机电一体化技术传感与检测技术

图3-5 绝对式光电编码器的结构示意 1—光源；2—透镜；3—编码盘；4—狭缝；5—光电元件
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光电编码器的应用——转速测量
转速可由编码器发出的脉冲频率或周期来测量。
数字输出 N1 门 数字器
编码器 脉冲
t 时钟 控制逻辑
图3-6(a) 脉冲频率法测转速
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数字输出 2MHz 门 N2 计数器
时钟脉冲
×
控制电路 编码器脉冲
脉冲间隔
复位
图3-6（b）脉冲周期法测转速
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3.2.2光栅尺 光栅尺或称光栅，是一
种高精度的直线位移传 感器。
W


图3-7 光栅尺的结构示意图
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2、莫尔条纹与参数间的关系
光栅的莫尔条纹有如下特点：
（1）起放大作用。
（2）莫尔条纹的移动与栅距成正比。
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标尺光栅 指示光栅 光源
A B A1 B1 光电元件
差动放大
差动放大
信 号 处 理
正向脉冲
反向脉冲
图3-8 光电元件
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3、信号处理
光栅尺输出的信号有两种：一种是正弦波信
号；一种是方波信号。 光栅尺除了增量式测量外，还有绝对式测量， 输出二进制BCD码子或格雷码 编码的设计可采用二进制码、循环码、二进 制补码等。
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（2）中位值滤波法
中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样次（3
且为奇数），并按大小顺序排序；再取中间值作为 本次采样的有效数据。 中位值滤波法和算术平均值滤波法结合起来使用， 滤波效果会更好。 （3）限幅滤波法 由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数 据偏离实际值太远，为此仅采用上、下限限幅
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（2）中位值滤波法
中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样次（3
且为奇数），并按大小顺序排序；再取中间值作为 本次采样的有效数据。 中位值滤波法和算术平均值滤波法结合起来使用， 滤波效果会更好。 （3）限幅滤波法 由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数 据偏离实际值太远，为此仅采用上、下限限幅
2、数字信号处理方法
通过A/D转换得到的数字信号，可以利用计算机进行各种各
样的处理。除此之外，还有数字滤波、快速傅立叶变换 （Fast Fourier Transform,FFT）等。 （1）算术平均值法 平均值滤波法是对信号Y的m次测量值进行算术平均，作为 时刻n的输出，即

Y (n)
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（2）中位值滤波法
中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样次（3
且为奇数），并按大小顺序排序；再取中间值作为 本次采样的有效数据。 中位值滤波法和算术平均值滤波法结合起来使用， 滤波效果会更好。 （3）限幅滤波法 由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数 据偏离实际值太远，为此仅采用上、下限限幅
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3.3.1模拟信号处理 R
2
R2 -
R1 V1
+ V0 V1 R1
+ V0
(a)反相放大电路
(b)正相放大电路
R1 R1 V1 R1
V2 V
3
R2 +
v0
R1 R1 V1
V2
R2 +
R2
(c)加法运算电路
（d)减法运算电路
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C R + Vi Vo Vi R -
明区组成，这些透明及不透明区按一定编 码构成，编码盘上码道的条数就是数码的 位数。绝对式编码器能够直接给出对应于 每个转角位置的二进制数码，便于计算机 处理。
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(a) 4位二进制绝对式编码器的编码盘 (b) 4位格雷码盘示意图 图3-4 绝对式光电编码器的编码盘
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（2）中位值滤波法
中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样次（3
且为奇数），并按大小顺序排序；再取中间值作为 本次采样的有效数据。 中位值滤波法和算术平均值滤波法结合起来使用， 滤波效果会更好。 （3）限幅滤波法 由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数 据偏离实际值太远，为此仅采用上、下限限幅
(a)齿轮轮齿弯矩
(b)立柱应力
图3-11 开始 前页 后页 结束
构件应力测定的应用
（2）将应变片粘贴在弹性元件上，进行标定后作为测量力、
压力、位移等物理量的传感器。
1—质量块；2—应变梁；3—应变片；4—阻尼液； 5—密封圈；6—接线板；7—底座 图 3-12 应变式加速度传感器
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3.2.4温度传感器
温度传感器是一种将温度变化转换为电学量
变化的装置，用于检测温度和热量，因此也 叫做热电式传感器。 温度传感器一般分为接触式和非接触式两大 类
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1、热电效应
热电偶测温是基于热电效应。在两种不同的导体（或半导体）
A和B组成的闭合回路中，如果它们两个结点的温度不同， 则回路中产生一个电动势，通常我们称这种电动势为热电势， 这种现象就是热电效应
3.2.5 霍尔效应式线位移传感器
图 3-17霍尔效应线位移传感器工作原理
图 3-18 霍尔效应线位移传感器输出特性
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3.2.6 超声波传感器 超声波传感器用超声波来测量距离，在机器人上用
来检测障碍物。其原理与蝙蝠通过感觉自己所发出 的超声波来测定距离的道理相同。 发射脉冲导通时，开始发射超声波。反射回来的超 声波接收后，经过放大和检波得到的波形上升沿由 施密特触发器提取。
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3.2.3电阻应变计 电阻应变计是根据应变—电阻效应，将给测
试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。 它不仅直接作为应力、应变测量的传感器而 且可以与弹性元件组合构成力、压力、称重、 位移、扭矩、振动、加速度等多种专用式传 感器，广泛应用于机械、交通、建筑、化工 和电力等行业。
=
1 m Y (n i ) m i 1
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（2）中位值滤波法
中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样次（3
且为奇数），并按大小顺序排序；再取中间值作为 本次采样的有效数据。 中位值滤波法和算术平均值滤波法结合起来使用， 滤波效果会更好。 （3）限幅滤波法 由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数 据偏离实际值太远，为此仅采用上、下限限幅
4、热电偶的特点
（1）温度测量范围宽
（2）性能稳定、准确可靠 （3）信号可以远传和记录 5、热电阻传感器 利用热敏电阻可以制成温度传感器。所谓热
敏电阻即是对热量敏感的电阻体，其电阻值 随温度的变化而显著改变。
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6、温度传感器的应用
图3-16 热电偶检测电路 开始 前页 后页 结束
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（a）固定螺纹形 (b) 无固定装置形 (c) 固定法兰形 (d) 活动法兰形 (e) 角形 图3-14 普通型热电偶外形
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（3）铠装热电偶 铠装热电偶的外形像电缆，也称缆式热电偶。
图3-15 铠装热电偶外形及结构 （a）外形 (b)结构
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第3章：机电一体化技术 传感与检测技术
陕西国防学院机电工程系机电教研室
本章导读
传感器技术是现代检测和自动化技术的重要
基础之一，机电一体化系统的自动化程度越 高，对传感器的依赖性也就越大。 能将各种非电物理量转换成电量的传感器及 其应用技术便成为机电一体化技术系统中不 可缺少的组成部分。
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电阻应变计的结构
电阻应变计主要由电阻敏感栅、基底和面胶（或覆盖层）、
粘结剂、引出线五部分组成。电阻应变计的结构如图所示。
4 2
5
3 1
图3-9 电阻应变计的构造 1—敏感栅；2—引出线；3—粘结剂（未示出）；4—覆盖层；5—基底
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3、应变计的类型
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（2）中位值滤波法 中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样次（3
且为奇数），并按大小顺序排序；再取中间值作为 本次采样的有效数据。 中位值滤波法和算术平均值滤波法结合起来使用， 滤波效果会更好。 （3）限幅滤波法 由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数 据偏离实际值太远，为此仅采用上、下限限幅 开始 前页 后页 结束
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（2）中位值滤波法
中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样次（3
且为奇数），并按大小顺序排序；再取中间值作为 本次采样的有效数据。 中位值滤波法和算术平均值滤波法结合起来使用， 滤波效果会更好。 （3）限幅滤波法 由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数 据偏离实际值太远，为此仅采用上、下限限幅
C
V
+ Vo
(a)积分运算电路
(b)微分运算电路
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3.3.2数字信号处理
1、数字信号处理的步骤
数字信号处理的基本步骤如图所示
x1 (t )
x2 (t )
模 拟 信 号
预处理
信号 采集
分析 计算
显示 记录
预处理
处 理 结 果
图3-22 数字信号处理系统功能框图
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度的数字信号，进行角位移检测的传感器。 编码器的种类很多，根据检测原理，它可分 为电磁式、电刷式、电磁感应式及光电式等。 光电编码器根据其刻度方法及信号输出形式， 分为增量式编码器和绝对式编码器。