机电一体化技讲义术检测系统
机电一体化检测系统
机电一体化检测系统的技术难点
机电一体化检测系统的技术难点包括传感器精度、数据处理和设备互联等方面。克服这难点可以提高 系统的性能和稳定性。
未来发展趋势及展望
未来，机电一体化检测系统将继续发展并应用于更多领域，利用人工智能和 大数据分析等技术，进一步提高检测效率和准确性。
机电一体化检测系统
机电一体化检测系统是一种先进的技术，将机械和电气设备相结合，实现了 自动化检测和数据处理。它在各个领域都有广泛应用，提高了效率和准确性。
检测系统介绍
机电一体化检测系统是一种先进的技术，通过整合机械和电气设备，实现对 各种产品和设备的自动化检测和数据处理。
检测系统的作用与优势
机电一体化检测系统的作用是提高产品质量和生产效率，同时降低人工成本和人为错误。它的优势在于 快速、准确和可靠的检测结果。
机电一体化技术的原理
机电一体化技术的原理是将机械和电气设备结合在一起，通过传感器和控制 器实现自动化检测和数据处理。
机电一体化检测系统的组成部分
机电一体化检测系统由传感器、控制器、数据采集和处理设备组成。这些组件相互配合，实现高效和精 确的检测功能。
机电一体化检测系统的应用领域
机电一体化检测系统被广泛应用于制造业、能源领域、交通运输和医疗设备等各个领域，提高了生产效 率和产品质量。
基于机电一体化技术的智能监测与控制系统开发
基于机电一体化技术的智能监测与控制系统开发智能监测与控制系统是目前在各个行业中被广泛应用的一种技术。
随着机电一体化技术的不断发展和进步，智能监测与控制系统的功能和应用领域也在逐渐扩大。
本文将重点介绍基于机电一体化技术的智能监测与控制系统的开发。
一、智能监测与控制系统的概述智能监测与控制系统是一种能够实时监测和控制设备运行状态的系统。
它通过传感器和执行器等硬件设备获取设备的运行数据，并通过算法和控制逻辑对设备进行控制。
智能监测与控制系统能够自动化地进行数据采集、分析和处理，实现自动监测和智能控制。
二、机电一体化技术在智能监测与控制系统中的应用1. 传感器技术的应用：机电一体化技术中的传感器可以实时采集设备的运行数据，例如温度、湿度、压力等参数，并将这些数据传输到监测与控制系统中。
通过分析这些数据，系统可以判断设备的运行状态，及时发现问题并采取相应的控制措施。
2.执行器技术的应用：机电一体化技术中的执行器可以根据监测与控制系统的指令对设备进行控制。
例如，当系统检测到设备温度过高时，可以通过控制执行器调整设备的运行状态，使温度回归正常范围。
3. 数据分析与处理技术的应用：机电一体化技术中的智能算法能够对采集到的数据进行分析和处理。
通过对设备运行数据的分析，系统可以预测设备的故障可能性，提前进行维护，从而避免设备故障导致的停机时间和损失。
三、智能监测与控制系统开发的关键步骤1. 系统需求分析：在开发智能监测与控制系统之前，首先需要明确系统的需求和目标。
根据具体的应用场景，确定系统需要监测和控制的参数、采样频率、控制策略等。
2. 硬件设计与选型：根据系统的需求，选择适当的传感器和执行器。
对于机电一体化技术，需要考虑传感器的安装方式、通信协议等因素，以及执行器的控制方式和接口。
3. 软件开发与算法设计：开发智能监测与控制系统需要编写相应的软件程序。
这包括数据采集、数据处理、算法设计和控制逻辑等方面的开发。
根据具体的应用场景，选择合适的算法和控制逻辑，实现设备的智能监测和控制。
机电一体化系统设计第5章检测系统设计
式中: ΔHm——输出值在正、反行程间的最大差值。
4)重复性 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，所得输出—输入曲 线的不一致程度，称为重复性。重复性误差用满量 程输出的百分数表示，即
γR Rm 100%
y FS
式中: ΔRm——最大重复性误差。
max
0 xFS x
图3-3 传感器的线性度示意图
线性度可用下式计算：
max L 100% y FS
式中：
（3-1）
L —— 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
传感器的分类 传感器的分类方法有多种; 如按被测物理量的性质分:位移传感器、速度传感 器、压力传感器等； 按工作机理分:电阻式、电感式、电容式、光电式； 按照输出信号的性质分类:可分为开关型(二值型)、 模拟型和数字型，如下图所示：
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接触型(如微动开关、接触开关等) 开关型 (二值型) 非接触型(如光电开关、接近开关等) 电阻型(电位器、电阻应变片等) 传感器
(1) 传感器的静特性
1) 线性度 通常希望输出与输入特性（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。
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。
y yFS 2
1
1 —实际曲线 2 —理想曲线
一、传感器的组成及基本特征
1.传感器的组成
一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。
机电一体化系统传感器与检测系统课件
加速度传感器有压电式、电容式等，具有响应速度快、动态范围大等优
点。
03
应用场景
速度传感器常用于电机控制、车辆测速等领域。加速度传感器则广泛应
用于地震监测、汽车安全气囊系统等方面。
力传感器
• 定义与原理：力传感器用于测量物体受到的力的大小和方向，通常将力学量转 换为电信号输出。
• 类型与特点：包括压阻式、压电式、应变式等。压阻式力传感器具有结构简单、 成本低等优点，但温度漂移较大。压电式力传感器响应速度快，但输出信号较 弱，需放大处理。应变式力传感器测量范围广，精度较高。
信号放大与滤波技术
信号放大
通过使用放大器对微弱信号进行放大， 以提高信号的幅度和驱动能力，使得 后续电路能够正常处理。
滤波技术
采用滤波器对信号中不需要的频率成 分进行滤除，以减少噪声和干扰，提 高信号的信噪比。
模拟/数字转换技术
模拟信号转换为数字信号
通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号，以便微处理器进行处理。 常用的ADC有逐次逼近型和积分型等。
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。
灵敏度：单位输入量的变化引起的输出量变化程度。 响应时间：传感器对输入量变化做出反应的时间。
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。
检测系统组成与功能
阐述检测系统组成，包括传感器、信号调理电路、数据采集与处理 模块等，并分析其在机电一体化系统中的功能。
传感器与检测系统的应用
举例说明传感器与检测系统在机器人、数控机床、自动化生产线等 机电一体化系统中的应用。
03机电一体化系统设计检测系统1
2）能量控制型
又称无源传感器（或电参量型传感器）， 即不能将非电功率转换成电功率的传感器。 这类传感器是以被测物理量对传感器中的电 参数的控制和调节作用来实现测量的目的， 所以，它必须有辅助的能源（电源）。如电 阻式、电感式、电容式等传感器均属此类。 习惯上长把工作原理和用途结合起来命名传 感器，如电感式位移传感器、压电式加速度 传感器等。
检测系统框图
被测 物理量 （非电量）
传感 器
电信号
变换 （F/V) 放大 存储
控制装置 显示
• 检测系统一般由传感器和信号加工两部分 构成。即：1）把各种非电量信号转换为电 信号，这就是传感器的功能。传感器又称 为“一次仪表”。2）对传感器送出的电信 号进行加工，使之成为合乎需要的、便于
输送或显示和记录的、可作进一步处理的 信号。
按国家标准，传感器的命名应由主题 词加四级修饰语构成：
• 主题词 传感器。
• 第一级修饰语 被测量，包括修饰被测量 的定语。
• 第二级修饰语 转换原理，一般可后续以 “式”字。
• 第三级修饰语 特征描述，指必须强调的 传感器结构、性能、材料特征、敏感元 件及其他必要的性能特征，一般可后续 以“型”字。
精度、灵敏度和分辨率高，能满足机电一体化系统 对检测精度和速度的要求。
• 能满足精度和速度的要求 • 线性度、灵敏度稳定性和重复性好，工作可靠。 • 静、动态特性好，测量范围大。 • 高可靠性和高抗干扰性。 • 其它特殊要求：体积小、重量轻、价格便宜、便
于安装与维修、耐环境性好等。
3.1.2 传感器分类
3.1.1 传感器概念和定义
人体对外界和周围环境的感觉或感知， 是通过五官、皮肤等来完成的。感觉器官从 外界获取信息，传输到大脑神经中枢进行信 息处理和加工，然后根据信息处理的结果控 制肌肉产生相应的动作。在机电一体化系统 中，外界信息是通过传感器进行检查和测量， 然后经过计算机处理，再控制执行装置完成 动作任务。
《机电一体化传感器技术与机械量检测》PPT课件讲义
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图5-30调频波与调制信号幅值的关系
（2）鉴频器
调频波的解调又称为鉴频，是将频率变化的 等幅调频波，按其频率变化复现调制信号波 形的变换。振幅鉴频器是一种简单的调频解 调器，其原理图及频率——幅值变换如图所 示。
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4、信号调制与解调
在测试技术中，调制是工程测试信号在传输 过程中常用的一种调理方法，主要是为了解 决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。
载波 调制信号
调幅波 调频波
图3-23 载波、调制信号及调幅、调频波
（1）、调幅与解调
调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测 试信号（调制信号）相乘，使载波信号随测试 信号的变化而变化。
调幅的目的是为了便于缓变信号的放大和传送， 然后再通过解调从放大的调制波中取出有用的 信号。
机电一体化技术检测系统设计
传感器 放大器
A/D
数字量非线 性校正电路
数字处理 或显示
非线性补偿可以采用硬件电路或使用软件来完成。
一、计算法
当输出信号与传感器的参数之间有确定的数字表达式 时采用的办法。
具体措施：
2）根据被检测信号的性质 (a)模拟信号检测系统 (b)数字信号检测系统
二、检测系统的基本特性 1、灵敏度与分辨率 2、精确度 3、频率响应特性 4、稳定性 5、线性特性
三、检测系统的检测方式
接触式检测
在线检测
非接触式检测
非在线检测
四、检测系统的组成
被测量
传感器
测量电路
输出量
输出单元
传感器： 把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且
在信号的所测频率范围内，要求传感器的幅频特性是 平直的，而要求相频特性是线性的或是不变的。
第三节 检测系统的检测原理
模拟信号的检测
传感器
测量 电路
放大器 解调器 滤波器
转换 电路
接口 电路
振荡器
1、基本测量电路 把传感器感应到的非电量参数转换为电量参数。
(1) 调频电路
f 1
1
2 LC 2 L(C1 Ci C0 C)
01 0
01 1
10 0
选中通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4
3）模拟信号的采样与保持
y (t)
采样 y *(t) 保持器
A/D y (kT) 数字 u (kT) D/A u *(t) 转换器 调节器 转换器
u (t)
保持器
机电一体化系统检测信号的采集与处理
机电一体化系统检测信号的采集与处理检测系统的组成首先跟传感器输出的信号形式和仪器的功能有关，并由此打算检测系统的类型。
（一）开关信号检测系统传感器的输出信号为开关信号，如光电开关和电触点开关的通断信号等。
这类信号的测量电路实质为功率放大电路。
（二）模拟信号检测系统模拟式传感器是目前应用最多的传感器，如电阻式、电感式、电容式、压电式、磁电式及热电式等传感器均输出模拟信号，其输出是与被测物理量相对应的连续变化的电信号。
（三）数字信号检测系统1.肯定码检测电路2.增量码检测电路图4.45 增量码数字信号检测系统常用的细分与辨向电路：（1）多路信号采集细分与辨向（2）电阻链移相细分与辨向可见，输入的正、余弦信号经电阻链运算电路进行线性叠加后，得到一相位移为φ的输出信号（3）锁相倍频细分与辨向（4）脉冲填充细分与辨向二、模拟量的转换输入1.模拟量的转换输入方式图4.48 模拟量的转换方式 2.模拟多路开关模拟多路开关又称为多路转换开关，简称多路开关，其作用是分别或依次把各路检测信号与A/D转换器接通，以节约A/D转换器件。
下图表示一个8通道的模拟开关的结构图，由模拟开关S0~S7及开关掌握与驱动电路组成。
8个模拟开关的接通与断开，通过用二进制代码寻址来指定，从而选择特定的通道。
例如当开关地址为000时，S0开关接通，S1~S7均断开，当开关地址为111时，S7开关接通，其它7个开关断开。
图4.49 8通道的模拟开关结构图 3. 信号采样与保持所谓采样，就是把时间连续的信号变成一串不连续的脉冲时间序列的过程。
信号采样是通过采样开关来实现的。
采样开关又称采样器，实质上它是一个模拟开关，每隔时间间隔T闭合一次，每次闭合持续时间τ，其中，T称为采样周期，其倒数fs=1/T称为采样频率，τ称为采样时间或采样宽度，采样后的脉冲序列称为采样信号。
采样信号是一个离散的模拟信号，它在时间轴上是离散的，但在函数轴上仍是连续的，因而还需要用A/D转换器将其转换成数字量。
机电一体化技术--检测系统共64页文档
机电一体化技术-Βιβλιοθήκη 检测系统36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
第四章机电一体化检测系统
第四章机电一体化检测系统第一节概述检测系统是机电一体化产品的一个重要组成部分，是用于检测相关外界环境及产品自身状态，为控制环节提供判断和处理依据的信息反馈环节。
机电一体化系统中，检测系统所测试的物理量一般包括：温度、流量、功率、位移、速度、加速度、力等。
由于机电一体化系统是以电信号为信息传输和处理的媒体，且控制系统的输入接口往往规定了特定的信号形式（如数字信号、直流信号、开关信号），因此，检测系统通常要用传感器将被测试的物理量变为电量，再经过变换、放大、调制、解调、滤波等电路处理后才能得到控制系统（或显示、记录等仪器）需要的信号。
本章重点介绍各种机电一体化系统中常见物理量检测的方法和测试系统的工作原理以及传感器的信号处理、接口技术等。
一、检测系统的组成机电一体化产品中需要检测的物理量分成电量和非电量两种形式，非电量的检测系统系统有两个重要环节：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。
机电一体化系统一般采用计算机控制方式，因此，电信号处理系统通常是以计算机为中心的电信号处理系统。
综上所述，非电量检测系统的结构形式如图4-1所示。
图4-1 非电量检测系统的结构形式对于电量检测系统，只保留了电信号的处理过程，省略了一次仪表的处理过程。
二、传感器的概念及基本特性传感器是一种以一定的精确度将被测量转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量（如电量）的测量部件或装置。
通常传感器是将非电量转换成电量来输出。
传感器的特性（静态特性和动态特性）是其内部参数所表现的外部特征，决定了传感器的性能和精度。
1、传感器的构成传感器一般是由敏感元件、传感元件和转换电路三部分组成，如图4-2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，而输入、输出间具有确定的数学关系（最好为线性）。