1、農(nóng)業(yè)工程測(cè)試技術(shù)（4）孫裕晶2009.10.19回 顧線性系統(tǒng)特性靜態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性 實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試條件回 顧動(dòng)態(tài)特性描述方法時(shí)域微分方程 線性時(shí)不變系統(tǒng) 傳遞函數(shù)H(s) 對(duì)微分方程式的兩邊作拉普拉斯變換 頻率響應(yīng)函數(shù)H() 脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t) 傳遞函數(shù)H(s)系統(tǒng)的傳輸特性頻率響應(yīng)函數(shù)H()定常線性系統(tǒng)的頻率保持特性定常線性系統(tǒng)的幅頻特性定常線性系統(tǒng)的相頻特性 頻率特性函數(shù) 頻率特性函數(shù)脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)X(s)=L(t)=1 Y(s)=H(s)X(s)=H(s) 學(xué)習(xí)內(nèi)容導(dǎo)航 被測(cè)量信號(hào)調(diào)理傳感器信號(hào)處理顯示記錄激勵(lì)裝置常用傳感器原理及應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng)的特性測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用及實(shí)例應(yīng)變片

2、電測(cè)技術(shù) 振動(dòng)的測(cè)量 溫度與濕度測(cè)量 壓力和流量的測(cè)量 計(jì)算機(jī)控制測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)常用傳感器原理及應(yīng)用 信號(hào)的變換與處理6.1 電阻應(yīng)變式傳感器原理：利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為 電阻變化 功能：測(cè)量應(yīng)變、力、扭矩、位移、加速度等 特點(diǎn)：靈敏度高、測(cè)量精確、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、技術(shù)成熟 電阻應(yīng)變片金屬電阻應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片一、電阻應(yīng)變片式傳感器結(jié)構(gòu)1-敏感柵 2-基片 3-覆蓋層 4-引線l應(yīng)變片的基長(zhǎng)，b基寬 材料 直徑為0.025mm左右的康銅(wCu為57、wNi為43)或鎳鉻合金絲(wNi為80、wCr為20) 阻值系列：60、120、350、600、1000，以120為最常用。 電阻應(yīng)變片

3、式傳感器工作原理電阻應(yīng)變效應(yīng) 當(dāng)金屬絲在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化。 微分 電阻相對(duì)變化 整理縱向應(yīng)變應(yīng)變片的主要參數(shù)和工作特性 應(yīng)變片尺寸 阻值 靈敏度系數(shù)K零點(diǎn)飄移熱輸出 絲式：3-5mm箔式：0.2-0.5mm最小尺寸：選片原則：試件測(cè)量部位大??；應(yīng)變梯度；動(dòng)態(tài)測(cè)試中擅長(zhǎng)應(yīng)不大于振動(dòng)波長(zhǎng)的特定條件：?jiǎn)蜗驊?yīng)力；軸線應(yīng)力；材料一定，不變對(duì)已安裝的應(yīng)變片，在環(huán)境溫度恒定，但無機(jī)械應(yīng)變條件下，應(yīng)變片指示應(yīng)變隨時(shí)間的變化。安裝在線膨脹系數(shù)試件上，試件可以自由膨脹并不受外力作用，緩慢升（或降）溫的均勻溫度場(chǎng)內(nèi)，溫度變化引起的應(yīng)變片指示應(yīng)變。蠕變機(jī)械滯后應(yīng)變極限橫向效應(yīng)系數(shù)絕緣電阻疲勞

4、壽命最大工作電流應(yīng)變片的主要參數(shù)和工作特性 標(biāo)準(zhǔn)：應(yīng)變片承受應(yīng)變?yōu)?000時(shí)，經(jīng)一小時(shí)應(yīng)變片指示應(yīng)變的變化量。對(duì)已安裝的應(yīng)變片，在環(huán)境溫度恒定，加載和減載過程中同一載荷下應(yīng)變片指示應(yīng)變量大差值。位移傳感器 電阻應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用懸臂梁式位移傳感器 應(yīng)變片式位移傳感器1-測(cè)量頭 2-懸臂梁 3-彈簧 4-外殼 5-測(cè)量桿 6-調(diào)整螺母 7-應(yīng)變片電阻應(yīng)變片式傳感器應(yīng)用直接把應(yīng)變片貼在試件上機(jī)器人適用于電子汽車衡、軌道衡和測(cè)力系統(tǒng) 安裝方便適用于電子吊秤配料秤機(jī)改電等懸掛稱重系統(tǒng)A great lesson of life is donnt like to do what you like but

5、 like to do what you have to do.4.2 電感式傳感器 自感式差動(dòng)變壓器式電渦流式 一、自感式傳感器 自感式傳感器結(jié)構(gòu)原理a)變氣隙式 b)變面積式 c)螺旋管式1-鐵心 2-線圈 3-銜鐵磁阻線圈自感量二、差動(dòng)變壓器式傳感器 差動(dòng)變壓器示意圖1-一次繞組 2、3-二次繞組 4-銜鐵a)變氣隙型b)變面積型c)螺管型優(yōu)點(diǎn)：不存在機(jī)械過載問題，因?yàn)殍F心完全能與變壓器的其他部件分開； 對(duì)高溫、低溫和溫度變化也不敏感； 能提供比較高的輸出，常常用于中間無需放大的場(chǎng)合； 可反復(fù)使用，價(jià)格合理。 差動(dòng)變壓器式位移傳感器的應(yīng)用 靈敏度：0.15V/mm或100mA/mm 螺管

6、型差動(dòng)變壓器線性范圍：2m500mm，線性可達(dá)0.10.5。 三、電渦流式傳感器 將金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流的流線在導(dǎo)體內(nèi)自行閉合，像水中的漩渦一樣，故稱為電渦流或渦流。 位移、振動(dòng)；或材質(zhì)鑒別或探傷電渦流式傳感器應(yīng)用反射式電渦流式位移傳感器 b)差動(dòng)式a)單線圈式變間隙型 變面積型 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、不受介質(zhì)污染等影響、可進(jìn)行非接觸測(cè)量、靈敏度高等特點(diǎn)；適合高速旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)位移的測(cè)量，除測(cè)量位移外，還可用于測(cè)量厚度尺寸、物體表面粗糙度、無損探傷等。可測(cè)位移量程：080mm。電渦流式傳感器應(yīng)用透射式電渦流式位移傳感器 flf2f3 L0發(fā)射線圈L

7、2接收線圈被測(cè)金屬板 4.3 電容式傳感器 A 極距變化型 量程范圍在0.01m到數(shù)百m。 a) 直線位移型b) 角位移面積變化型電容傳感器主要參數(shù)介電常數(shù)極板覆蓋面積極板距離電容式傳感器應(yīng)用液位測(cè)量示意圖 差動(dòng)電容傳感器變面積型電容位移傳感器的結(jié)構(gòu)圖1、3-開槽彈簧2-活動(dòng)電極5、6-固定電極 7-調(diào)節(jié)螺母 8-測(cè)桿4-測(cè)力彈簧線位移：0.01m0.1mm 靈敏度高，實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量4.5 磁敏傳感器 霍爾元件磁敏電阻磁敏管 霍爾效應(yīng) 將導(dǎo)電體薄片置于磁場(chǎng)B中，如果在a、b端通以電流I，則在c、d端就會(huì)出現(xiàn)電位差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。電位差稱為霍爾電勢(shì)。 霍爾效應(yīng)原理圖 b霍爾電勢(shì)霍爾元件可

8、以用來測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度、位移、力、角度等。 KH霍爾常數(shù)；B磁感應(yīng)強(qiáng)度；電流與磁場(chǎng)方向的夾角。一、基本元件二、磁柵式位移測(cè)量系統(tǒng) 磁柵 磁柵是一種測(cè)量位移的數(shù)字傳感器，它是在非磁性體的平整表面上鍍一層磁性薄膜，并用錄制磁頭沿長(zhǎng)度方向按一定的節(jié)距錄上磁性刻度線而構(gòu)成的，因此又把磁柵稱為磁尺。 磁柵主要用于大型機(jī)床和精密機(jī)床的位置或位移量的檢測(cè)元件。 單面型直線磁柵同軸型直線磁柵旋轉(zhuǎn)型磁柵磁柵式位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖1-輸出繞組 2-鐵心 3-激勵(lì)繞組 4-磁頭 5-磁尺最高工作速度為12m/min系統(tǒng)的精度可達(dá)0.0lmm/m最小指示值為0.001mm使用范圍為040 感應(yīng)同步器（略）4.6 光電式

9、傳感器 基本概念光電效應(yīng) 外光電效應(yīng) 在光的照射下，金屬中的自由電子吸收光能而逸出金屬表面的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)半導(dǎo)體材料受光的照射后，其電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)，而受光后產(chǎn)生電勢(shì)的現(xiàn)象稱為光生伏特效應(yīng)。二者統(tǒng)稱為內(nèi)光電效應(yīng)。光電管光電倍增管基于光導(dǎo)效應(yīng)的光電器件有光敏電阻，基于光生伏特效應(yīng)的有光電池、光敏晶體管等。 光電管光電池光敏晶體管二、固體圖像傳感器電荷耦合器件 (Charge Coupled Device，CCD) CCD基本單元的結(jié)構(gòu) 具有光生電荷、積蓄和轉(zhuǎn)移電荷的功能。 金屬一氧化物一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元(MOS) 讀出移位寄存器的結(jié)構(gòu)原理 讀出移位寄存器遮光層 每個(gè)像

10、素由三個(gè)(也有二個(gè)、四個(gè)的)電極組成一個(gè)耦合單元 結(jié)構(gòu)形式線陣結(jié)構(gòu)面陣CCDCCD應(yīng)用舉例尺寸自動(dòng)檢測(cè)缺陷檢測(cè)工件尺寸測(cè)量系統(tǒng) 光學(xué)系統(tǒng)放大率：1:M L=(Nd2d)M L工件尺寸； N覆蓋的光敏單元數(shù)； d相鄰光敏元中心距離。最大誤差：2d（圖像末端兩個(gè)光敏單元）。 驗(yàn)鈔機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖兩列信號(hào)比較4.7 光纖位移測(cè)量系統(tǒng) 元件型反射型 反射型光纖位移傳感器工作原理1-光纖接受端頭 2-光纖發(fā)送接受端頭 3-光纖發(fā)送端頭 4-反射鏡面 5-電源微彎光纖傳感器 位移分辨力為0.01m 光纖生物傳感器 輕、細(xì)長(zhǎng)、小，光纖探針可應(yīng)用于生物體內(nèi)研究；抗電磁干擾強(qiáng)，在強(qiáng)電磁干擾、高溫高壓、易燃易爆和強(qiáng)放射性等惡劣環(huán)境中應(yīng)用，便于遙測(cè)；應(yīng)用范圍廣，成本低，且操作方便；應(yīng)用于多波長(zhǎng)和時(shí)間分辨測(cè)量技術(shù)，改進(jìn)分析結(jié)果的重現(xiàn)性。4.8 軸角編碼器 絕對(duì)式編碼器增量式編碼器 軸角編碼器又稱碼盤，是測(cè)量軸角位置和位移的一種數(shù)字式傳感器。 敏感元件：光電式的、磁電式的或電刷接觸式。 數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人位置控制、機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)控制、角度測(cè)量、通信和自動(dòng)化控制 增量編碼器（脈沖盤式）增量碼道與辨向碼道Radar II Ground Speed Sensor Velocity Range0.53 to 107km/hr(0.33 to