传感器检测及其接口电路.ppt

第3章 传感器检测及其接口电路 3.1 概述 3.2 位移检测 3.3 速度、加速度检测 3.4 力、扭矩和流体压强检测 3.5 传感器前级信号处理 3.6 传感器接口技术 3.7 传感器非线性补偿处理 思考题 3.1 概述 3.1.1 检测系统的组成  (1) 把各种非电量信息转换为电信号,这就是传感器的功能,传感器又称为一次仪表。  (2) 对转换后的电信号进行测量,并进行放大、运算、转换、记录、指示、显示等处理,这叫作电信号处理系统,通常被称为二次仪表。 非电量检测系统的结构形式如图3-1所示。  3.1.2 传感器的概念及基本特性 1.传感器的构成 传感器一般由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成,如图3-2所示。  （1）敏感元件: 是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换装置,其输入、输出间具有确定的数学关系（最好为线性）。如弹性敏感元件将力转换为位移或应变输出。  （2）传感元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号（如电阻、电感、电容等）形式。 （3）基本转换电路：将电信号量转换成便于测量的电量,如电压、电流、频率等。 2 传感器的静态 特性 （1） 线性度。 传感器的静态特性是在静态标准条件下,利用一定等级的标准设备,对传感器进行往复循环测试,得到的输入/输出特性（列表或画曲线）。通常希望这个特性（曲线）为线性,这对标定和数据处理带来方便。但实际的输出与输入特性只能接近线性,与理论直线有偏差,如图3-3所示。 即得到k和b的表达式 线性度可用下式计算： 式中： ; γL——线性度(非线性误差)；  Δmax——最大非线性绝对误差；  yFS ——输出满度值。  （2） 灵敏度。传感器在静态标准条件下,输出变化对输入变化的比值称为灵敏度,用S0表示,即  对于线性传感器来说,它的灵敏度S0是个常数。 （3）迟滞。传感器在正(输入量增大)、反(输入量减小)行程中输出/输入特性曲线的不重合程度称为迟滞,迟滞误差一般以满量程输出yFS的百分数表示： 式中:  ΔHm——输出值在正、反行程间的最大差值。  迟滞特性一般由实验方法确定,如图3-3所示。 （4） 重复特性。 传感器在同一条件下,被测输入量按同一方向作全量程连续多次重复测量时,所得的输出/输入曲线不一致的程度,称为重复特性,如图3-5所示。重复特性误差用满量程输出的百分数表示,即 式中:  ΔRm——最大重复性误差。 重复特性也由实验方法确定,常用绝对误差表示,如图3-5所示。  3.1.3 信号传输与处理电路 传感器信号处理电路内容的选择所要考虑的问题主要包括： （1） 传感器输出信号形式,如是模拟信号还是数字信号,是电压还是电流。 （2） 传感器输出电路形式,是单端输出还是差动输出。 （3） 传感器电路的输出能力,是电压还是功率,输出阻抗的大小如何等。 （3） 传感器的特性,如线性度、信噪比、分辨率。 在光电鼠标内部有一个发光二极管，通过该发光二极管发出的光线，照亮光电鼠标底部表面（这就是为什么鼠标底部总会发光的原因）；然后将光电鼠标底部表面反射回的一部分光线，经过一组光学透镜（下图），传输到一个光感应器件（微成像器）内成像。这样，当光电鼠标移动时，其移动轨迹便会被记录为一组高速拍摄的连贯图像，最后利用光电鼠标内部的一块专用图像分析芯片（DSP，即数字微处理器）对移动轨迹上摄取的一系列图像进行分析处理，通过对这些图像上特征点位置的变化进行分析，来判断鼠标的移动方向和移动距离，从而完成光标的定位。 3.2 位移检测 3.2.1 模拟式位移传感器 2. 可变磁阻式电感传感器 典型的可变磁阻式电感传感器的结构如图3-6所示,它主要由线圈、铁心和活动衔铁组成。  当线圈通以激磁电流时,其自感L与磁路的总磁阻Rm有关,即 （3-5） 式中: W——线圈匝数；  Rm——总磁阻。 如果空气隙δ较小,而且不考虑磁路的损失,则总磁阻为  式中: ; L——铁心导磁长度（m）；  μ——铁心导磁率（H/m）；  A——铁心导磁截面积（m2）, A=a×b; δ——空气隙(m), δ=δ 0+Δδ; μ0——空气磁导率（H／m）,μ0=2π×10-7 ; A0——空气隙导磁截面积（m2）。 由于铁心的磁阻与空气隙的磁阻相比是很小的,因此计算时铁心的