缺點：效率效率低低 從系統(tǒng)最低測量頻率從系統(tǒng)最低測量頻率fminfmin到最高測量頻率到最高測量頻率fmaxfmax，逐，逐步增加正弦激勵信號頻率步增加正弦激勵信號頻率f f，記錄下各頻率對應的幅，記錄下各頻率對應的幅值比和相位差，繪制就得到系統(tǒng)幅頻和相頻特性。值比和相位差，繪制就得到系統(tǒng)幅頻和相頻特性。 設測試

18、系統(tǒng)的輸出設測試系統(tǒng)的輸出y(t)y(t)與輸入與輸入x(t)x(t)滿足關系滿足關系 y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t-tx(t-t0 0) )系統(tǒng)不失真測量條件系統(tǒng)不失真測量條件 該系統(tǒng)的輸該系統(tǒng)的輸出波形與輸入信出波形與輸入信號的波形精確地號的波形精確地一致，只是幅值一致，只是幅值放大了放大了A A0 0倍，在倍，在時間上延遲了時間上延遲了t t0 0而已。這種情況而已。這種情況下，認為測試系下，認為測試系統(tǒng)具有不失真的統(tǒng)具有不失真的特性。特性。t tA Ax(t)x(t)y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t)x(t)y(t)=Ay(t)=A0 0 x(t- tx(t- t0 0

19、) )時域條件時域條件 y(t)=A0 x(t-t0) Y()=A0e-jt0X()系統(tǒng)不失真測量的條件系統(tǒng)不失真測量的條件 不失真測試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性不失真測試系統(tǒng)條件的幅頻特性和相頻特性應分別滿足應分別滿足 A()=AA()=A0 0= =常數常數 ()=-t()=-t0 0做傅立葉變換做傅立葉變換 頻域定義頻域定義第三部分第三部分 傳感器與測量原理介紹傳感器與測量原理介紹1. 1. 傳感器定義傳感器定義 傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉傳感器是借助檢測元件將一種形式的信息轉換成另一種信息的裝置。換成另一種信息的裝置。 物理量物理量電量電量 目前，傳感器轉換后的信號大多為

20、電信號。目前，傳感器轉換后的信號大多為電信號。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號轉換成電信號的裝置。號轉換成電信號的裝置。2. 2. 傳感器的構成傳感器的構成 傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件傳感器由敏感器件與輔助器件組成。敏感器件的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉換輸出。的作用是感受被測物理量，并對信號進行轉換輸出。輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、輔助器件則是對敏感器件輸出的電信號進行放大、阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。阻抗匹配，以便于后續(xù)儀表接入。 dV3. 3. 傳感器的分類傳感器的分類1)1)按被測物理量分類按

21、被測物理量分類常見的被測物理量常見的被測物理量機械量機械量: :長度長度, ,厚度厚度, ,位移位移, ,速度速度, ,加速度加速度, , 旋轉角旋轉角, ,轉數轉數, ,質量質量, ,重量重量, ,力力, , 壓力壓力, ,真空度真空度, ,力矩力矩, ,風速風速, ,流速流速, , 流量流量; ;聲聲: : 聲壓聲壓, ,噪聲噪聲. .磁磁: : 磁通磁通, ,磁場磁場. .溫度溫度: : 溫度溫度, ,熱量熱量, ,比熱比熱. .光：光： 亮度，色彩亮度，色彩機械式機械式, ,電氣式電氣式, ,光學式光學式, ,流體式等流體式等. .2)2)按工作的物理基礎分類按工作的物理基礎分類: :

22、能量轉換型和能量控制型能量轉換型和能量控制型. .3)3)按信號變換特征按信號變換特征: :能量轉換型能量轉換型: :直接由被測對象輸入能量使其工作直接由被測對象輸入能量使其工作. . 例如例如: :熱電偶溫度計熱電偶溫度計, ,壓電式加速度計壓電式加速度計. .能量控制型能量控制型: :從外部供給能量并由被測量控制外部從外部供給能量并由被測量控制外部 供給能量的變化供給能量的變化. .例如例如: :電阻應變片電阻應變片. .4)4)按敏感元件與被測對象之間的能量關系按敏感元件與被測對象之間的能量關系: :物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性質的變化來依靠敏感元件材料本身物理性質的變化

23、來實現信號變換實現信號變換. .如如: :水銀溫度計水銀溫度計. .結構型結構型: :依靠傳感器結構參數的變化實現信號轉變依靠傳感器結構參數的變化實現信號轉變. . 例如例如: :電容式和電感式傳感器電容式和電感式傳感器. .4.4.電阻式傳感器電阻式傳感器 電阻式傳感器電阻式傳感器是把被測量轉換為電阻變化的一是把被測量轉換為電阻變化的一種傳感器種傳感器, , 按工作的原理可分為按工作的原理可分為: :變阻器式、電阻應變式、變阻器式、電阻應變式、熱敏式、光敏式、電敏式熱敏式、光敏式、電敏式.1 1 變阻器式傳感器變阻器式傳感器變阻器式傳感器產品變阻器式傳感器產品5 5 電阻應變式傳感器電阻應變

24、式傳感器-應變片應變片 電阻應變片工作原理是基于金屬導體的應變效電阻應變片工作原理是基于金屬導體的應變效應，即金屬導體在外力作用下發(fā)生機械變形時，其應，即金屬導體在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值隨著所受機械變形電阻值隨著所受機械變形( (伸長或縮短伸長或縮短) )的變化而發(fā)的變化而發(fā)生變化象。生變化象。 應變計電阻式傳感器電阻式傳感器金屬應變計金屬應變計 應變片的主要參數應變片的主要參數 4 4）其它表示應變計性能的參數（工作溫度、滯后、）其它表示應變計性能的參數（工作溫度、滯后、 蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。蠕變、零漂以及疲勞壽命、橫向靈敏度等）。 1 1）幾何參數：表距）幾

25、何參數：表距L L和絲柵寬度和絲柵寬度b b，制造廠常用，制造廠常用 b bL L表示。表示。2 2）電阻值：應變計的原始電阻值。）電阻值：應變計的原始電阻值。 3 3）靈敏系數：表示應變計變換性能的重要參數。）靈敏系數：表示應變計變換性能的重要參數。 電阻式傳感器電阻式傳感器3) 3) 應變片測量電路應變片測量電路VER1R2R3R4ERRRRRRRRV)(32413142電阻應變片的選擇、粘貼技術電阻應變片的選擇、粘貼技術 1.1.目測電阻應變片有無折痕目測電阻應變片有無折痕. .斷絲等斷絲等 缺陷，有缺陷的應變片不能粘貼。缺陷，有缺陷的應變片不能粘貼。2.2.用數字萬用表測量應變片電阻值

26、大用數字萬用表測量應變片電阻值大 小。同一電橋中各應變片之間阻值小。同一電橋中各應變片之間阻值 相差不得大于相差不得大于0.50.5歐姆歐姆. .3.3.試件表面處理：貼片處置用細紗紙打磨干凈，用試件表面處理：貼片處置用細紗紙打磨干凈，用 酒精棉球反復擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。酒精棉球反復擦洗貼處，直到棉球無黑跡為止。4.4.應變片粘貼應變片粘貼: :在應變片基底上擠一小滴在應變片基底上擠一小滴502502膠水，膠水， 輕輕涂抹均勻，立即放在應變貼片位置。輕輕涂抹均勻，立即放在應變貼片位置。5.5.焊線焊線: :用電烙鐵將應變片的引線焊接到導引線上。用電烙鐵將應變片的引線焊接到導引線上。6

27、.6.用兆歐表檢查應變片與試件之間的絕緣組織，應用兆歐表檢查應變片與試件之間的絕緣組織，應 大于大于500M500M歐。歐。7.7.應變片保護：用應變片保護：用704704硅橡膠覆于應變片上，防止硅橡膠覆于應變片上，防止 受潮。受潮。3.2 電阻式傳感器電阻式傳感器7.7.電容式傳感器電容式傳感器 變換原理變換原理: :將被測量的變化轉化為電容量變化將被測量的變化轉化為電容量變化兩平行極板組成的電兩平行極板組成的電容器容器, ,它的電容量為它的電容量為: :AC0+ A 、A A或或發(fā)生變發(fā)生變化時，都會引起化時，都會引起電容的變化。電容的變化。駐極體電容傳聲器駐極體電容傳聲器 它采用聚四氟乙

28、烯材料作為振動膜片。這種材它采用聚四氟乙烯材料作為振動膜片。這種材料經特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取料經特殊電處理后，表面永久地駐有極化電荷，取代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。代了電容傳聲器極板，故名為駐極體電容傳聲器。特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。特點是體積小、性能優(yōu)越、使用方便。 8 8 電感式傳感器電感式傳感器 電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被測量轉化為電感量的一種裝置。測量轉化為電感量的一種裝置。分類分類: :電感式傳感器電感式傳感器自感型自感型可變磁阻型可變磁阻型渦流式渦流式互感型互感型電感式接近傳感器（金屬）

29、電感式接近傳感器（金屬）3.4 電感式傳感器電感式傳感器渦流式渦流式原理原理: :渦流效應渦流效應產品：產品：電感式傳感器電感式傳感器差動變壓器位移傳感器差動變壓器位移傳感器9 9 磁電式傳感器磁電式傳感器 1.1.變換原理變換原理: : 磁電式傳感器是把被測量的物理量轉換為感磁電式傳感器是把被測量的物理量轉換為感應電動勢的一種轉換器。應電動勢的一種轉換器。dtdWe感應線圈的感應電動勢感應線圈的感應電動勢e e為為磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有磁通變化率與磁場強度、磁阻、線圈運動速度有關，改變其中一個因素，都會改變感應電動勢。關，改變其中一個因素，都會改變感應電動勢。 cosSB

30、),(mdtdRB2 2 分類分類 磁磁電電式式動圈式動圈式磁阻式磁阻式線速度型線速度型角速度型角速度型N磁電式傳感器磁電式傳感器 動圈式傳感器動圈式傳感器 線速度型線速度型磁電式傳感器磁電式傳感器 角速度型角速度型測速電機測速電機磁電式傳感器磁電式傳感器 磁阻式傳感器磁阻式傳感器 磁電式車速傳感器磁電式車速傳感器磁電式傳感器磁電式傳感器 10 10 壓電式傳感器壓電式傳感器 1.1.變換原理變換原理: :壓電效應壓電效應 +串聯串聯+并聯并聯 某些物質，如石英，受到外力作用時，不僅幾某些物質，如石英，受到外力作用時，不僅幾何尺寸會發(fā)生變化，而且內部會被極化，表面產生何尺寸會發(fā)生變化，而且內部

31、會被極化，表面產生電荷；當外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這電荷；當外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現象稱為壓電效應。種現象稱為壓電效應。F+q=DF產品產品壓力變送器壓力變送器加速度計加速度計力傳感器力傳感器 壓電式傳感器壓電式傳感器 飛機模態(tài)分析飛機模態(tài)分析壓電式傳感器壓電式傳感器 11 11 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器 sinIBKVHH 金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生流過時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種物理現象稱為霍爾效應。電動勢，這種物理現象稱為霍爾效應。 1 1 霍爾元件霍爾

32、元件 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器葉片和齒輪位置傳感器葉片和齒輪位置傳感器應用應用 磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器案例：案例：汽車速度測量汽車速度測量:磁敏元件傳感器磁敏元件傳感器2. 2. 熱電溫度計熱電溫度計( (熱電偶熱電偶) ) 熱電效應熱電效應 將兩種不同材料的導體將兩種不同材料的導體A A和和B B串接成一個閉合串接成一個閉合回路，當兩個接點溫度不同時，在回路中就會產回路，當兩個接點溫度不同時，在回路中就會產生熱電勢，形成電流，此現象稱為熱電效應。生熱電勢，形成電流，此現象稱為熱電效應。12 12 熱敏傳感器熱敏傳感器熱敏傳感器熱敏傳感器12 12 光電傳感器光電傳感器 光電傳感器通

33、常是指能敏感到由紫外線到紅外光電傳感器通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉化成電信號的器件。線光的光能量，并能將光能轉化成電信號的器件。其工作原理是基于一些物質的光電效應。其工作原理是基于一些物質的光電效應。 內光電效應內光電效應 半導體材料受到光照時會產生電子半導體材料受到光照時會產生電子- -空穴對空穴對, ,使其導電性能增強使其導電性能增強, ,光線愈強，阻值愈低，這種光線愈強，阻值愈低，這種光照后電阻率發(fā)生變化的現象光照后電阻率發(fā)生變化的現象, ,稱為稱為內光電效應內光電效應 。光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管光敏電阻、光敏二極管和光敏三極管半導體敏感元件傳感器半導

34、體敏感元件傳感器 光電傳感器在工業(yè)上的應用可歸納為輻射光電傳感器在工業(yè)上的應用可歸納為輻射式式( (直射式直射式) )、吸收式、遮光式、反射式、四種、吸收式、遮光式、反射式、四種基本形式?；拘问?。 半導體敏感元件傳感器半導體敏感元件傳感器 半導體敏感元件傳感器半導體敏感元件傳感器 3.7 半導體敏感元件傳感器半導體敏感元件傳感器 半導體敏感元件傳感器半導體敏感元件傳感器 相機測距反射式光電傳感器相機測距反射式光電傳感器13 13 傳感器選用原則傳感器選用原則 選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應特性、線選擇傳感器主要考慮靈敏度、響應特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式等六個方面性范圍、穩(wěn)定性、

35、精確度、測量方式等六個方面的問題。的問題。 1 1、靈敏度、靈敏度 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但，一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但，在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題。在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題。 a)a)靈敏度過高引起的干擾問題；靈敏度過高引起的干擾問題； b)b)量程范圍。量程范圍。 c)c)交叉靈敏度問題。交叉靈敏度問題。 2 2 響應特性響應特性 傳感器的響應特性是指在所測頻率范圍內，傳感器的響應特性是指在所測頻率范圍內，保持不失真的測量條件。保持不失真的測量條件。 實際上傳感器的響應總不可避免地有一定實際上傳感器的響應總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時間越短越好

36、。延遲，但總希望延遲的時間越短越好。 3 3 線性范圍線性范圍 任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性范圍內輸出與輸入成比例關系，線性范圍愈性范圍內輸出與輸入成比例關系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內，是保證測量精度的基本條件。作在線性區(qū)域內，是保證測量精度的基本條件。 4 4 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定性是表示傳感器經過長期使用以后，穩(wěn)定性是表示傳感器經過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。定性的因素是時間與環(huán)境。5 5 精確度精確度 傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測量的對應程度。測量的對應程度。 6 6 測量方式測量方式 傳感器工作方式，也是選擇傳感器時應考傳感器工作方式，也是選擇傳感器時應考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測量、破慮的重要因