机电一体化第六章检测系统设计.pptxVIP

第六章 检测系统的设计;6.1 概述 6.2 模拟式传感器信号的检测 6.3 数字式传感器信号的检测 6.4 检测信号的采集与预处理 6.5 传感器的非线性补偿 6.6 零位误差和增益误差补偿;6.1.1 检测系统的功能、分类与组成 检测系统是机电一体化产品的必备组成之一，要使机电一体化系统有效地发挥功能，必须首先获得各种各样的信息。检测系统的功能便是对系统运行中所需要的本身和外界环境的各个参数及状态进行检测，变成可识信号，传输到信息处理单元。像我们人类这样生物系统中，动作控制过程如图6-1所示。;a 生物系统; 由上述可看出，传感器与人体的感觉器官相对应，计算机与大脑相对应，执行器与人体的运动器官行对应。这种从外界获取信息，并从中提取有用信息的过程成为检测。按输出信息的性质可将检测装置分类如下： ; 尽管检测仪器和检测???统种类繁多，但都是用于各种物理化学等参量的检测。其组成单元按信号传递的流程来分，通常由各种传感器将物理等成分转为电信号，然后经信号调理、数据采集、信号处理后显示并输出，由以上设备以及系统所需要的交、直流电源和必须的输入设备组成一个完整检测系统，如图6-2所示。; ①传感器：直接作用于被测量，并能按一定规律将被测量转换成同种或 别种量值输出。这种输出通常是电信号。 ②信号处理：把来自传感器的信号转换成更合适传输和处理的形式。 ③数据采集：在检测系统中的作用是对信号处理后的连续模拟信号进行离散化并转换成与模拟信号电压幅相对应的信息，同时把这些转化数据传递给处理器或依次自动存储。 ④信号处理：信号模块是现代检测仪表、检测系统进行数据处理和各种控制的中枢环节，其作用和人的大脑相似。 ⑤信号显示：记录信号显示。 应当指出，并非所有的检测环节都具有图6-2中所有环节。 ;6.1.2机电一体化对检测系统的基本要求 为了获得准确的测量结果，机电一体化对监测系统在性能方面的基本要求是 ? 精度、灵敏度和分辨率高。 ? 线性、稳定性和重复性好。 ? 抗干扰能力强，静动态性能好。 ④ 体积小、质量轻、价格便宜，便于安装与维修，耐环境性能好等。 ;6.1.3 检测系统的设计 检测系统设计的主要任务是：根据使用要求合理选用传感器，并设计或选用相应的信号检测与处理电路以构成检测系统，对监测系统进行分析与调试，使之在机电一体化产品中实现预期的计测功能。 检测系统设计的主要方法是实验分析法，即理论分析和计算与实验测试相结合的方法。 检测系统设计的一般步骤如下图6-3所示。 ;设计步骤;①设计任务分析：对机电一体化产品整体功能、性能和应用场合的了解，以及产品对检测系统具体性能要求的分析。 ②系统方案的选择：系统方案的选择包括传感器及信号加工、处理方法的选择。 ③系统构成框图设计：当方案选定后，就要对系统构成框图进行设计，同时确定对各构成环节的要求。如变化特性、参数指标等。 ④环节设计与制造：环节设计与制造依据所选定的方案进行。 ;⑤总装调试及试验分析：各环节分别制造，调试完成后进行总 装，构成所 需要的检测系统，并进行总体调试。 ⑥系统运行及考察：检测系统最终要纳入到机电一体化产品中 与其他系统统一，协调地运行，因此其性能还要在整个产品 运行中进行考核，进行修复和完善。 以上仅是监测系统设计的一般方法步骤，实际设计过程是很复杂的，涉及到较深的传感器。 ; ;6.2.2 基本转换电路 被测物理量经传感器变换后，往往成为电阻、电容、电感等电参数的变化，或电荷、电压、电流等电量的变化。当传感器的输出信号是电参数形式时，需采用基本转换电路将其转换成电量形式，然后再送入后续检测电路。 （1）分压电路;式中:ω是交流电源角频率；M2是变压器互感。 ; 并联谐振式分压电路，其中L、C、r分别为传感器电感、电容和内阻。输出电压U0随L、C的变化规律; d）;（2）差动电路 差动电路主要用于差动式传感器信号的转换。该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路的有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。（如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的） 如图所示给出了四中常见用的差动电路： ; 图（a）利用传感器的一对差动阻抗Z1和Z2构成分压