检测系统设计合集.ppt
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• 机电一体化产品中，传感器用于检测外界环境 及自身状态的各种物理量及其变化，并将这些 信号转换成电信号，然后再通过相应的预处理 (变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路)将有 用的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显 示。
• 传感器及相应的信号检测与处理电路是机电一 体化产品中的检测系统。
• 传感器及其检测系统不仅是机电一体化产品必 不可少的组成部分，而且已成为机与电有机结 合的一个重要纽带。
演示课件
(二)高输入阻抗放大器
UU (1(1 RRRR)()UU U ) 由u0U U0R于1u000运 u1算u演U放 示Ri课(大fU(件RR2器 0R12R输2)f41U2入)整1fUi内理阻0：很U2i大02，U(I11i1RRI1ff
0 )U i
(三)高共模抑制比放大器
演示课件
(四)参量放大器
第四章 检测系统设计
• 第一节 概 述
• 第二节 模拟式传感器信号的检测 • 第三节 数字式传感器信号的检测
演示课件
第一节 概 述
• 一、检测系统的功用及组成 • 二、机电一体化对检测系统的基本
要求 • 三、检测系统设计的任务、方法和
步骤
演示课件
一、检测系统的功用及组成
• 检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成 部分，用于实现计测功能。
演示课件
(五)线性化放大器
演示课件
(五)线性化放大器与放大器增益切换
演示课件
放大器增益切换
演示课件
四、信号调制与解调电路
• 信号调制的方法有幅值调制、 相位调制、频率调制和脉宽调制等。 • (一)幅值调制与解调 • (二)相位调制与解调 • (三)频率调制与解调
演百度文库课件
(一)幅值调制与解调
(二)差动电路
U0 ZUU1UZ0020Z2U22iZZZZZ000 UUZU0ii2i Z0 Z Ui
演示课件
(三)非差动桥式电路
U022aar4crZcta0tanZn2CR1LRZ Ui
演示课件
(四)调频电路与脉冲调宽电路
f 1
df f dL f dC ( 1 ) f
2 LC
L
C
会周期性变化四次，有四个峰值。
(2)输出电动势的频率f与被测轴转速的关系式为；f
n 4 (Hz) 60
①采用具有高稳定度的无源元件或引入直流负 反馈来稳定静态工作点。②采用集成运算放大 器及深度负反馈来稳定放大倍数。③采用电容 和电阻进行相位补偿，以消除由寄生电容或其 它寄生耦合所引起的自激振荡。④妥善接地与 屏蔽，以减小寄生电容、寄生耦合等因素的影 响。⑤采取散热与均热措施，以保证温度稳定， 减小热漂移。
2C
BfkRCf0
2C0
C其中即 k是f 与 Uf0
R
/U
f
i
有关的常数
演示课件
演示课件
三、信号放大电路
• (一)减小噪声和提高稳定性的方法 • (二)高输入阻抗放大器 • (三)高共模抑制比放大器 • (四)参量放大器 • (五)线性化放大器
演示课件
(一)减小噪声的方法
• 放大电路中常见的噪声有热噪声、散粒噪声 和低频噪声等，对于这些噪声必须采取措施 加以抑制，以免有用信号被淹没在噪声中。
常用的抑制放大器噪声的措施有：①压缩放大器 带宽，滤除通带以外的各种噪声信号。②减小信 号源电阻，并尽量使其与放大器的等效噪声电阻 相等，以实现噪声阻抗匹配。③选用低噪声放大 器件，以减少噪声的产生。④减小接线电缆电容 的影响及各种干扰因素的影响。
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(一) 提高稳定性的方法
• 放大器的稳定性是指其在环境、输入 信号或电路中某些参数发生变化时能够 稳定工作的能力。提高放大器稳定性的措施有：
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二、机电一体化对检测系统的基本要求
• 机电一体化对检测系统在性能方面的基本要求：
1.精度、灵敏度和分辨率高，线性、稳定 性和重复性好； 2.抗干扰能力强，静、动态特性好。 3.要求检测系统体积小、质量轻、价格 便宜、便于安装与维修、耐环境性能好 等，并满足机电一体化设计的需要。
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三、检测系统设计的任务、方法和步骤
• 检测系统设计的主要任务是：根据使用要求合理 选用传感器，并设计或选用相应的信号检测与处 理电路以构成检测系统，对检测系统进行分析与 调试，使之实现预期的计测功能。
• 检测系统设计的主要方法是实验分析法，即理论
分析和计算与实验测试相结合的方法。由于检测传
感器物化性能的复现性和复制性，不能保证实际设计出的系 统的性能与理论分析和计算结果的一致，且检测系统易受到 多种干扰，它很难通过理论分析和计算而预先确定，必须通 过实验测试为理论分析提供依据，并对所设计的检测系统进 行修正，以满足其性能指标要求。
演示课件
1
演示课件
汽车及工程机械类其转速传感器的结构如图所示，励磁线圈W1和输 出线圈W2绕在铁芯1上，十字轮2与被测轴相连，其转速n(r/min)即为 被测轴转速。十字轮由铁磁材料制成。
(1)请说明该传感器在励磁线圈施加直流电压时的工作原理。
(2)给出输出信号e0的频率f与被测轴转速n 的关系。
演示课件
一、模拟信号检测系统的组成
演示课件
二、基本转换电路
• (一)分压电路 • (二)差动电路 • (三)非差动桥式电路 • (四)调频电路 • (五)脉冲调宽电路
演示课件
(一)分压电路
U0 U(10U20LUjC0)LRZrRj0jjZjLRM01LCRZ2rx(11UURi jUi Ri C) Ui 演示课件
演示课件
检测系统设计的步骤
• (1)设计任务分析 • (2)系统方案选择 • (3)系统构成框图设计 • (4)环节设计与制造 • (5)总装调试及实验分析 • (6)系统运行及考核
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第二节 模拟式传感器信号的检测
• 一、模拟信号检测系统的组成 • 二、基本转换电路 • 三、信号放大电路 • 四、信号调制与解调电路 • 五、滤波器 • 六、运算电路
(3)当励磁线圈施加电压ei分别是直流和交 流时，其输出信号e0的波形有何区别?为什么?
解：(1)这是—种电磁感应式转速传感器。当W1中通入直流电流 后，铁芯中产生方向 固定的磁通Φ；十字轮位置影响Φ的大小。
在图示位置磁阻最小，十字轮转450时磁阻最大，因此Φ就会发生变
化，W2中感应电动势也会发生变化。被测轴每转一周，输出信号e0
• 传感器及相应的信号检测与处理电路是机电一 体化产品中的检测系统。
• 传感器及其检测系统不仅是机电一体化产品必 不可少的组成部分，而且已成为机与电有机结 合的一个重要纽带。
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(二)高输入阻抗放大器
UU (1(1 RRRR)()UU U ) 由u0U U0R于1u000运 u1算u演U放 示Ri课(大fU(件RR2器 0R12R输2)f41U2入)整1fUi内理阻0：很U2i大02，U(I11i1RRI1ff
0 )U i
(三)高共模抑制比放大器
演示课件
(四)参量放大器
第四章 检测系统设计
• 第一节 概 述
• 第二节 模拟式传感器信号的检测 • 第三节 数字式传感器信号的检测
演示课件
第一节 概 述
• 一、检测系统的功用及组成 • 二、机电一体化对检测系统的基本
要求 • 三、检测系统设计的任务、方法和
步骤
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一、检测系统的功用及组成
• 检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成 部分，用于实现计测功能。
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(五)线性化放大器
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(五)线性化放大器与放大器增益切换
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放大器增益切换
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四、信号调制与解调电路
• 信号调制的方法有幅值调制、 相位调制、频率调制和脉宽调制等。 • (一)幅值调制与解调 • (二)相位调制与解调 • (三)频率调制与解调
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(一)幅值调制与解调
(二)差动电路
U0 ZUU1UZ0020Z2U22iZZZZZ000 UUZU0ii2i Z0 Z Ui
演示课件
(三)非差动桥式电路
U022aar4crZcta0tanZn2CR1LRZ Ui
演示课件
(四)调频电路与脉冲调宽电路
f 1
df f dL f dC ( 1 ) f
2 LC
L
C
会周期性变化四次，有四个峰值。
(2)输出电动势的频率f与被测轴转速的关系式为；f
n 4 (Hz) 60
①采用具有高稳定度的无源元件或引入直流负 反馈来稳定静态工作点。②采用集成运算放大 器及深度负反馈来稳定放大倍数。③采用电容 和电阻进行相位补偿，以消除由寄生电容或其 它寄生耦合所引起的自激振荡。④妥善接地与 屏蔽，以减小寄生电容、寄生耦合等因素的影 响。⑤采取散热与均热措施，以保证温度稳定， 减小热漂移。
2C
BfkRCf0
2C0
C其中即 k是f 与 Uf0
R
/U
f
i
有关的常数
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三、信号放大电路
• (一)减小噪声和提高稳定性的方法 • (二)高输入阻抗放大器 • (三)高共模抑制比放大器 • (四)参量放大器 • (五)线性化放大器
演示课件
(一)减小噪声的方法
• 放大电路中常见的噪声有热噪声、散粒噪声 和低频噪声等，对于这些噪声必须采取措施 加以抑制，以免有用信号被淹没在噪声中。
常用的抑制放大器噪声的措施有：①压缩放大器 带宽，滤除通带以外的各种噪声信号。②减小信 号源电阻，并尽量使其与放大器的等效噪声电阻 相等，以实现噪声阻抗匹配。③选用低噪声放大 器件，以减少噪声的产生。④减小接线电缆电容 的影响及各种干扰因素的影响。
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(一) 提高稳定性的方法
• 放大器的稳定性是指其在环境、输入 信号或电路中某些参数发生变化时能够 稳定工作的能力。提高放大器稳定性的措施有：
演示课件
二、机电一体化对检测系统的基本要求
• 机电一体化对检测系统在性能方面的基本要求：
1.精度、灵敏度和分辨率高，线性、稳定 性和重复性好； 2.抗干扰能力强，静、动态特性好。 3.要求检测系统体积小、质量轻、价格 便宜、便于安装与维修、耐环境性能好 等，并满足机电一体化设计的需要。
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三、检测系统设计的任务、方法和步骤
• 检测系统设计的主要任务是：根据使用要求合理 选用传感器，并设计或选用相应的信号检测与处 理电路以构成检测系统，对检测系统进行分析与 调试，使之实现预期的计测功能。
• 检测系统设计的主要方法是实验分析法，即理论
分析和计算与实验测试相结合的方法。由于检测传
感器物化性能的复现性和复制性，不能保证实际设计出的系 统的性能与理论分析和计算结果的一致，且检测系统易受到 多种干扰，它很难通过理论分析和计算而预先确定，必须通 过实验测试为理论分析提供依据，并对所设计的检测系统进 行修正，以满足其性能指标要求。
演示课件
1
演示课件
汽车及工程机械类其转速传感器的结构如图所示，励磁线圈W1和输 出线圈W2绕在铁芯1上，十字轮2与被测轴相连，其转速n(r/min)即为 被测轴转速。十字轮由铁磁材料制成。
(1)请说明该传感器在励磁线圈施加直流电压时的工作原理。
(2)给出输出信号e0的频率f与被测轴转速n 的关系。
演示课件
一、模拟信号检测系统的组成
演示课件
二、基本转换电路
• (一)分压电路 • (二)差动电路 • (三)非差动桥式电路 • (四)调频电路 • (五)脉冲调宽电路
演示课件
(一)分压电路
U0 U(10U20LUjC0)LRZrRj0jjZjLRM01LCRZ2rx(11UURi jUi Ri C) Ui 演示课件
演示课件
检测系统设计的步骤
• (1)设计任务分析 • (2)系统方案选择 • (3)系统构成框图设计 • (4)环节设计与制造 • (5)总装调试及实验分析 • (6)系统运行及考核
演示课件
第二节 模拟式传感器信号的检测
• 一、模拟信号检测系统的组成 • 二、基本转换电路 • 三、信号放大电路 • 四、信号调制与解调电路 • 五、滤波器 • 六、运算电路
(3)当励磁线圈施加电压ei分别是直流和交 流时，其输出信号e0的波形有何区别?为什么?
解：(1)这是—种电磁感应式转速传感器。当W1中通入直流电流 后，铁芯中产生方向 固定的磁通Φ；十字轮位置影响Φ的大小。
在图示位置磁阻最小，十字轮转450时磁阻最大，因此Φ就会发生变
化，W2中感应电动势也会发生变化。被测轴每转一周，输出信号e0