机电一体化系统中的传感器79页PPT

机电一体化技术与系统第3章传感器检测技术(12)PPT课件

光电开关价廉物美、体积小、性能可靠，广泛用于自动控制系统、生产流水线、办公设备和家用电器中，如图3-5所示。
例如检测生产流水线上的工件有无、工件计数、工件位置等；测量旋转物体转速；复印机中检测复印纸有无；安全防盗报警；卫生设备自动冲洗发信开关等。
图3-4 光电开关工作原理及产品
图3-5 光电开关应用图
如图3-6所示。该现象是在1879年被E.H.Hall发现的，故称之为霍尔效应。
UH=KH.I.B (3-1) 式中：KH---霍尔元件的灵敏度。
红线、红字修改
图3-6 霍尔效应原理图
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。
（2）霍尔传感器的应用 ①霍尔接近开关
图3-1 传感器检测和反馈作用与人脑识别外界事物过程类比图
2.传感器构成
⑴ 敏感元件---直接感受物理量，以确定的关系输出某物理量。如电子秤中的铝合金梁，能感受因物体重量变化而引起梁应变。 ⑵ 转换元件---把感受到的物体非电量如应变、位移等变化转换成电量。如电子秤中铝合金梁上贴的应变片，能感受物体重量发生应变，引起应变电阻丝拉伸或缩短，把应变转换成电阻变化。 ⑶ 测量转换电路---把转换元件产生的电参数量转换成电量。常用的转换电路有电桥电路、脉冲调制电路、谐振电路等，它们将电阻、电容和电感等电参量的变化，转换成模拟或数字信号如电压、电流、频率等。电子秤中常用的电桥电路就是测量转换电路。
内容
为从传感器获取有用信息，一般要对检测信号进行前期信息处理。
首先要将传感器输出信号转换为标准模拟电压（如0-10V）、电流（如010mA、4-20mA）或频率等信号，经功率放大、A/D模数转换、线性化和采样保持处理后，传输至计算机。为防止干扰进入计算机，还需采取光电隔离、变压器隔离和教字滤波等处理。

机电一体化系统中的传感器

利用移动电位器触点来改变电阻值或电阻应变片受力来改变电阻值原理制成，主要用于位移、力、压力、应变、力矩、气流流速和液体流量等参数的测量；利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感和互感的电感量或压磁效应原理制成，主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量；利用改变电容的几何尺寸或改变其介质的性质和含量来改变电容量原理制成，用于位移、压力、液位、厚度、含水量等参数的测量；利用改变机械的或电的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用于测量压力等。
动特性的分析方法阶跃响应特性频率响应特性时域指标频域指标
同控制工程中的系统性能指标
接触式传感器的动态特性模拟传感器的动态特性
数字式传感器
⑴临界频率——接触传感件不产生脱离时，输入信号的最高频率
⑵稳定时间——从碰撞到进入稳定接触所需时间 ⑶临界速度——工件的最高进给速度，即保证接触的最高速度
动态特性
传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性，称为传感器的动态特性。
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㈠传感器的静态特性及指标
测试条件
101.3±8kPa的标准大气压强；（20±5）℃；相对湿度≤85%；无冲击、振动和加速度。
被测值处于稳定状态时，传感器输出和输入之间的关系曲线（称为标准或标定曲线）与拟合曲线的接近程度。
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检测传感器的分类
按传感器输出量的性质来分：
接触型（如微动开关、接触开关）开关型（二值型）
非接触型（如光电开关、接近开关）
传感器电阻型（如电位器、电阻应变片）模拟型电压、电流型（如热电偶、光电电池、压电元件）电感、电容型（如电感、电容式位移传感器）记数型（二值+计数器）代码型（编码尺、磁尺）机械工程学院

2.3.3 机电一体化中常用的传感器

空心杯电枢式、圆盘电枢式。
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结构
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• 工作原理
恒定磁通由定子产生，当转子在该恒定磁通产生的磁场中旋转时，其电枢绕组中即产生交变的感应电动势；
经换向器和电刷转换成与转速成正比的直流电动势。
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28
测速发电机的输出电压U0与转速n关系：
U0 kLn
当负载电阻 RL→∞ 时，输出电压 U0 与转速 n 严格成正比；
U
3

k
U1
sin 1k cos
在一定转角范围内，其输出电压和转子转角θ成线性关系；选定变压比k及允许的非线性度，则可推算出满足线性关系的转角范围。
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光电式速度传感器
• 光电式速度传感器将速度的变化转变成光通量的变化，再通过光电转换元件将光通量的变化转变成电量的变化。
• 工作原理：物体以速度经过光电池遮挡板时，光电池输出
要实现辨向则至少需要两个光电元件（相距B/4），经辨向和可逆计数器计数后则可计算位移量。
9
• 细分：可提高测量分辨率，常用四倍频细分
在依次相距B/4的位置上安放四个光电元件，从每个光电元件获得相位依次相差90的四个正弦信号；
用鉴零器分别取四个信号的零电平，即在每个信号由负到正过零时发出一个计数脉冲；
当光栅相对移动1个栅距的位移时，便可得到4个计数脉冲。
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光电编码器
• 光电编码器是一种用于角度检测的数字式传感器，它利用光电转换原理将输入轴的角度转换成相应的电脉冲或数字量。
• 光电编码器的分类：按其刻度方法及信号输出形式，可分为：增量式：不能直接给出每个转角的数字信息；绝对式：能够直接给出每个转角的数字信息。

传感器在机电一体化中的应用

传感器在机电一体化中的应用在机电一体化系统中,传感器处系统之首,其作用相当于系统感受器官,能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验,是机电一体化系统达到高水平的保证。

如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测,系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。

因此，传感器是左右机电一体化系统(或产品)发展的重要技术之一,广泛应用于各种自动化产品之中:一.机器人用传感器。

机器人是由计算机控制的复杂机器，它具有类似人的肢体及感官功能；动作程序灵活；有一定程度的智能；在工作时可以不依赖人的操纵。

机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。

机器人传感器分类：根据检测对象的不同可分为内部传感器和外部传感器。

a.内部传感器：用来检测机器人本身状态（如手臂间角度）的传感器。

多为检测位置和角度的传感器。

b.外部传感器：用来检测机器人所处环境（如是什么物体，离物体的距离有多远等）及状况（如抓取的物体是否滑落）的传感器。

具体有物体识别传感器、物体探伤传感器、接近觉传感器、距离传感器、力觉传感器，听觉传感器等。

具体有：（1）明暗觉检测内容：是否有光，亮度多少应用目的：判断有无对象，并得到定量结果传感器件：光敏管、光电断续器（2）色觉检测内容：对象的色彩及浓度应用目的：利用颜色识别对象的场合传感器件：彩色摄像机、滤波器、彩色CCD（3）位置觉检测内容：物体的位置、角度、距离应用目的：物体空间位置、判断物体移动传感器件：光敏阵列、CCD等（4）形状觉检测内容：物体的外形应用目的：提取物体轮廓及固有特征，识别物体传感器件：光敏阵列、CCD等（5）接触觉检测内容：与对象是否接触，接触的位置应用目的：确定对象位置，识别对象形态，控制速度，安全保障，异常停止，寻径传感器件：光电传感器、微动开关、薄膜特点、压敏高分子材料（6）压觉检测内容：对物体的压力、握力、压力分布应用目的：控制握力，识别握持物，测量物体弹性传感器件：压电元件、导电橡胶、压敏高分子材料（7）力觉检测内容：机器人有关部件（如手指）所受外力及转矩应用目的：控制手腕移动，伺服控制，正解完成作业传感器件：应变片、导电橡胶（8）接近觉检测内容：对象物是否接近，接近距离，对象面的倾斜应用目的：控制位置，寻径，安全保障，异常停止传感器件：光传感器、气压传感器、超声波传感器、电涡流传感器、霍尔传感器（9）滑觉检测内容：垂直握持面方向物体的位移，重力引起的变形应用目的：修正握力，防止打滑，判断物体重量及表面状态传感器件：球形接点式、光电旋转传感器、角编码器、振动检测器几种主要的机器人传感器简介：⒈视觉：20世纪50年代后期出现，发展十分迅速，是机器人中最重要的传感器之一。

机电一体化系统传感器与检测系统课件

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• 应用场景：力传感器在汽车制造、航空航天、机器人等领域具有广泛应用，用于实现力控制和安全保护等功能。例如，在汽车制造中，力传感器可用于检测发动机的扭矩和制动器的制动力，以确保汽车的性能和安全。在航空航天领域，力传感器可用于测量飞机和火箭的推力、升力等参数，实现精确的姿态控制和导航。在机器人领域，力传感器能够实时检测机器人与环境之间的交互力，实现柔顺控制和安全交互。
• 信号处理算法优化：针对检测系统的输出信号，优化信号处理算法，如滤波算法、数据融合算法等，以提高信号的信噪比和抗干扰能力。
• 系统结构优化设计：通过对检测系统的整体结构进行优化设计，如减小系统体积、降低系统功耗、提高系统集成度等，以满足不同应用场景的需求。
• 以上内容涵盖了机电一体化系统传感器与检测系统课件中检测系统性能评价与优化设计方法的重要方面。通过深入了解这些内容，可以更好地理解和应用相关知识，提高检测系统的性能和可靠性。
随机误差分析
随机误差是由检测过程中随机因素引起的误差。可以通过增加样本数量、改进算法等方法来减小随机误差对检测结果的影响。
粗大误差处理
粗大误差是明显偏离真实值的异常数据。可以通过数据剔除、数据平滑等方法来处理粗大误差，提高数据的可靠性。
检测系统优化设计方法与应用实例
• 传感器选择优化：根据检测需求和环境条件，选择合适的传感器类型、量程、精度等参数，以提高检测系统的整体性能。
利用化学反应产生的电信号进行测量，如气体传感器。
传感器的性能参数
精度：传感器输出量与输入量的实际值之间的误差程度。
线性度：传感器输出量与输入量之间的线性关系程度。
稳定性：传感器在长期使用过程中，输出量保持稳定不变的能力。

机电一体化系统设计传感器概要PPT教案

A 1
1 ( )2 第56页/共H77页
幅频特性： A 1 1 ( )2 H
|A|
+
+R u
i
-
+
+
+
C
u o
-
+
1
0.707
此电路的缺点：
1、带负载能力差。
0
2、无放大作用。
H
3、特性不理想，边沿不陡。
截止频率
第57页/共77页
有源滤波电路的分析方法:
一.电路图→电路的传递函数→频率特性二. 画出电路的幅频特性三. 根据定义求出主要参数
第58页/共77页
2.一阶有源低通滤波器
Rf
1
u (
)ui
1 j
H
R1 u－
－∞
中心频率 f0 和带宽B之比称为滤波器的品质因数Q。
d
.
d
f
f
c2
第52页/共77页
4 倍频程选择性W 指在上截止频率fc2与2fc2之间幅频特性的衰
减值，即频率变化一个倍频程时的衰减量。
倍频程衰减量以dB/oct表示（Octave，倍频程）。衰减越快（即W值越大），滤波器的选择性越好。
第53页/共77页
特性曲线与理论直线之间的最大偏差与输出满度
值之比，即
γL
Δmax yFS
100%
第11页/共77页
几种直线拟合方法
(a) 理论拟合
(b) 过零旋转拟合
(c) 端点连线拟合 (d) 端点平移拟合
第12页/共77页
即使是同类传感器, 拟合直线不同, 其线性度也是不同的。选取拟合直线的方法很多, 用最小二乘法求取的拟合直线的拟合精度最高。

机电一体化项目教程PPT课件任务1 传感器技术

任务1-2光电传感器的使用任务实施
2.电气接线与调试欧姆龙公司的E3ZG-R60/61-S光电传感器实物图如图所示,采
用漫射式检测方式，实现小型、长距离、节省电力和能源的光电传感器，检测距离是4M，输出类型是NPN型，检测φ75mm以上的不透明物体。输出回路如图所示，它的输出有三根线，分别是褐色、黑色和蓝色线。在使用时，我们要将直流电源（12-24V）的高电位接到褐色线，低电位接蓝色线，输出负载接褐色线和黑色线之间。
任务1-2光电传感器的使用
任务描述
认识光电传感器的作用、安装和电气接线与调试。系统中光电传感器主要作用是进行瓶盖料筒检测、瓶盖拧紧检测、升降台原点检测、物料台和仓位检测，
任务实施
设备中主要使用3种光电传感器，分别是佛山辉智公司的 UE-11D型号、欧姆龙公司的E3ZG-R60（或61）-S型和EESX951-W 1M型
在门可槛动值部的位大使小用可传以感根器据时环，境请的固变定化导、具体的要求来设定。输在出调回试路时如可图以所通示过，调它整的极输性出和有门三槛根值线来，合分理别使是用褐传感器，棕接色褐线色，线低和电白位色接线蓝之色间线。，输出负载接棕色和黑色线之间。低设电备位中接主蓝要色使线用，3种输光出电负传载感1接器褐，色分线别和是黑佛色山线辉之智间公，司输的出负载2 欧认姆识龙光公电司传E感E-器SX的95作1-用W、1安M装光和电电传气感接器线输与出调回试路。如图所示，
任务1-1光纤传感器的使用
Байду номын сангаас任务实施
2.电气接线与调试在调试时可以通过调整极性和门槛值来合理使用传感器，
门槛值的大小可以根据环境的变化、具体的要求来设定。门槛值设定可以采用手动法、一点示教和两点示教的方法。我们经常使用的是手动法，方法最简单。只要看有工件时的受光量，建议把门槛值设为有工件和无工件时受光量的中间值。

机电一体化原理与应用PPT教程-第三章传感器及接口技术

3.1.1 传感器及其组成
1定义：
将被测量转换成与之有确定对应关系且易于处理和测量的某种物理量的测量部件和装置。
2构成：
敏感元件、转换元件、基本转换电路三部分构成。并不是每个传感器都含有这三部分，传感器的复杂程度不同，含有不同的元件。
机电学院
机电一体化
2018年5月22日
敏感元件：直接感受被测量，并以确定关系输出一物理量。有光敏元件如光电二极管三极管等、热敏元件如热电偶、弹性敏感元件、声音敏感元件如声控灯等转换元件：将敏感元件输出的非电物理量（如位移、应变、光强）转换为电参数（如电容、电感、电阻）。基本转换电路：将电路参数量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等
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2018年5月22日
3.2.1 电感式传感器
3.2.1.1 自感型电感式位移传感器 3.2.1.2 互感型电感式位移传感器
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2018年5月22日
3.2.1.1 自感型电感式位移传感器
1、可变磁阻式电感传感器
1）构成：线圈、铁心和活动衔铁 2）结构：变气隙式 3）测量原理：被测位移构件与活动衔铁相连，当被测构件产生位移时，活动衔铁随之移动，空气隙发生变化，引起磁阻发生变化，从而引起电感值发生变化。
L 非线性误差（线性度）
max 最大非线性绝对误差 y FS 输出满度值
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机电一体化
2018年5月22日
2、灵敏度
灵敏度：在静态标准条件下，输出变化对输入变化的比值。
输出量的变化量 y S0 输入量的变化量 x
线性传感器的灵敏度是常数
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培训班课件(3)—机电一体化系统常用传感器

冷料供给部分
沥青混凝土搅拌站结构组成
常用电机调速方法：变频调速、电磁调速、直流电机调速
带测速电机的电磁调速电机：
电磁调速电机结构组成
与电磁调速电机配套的控制器
DEC系列电磁调速电机控制器
TKZ-1、TKZ-2系列调速电动机控制组合装置
电磁调速电机的工作原理
（1）新型传感器的开发
鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步发现新现象、采用新原理、开发新材料、采用新工艺，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。
（2）传感器的集成化和多功能化随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等方面的发展，出现了多种集成化传感器。这类传感器，或是同一功能的多个敏感元件排列成线性、面型的阵列型传感器；或是多种不同功能的敏感元件集成一体，成为可同时进行多种参数测量的传感器；或是传感器与放大、运算、温度补偿等电路集成一体具有多种功能。
n＝(F/Z )×60 式中：n—被测轴转速，转／分； F—脉冲频率，Hz； Z—齿轮齿数。
航空插头
（3）传感器的正确使用
1）注意安装间隙； 2）注意传感器端部的清洁； 3）在被测轴跳动较大时，应注意适当放大间隙，避免损坏。常用频率范围： 0~25KHz 。故障诊断：
1、输入导线 2、航空插头 3、锁紧螺母 4、同定支架 5、磁电传感器 6、1～99内任意个齿 7、被测轴 R：20～25mm T：1±0.5mm 齿轮材料要求：各种导磁钢铁材料均可。
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

单元三机电一体系统传感检测技术幻灯片

(a)外观;(b)接触形式:逆切换型
• 2.接近传感器 • 接近传感器是一种非接触式位置传感器，能够感知物体
的靠近，利用位移传感器对接近物体所具有的敏感特性，达到识别物体靠近、并输出开关信号的目的。
图3-4舌簧传感器结构图
图3-5舌簧传感器的位置控制方法
• 3.光电传感器
• 光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器，又称为光电开关。光电二极管是最常见的光电传感器。光电传感器一般由发光元件(发光二极管，即LE D)和受光元件(光敏三极管)组合构成。
传感器的分类
①按传感器的工作原理结构型：取决于几何尺寸和形状
物理型：物性型：取决于材料性质
化学型：利用电化学反应原理生物型：利用生物活性物质选择性
② 按被测量
温度、流量、压力、湿度、浓度、力学量、磁学量、光学量、气体成分等 ③其他分类
♦根据传感器输出信号：模拟信号和数字信号 ♦根据传感器使用电源与否：有源传感器和无源传感器 ♦传感器的能量来源：能量控制型和能量转换型传感器 ♦按可变电参量：电阻型、电感型或电容型 ♦按传感器技术发展：聋哑传感器(Dumb Sensor)、智能传感器(Smart Sensor)、网络化传感器(Networked
• (1)可变磁阻式电感传感器。主要由线圈、铁心和活动衔铁所组成。
1-线圈;2-铁心;3-活动衔铁;4-测杆;5-被测件
适用于0. 0011mm较小位移的测量.
• (2)差动变压器式电感传感器。互感型电感传感器是利用互感M的变化来反映被测量的变化。这种传感器实质是一个输出电压的变压器。当变压器初级线圈输入稳定交流电压后，次级线圈便产生感应电压输出，该电压随被测量的变化而变化。
效应

(机电一体化技术课件)第四章传感器及自动检测

U=K·I·B/d
其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力 Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。
由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。
霍尔开关
位置传感器及位置检测
原理简介
霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。
或输入到控制系统
位置传感器及位置检测
2）.采用电容式开关上下限控制
1）.采用电容式开关液位控制
3、红外线光电开关
位置传感器及位置检测
红外线属于一种电磁射线，其特性等同于无线电或X射线。人眼可见的光波是 380nm-780nm，
发射波长 780nm-1mm的长射线称为红外线，红外线光电开关优先使用的是接近可见光波长的近红外线。
它的静态特性和动态特性较好，其特点有：在输出端可获得足够大的功率；负载变化很少影响输出量；在所有量程内能够补偿由于干扰产生的误差；输入量与输出量间可以是任何形式的函数转换关系等。但
4.2 位置传感器及位置检测
当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。
引起理想漫反射的光度分布
局部较强漫反射时的光度分布
（2）.镜反射式光电开关
位置传感器及位置检测红外线光电开关
镜反射式光电开关亦是集发射器与接收器于一体，光电开关发射器发出的光线经过反射镜，反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。
和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，

机电一体化系统中的传感器79页PPT

机电一体化技术与系统第3章 传感器检测技术(12)PPT课件