传感器与检测技术课件第四章-2速度加速度传感器
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加速度传感器ppt课件
压
电阻的阻值随应力的作用而发生变化，引起测量电桥输出电压变化，以此实现对加速
阻
度的测量。
式
加
速
度
传
感
器
原
理
图9 压阻式加速度传感器 原理图
;.
9
压阻式硅微加速度传感器的典型结构形式有很多种，已有悬臂梁、双臂梁、4梁和双岛-5 梁等结构形式。弹性元件的结构形式及尺寸决定传感器的灵敏度、频 响、量程等。质量 块能够在较小的加速度作用下，使得悬臂梁上的应力较大，提高传感器的输出灵敏度。在 大加速度下，质量块的作用可能会使悬臂梁上的应力超过 屈服应力，变形过大，致使悬 臂梁断裂。为此高gn值加速度拟采用质量块和梁厚相等的单臂梁和双臂梁的结构形式， 压 如图所示。 阻 式 加 速 度 传 感 器 构 成
;.
21
基
于
加 速
LCD1602
度
传
感
器
的
计
步
器
按键
STC89C52单 片机
速度传感器 MMA7455
图一 系统硬件结构图
;.
22
;.
23
图二 单片机最小系 统
基 于 加 速 度 传 感 器 的 计 步 器
9 r e d a 123456789 1e PH C C 01234567456 C V ^^^^^^^^^^^ C 00000000222 V PPPPPPPPPPP 12345678901234567890 22222222233333333334 )))))))))))))) ))G P N C K2 01234576543210 89O P E C 1R 111111DDDDDDDD AAR V S V AAAAAAAAAAAAAA ((P / P (((((((((((((( 01/ A 23456776543210 ..E E .............. 22L 22222200000000 PPA PPPPPPPPPPPPPP 123 .01.. 01..334567 .P33PP.... 1)PP))3333 2 PX))01PPPP21 5 1 )E234567DdTT))))LL C D 22......TXXNN01RDAAD 9 TT111111SRTIITTWRTTN 8 ((PPPPPPR((((((((XXG 1T O UA D S / 01234567890 123456789 D CI 11111111112 N PD D G SS N // G LA CD SS F p M 03 K 2 1C 03 9 1R DC 5 NC 0 GV . 11 Y1 12 K11 1RS FF pp 3132 3C3C D N G
传感器与检测技术(完整)ppt课件
2）UH=KHIB：采用恒流源供电, 可以使霍尔电势稳 定（减小由于输入电阻R随温度t变化而引起的激励 电流I变化所带来的影响。）
.
电子与信息工程学院控制科学与工程系
3）热敏电阻补偿
➢霍尔元件一般具有正温度系数，即输出随温度升高而下降， 若能使控制电流随温度升高而上升。
➢输入回路串热敏电阻（当温度上升时其阻值下降，使 控制电流上升。） ➢输出回路补偿负载上得到的霍尔电势随温度上升而下 降被热敏电阻阻值减小所补偿。 ➢在使用时，热敏电阻或电阻丝最好和霍尔元件封在一起或 靠近，使它们温度变化一致。
f=npN =n⇒ pn= tN /pt
线性霍尔
n 60 f 22
NS
磁铁
.
电子与信息工程学院控制科学与工程系
霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿 过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势， 放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮 的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。
.
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.
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（2）不等位电势补偿
当霍尔元件B=0，I≠0，UH=U0≠0。 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。 产生这一现象的原因有:
① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上； ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不 均匀；
两电极电不在同一等电位面上
同济大学电子与信息工程学院控制科学与工程系
传感器与检测技术
主讲教师：苏永清
.
1
电子与信息工程学院控制科学与工程系
物理现象观察
霍尔效应
.
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.
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3）热敏电阻补偿
➢霍尔元件一般具有正温度系数，即输出随温度升高而下降， 若能使控制电流随温度升高而上升。
➢输入回路串热敏电阻（当温度上升时其阻值下降，使 控制电流上升。） ➢输出回路补偿负载上得到的霍尔电势随温度上升而下 降被热敏电阻阻值减小所补偿。 ➢在使用时，热敏电阻或电阻丝最好和霍尔元件封在一起或 靠近，使它们温度变化一致。
f=npN =n⇒ pn= tN /pt
线性霍尔
n 60 f 22
NS
磁铁
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霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿 过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势， 放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮 的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。
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（2）不等位电势补偿
当霍尔元件B=0，I≠0，UH=U0≠0。 这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。 产生这一现象的原因有:
① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上； ② 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不 均匀；
两电极电不在同一等电位面上
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主讲教师：苏永清
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物理现象观察
霍尔效应
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传感器与检测技术ppt课件
y kxb
(1-8)
若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与拟合直线上相
应值之间的残差为
i yi (kxi bi)
(1-9)
最新课件
18
最小二乘法
n
最小二乘法拟合直线的原理就是使
2 i
为最小值，也
i1
就是使
n
2 i
对k和b的一阶偏导数为零，即
i1
k
i22 (y kix b i)( x i)0
(1-2)
y a 1 x a 2 x 2 a 4 x 4 ... a 2 n x 2 n n=1,2… (1-3)
3、仅有奇次非线性项：
y a 1 x a 3 x 3 a 5 x 5 ... a 2 n 1 x 2 n 1 n=1,2… (1-4)
最新课件
11
动态数学模型
一般采用微分方程和传递函数描述。
最新课件
38
测量方法
1、偏差式测量
在测量过程中，用仪表指针的位移（即偏差）决定 被测量的测量方法称为偏差式测量。
最新课件
39
压力表
图1-8所示的压力表就是这类仪表的一个示例。
图1-8 压力表
最新课件
40
测量方法
2、零位式测量
在测量过程中，用指零仪表的零位指示，检测测量系统 的平衡状态；在测量系统达到平衡时，用已知的基准量决定 被测未知量的测量方法，称为零位式测量法。
1.微分方程：
dny
dn1y
dy
an dnt an1 dn1t a1 dt a0y
bm
dmx dmt
bn1
dm1x dm1t
b1
dx dt
b0x
（1-5）
传感器与测试技术PPT课件
电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被 测量转化为电感量的一种装置。常用来测量位移、 压力、流量、振动等物理参数。
分类:
电感式传感器
自感型
可变磁阻型
互感型
涡流式
第1页/共59页
6.1 自感式电感传感器
1、工作原理——可变磁阻式
原理:电磁感应
L W 20A 2
第2页/共59页
自感L与气隙δ
成反比，而与 气隙导磁截面 积A成正比。
在将被测信号调制，并将它和噪声分离，放大等 处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测 量值的测量信号，这一过程称为解调。
第18页/共59页
1)目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题， 提高被测信号抗干扰能力。
常用的调制方法 ——载波信号为高频正弦信号（幅值、频率、相位）, 即调幅、调频和调相； ——载波信号为脉冲信号（宽度等），即脉冲调宽。
uo
u 2
L L0
输出电压的大小和极性反 映了被测量的性质（如位 移的大小及方向）。
第17页/共59页
交流电桥的调制与解调 被测量经传感器变换输出的电信号多为低频缓变
的微弱信号，还往往有各种噪声信号。 为了将测量信号从含有噪声的信号中分离出来，
往往给被测信号赋予一定特征——调制的主要功用。
调制就是用被测信号（称为调制信号）去控制载 波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。
第25页/共59页
幅值调制装置实质上是一个乘法器，在实际应用中经 常采用交流电桥作调制装置，以高频振荡电源供给电 桥作为载波信号，则电桥的输出为调幅波。
被测信号的频率为 0～10Hz
载波的频率为f0 >100 Hz； f0 ＝3000 Hz
放大器的通频带应 为2990～3010 Hz
分类:
电感式传感器
自感型
可变磁阻型
互感型
涡流式
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6.1 自感式电感传感器
1、工作原理——可变磁阻式
原理:电磁感应
L W 20A 2
第2页/共59页
自感L与气隙δ
成反比，而与 气隙导磁截面 积A成正比。
在将被测信号调制，并将它和噪声分离，放大等 处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测 量值的测量信号，这一过程称为解调。
第18页/共59页
1)目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题， 提高被测信号抗干扰能力。
常用的调制方法 ——载波信号为高频正弦信号（幅值、频率、相位）, 即调幅、调频和调相； ——载波信号为脉冲信号（宽度等），即脉冲调宽。
uo
u 2
L L0
输出电压的大小和极性反 映了被测量的性质（如位 移的大小及方向）。
第17页/共59页
交流电桥的调制与解调 被测量经传感器变换输出的电信号多为低频缓变
的微弱信号，还往往有各种噪声信号。 为了将测量信号从含有噪声的信号中分离出来，
往往给被测信号赋予一定特征——调制的主要功用。
调制就是用被测信号（称为调制信号）去控制载 波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。
第25页/共59页
幅值调制装置实质上是一个乘法器，在实际应用中经 常采用交流电桥作调制装置，以高频振荡电源供给电 桥作为载波信号，则电桥的输出为调幅波。
被测信号的频率为 0～10Hz
载波的频率为f0 >100 Hz； f0 ＝3000 Hz
放大器的通频带应 为2990～3010 Hz
《传感器及检测技术》PPT课件
11
第二节 差动变压器式传感器
电源中用到的“单相变压器”有一个一次线圈（又称为初 级线圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈 加全上波交整流流激电磁路电中压，两Ui后个，二将次在线二圈次串线联圈，中总产电生压感等应于电两压个U二O。次在线 圈的电压之和。
＋
请将单相变压 器二次线圈N21、 N22的有关端点按 全波整流电路的要 求正确地连接起来。
（参考中原量仪股份有限公司资料）
滑道
轴承滚子外形
分选仓位
2020/11/29
24
电感式滚柱直径分选装置（机械结构放大）
汽缸
直径测微装置
控制键盘
长度测微装置
滑道
2020/11/29
25
三、电感式不圆度计原理
该圆度计采用旁向式电感测微头
2020/11/29
26
电感式不圆度测试系统
旁向式电感测微头
2020/11/29
如果在输出电压送到指示仪前，经过一 个能判别相位的检波电路，则不但可以反映 位移的大小（的幅值），还可以反映位移的 方向（的相位）。这种检波电路称为相敏检 波电路。
2020/11/29
10
图3-7 相敏检波输出特性曲线
a）非相敏检波 b）相敏检波
2020/11/29 1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
上节回顾:
1.电容传感器
本节主要内容:
1.电感传感器
2020/11/29
1
第4章 电感式传感器
本章学习自感式传感器和差 动变压器的结构、工作原理、测 量电路以及他们的应用，掌握一 次仪表的相关知识。
2020/11/29
2
第一节 自感式传感器
先看一个实验：
传感器与检测技术-ppt课件第四章[1]
![传感器与检测技术-ppt课件第四章[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/7bf4a34dfe00bed5b9f3f90f76c66137ee064fd7.png)
为了提高灵敏度，减小误差，常采用差动形式， 其电路如图所示。Cx1和Cx2表示差动式电容传感器 的两个电容。
2024/7/16
16
4.2电容式传感器的测量电路
1.电桥电路--电桥测量电路框图
2024/7/16
17
4.2电容式传感器的测量电路
2.二极管双T形交流电桥
二极管双T形交流电桥电路原理如图4-12所示。图中，C1 、C2为差动电容式传感器的电容，RL为负载电阻，VD1、 VD2为理想二极管，R1、R2为固定电阻；e为高频电源， 它提供幅值为Ue的对称方波。
极时，检测板与大地间的电容量C非常小，它
与电感L构成高品质因数（Q）的LC振荡电路，
Q=1（ωCR）。当被检测物体为地电位的导
电体（如与大地有很大分布电容的人体、液体
等）时，检测极板对地电容C增大，LC振荡电 路的Q值将下降，导致振荡器停振。
2024/7/16
39
工作过程（2）
当不接地、绝缘被测物体接近检测极板时，由 于检测极板上施加有高频电压，在它附近产生 交变电场，被检测物体就会受到静电感应，而 产生极化现象，正负电荷分离，使检测极板的
2024/7/16
19
4.2电容式传感器的测量电路
4.调频电路: 把电容式传感器作为振荡器谐振电路
的一部分，其部分电路如图所示。当被测量引起电容 量变化时，振荡器的振荡频率就会发生变化，然后通 过鉴频器把频率的变化转换为幅值的变化，再经过放 大后就可以通过仪表显示出来。
调频电路具有较高的灵敏度，可测至0.01μm级位移变化量。易于用数字仪器测量， 并能与计算机通讯，抗干扰能力强。
2024/7/16
20
4.2电容式传感器的测量电路
5.谐振电路: 振荡器提供稳定的高频信号通过L1、C1回
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4.2电容式传感器的测量电路
1.电桥电路--电桥测量电路框图
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4.2电容式传感器的测量电路
2.二极管双T形交流电桥
二极管双T形交流电桥电路原理如图4-12所示。图中，C1 、C2为差动电容式传感器的电容，RL为负载电阻，VD1、 VD2为理想二极管，R1、R2为固定电阻；e为高频电源， 它提供幅值为Ue的对称方波。
极时，检测板与大地间的电容量C非常小，它
与电感L构成高品质因数（Q）的LC振荡电路，
Q=1（ωCR）。当被检测物体为地电位的导
电体（如与大地有很大分布电容的人体、液体
等）时，检测极板对地电容C增大，LC振荡电 路的Q值将下降，导致振荡器停振。
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工作过程（2）
当不接地、绝缘被测物体接近检测极板时，由 于检测极板上施加有高频电压，在它附近产生 交变电场，被检测物体就会受到静电感应，而 产生极化现象，正负电荷分离，使检测极板的
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4.2电容式传感器的测量电路
4.调频电路: 把电容式传感器作为振荡器谐振电路
的一部分，其部分电路如图所示。当被测量引起电容 量变化时，振荡器的振荡频率就会发生变化，然后通 过鉴频器把频率的变化转换为幅值的变化，再经过放 大后就可以通过仪表显示出来。
调频电路具有较高的灵敏度，可测至0.01μm级位移变化量。易于用数字仪器测量， 并能与计算机通讯，抗干扰能力强。
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4.2电容式传感器的测量电路
5.谐振电路: 振荡器提供稳定的高频信号通过L1、C1回
传感器与检测技术ppt课件
控制系统的自动化水平高低。
传感器的选用主要取决于建模参数和被测 量、测量精度和灵敏度要求以及测量系统的 成本等因素。
(4) 传感器的品质参数 灵敏度 分辨率 准确度 精密度
重复性
线性度
灵敏度
灵敏度反映传感器对被测量变化的 响应能力。
O S I
输出变化量
输入变化量
分辨率
如果已知总体精度上限，要计算各部件的 误差，则假定各部件误差对总精度的影响 是均等的。
f N xi xi n
N xi f n xi
[实例]已知角速度与作用力的关系式 试求转速的不确定性。 [解]
F 5 0 0 3 1 6 . 2 3 m r 0 . 20 . 0 2 5
霍尔传感器的应用—— 测量焊接电流
在标准的园环铁芯开一 小缺口，将霍尔元件放在 缺口处，被测电流的导线 穿过铁心时就产生磁场B， 则霍尔传感器有输出。当 测出的小于 规定的焊接电流时，可 控硅的导通角增大，焊接 电流变大，测出的电压大 于规定的焊接电流时，可 控硅的导通角减，焊接电 流变小，控制焊接回路的 电流。
性；
没有机械电位器特有的滑片，彻底解决了滑 片接触不良的问题；体积小，节省空间，易于装 配；寿命长，可靠性高。
数字电位器与机械式电位器的区别
类 特 型 性 机 无 械 源 式 数 有 字 源 式 电阻变 调节 位置 自动 化规律 方法 记忆 复位 连续 变化 阶梯 变化 手动 有 没有 使用 体 寿命 积 短 大
为减小零点残余电压的影响，一般要用电路进行补偿, 电路补偿的方法较多,可采用以下方法。
• 串联电阻：消除两次级绕组基波分量幅值上的差异；
• 并联电阻电容：消除基波分量相差，减小谐波分量；
传感器与检测技术课件第4章
Байду номын сангаас
检测技术的发展历程
1
机械时代的检测技术
2
工业革命后，机械检测技术得到了广泛应
用，如测量仪器和机械传感器。
3
古代的检测技术
古代人们使用简单的工具和观察来进行检 测，如肉眼观察、试验等。
电子时代的检测技术
随着电子技术的发展，出现了各种电子式 传感器和检测仪器。
检测技术的分类及特点
分类
• 机械检测 • 电子检测 • 光学检测 • 化学检测
传感器在工业和科学中 的应用
传感器在自动化、医疗、环境 监测等领域起着重要作用。
传感器的作用与重要性
1 实时监测和控制
传感器可以提供实时的物理量和化学量数据，用于监测和控制各种系统和过程。
2 提高生产效率
传感器的使用可以使生产系统更加智能化，提高生产效率并减少人力成本。
3 保障安全性
传感器可以用于监测危险物质、火灾、气候等情况，及时采取相应措施保障人员和设备 的安全。
传感器与检测技术课件第 4章
通过本章，我们将深入了解传感器和检测技术的定义、分类以及各种传感器 的原理和应用，以及环境检测技术的发展趋势。
传感器的定义及分类
传感器是什么？
传感器是一种能够感知、检测 和转换物理量或化学量的装置。
传感器的分类
传感器按照物理原理、检测目 标和应用领域的不同可以进行 各种分类。
应用领域
广泛应用于生物医学、食品安全和 环境监测等领域。
实际应用示例
如血糖监测、细菌检测等。
环境检测技术的发展趋势
1 智能化与自动化
2 无线化与传感网络
3 多元化与综合化
环境检测技术将更加智能化 和自动化，提升数据采集和 分析的效率。
检测技术的发展历程
1
机械时代的检测技术
2
工业革命后，机械检测技术得到了广泛应
用，如测量仪器和机械传感器。
3
古代的检测技术
古代人们使用简单的工具和观察来进行检 测，如肉眼观察、试验等。
电子时代的检测技术
随着电子技术的发展，出现了各种电子式 传感器和检测仪器。
检测技术的分类及特点
分类
• 机械检测 • 电子检测 • 光学检测 • 化学检测
传感器在工业和科学中 的应用
传感器在自动化、医疗、环境 监测等领域起着重要作用。
传感器的作用与重要性
1 实时监测和控制
传感器可以提供实时的物理量和化学量数据，用于监测和控制各种系统和过程。
2 提高生产效率
传感器的使用可以使生产系统更加智能化，提高生产效率并减少人力成本。
3 保障安全性
传感器可以用于监测危险物质、火灾、气候等情况，及时采取相应措施保障人员和设备 的安全。
传感器与检测技术课件第 4章
通过本章，我们将深入了解传感器和检测技术的定义、分类以及各种传感器 的原理和应用，以及环境检测技术的发展趋势。
传感器的定义及分类
传感器是什么？
传感器是一种能够感知、检测 和转换物理量或化学量的装置。
传感器的分类
传感器按照物理原理、检测目 标和应用领域的不同可以进行 各种分类。
应用领域
广泛应用于生物医学、食品安全和 环境监测等领域。
实际应用示例
如血糖监测、细菌检测等。
环境检测技术的发展趋势
1 智能化与自动化
2 无线化与传感网络
3 多元化与综合化
环境检测技术将更加智能化 和自动化，提升数据采集和 分析的效率。
传感器与检测技术课件第四章-第二节加速度传感器
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理 （1）压缩型
第二节
加速度传感器
将振动传感器旋在气缸的侧壁上。当发生爆震时，传感器产 生共振，输出尖脉冲给汽车发动机电控单元,进而推迟点火时 刻，尽量使点火时刻接近爆震区而不发生爆震。
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理 （2）剪切型 右图为环形剪切型，结 构简单，能做成极小型、 高共振频率的加速度计， 环形质量块粘到装在中 心支柱上的环形压电元 件上。
第四章 速度、加速度传感器 • 运动方程
第二节
加速度传感器
m ( y y ) c y k y 0 0 1 1 0 1 0 1
2 y 2 y y y 0 1 00 1 0 0 1 1
强迫振动解为 其中 y m
y y s i n ( t ) 0 1 m
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理 （1）压缩型
第二节
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
加速度传感器
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理 （1）压缩型
第二节
加速度传感器
汽车发动机是利用火花塞跳火将混合气点燃,使火焰在混 合气内不断传播进行燃烧。如果恰当地将点火时间提前一些， 可使气缸中汽油与空气的混合气体得到充分燃烧，使转矩增 大，排污减少，但如果点火时间过早或油品质不好,火焰在传 播途中当压力异常升高时,一些部位的混合气不等火焰传到, 就自己着火燃烧,造成瞬时爆发燃烧,由此引起的气体冲击波 冲击汽缸壁产生金属敲击声种，这现象称为爆震。 爆震引起的主要危害有:一是噪音,二是振动。振动很可 能使发动损坏，特别是大负荷条件下这种可能性更大。
传感器与检测技术 PPT课件
• 检测技术随着科学技术的发展而发展。现代工业经历了从手工作坊到机械 化、 自动化的历程，并从自动化向自治化、智能化的目标演化。随着生产设备机 械化、自动化水平的提高，控制对象日益复杂，由于系统中表征设备工作状 态的 状态参数多、参数变化快、子系统不确定性大等特点，从而对检测技术 的要求不 断提高，促进了检测技术水平的不断提高。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
• 在测量装置和某些分类机械中，检测是装置和设 备的核心。例如自动分拣机要实现将工件按重量 分别放在不同位置的功能，就必须具有重量检测 单元（见下图）。
2.设备运行状态检测与故障诊断
• 为了保证机电设备安全可靠地运行，经常要求对 主要参数进行监测，如对电源电压、电机功耗或 负载电流、润滑油温度的监测等，其目的是防止 过载造成损 坏。这是一种保护性检测。但是随着 预防性维修的发展，对一些大型关键设备 要求进 行以故障诊断为目的的状态检测，例如，利用检 测振动信号，可监视动力 机械轴承或齿轮的故障， 并通过频率分析确定故障的部位，区分出轴承内 环、外 环或滚珠的故障。数控加工机床可利用切 削力信号、振动信号或声发射信号监 测刀具的工 作状态，当刀具破损或发生严重磨损时，及时发 出报警。
第七章智能传感器（4学时） • 概述 • 智能传感器的系统构成 • 智能传感器的集成技术 • 智能传感器实现的方法 • 智能仪器实例 第八章 传感器信号处理（2学时） • 测量放大器 • 信号的调制与解调 • 滤波器 • 传感器信号的非线性校正
第九章自动检测系统 （4学时） • 自动检测系统的组成 • 模拟量数据采集系统 • 数据采集系统输入接口器件 • 主要特性指标及测定方法 • 虚拟仪器
3.制造质量检测与控制
• 在机械制造过程中，为了保证加工零件的质量而 进行的检测，例如材质检 测、缺陷检测、尺寸及 表面质量检测。基于质量控制的检测又分为在线 检测与离 线检测。离线检测是在加工或装配完成 后对零件或产品进行检测，确定加工零 件是否合 格，剔除不合格零件，或者通过绘制控制图发现 加工过程的异常趋势。 在线检测是在加工或装配 过程中进行检测，例如，外圆磨削自动检测仪可 在磨削 过程中利用气动量仪或电感测头自动检测 工件尺寸，输出检测信息，以对机床进 行补充调 节或供显示报警。
传感器与检测技术精PPT课件
L 2H 2R 2S 2
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1.3测量误差与数据处理基础
测量的定义：以确定量值为目的的一组操作，此 操作可以通过手动或自动的方式来进行。从计量学 的角度来讲，测量就是利用实验手段，把待测量与 已知的同类量进行直接或间接的比较，将已知量作 为计量单位，求得比值的过程。
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例如： ①在实验室为确定各种机械工件、光学材料及电子器件等 的属性，对反映它们特定的物理化学属性的量值进行精密 测量；在工厂车间对产品性能的检验； ②在商贸部门对商品的检验； ③在部队靶场对武器系统的性能进行的试验和测试； ④在计量部门对测量量具与仪器的检定、校准、比对，对 标准物质和标准器具的定值，乃至对整个测量设备的计量 确认活动，以及对整个实验室的认可活动。
xmin 100% YFS
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6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
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1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
4、电量测量和非电量测量 根据被测量的属性。
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1.3测量误差与数据处理基础
测量的定义：以确定量值为目的的一组操作，此 操作可以通过手动或自动的方式来进行。从计量学 的角度来讲，测量就是利用实验手段，把待测量与 已知的同类量进行直接或间接的比较，将已知量作 为计量单位，求得比值的过程。
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例如： ①在实验室为确定各种机械工件、光学材料及电子器件等 的属性，对反映它们特定的物理化学属性的量值进行精密 测量；在工厂车间对产品性能的检验； ②在商贸部门对商品的检验； ③在部队靶场对武器系统的性能进行的试验和测试； ④在计量部门对测量量具与仪器的检定、校准、比对，对 标准物质和标准器具的定值，乃至对整个测量设备的计量 确认活动，以及对整个实验室的认可活动。
xmin 100% YFS
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6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
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1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
4、电量测量和非电量测量 根据被测量的属性。
《速度传感器》课件
使用霍尔效应或磁致伸缩效应进 行测量，革新了非接触式传感器 的设计。
光学传感器
使用光电效应进行测量，提高了 传感器的精度和速度。
速度传感器的主要厂商
西门子 通用电气 ABB
利尔克斯 罗斯蒙德 艾默生
霍尼韦尔 博世 岛津
皮尔斯特 霍夫曼克林 万宝
速度传感器的选择与安装
1 选择因素
测量范围、输出方式、精 度、工作环境等都是选择 速度传感器的重要因素。
铁路运输
用于铁路车辆的速度监测、行车安全监 测等，确保铁路运输的安全。
汽车行业中的速度传感器
车速传感器
使用霍尔效应测量车轮转速， 提供车速信息。
转速传感器
使用接触方式测量发动机转速， 监测发动机运行状态。
差速器传感器
监测车辆离心差速器的转速， 调整轮胎的扭矩。
机械制造中的速度传感器
转速计
通过接触式或非接触式方式测量 机床转速。
《速度传感器》PPT课件
欢迎来到《速度传感器》的课程！在这里，我们将深入了解什么是速度传感 器及其应用。加快你的速度，赶快开始吧！
什么是速度传感器
定义
速度传感器，是一种用于测量物体在单位时间内移动的距离的传感器。
类型
根据测量方式的不同，可分为非接触传感器和接触传感器两种。
特点
具有高精度，高可靠性，易安装等优点，是现代制造和工业自动化系统中不可或缺的重要组 成部分。
缺点
受环境因素影响较大，维护和更换成本较高，对于 复杂的运动状态有局限性。
速度传感器对于工业自动化的重要意义
1 提高生产效率
实现机器运行的智能化监控和控制，提高生产效率和产品质量。
2 降低成本
节约人力和物力成本，提高设备的利用率和生产效益。
光学传感器
使用光电效应进行测量，提高了 传感器的精度和速度。
速度传感器的主要厂商
西门子 通用电气 ABB
利尔克斯 罗斯蒙德 艾默生
霍尼韦尔 博世 岛津
皮尔斯特 霍夫曼克林 万宝
速度传感器的选择与安装
1 选择因素
测量范围、输出方式、精 度、工作环境等都是选择 速度传感器的重要因素。
铁路运输
用于铁路车辆的速度监测、行车安全监 测等，确保铁路运输的安全。
汽车行业中的速度传感器
车速传感器
使用霍尔效应测量车轮转速， 提供车速信息。
转速传感器
使用接触方式测量发动机转速， 监测发动机运行状态。
差速器传感器
监测车辆离心差速器的转速， 调整轮胎的扭矩。
机械制造中的速度传感器
转速计
通过接触式或非接触式方式测量 机床转速。
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什么是速度传感器
定义
速度传感器，是一种用于测量物体在单位时间内移动的距离的传感器。
类型
根据测量方式的不同，可分为非接触传感器和接触传感器两种。
特点
具有高精度，高可靠性，易安装等优点，是现代制造和工业自动化系统中不可或缺的重要组 成部分。
缺点
受环境因素影响较大，维护和更换成本较高，对于 复杂的运动状态有局限性。
速度传感器对于工业自动化的重要意义
1 提高生产效率
实现机器运行的智能化监控和控制，提高生产效率和产品质量。
2 降低成本
节约人力和物力成本，提高设备的利用率和生产效益。
传感器课程设计加速度传感器
一、设计要求1、功能与用途加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如手提电脑的硬盘抗摔保护，另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，自动调节相机的聚焦。
而这些产品中由于要求对温度的干扰有很大的免疫力，其中采用的都是压电式加速度传感器。
压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面，灵敏度是压电加速度传感器应用时候要考虑到的重要因素之一。
概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
2、指标要求分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转化为电量输出。
二、设计方案及其特点依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特性，可制作成压电式加速度传感器、电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。
三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下：1、方案一压电式加速度传感器压电加速度测量系统结构框图如图1图1压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。
这些压电材料,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时,电荷的极性也随着改变。
电信号经前置放大器放大,即可由一般测量仪器测试出电荷(电压)大小,从而得出物体的加速度图2 压电式加速度计的幅频特性曲线加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图2。
方案二电阻应变式加速度传感器应变式加速度传感器主要用于物体加速度的测量。
其基本工作原理是：物体运动的加速度与作用在它上面的力成正比，与物体的质量成反比，即a=F/m。
《传感器检测技术》PPT课件
响
应特性：
➢ 除理想状态，多数传感器的输入信号是随时间变化的，输 出信号一定不会与输入信号有相同的时间函数，这种输入输 出之间的差异就是动态误差；
➢ 传感器输出对时间变化的输入量的响应既反映了传感器的 动态特性。
➢一般用传感器对于标准动态输入信号的响应来衡量传感器 的动态特性。标准动信号为正弦信号、阶跃信号和单位脉冲 信号。
环境影响量指由外界坏境变化而引起的示值变化量。由两个因素构成，一个 是零漂、二是灵敏度漂移。表示环境影响量时，必须同时写出示值偏差及 造成这一偏差的影响因素。
例： 0.1A/U ( 表5% 示电)源电压变化5%时，将引起示值变化0.1uA.
例：某数字式液位计的使用说明书上注明该产品为数 字面板表，它的量程为0-10m（从面板表上可以看到， 事实上只能显示9.99m,属于3位表），非线性训差为 1.5%，使用环境温度为0-30度，温漂为0.001m/度， 请确定该产品是否能满足满度相对误差不大于2.0%的 要求。
在下图中，弹簧管将压力转换为角位 移α
2021/6/10
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弹簧管放大图
当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿 条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生 角位移。
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其他各种弹性敏感元件
在上图中的各种弹性元件也能将压力转 换为角位移或直线位移。
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压力传感器的外形及内部结构
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测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参 量转换成易于处理的电压、电流或频率量。
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在左图中，当 电位器的两端加上 电源后，电位器就 组成分压比电路， 它的输出量是与压 力成一定关系的电 压Uo 。
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需要绝缘时可用绝缘螺栓和云母垫片来固定加速度计（图b）但垫圈应尽量簿 也可以用一层簿蜡把加速度计粘在试件平整表面上（图c）
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第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器
第二节
加速度传感器
4.压电式加速度传感器的安装与使用 理论上压电加速度传感器应与被测振动体刚性连接。但在具 体使用中，有如下几种方法。
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器
第二节
加速度传感器
4.压电式加速度传感器的安装与使用 理论上压电加速度传感器应与被测振动体刚性连接。但在具 体使用中，有如下几种方法。
1）用于长期检测振动 机械的压电加速度传感 器应采用双头螺栓牢固 地固定在监视点上。
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第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器
此方法方便，但测量误 差较大，重复性差，频率 上限将降低到1000Hz以 下。 如图f、g
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第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 4. 加速度与力复合型传感器
第二节
加速度传感器
在对机械结构进行激振试验时，为了测量机械结构每一部位的阻 抗值(力和响应参数的比值)，需要在结构的同一点上激振并测定 它的响应。阻抗头就是专门用来传递激振力和测定激振点的受力 及加速度响应的特殊传感器。 它集压电式力传感器和压电式加速度传感器为一体
第四章 速度、加速度传感器 加速度测量方法：
第二节
加速度传感器
（1）加速度传感器 （2）速度或位移传感器+微分电路
分类（按原理）： 压电式、电阻式、电感式、电容式、谐振式、光纤式、力 平衡式
第四章 速度、加速度传感器 加速度测量原理 （以惯性式为例）
第二节
加速度传感器
质量块相对基座的位移与加速度成正比，通过测量该 位移（灵敏度低）或惯性力（灵敏度高）来测量加速度
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理 （1）压缩型
第二节
加速度传感器
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理 （1）压缩型
第二节
加速度传感器
汽车发动机是利用火花塞跳火将混合气点燃,使火焰在混 合气内不断传播进行燃烧。如果恰当地将点火时间提前一些， 可使气缸中汽油与空气的混合气体得到充分燃烧，使转矩增 大，排污减少，但如果点火时间过早或油品质不好,火焰在传 播途中当压力异常升高时,一些部位的混合气不等火焰传到, 就自己着火燃烧,造成瞬时爆发燃烧,由此引起的气体冲击波 冲击汽缸壁产生金属敲击声种，这现象称为爆震。 爆震引起的主要危害有:一是噪音,二是振动。振动很可 能使发动损坏，特别是大负荷条件下这种可能性更大。
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 4. 加速度与力复合型传感器
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 3.压电式加速度传感器的灵敏度 横向灵敏度
第二节
加速度传感器
压电晶体加速度传感器的横向灵敏度表示它对横向（垂直于 加速度轴线）振动的敏感程度。
表示方法 横向灵敏度以主灵敏度的百分比表示。 产生原因 •机械加工及封装误差； •压电元件本身的横向压电效应； •结构设计不合理； •装配不当产生的附加应力。
第四章 速度、加速度传感器
第二节
加速度传感器
加速度是表征物体在空间运动本质的一个基本物理量。 通过测量加速度获取物体的运动状态。例如，惯性导航系统 就是通过飞行器的加速度来测量它的加速度、速度(地速)、 位置、已飞过的距离以及相对于预定到达点的方向等。 可以通过测量加速度来判断运动机械系统所承受的加速度负 荷的大小，以便正确设计其机械强度和按照设计指标正确控 制其运动加速度，以免机件损坏。 在瞬态、冲击和随机振动等复杂参数的测量中电子加速度计 几乎是唯一手段。 对于加速度，常用绝对法测量，即把惯性型测量装置安装在 运动体上进行测量。
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第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器
第二节
加速度传感器
4.压电式加速度传感器的安装与使用 理论上压电加速度传感器应与被测振动体刚性连接。但在具 体使用中，有如下几种方法。
4）在对许多测试点进行 定期巡检时，也可采用手 持探针式加速度传感器。 使用时，用手握住探针， 紧紧地抵触在检测点上。 如图d。
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 3.压电式加速度传感器的灵敏度
第二节
加速度传感器
灵敏度并不是越高越好。灵敏度低的传感器可用于动态范围 很宽的振动测量，例如打桩机的冲击振动、汽车的撞击实验、炸 弹的贯穿延时引爆等。而高灵敏度的压电传感器可用于测量微弱 的振动。例如用于寻找地下管道的泄露点（水管漏水处可发出几 千赫兹的特殊振动）；或测量桥梁、楼房、桩基的受激振动以及 分析精密机床床身的振动以提高加工精度。
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 2.压电式加速度传感器的特点 前置放大器
第二节
加速度传感器
压电式传感器的前置放大器有：电压放大器和电荷放大器。 所用电压放大器就是高输入阻抗的比例放大器。其电路比 较简单，但输出受连接电缆对地电容的影响，适用于一般 振动测量。电荷放大器以电容作负反馈，使用中基本不受 电缆电容的影响。在电荷放大器中，通常用高质量的元器 件，输入阻抗高，但价格也比较贵.
第四章 速度、加速度传感器
第二节
加速度传感器
随着被测频率的变化，该传感器可以成为位移传感器、速度 传感器和加速度传感器。 位移传感器的工作区域为 加速度传感器的工作区域为 速度传感器的工作区域为 ω= ω0
要使加速度传感器的固有频率ω0，尽可能大，可以扩大测量 范围 k 2 0
m
减小m即可实现
时 ，即被测频率远高于传感器固有频率时 表明质块和壳体的相对运动（输 出）和基础的 振动（输入）近乎相等，即表明质块在惯性座标 中几乎处于静止状态 作为位移计的条件
ym 1 y1m
2 当
时 ，即被测频率远低于传感器固有频率时
ym 2 ( ) y1m 0
ym
1
2 0
1m y
作为加速度计 的条件
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理 （1）压缩型
第二节
加速度传感器
将振动传感器旋在气缸的侧壁上。当发生爆震时，传感器产 生共振，输出尖脉冲给汽车发动机电控单元,进而推迟点火时 刻，尽量使点火时刻接近爆震区而不发生爆震。
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理 （2）剪切型 右图为环形剪切型，结 构简单，能做成极小型、 高共振频率的加速度计， 环形质量块粘到装在中 心支柱上的环形压电元 件上。
2 2 2
arctg
k m
2 0
2 0 1 ( 0 ) 2
则
ym 2 2 2 y1m [1 ( 0 ) ] (2 0 )
c 2m0
第四章 速度、加速度传感器
第二节
加速度传感器
ym • 对 的讨论 y1m
1 当
ym ( 0 )2 2 2 y1m [1 ( 0 )2 ] (2 0 )
力也不能太大，否则会引起 压电晶片的非线性误差
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理
第二节
加速度传感器
（1）压缩型 在图中，S是弹簧，M是质块，B是 基座，P是压电元件。图a是中央安 装压缩型，压电元件—质量块—弹 簧系统装在圆形中心支柱上，支柱 与基座连接。这种结构有高的共振 频率。然而基座B与测试对象连接 时，如果基座B有变形则将直接影 响拾振器输出。此外，测试对象和 环境温度变化将影响压电元件，并 使预紧力发生变化， 易引起温度漂 移。
第二节
加速度传感器
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理 （2）剪切型 右图为三角剪切形，压 电元件由夹持环将其夹 牢在三角形中心柱上。 加速度计感受轴向振动 时，压电元件承 受切应 力。这种结构对底座变 形和温度变化有极好的 隔离作用，有较高的共 振频率和良好的线性。
第四章 速度、加速度传感器
第二节
加速度传感器
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 1.压电式加速度传感器原理
第二节
质量块
加速度传感器
壳体 当传感器与被测振动加速度的机 压电晶片 件紧固在一起后，传感器受机械 引出电极 运动的振动加速度作用，压电晶 片受到质量块惯性引起的压力， 原理图 其方向与振动加速度方向相反， 大小由F=ma决定。惯性引起的 弹簧是给压电晶片提供预紧 压力作用在压电晶片上产生电荷。 力的，预紧力不够，加速度 电荷由引出电极引出，由此将振 又比较大时，质量块将与压 动加速度转换成电量。 电晶片产生敲击碰撞；预紧
单位
加速度单位用m/s2，但振动测量中都习惯用g作为 加速度单位
第四章 速度、加速度传感器 一、压电式加速度传感器 3.压电式加速度传感器的灵敏度
第二节
加速度传感器
对给定的压电材料，灵敏度随质量块的增大或压电片的增多 而增大。一般加速度传感器尺寸越大，其固有频率越低。 因此选用加速度传感器时应当权衡灵敏度和结构尺寸、附 加质量影响和频率响应之间的利弊。
第四章 速度、加速度传感器 • 运动方程
第二节
加速度传感器
m( 01 1 ) cy01 ky01 0 y y
2 01 20 y01 0 y01 1 y y
强迫振动解为 其中 y m