第6章传感器与计算机接口
第章可编程控制器系统设计与应用详细
第一章：可编程控制器系统简介什么是可编程控制器系统？可编程控制器系统是一种应用于自动化领域的控制系统。
它包含许多可编程控制器、执行器、传感器和接口，通过编程控制硬件设备的运行状态，达到自动化控制的目的。
可编程控制器系统的主要组成部分可编程控制器系统主要包括以下组成部分：1.可编程控制器（PLC）：PLC是可编程控制器系统的核心，它是一种特殊的计算机，通过编程实现对自动化设备的控制。
2.执行器：执行器是指控制系统中用于执行各种操作的设备，比如电机、阀门、气缸等。
3.传感器：传感器主要用于感知环境信息，比如温度、湿度、压力、重量等。
4.接口：接口是指用于实现不同硬件设备之间的通讯和协作的技术手段。
可编程控制器系统的应用场景可编程控制器系统广泛应用于各个领域，比如工业自动化、交通运输、航空航天、物流配送等。
其中，工业自动化是可编程控制器系统最为广泛的应用领域之一，比如生产线控制、化工厂控制、水泥厂控制等。
可编程控制器系统的特点可编程控制器系统具有以下特点：1.稳定可靠：可编程控制器系统经过严格设计和测试，具有很高的稳定性和可靠性。
2.易于维护：可编程控制器系统采用模块化设计，故障出现时可以很容易地进行诊断和修复。
3.高效节能：可编程控制器系统通过设备的精细控制，可以减少能耗和资源浪费，达到高效节能的目的。
4.灵活可编程：可编程控制器系统可以根据不同的控制需求，设计不同的控制程序，从而实现灵活控制。
可编程控制器系统的优势和劣势可编程控制器系统的优势如下：1.可以实现高效节能：可编程控制器系统可以通过对设备的精细控制，实现高效节能的目的。
2.易于维护和升级：可编程控制器系统采用模块化设计，故障出现时可以很容易地进行诊断和修复，也可以方便地升级和扩展。
3.控制精度高：可编程控制器系统可以根据需要进行精细控制，从而实现更高的控制精度。
可编程控制器系统的劣势如下：1.成本高：可编程控制器系统的硬件设备和软件开发成本相对较高。
传感器原理及工程应用答案
传感器原理及工程应用答案1—1:测量的定义,答:测量是以确定被测量的值或获取测量结果为目的的一系列操作。
所以, 测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量的倍数。
1—2:什么是测量值的绝对误差、相对误差、引用误差,答:绝对误差是测量结果与真值之差,即: 绝对误差=测量值—真值相对误差是绝对误差与被测量真值之比,常用绝对误差与测量值之比,以百分数表示 , 即: 相对误差=绝对误差/测量值×100%引用误差是绝对误差与量程之比,以百分数表示,即: 引用误差=绝对误差/量程×100%1—3什么是测量误差,测量误差有几种表示方法,它们通常应用在什么场合, 答: 测量误差是测得值减去被测量的真值。
测量误差的表示方法:绝对误差、实际相对误差、引用误差、基本误差、附加误差。
当被测量大小相同时，常用绝对误差来评定测量准确度;相对误差常用来表示和比较测量结果的准确度;引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，基本误差、附加误差适用于传感器或仪表中。
2,1:什么是传感器,它由哪几部分组成,它的作用及相互关系如何,答:传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。
通常，传感器由敏感元件和转换元件组成。
其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分; 转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。
2—2:什么是传感器的静态特性,它有哪些性能指标,分别说明这些性能指标的含义, 答:传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为传感器的静态特性;其主要指标有线性度、灵敏度、精确度、最小检测量和分辨力、迟滞、重复性、零点漂移、温漂。
灵敏度定义是输出量增量Δy与引起输出量增量Δy的相应输入量增量Δx之比。
传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。
输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。
机电一体化系统设计基础
机电一体化系统设计基础（本）课程基于网络考核改革试点方案（2018 年1 月）一、考核改革的目的1 •通过本课程考核的改革，深入探索现代远程开放教育、成人学习课程考核的基本模式；2•通过本课程考核的改革，进一步加强教案过程的落实，指导学生在学习过程中理解把握课程的主要内容，检验学生各个学习环节的学习效果，达到培养目标；3•通过本课程考核的改革，探索机电一体化系统设计基础课程的形成性考核合理的题型、题量、难易程度等；4•探索远程成人教育考核方法的可信度和有效性，提高学习质量。
二、考核目标通过考核既要检测学生对机电一体化的基础理论与关键技术、机电一体化单元技术的接口技术等基本概念、基本理论的理解程度，又要检测学生通过学习机电一体化系统设计原理和综合集成技术，能够把各项技术有机地结合起来进行简单的机电一体化系统的分析和设计的能力。
三、考核对象广播电视大学工科类机械设计制造及其自动化专业（专科起点本科）的学生。
四、考核方式本课程考核采用形成性考核和终结性考核相结合的方式，形成性考核占总成绩的30%，登陆形成性考核系统进行，随平时学习过程完成；终结性考试为笔试，占总成绩的70%，在学期末进行，具体时间见中央电大统一时间安排。
（一）形成性考核完成一定量的习题是学好本课程的一项重要的、必不可少的工作。
通过这些习题的练习，逐步加深对课程中各种概念的理解、基本计算方法的应用，达到基本掌握本课程主要内容的目的。
通过形成性考核一方面可以加强对地方电大教师教案过程的引导、指导和管理，优质的完成教案任务，实现教案目标；另一方面可以加强对学生平时自主学习过程的指导和监督，重在对学生自主学习过程进行的指导和检测，引导学生按照教案要求和学习计划完成学习任务，达到掌握知识、提高能力的目标，提高学生的综合素质。
第一部分形考说明设计5次测验题，占课程综合成绩的30%。
形式：3次客观测试卷；1次主观测试卷；1次专题报告。
注：每次形考任务按百分制进行成绩评定。
第六章 空间数据采集与处理
θ
0 x
x′=x•cosθ+y •sin θ y′= -x•sinθ+y •cosθ
相似坐标变换示意
X 方向
Y 方向
(a)平移
(b)缩放
(c)图形旋转
2 仿射变换
公式如下：
cos ( X ,Y ) sin
' '
sin X TX Y T cos Y
通向计算机接口
叉丝 按扭
游标 电磁感应板
无法及时发现错误
•
手扶数字化的缺陷
作业辛苦
通向计算机接口
• 点方式 • 流方式 – 距离流方式
叉丝 按扭
游标 电磁感应板
– 时间流方式
三 维 数 字 化 仪
Ｐ Ｘ Ｄ 系 列 数 字 化 仪
扫描矢量化
• 扫描矢量化的基本思想
扫描矢量化是先通过扫描仪将纸质地 图以栅格数据形式输入计算机，然后采用 栅格数据矢量化的技术追踪出线和面，采 用模式识别技术识别出点和注记，并根据 地图内容和地图符号的关系自动给矢量数 据赋以属性值。
插值结果。
• 在ARCGIS中重采样功能是在ArcToolbox下实现的， 具体操作路径为：
ArcToolbox/Data Management Tools/Raster/Raster Processing/Resample
6.5 数据格式转换
GIS在其发展过程中，出现了很多研究机构和 企业，它们所使用的数据格式往往不尽相同，为了
• 光学分辨率是扫描仪在扫描时读取源图形的真实 点数。通常扫描仪的光学分辨率从300×600dpi 到1000×2000dpi。另外有些扫描仪的分辨率为 1200×1200dpi，这类扫描仪是利用硬件功能提 升水平分辨率的精度。 • 插值分辨率是指在真实的扫描点基础上插入有些 点后形成的分辨率。它是扫描图像时可以调节的 分辨率的最大值，通常是光学分辨率的4－16倍， 以4倍、8倍、16倍最常见。例如光学分辨率为 300×600dpi的扫描仪插值分辨率可达 4800×9600dpi。
模拟传感器与数字计算机间的新型接口
因此 ， 一种新型的模拟传感器 与数字计 算机 的
通讯 接 口— — Ｖ／ Ｆ转 换 器被 研 制和 开 发 ， 接 口利 此
收藕 日期 ０ｌ ｕ ２ ２ｌ １ Ｉ
维普资讯
传 感 器 技 术
第 ２ 卷 １
ｖｈ 为门槛 电压 ， 为 门槛 电流 ， ， ｈ ｖ 为导 通 电压 。 采 用 不 同的工 艺 ， 可制造 热 敏 、 光敏 和磁 敏等 不 同类 别 的传感 器 。 择 不 同的规 格 的 ｚ 元件 ， 变 电源 电 选 改
算机通讯 。虽然模拟传感器有逐渐被能与计算机直
接通讯的数字传感器和智能传感器所取代的趋势 ， 但以 ｗ 元件 为代 表 的数字传 感 器还 处于 研究 阶 段 ， 智能传感 器是真正 的面 向用户 的传感 器 ， 但
现阶段 也 还处 于大 规 模 集 成 电路 的 阶段 ， 限 于将 只
Ａｈｔ ｅ： ｎ ｖ ［ ｔｒ ｃ ｅｗ ｅ ａ ｇ ｅ ｅｉ ｒ ａ ｄｄ ｉ 】 ｏ ￣ ｔ ｓ ｓ ｒｓｎ ｅ ， ｉ ／ ｎ ｅｔｒ ｓａｉ ｒ Ａ ｏ ｅ ｉ ｅｆ ｅｂ ｔ ｅ ｎａ ｌ ｕ ｕ ｏｓ ｎ ｉ ｔ ｃｍｌｌ ｒ ｉ ｐｅｅ ｔ ｗｈｃ ｉ ａ Ｆ ｃ ｖ ｒ ｎ ａ ｎ ｏ ｓ ｓ ｇａ ｅ ｄ ｈｓ ｖ ｏ ｅ
Ｚ ＮＧ ｅ， ｉ ｘ ， ￣ ＇ ｉｉ． ＨＡ ｉ ｏ ｇ ＨＥ Ｗ ｉ ＦＵ Ｊ —ｕ Ｗ ｑ Ｌ—ｅ Ｚ ＮＧ Ｌ— ｎ ａ Ｇ ｊ ｙ
CMOS图像传感器
4、开关特性
T
gm (0) Cgs
2π
fT
图6-8 MOS开关电路
在CMOS传感器中采用了大量MOS开关管，用做寻址控制和
读出控制。其基本电路如图6-8所示。
在实际集成电路中，RL是用MOS场效应管取代的，如图6-9 所示。
由于输出端存在对地的电容Cg，上述的开 关作用不可能是实变的，输入和输出波形如图
（1）线性区
当U(y)<<(Ugs - Uth)时，上式可以简化
Id (Ugs Uth )Uds
式中， WM nCox
L
（2）非饱和区
随着Uds 的增大，u(y)也上升，绝缘层上的压降沿源极到漏极 逐渐减小，使反型层沟道逐渐变薄，上式变成：
Id
[(U gsU th )U ds
1 2
U
2 ds
]
（4）雪崩区
当Uds足够大时，源漏间将出现雪崩电流，如图6-5中的Id快速 上升段（4段）。
图6-5的曲线是在Ugs为常数的情况下获得的。如果改变Ugs， 则可以得到一簇曲线，如图6-6所示。
3、频率特性
MOS管的频率特性主要
取决于载流子迁移速度，沟
图6-6 场效应管的伏安特性曲线族
图6-7 MOS管的电容分布
道的长度和寄生电容的容量。
图6-7所示为栅源间分布
从Rgs，Cgs特性，可得到输出/ 输入的频率特性
电容Cgs及栅漏间分布电容 Cgd；衬底与漏极电容Cbd和 衬底与源极电容Cbs。
gm ()
Id () U g s ( )
1
1
k
jRgsCgs
式中，k为不随角频率ω变化的常数。
截止频率fT是MOS场效应管频率特性的重要参数。其定义为 当频率升高时，流过栅源之间的电容Cgs的电流也增大；当流过 它的电流正好等于交流电路的短路输出电流时所对应的频率ωT。
选择题试题库
选择题试题库第1章机电一体化的基本概念1、对于机电一体化系统的涵义，至今还有不同的认识。
但对机电一体化的本质特性认为是一个①计算机系统②机械系统③传感系统④电气系统2、接口有三个基本功能，它们是①变换、放大、传递②变换、放大、转换③变换、放大、控制④变换、放大、处理3、机电一体化技术是各种技术相互渗透的结果，下列技术不属于其主要相关技术的是①机械技术②检测传感技术③自动控制技术④多媒体技术4、机电一体化系统由许多要素或子系统组成，各子系统之间要能顺利地进行物质、能量和信息的传递和交换，必须在各要素或子系统的相接处具备一定的连接部件，这个连接部件就称为①传感检测单元②执行单元③驱动单元④接口5、机电一体化技术的发展前景应从如下方面考虑，说法错误的是①从性能上②从功能上③从层次上④从高技术的水平上6、机电一体化技术是微电子技术向机械工业渗透过程中逐渐形成的一种综合技术。
是一门集机械技术、电子技术、信息技术、计算机及软件技术、自动控制技术及其他技术互相融合而成的多学科交叉的综合技术。
机电一体化的概念是哪国学者提出的？①中国②美国③德国④日本第2章精密机械传动与支承技术在机电一体化系统中的应用1、爬行是影响进给精度的主要因素。
为了提高进给精度，必须消除爬行现象，主要应采取措施，不正确的是①提高传动系统的刚度②尽量缩短传动链，减小传动件数和弹性变形量。
③减少摩擦力的变化④提高临界速度2、机电一体化进给传动系统，由于齿轮传动级数的增加，会使齿隙和静摩擦增加，传动效率降低，故传动级数一般不超过几级。
① 1 ② 2 ③ 3 ④ 43、机电一体化系统的惯量大，会使系统的固有频率下降，产生谐振；但系统的惯量增大也有利于①提高伺服精度②提高响应速度③扩大伺服带宽④改善低速爬行4、移动工作台的惯量折算到旋转丝杠上的转动惯量是①②③④5、齿轮传动比的分配中，遵循“前大后小”原则的是①最小等效转动惯量原则（小功率传动装置）②最小等效转动惯量原则（大功率传动装置）③质量最小原则（小功率传动装置）④质量最小原则（大功率传动装置）6、齿轮传动比的分配中，传动比分配的结果为各分传动比相等，其遵循的原则是①最小等效转动惯量原则（小功率传动装置）②最小等效转动惯量原则（大功率传动装置）③质量最小原则（小功率传动装置）④质量最小原则（大功率传动装置）7、消除间隙的齿轮传动机构中，下列调整法中能实现自动补偿的是①直齿圆柱偏心轴套②直齿圆柱锥度齿轮③直齿圆柱双片薄片齿轮错齿④斜齿圆柱轴向垫片8、滚珠丝杠副的轴向间隙调整和预紧方法中，广泛采用双螺母预紧方式，下列预紧法中最精密的是①双螺母垫片调隙式②双螺母螺纹调隙式③双螺母齿差调隙式9、同步带标记“800 DI H 300”，其中“800”表示①800mm ②长度代号为800 ③节线长度为800 mm10、谐波齿轮减速器的最大特点，下列说法错误的是①传动比大②承载能力小③传动精度高④齿侧间隙小11、滚珠丝杠副轴向间隙调整与预紧方案中，便于调整且精度最高的方案是A. 双螺母螺纹预紧B. 双螺母齿差预紧C. 双螺母垫片预紧12、滚珠的工作圈（或列）数由试验可知：第一、第二和第三圈（或列）分别承受轴向载荷的A. 20%、30%、50%B. 30%、20%、50%C. 50%、30%、20%13、数控机床要求在什么进给运动下不爬行，有高的灵敏度。
传感器的概述
第一章 传感器的概述1.传感器的定义能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置叫做传感器。
2.传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量（位移、速度、加速度、力等）转换成 电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。
3.传感器的组成：传感器由有敏感元件、转换元件、信号调理电路、辅助电源组成。
传感器基本组成有敏感元件和 转换元件两部分，分别完成检测和转换两个基本功能。
第二章 传感器的基本特性1.传感器的基本特性：静态特性、动态特性。
2.衡量传感器静态特性的主要指标有：线性度 、灵敏度 、分辨率迟滞 、重复性 、漂移。
3.迟滞产生原因：传感器机械部分存在摩擦、间隙、松动、积尘等。
4.产生漂移的原因：①传感器自身结构参数老化；②测试过程中环境发生变化。
5.例题：1．用某一阶环节传感器测量100Hz 的正弦信号，如要求幅值误差限制在±5%以内，时间常数应取多少？如果用该传感器测量50Hz 的正弦信号，其幅值误差和相位误差各为多少？ 解：一阶传感器的频率响应特性： 幅频特性：2.在某二阶传感器的频率特性测试中发现，谐振发生在频率为216Hz 处，并得到最大福祉比为1.4比1，试估算该传感器的阻尼比和固有频率的大小。
3.玻璃水银温度计通过玻璃温包将热量传给水银，可用一阶微分方程来表示。
现已知某玻璃水银温度计特性的微分方1)(1)(+=ωτωj j H )(11)(ωτω+=A s rad f n n /135********.014.121)(A )(4)(1)(A n max n 21222=⨯=======⎭⎬⎫⎩⎨⎧+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-ππωωξξωωωωωξωωω所以，时共振，则当解：二阶系统程是x y dtdy310224-⨯=+ ，y 代表水银柱的高度，x 代表输入温度（℃）。
求该温度计的时间常数及灵敏度。
解：原微分方程等价于：x y dt dy3102-=+ 所以：时间常数T=2S, 灵敏度Sn=10-3第三章 电阻式传感1.应变式电阻传感器的特点： 1）优点：①结构简单，尺寸小，质量小，使用方便，性能稳定可靠；②分辨力高，能测出极微小的应变；③灵敏度 高，测量范围广，测量速度快，适合静、动态测量；④易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距离 测量和遥测；⑤价格便宜，品种多样，工艺较成熟，便于选择和使用，可以测量多种物理量。
《传感检测技术》期末考试试卷二(3套含答案)
《传感检测技术》期末考试试卷（A卷）题号12345678910总分得分1.传感器的静态特性参数主要有哪些？详细解释其中的一种参数。
（8'）2．指出图示光栅测量系统各部分的名称。
采用200线／mm的光栅测量位移时，分辨力是多少？增加4倍频技术后分辨力为多少？（10'）3.用K型热电偶测量某炉温，已知室温为20℃，高精度毫伏表测得电压值为32.068mv，请回答：（共18'）（1）什么是热电效应？（2）热电偶由哪些主要部件构成？（3）热电偶温度补偿的意义和方法。
（4）用计算法求炉温4．超声波测距仪测量时显示：由发出超声波至收到回波所用时间为100毫秒，假定波速为340米/秒，求被测距离。
当回波时间25毫秒时，被测距离又是多少？（8'）5．某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5V，求该仪器的灵敏度。
（6'）6．机器人传感器有哪些类型？各类型传感器分别可以是什么器件？（10'）7．写出你认为霍尔传感器能检测的物理量。
（8'）8．填表说明材料分拣实验台中的传感器名称及作用。
（12'）符号名称作用SBW1SFW3SCSNSASB9．生产线上的接近开关一般有几种？电感接近开关的特性是什么？请按图完成接线（电源下方为负载）。
（8'）10．举出四种常用的半导体光电元件，说明它们的基本特性。
（12'）A 卷参考答案1．线性度；灵敏度：传感器输出量增量y ∆与被测量增量x ∆的比值即输入特性曲线的斜率；分辨力；迟滞。
（各2分）2．1、2为光源，3为主光栅，4为指示光栅，5为光敏元件（4分）。
分辨力是0.005mm 。
增加细分时0.00125mm 。
（6分） 3．（1）热电效应，两种不同导体构成闭合回路，当两接点温度不同时，回路中将产生电动势。
—5分（2）热电极、保护套管、接线盒。
第六章计算机控制系统
⊥ a2
an ⊥
Uo
+
倒R-2R型
早期的D/A集成芯片
只具有从数字量 到模拟电流输出量转 换的功能。
使用时必须在外 电路中加数字输入锁 存器（I/O或扩展I/O 口、参考电压源以及 输出电压转换电路
中期的D/A集成芯片 近期的D/A集成芯片
增加了一些与 计算机接口相关的 电路及引脚，具有 数字输入所存功能 电路，能和CPU数 据总线直接相连。
脉冲个数的检测 脉冲频率与周期的检测 脉冲宽度的检测
测频法原理
(a)
(b)
(c)
被测信号fx
脉冲形 成电路
脉冲信号
闸门
(e)
T
fx
N T
门控 电路
(d)
时基信号 发生器
测周法原理
计数器 振荡器
脉冲 形成电路
闸门
被测信号fx
脉冲
形成电路
门控 电路
计数器
6.4.4 计算机测试系统的设计
主机选型
设计任务 输入通道结构
多
电信号经过处理并转换成计算机能
工 业
。 。
道 开 关
识别的数字量，输入计算机中。
对 象
计算机将采集来的数字量根据
需要进行不同的判识、预算，得出
所需要的结果。
A/D
显示
计
算
打印
机
采
样
报警
控
制
直接数字控制系统
分时地对被控对象的状态参数进行测试，根据测试的结果与给定值
的差值，按照预先制定的控制算法进行数学分析、运算后，控制量输出
企业级经营管理计算机
到其他工厂的生 产数据运输指令
工业级集中监督计算机
传感器与计算机接口ppt课件
机电一体化系统中的常用传感器 传感器与计算机接口技术
传感检测装置在机电一体化系统中的作用
传感检测装置作为机电一体化系统的感觉器 官，用来获取两方面信息：
• 系统内部的信息：如力的大小，工件的位置、位 移等。 • 系统外部即环境参数：如温度、湿度等。
把信息作适当处理（变换、放大、滤波）， 检测出有用信息，送到显示或处理装置。
接口实例
8253：下降沿有效的十六位减法计数器，3个计数通道都工作方式0—计数终 止时中断，其方式字分别为0x30、0x70、0xB0(方式0，先低后高读写，十六 进制)。
LM339：过零比较器，将来自编码器的正弦信号整形成0-5V的标准测速脉冲。
工作过程：8253通道0的方式字写完后，OUT0(=J)由高变低，等待测速脉冲 的到来。测速脉冲的第一个上升沿使JK边沿触发器翻转，Q置高，GATE0、 1、2打开，8253的3个计数通道开始下降沿减法计数，其中，通道0用于设定 检测时间，在设定的检测时间到达后，通道0计数结束，OUT0由低变高，由 于此时GATE1、2仍打开，计时脉冲和测速脉冲仍在计数，直到下一个测速 脉冲的上升沿使JK边沿触发器翻转，Q变低，关闭GATE0、1、2，计数结束， 同时产生计数结束中断给8031。8031在中断服务程序中根据计数器的设定值 和当前值计算出m1和m2，从而计算出转速n。
传感器与计算机接口技术
传感器的定义
广义：将被测物理量转换成与之对应的，容 易检测、传输或处理的信号的装置，称之为 传感器，也叫变换器、换能器。 狭义：指工程中使用的各类传感器。
传感器的分类 传感器的分类方法有多种，主要有以下三种分类：
• 按被测物理量：
位移、位置传感器 力、力矩传感器 速度、加速度传感器 温度、湿度、酸度传感器
传感器与检测技术-教学大纲精选全文
教学大纲课程名称：传感器与检测技术课程类别：专业基础课适合专业：数控技术、机电一体化、电气自动化、检测技术（课程80学时）课程要求：必修课程先修课程：大学物理、电路基础、电子技术和微机原理等开课时间：第4学期传感器与检测技术是高等院校数控技术、机电一体化、电气自动化、检测技术类专业教学计划中一门必修的专业基础课。
本课程主要研究各类传感器的机理、结构、测量电路和应用方法，主要包括常用传感器、近代新型传感技术及信号调理电路等内容。
本课程的目的和任务是使学生通过本课程的学习，掌握常用传感器的基本原理、应用基础，并初步具有检测和控制系统设计的能力。
第一章检测技术的基础知识(3学时)基本概念（敏感元件、变换器、检测技术、测系统的组成及特点、传感器及检测技术的发展）；；误差分析及处理技术第二章传感器的基本概念（4学时）传感器的基本概念、基本特性（静态特性、动态特性、静、动态特性标定）及其选用。
第三章常用传感器的工作原理及应用（15学时）通过对电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔传感器、热敏传感器的学习，掌握各种测量几何量的传感器的基本结构、工作原理、测量转换电路；熟悉几何量测控所需传感器的应用和选用。
第四章数字式传感器（7学时）掌握光栅数字式传感器、磁栅数字式传感器、感应同步器、编码器的工作原理及其应用。
第五章新型传感器（5学时）了解仿生传感器、光纤传感器、微型传感器、集成传感器的工作原理及应用和新型传感器研发的重点领域。
第六章传感器与检测系统的信号处理技术（5学时）通过对电桥电路、信号的放大与隔离、信号的变换的学习，重点掌握检测系统的信号放大与变换电路的处理技术。
第七章传感器与检测系统的干扰抑制技术（3学时）学习噪声干扰的形成、硬件抗干扰技术、软件抗干扰技术，熟悉检测系统的各种干扰拟制技术。
第八章典型非电参量的测试方法（7学时）熟悉掌握各种测量几何量的测试方法和传感器的选用原则。
包括：应变的测量、力及压力的测量、位移的测量、振动的测量、流量的测量。
传感器数据采集及其与计算机接
2) 放大电路。放大电路通常由运算放大器、晶体管等组成，用来放 大来自传感器的微弱信号。为得到高质量的模拟信号，要求放大电路具有 抗干扰、高输入阻抗等性能。常用的抗干扰措施有屏蔽、滤波、正确的接 地等方法。屏蔽是抑制场干扰的主要措施，而滤波则是抑制干扰最有效的 手段，特别是抑制导线耦合到电路中的干扰。对于信号通道中的干扰，可 根据测量中的有效信号频谱和干扰信号的频谱，设计滤波器，以保留有用 信号，剔除干扰信号。接地的目的之一是为了给系统提供一个基准电位， 若接地方法不正确，会引起干扰。
3．开关型测量电路 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。 4．转换电路
中间转换电路的种类和构成由传感器的类型决定。这里对常用的转换 电 路，如电桥、放大电路、调制与解调电路、模/数（A/D）与数/模 (D/A)转换电路等的作用做一简单说明，其工作原理及应用电路请参考相 关资料。
பைடு நூலகம்机电一体化
传感器数据采集及其与计算机接口
在机电一体化系统中，传感器获取系统的有关信息并通过检测系 统进行处理，以实施系统的控制，传感器处于被测对象与检测系统的 界面位置，是信号输入的主要窗口，为检测系统提供必须的原始信号 。中间转换电路将传感器的敏感元件输入的电参数信号转换成易于测 量或处理的电压或电流等信号。通常，这种电量信号很弱，需要由中 间转换电路进行放大、调制解调、A/D 、D/A转换等处理以满足信 号传输及计算机处理的要求，根据需要还必须进行阻抗匹配 线性化及 温度补偿等处理。中间转换电路的种类和构成由传感器的类型决定， 不同的传感器要求配用的中间转换电路经常具有自己的特色。
第六章 机器人感知 PPT课件
• 直线型（测量位移） 旋转型（测量角度）
360V
E
3
• 1.2 测速发电机
4
• 1.3 光电编码器
光学编码器是机器人关节伺服中常用的一种检 测装置。可以将机械轴的转角值或直线运动的位移 量转化成相应的电脉冲。
增量式
绝对式
5
6
7
2 外部状况的感觉
（1）物体识别传感器 （2）物体探测传感器 （3）极近物体探测传感器 （4）距离传感器
四 机器人感觉
传感器的种类
1.传感器的分类 内部传感器：检测机器人本身状态（手臂间角度等）的传
感器。 外部传感器：检测机器人所处环境（是什么物体，离物体
的距离有多远等）及状况（抓取的物体滑落等）的传感器。 外部传感器分为末端执行器传感器和环境传感器。 末端执行器传感器：主要装在作为末端执行器的手上，检
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触觉传感阵列
滑觉传感器
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力觉传感器
力和力矩的一般检测方法
（1）通过检测物体弹性变形测量力。 （2）通过检测物体压电效应检测力。 （3）通过检测物体压磁效应检测力。 （4）采用电动机、液压马达驱动的设备可以通过检测电动 机电流及液压马达油压等方法测量力或转矩。 （5）装有速度、加速度传感器的设备，可以通过速度与加 速度的测量推出作用力。
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腕力传感器
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接近与距离觉传感器
根据感知距离，接近觉传感器可分为三类；感知近距离（mm级）物 体的有磁力式、气压式、电容式等；感知中距离（大致30mm以内）物体 的有红外式；感知远距离（30CM以外）物体有超声式和激光式。视觉传 感器也可作为接近觉传感器。
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超声波传感器
6章 计算机测试系统
线性标度变换
若被测量的变换范围为A0～Am A0对应的数字量为N0，Am对应的数字量为Nm，Ax 对应的数字量为Nx；实际测量值为Ax； 假设包括传感器在内的整个数据采集系统是线 性的，则标度变换公式为：
A x A 0 (A m A 0 )(N x N 0 ) /(N m N 0 )
三 软件设计
目前单片机和DSP软件的开发主要采用汇编语 言和C语言，或者采用汇编语言与C语言混合编 程。 汇编语言编程必须对单片机或DSP的内部资源 和外围电路非常熟悉。主要适用于功能比较简 单的中小型应用系统。 采用C语言编程时，只需对单片机的内部结构 基本了解，对外围电路比较熟悉。用C语言开 发软件对很多细节问题无须考虑，编译软件会 替设计者安排好。
四 虚拟仪器测试系统
虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司（National Instrument）在1986年提出的，但其雏形可以追溯到1981 年由美国西北仪器系统公司推出的Apple II为基础的数字 存储示波器。这种仪器和个人计算机的概念相适应，当时被 称为个人仪器。（Personal Instrument）。
二 数据采集系统
1、集中采集
传感器 模拟信号 调理电路 模拟信号 调理电路 模 拟 多 路 切 换 器 控制逻辑 采样/保持器 A/D转换器 计 算
（a）
2、分散采集
传感器 传感器
模拟信号 调理电路 模拟信号 调理电路 模拟信号 调理电路
采样/保持器 采样/保持器
LabVIEW和LabWindows/CVI 详细教程可以到
或 /china 下载
教学实验（LabStar）——波形分析
六 标度变换
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速度传感器
非接触式速度传感器
加速度传感器
充有阻尼液体 的传感器壳体
电阻应变片
m m a 压电 元件
传感器 壳体
图6-13 电阻应变式加速度计
图6-14 压电式加速度传感器
集成半导体式加速度传感器
加速度传感器
普通加速度传感器
力传感器
梁式
柱式
轮辐式
应变片式力传感器
力传感器
F F R1 F b R4 + F (a) 柱式 F (b) 环式 (c) 梁式 c UI (d) 转换电路（直流电桥） R3 a R2 + d UO -
图6-18 各式力传感器结构及转换电路
压力传感器
应变片式 压阻式
压电式
力矩传感器
温度传感器
热电阻、热敏电阻
热电偶
视觉传感器
光源 视觉传感器 执行元件
图像或视频数据采集理卡
检测 对象
安装有图像或视频 处理软件的计算机
图6-28 视觉检测系统的组成
视觉传感器
图6-29 视觉传感器在药品生产中的应用
• • • • • • ⑴ 有信息判断和处理功能； ⑵ 能对测量值进行修正、误差补偿，提高了测量精度； ⑶ 可实现多传感器多参数测量； ⑷ 有自诊断和自校准功能，提高可靠性； ⑸ 测量数据可存取，使用方便； ⑹ 通信功能：有数据通信接口，能与微型计算机通信。
智能传感器的结构
与传统传感器相 同的部分
传感检测装置在机电一体化系统中的作用
显示器
主
接口 电路 接口 电路
A/D
多路 开关
变送器
…
传感器
…
变送器
传感器
打印机
交互设备 (键盘鼠标等) 报警 存储设备 (硬盘光盘等)
开关量 输入 开关量 输出
输入通道
传感检测
机
(工控 机或 普通 计算 机)
被 控 对 象
(压力 、速 度等 机械 参数)
接口 电路
控制器
(IPC/PLC/MCU等)
输 出 接 口
驱动执行机构
(电机、电磁阀等)
被控对象
(各种机械参数)
被 控 量
传感检测装置
(各类传感器等)
机电一体化系统的组成
第六章 传感器与计算机接口
概述 机电一体化系统中的常用传感器 传感器与计算机接口技术
第六章 传感器及其接口
概述
传感检测装置在机电一体化系统中的作用 传感检测装置的组成
位移传感器
放大 发光 二极管 旋转轴 编码盘 n 光敏 二极管
整形
辨向
计数
图6-9 由增量式光电编码盘构成的角度-数字转换系统
位移传感器
码盘式位移传感器
速度传感器
N 电涡流 传感器 n 霍尔 元件
S
n
图6-11 电涡流式转速测量原理
图6-12 霍尔式转速测量原理
非接触式速度传感器
接触式速度传感器—测速电机
传感器与计算机接口技术
传感器的定义
广义：将被测物ห้องสมุดไป่ตู้量转换成与之对应的，容 易检测、传输或处理的信号的装置，称之为 传感器，也叫变换器、换能器。 狭义：指工程中使用的各类传感器。
传感器的分类 传感器的分类方法有多种，主要有以下三种分类：
• 按被测物理量：
位移、位置传感器 力、力矩传感器 速度、加速度传感器 温度、湿度、酸度传感器
机电一体化系统中的常用传感器 传感器与计算机接口技术
传感检测装置在机电一体化系统中的作用
传感检测装置作为机电一体化系统的感觉器 官，用来获取两方面信息：
• 系统内部的信息：如力的大小，工件的位置、位 移等。 • 系统外部即环境参数：如温度、湿度等。
把信息作适当处理（变换、放大、滤波）， 检测出有用信息，送到显示或处理装置。
接口 电路
D/A
多路 开关
驱动 执行
…
…
传感检测装置的组成
通常是各 类传感器 非电量 电量 电量
被测对象
输入装置
中间变换装置
输出
非电量电测法：利用各种电子测量线路和仪器对非电物理
量进行测量的方法，相对于机械测量法、光学测量法。
第六章 传感器及其接口
概述 机电一体化系统中的常用传感器
传感器的定义与分类 机电一体化系统中的常用传感器 智能传感器
通信
被测量
传感器
预处理及 接口电路
微处 理器
输出 接口
显示
与传统传感器不 同的部分
第六章 传感器及其接口
概述 机电一体化系统中的常用传感器 传感器与计算机的接口
传感器的信号输出形式 数字型传感器与计算机接口及实例 模拟型传感器与计算机接口及实例
传感器的信号输出形式
传感器输出信号 电压 处理过程 输出结果 传感器类型
机电系统及生产过程自动化
第一章 机电一体化概论 第二章 精密机械技术 第三章 工业控制计算机 第四章 基于单片机的控制器 第五章 可编程序控制器 第六章 传感器与计算机接口 第七章 动力驱动及其计算机控制 第八章 机电一体化系统设计方法与实例
机电一体化系统的组成
设定值 ＋— 反 馈 量
输 入 接 口
传感器与计算机接口技术
机电一体化系统中的常用传感器
位置传感器 位移传感器 速度、加速度传感器 力、压力、力矩传感器 温度传感器 视觉传感器
位置传感器
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5 图6-2 微动式限位开关结构示意图 1—推杆；2—弯形片状弹簧；3—常开触点 4—常闭触点；5—复位弹簧
接触式位置传感器
• 按工作原理：
电阻式、电容式、电感式 磁电式、光电式、压电式、热电式 谐振式
注意：在机械工程中使用 的传感器有很多，一种传 感器可以测量多种物理量， 一种物理量也可以由多种 传感器测量得到。
• 按输出量：
模拟型 数字型
第六章 传感器及其接口
概述 机电一体化系统中的常用传感器
传感器的定义与分类 机电一体化系统中的常用传感器 智能传感器
位置传感器
Vcc R1 R1 R3 Vout Vout R2 有障碍物：低 无障碍物：高 R2 有物体靠近：低 无物体靠近：高 Vcc
(a) 透射式
(b) 反射式 图6-4 光电式接近开关
非接触式位置传感器
位置传感器
电感式、霍尔式接近开关 电容式接近开关
位移传感器
绝对式码盘（格雷码）
增量式码盘(ABZ)
图6-30 视觉传感器在PCB生产中的应用
视觉传感器
第六章 传感器及其接口
概述 机电一体化系统中的常用传感器
传感器的定义与分类 机电一体化系统中的常用传感器 智能传感器
传感器与计算机接口技术
智能传感器的概念与特点 一般传感器只具备信息采集、转换功能，智能化传 感器是一种带微处理器的传感器，是微型计算机和 传感器的结合，它兼有信息采集、转换、检测、判 断和处理功能，与传统传感器相比有很多特点：