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第三章：传感检测技术 一、教学建议 通过文字教材掌握传感器的概念、组成以及传感器检测系统的组成，了解常用传感器类型、特性及选用原则；传感器的校准及安装方法；传感器的测量电路及计算机接口。 在录像教材第3讲结合实物、照片作为辅助教学手段，介绍了常用传感器及其工作原理、传感器检测系统。 流媒体课件第11讲至第14讲中着重讲解机电一体化系统中常用的传感器以及本章的学习思路方法等内容； 在自主学习中，建议针对典型传感器学习其工作原理、安装方法、传感检测电路及其计算机接口。可以在课程论坛上分享学习经验和寻找帮助。 二、教学要求 1．掌握传感检测的基本原理和方法 传感器组成框图如图1所示。 图1 传感器组成框图 （1）敏感元件：它能直接感受被测非电量，并按一定规律转换成与被测非电量有确定对应关系的其它物理量。 （2）转换器件（又称变换器、传感器件）：将敏感元件输出的非电物理量（如位移、应变、光强等）换成电路参量。 （3）信号调节（转换）电路：将转换器件输出的电信号进行放大、运算、处理等进一步转换，以获得便于显示、记录、处理和控制的有用电信号。 （4）辅助电源：作用是提供能源。有的传感器需要外部电源供电；有的传感器则不需要外部电源供电，如压电传感器。 例1：根据图示气体压力传感器的原理图，分析传感检测系统的组成及各部分的作用。 答：气体压力传感器的工作原理是膜盒2的下半部与壳体1固接,上半部通过连杆与磁心4相连,磁心4置于两个电感线圈3中,后者接入转换电路5。气体压力传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成： （1）敏感元件。膜盒2就是敏感元件,其外部与大气压pa相通,内部感受被测压力p,当p变化时,引起膜盒上半部移动,即输出相应的位移量。 （2）转换元件。可变电感3是转化元件,它把输入的位移量转换成电感的变化。 （3）基本转换电路。5即为转换电路。 2．了解机电一体化系统中的常用传感器 （1）位移测量包括位移、角位移测量。主要掌握旋转变压器、感应同步器、光电码盘、光栅和磁栅等。 （2）速度包括线速度、角速度、转速，与之相对应的就有线速度传感器、角速度传感器和转速传感器对应的就有线速度传感器、角速度传感器和转速传感器。主要掌握测速发电机、光电码盘等常用的速度传感器。 （3）力、压力和扭矩测量传感器，主要掌握电阻式传感器。 例2：光栅传感器的光栅是在一块长条形的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线数为100线/mm，设记数脉冲为400，光栅位移是（ ）mm。 A．1 B．2 C．3 D．4 说明：光栅传感器测量分辨率为1/100mm，光栅位移为100线/mm×400=4mm。故括号内应填入“D”。 3．了解传感器的标定校准方法和选用原则 （1）传感器的标定校准 传感器在使用前或使用一段时间后（中国计量法规定一般为一年）或经过修理后，必须对其主要技术指标再次进行标定或校准，以确保传感器的性能指标达到要求。 对传感器进行校准时，需要精度比它高的基准器，这种基准器受时间的推移和使用的磨损等因素的影响，参数会随之改变。 （2）传感器的选用 选择传感器除主要考虑其静态特性和动态特性。 传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化或变化非常缓慢时，所表现出来的输出响应特性。需要了解的主要参数有：线性范围、线性度、灵敏度、精确度、分辨力、迟滞、稳定性。 传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。需要了解的主要参数有：幅频特性和相频特性。 例3：已知一个绳位移控制系统采用减速器滚筒驱动方案分别如图所示，试画图说明测量位移的方法。 解： ①电机轴安装编码器间接测量绳的位移 ②滚筒轴安装编码器间接测量绳的位移； ③通过对过轮转角的测量实现间接测量绳的位移 4．熟悉传感器基本测量电路及其计算机接口。 对于传感器的检测电路，按传感器的输出信号要求，可将传感器的检测电路分为模拟型测量电路、数字型测量电路、开关型测量电路。 常用传感器与微型计算机的接口电路有阻抗变换电路、放大电路、电流电压转换电路、电桥电路等。 例4：检测环节能够对输出进行测量，并转换成比较环节所需要的量纲，一般包括传感器和（ ）。 A 控制电路 B 转换电路 C 放大电路 D 逆变电路 说明：随着现代测量技术的发展，凡是应用到传感器的地方,必然伴随相应的检测系统。 机电一体化产品中,传感器检测有关外界环境及自身状态及其变化,并将这些信号转换成电信号,然后再通过相应的变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路将有用的信号检测出来,实现上述功能的传感器及相应的信号