信号分析与应用5..课件

长安大学工程机械学院,第三章、传感器测量原理,本章学习要求：,1.了解传感器的分类,2.掌握常用传感器测量原理,3.了解传感器测量电路,工程测试技术基础,第三章、传感器测量原理,3.1 概述,1.传感器定义,传感器是借助检测元件将一种形式的信息转换成另一种信息的装置。,物理量,电量,目前，传感器转换后的信号大多为电信号。因而从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置。,2.传感器的构成,传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量，并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入。,3.1 概述,d,V,3.传感器的分类,3.1 概述,1)按被测物理量分类,常见的被测物理量,机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度,旋转角,转数,质量,重量,力,压力,真空度,力矩,风速,流速,流量;,声:声压,噪声.,磁:磁通,磁场.,温度:温度,热量,比热.,光：亮度，色彩,3.1 概述,机械式,电气式,光学式,流体式等.,2)按工作的物理基础分类:,3.1 概述,能量转换型和能量控制型.,3)按信号变换特征:,能量转换型:,直接由被测对象输入能量使其工作.,例如:热电偶温度计,压电式加速度计.,能量控制型:,从外部供给能量并由被测量控制外部,供给能量的变化.例如:电阻应变片.,3.1 概述,4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:,物性型:,依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计.,结构型:,依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.,例如:电容式和电感式传感器.,3.2 电阻式传感器,电阻式传感器,是把被测量转换为电阻变化的一种传感器,按工作的原理可分为:,变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式,.,1 变阻器式传感器,第三章、传感器测量原理,等效电路分析:,x,L,3.2,电阻式传感器,L-,变阻器总长;,x-,电刷移动量.,R-,总电阻;,R,L,电刷电阻;,R=K*l,l=R/K,E,E1,L,x,=,R,R,L,=,E,E1,x=L*E1/E,3.2,电阻式传感器,x=L*E1/E,=K*E1,0 L,E,E1,x,3.2,电阻式传感器,E,E1,V,R,m,R,x,R-R,x,1,E,E1,=,x,L,R,m,R,+,L,x,(,),-,3.2,电阻式传感器,负载效应,1,E,E1,=,x,L,R,m,R,+,L,x,(,),-,0,L,E,(2)变阻器式传感器的性能参数:,1)线性(或曲线的一致性);4)移动或旋转角度范围;,2)分辨率;5)电阻温度系数;,3)整个电阻值的偏差;6)寿命;,(3)变阻器式传感器的分类,3.2,电阻式传感器,按测量类型：,单圈电位器,多圈电位器,直线滑动式电位器,3.2,电阻式传感器,按制作方式：,线绕电位器,导电塑料电位器,普通塑料基底,导电,材料粉,变阻器式传感器产品,3.2,电阻式传感器,案例：,重量的自动检测-配料设备,比较,重量设定,原材料,3.2,电阻式传感器,原理：弹簧-力-位移,-电位器-电阻,案例：,煤气包储量检测,煤气包,钢丝,3.2,电阻式传感器,原理：钢丝-收线圈数,-电位器,-电阻,案例：,玩具机器人（广州中鸣数码）,3.2,电阻式传感器,原理：电机-转角,-电位器,-电阻,2 电阻应变式传感器-应变片,电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。,3.2,电阻式传感器,1)工作原理,上述任何一个参数变换均会引起电阻变化,求导数,3.2,电阻式传感器,金属应变片的电阻R为,代入,3.2,电阻式传感器,有：,金属丝：,金属丝体积不变：,3.2,电阻式传感器,有：,对金属材料，导电率不变：,金属丝应变片：,应变计,3.2,电阻式传感器,金属应变计,3.2,电阻式传感器,半导体应变计,简化为：,优点：灵敏度大;体积小;,缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。,3)应变片的主要参数,4）其它表示应变计性能的参数（工作温度、滞后、,蠕变、零漂以及疲劳寿命、横向灵敏度等）。,3.2,电阻式传感器,1）几何参数：表距L和丝栅宽度b，制造厂常用,bL表示。,2）电阻值：应变计的原始电阻值。,3）灵敏系数：表示应变计变换性能的重要参数。,3.2,电阻式传感器,3)应变片测量电路,V,E,R1,R2,R3,R4,3.2,电阻式传感器,令：,金属丝应变片：,V与应变成线形关系，可以用电桥测量电压测量应变,3.2,电阻式传感器,电阻应变片的选择、粘贴技术,1.目测电阻应变片有无折痕.断丝等,缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。,2.用数字万用表测量应变片电阻值大,小。同一电桥中各应变片之间阻值,相差不得大于0.5欧姆.,3.试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用,酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。,4.应变片粘贴:在应变片基底上挤一小滴502胶水，,轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。,3.2,电阻式传感器,5.焊线:用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。,6.用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应,大于500M欧。,7.应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止,受潮。,3.2,电阻式传感器,电阻应变式传感器的应用：测力,3.2,电阻式传感器,标准产品,案例：,桥梁固有频率测量,3.2,电阻式传感器,案例：,电子称,原理,将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。,3.2,电阻式传感器,案例：冲床生产记数,和生产过程监测,3.2,电阻式传感器,案例：机器人握力测量,3.2,电阻式传感器,3.2,电阻式传感器,案例：,振动式地音入侵探测器,适合于金库、仓库、古建筑的防范，挖墙、打洞、爆破等破坏行为均可及时发现。,3.2,电阻式传感器,