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第10章 机器人的传感器 1、定义：传感器是将力、温度、位移、速度等量转换成电信号的元件。 2、分类 按能量变换的功能分： 按输出的信号分： 零漂： 传感器在零输入状态下，输出值的变化称为零漂，零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。 线性度： 传感器的线性度是指传感器实际输出—输入特性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度值之比。意味着具有线性输出的传感器在其量程范围内，任意相同的输人变化将会产生相同的输出变化，儿乎所有器件在本质上都具有一些非线性。 1.测试要求和条件。测量目的、被测物理量选择、测量范围、输入信号最大值和频带宽度、测量精度要求、测量所需时间要求等。 2.传感器特性。精度、稳定性、响应速度、输出量性质、对被测物体产生的负载效应、校正周期、输入端保护等。 3.使用条件。安装条件、工作场地的环境条件（温度、湿度、振动等）、测量时间、所需功率容量、与其它设备的连接、备件与维修服务等。 1.线性化处理与补偿 总是希望传感器及检测电路的输出和输入特性呈线性关系，使测量对象在整个刻度范围内灵敏度一致，以便于读数及对系统进行分析处理。 2.传感器的标定 传感器的标定，就是利用精度高一级的标准量具对传感器进行定度的过程，从而确定其输出量和输入量之间的对应关系，同时也确定不同使用条件下的误差关系。传感器使用前要进行标定，使用一段时间后还要定期进行校正，检查精度性能是否满足原设计指标。 3.抗干扰措施 传感器大多要在现场工作，而现场的条件往往是不可预料的，有时是极其恶劣的。各种外界因素要影响传感器的精度和性能，所以在检测系统中，抗干扰是非常重要的，尤其是在微弱输入信号的系统中。常采用的抗干扰措施有屏蔽、接地、隔离和滤波等。 （1）屏蔽 屏蔽就是用低电阻材料或磁性材料把元件、传输导线、电路及组合件包围起来，以隔离内外电磁或电场的相互干扰。屏蔽可分为三种，即电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁屏蔽。 （2）接地 电路或传感器中的地指的是一个等电位点，它是电路或传感器的基准电位点，与基准电位点相连接，就是接地。 （3）隔离 当电路信号在两端接地时，容易形成地环路电流，引起噪声干扰。这时，常采用隔离的方法，把电路的两端从电路上隔开。隔离的方法主要采用变压器隔离和光电耦合器隔离。 （4）滤波 虽然采取了上述的一些抗干扰措施，但仍会有一些噪声信号混杂在检测信号中，因此检测电路中还常设置滤波电路，对由外界干扰引入的噪声信号加以滤除。 5电容式接近传感器 电容式传感器能够对介电常数在1.2以上的物体做出反应。在这种情况下，被测物体作为电容器提高传感器探头的总电容量。这将触发内部振荡器启动输出单元，从而产生输出信号。传感器能够检测到一定范围内物体的有无。电容式传感器也能够检测非金属材料，木村、液体和化学物质。 10.10 接近传感器 6涡流接近传感器 当导体放置在变化的磁场中时，内部就会产生电动势，导体中就有电流流过。这种电流称做涡流:涡流传感器具有两个线圈，第一个线圈产生作为参考用的变化磁通，在有导电接近时，其中将会感应出涡流，感应出的涡流又会产生与第一个线圈反向的磁通、使总的磁通减少、总磁通的变化与导电材料的接近程度成止比，它由第二组线圈检测出来。涡流传感器不仅能检测是否有导电材料，而且能够对材料的空隙、裂缝、厚度等进行非破坏性检则。 10.10 接近传感器 测距仪用于测量较长的距离，它可以探测障碍物和物体表面的形状。测距仪一般是基于光(一可见光、红外光或激光)和超声波的。两种常用的测量方法是三角法和测量传输时间法。 三角法:用单束光线照射物体，会在物体上形成一个光斑，形成的光斑由摄像机或光敏三极管接收器接收。距离或深度可根据接收器、光源及物体上的光斑所形成的三角形计算出来。 10.11 测距仪 测量传输时间法:信号传输的距离包括从发射器到物体和被物体反射到接收器两部分。传感器与物体之问的距离是信号行进距离的一半，知道了传播速度，通过测量信号的往返时间即可计算出距离。 10.11 测距仪 1超声测距仪 超声波系统结构坚固、简单、廉价并且能耗低，可以很容易地用于摄像机调焦、运动探测报警、机器人导航和测距。它的缺点是分辨率和最大工作距离受到限制，分辨率的限制来自声波的波长、传输介质中温度和传播速度的不一致性。最大距离的限制则来自介质对超声波能量的吸收。日前超声波设备的频率范围在20 kHz到2MHz之间。 10.11 测距仪 2光测距仪 基于光(包括激光)的测距仪可用三种不同的方法来测量到物体的距离，即直接延迟时间测量法、间接幅值调制法和三角法。 直接延迟时间法测