《{酒类资料}传感器与检测技术第3版)谢志萍05》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{酒类资料}传感器与检测技术第3版)谢志萍05（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 新型传感器,电子工业出版社,5.1 仿生传感器,5.1.1 机器人内部传感器概述,1机器人用位置检测传感器,机器人用位置检测传感器主要有微型限位开关、光电断路器和电磁式接近开关等。 微型限位开关的实现原理是在移动体上安装一挡块，该物体移至一定位置后，挡块碰上机械开关，引起开关触点的开闭，从而通过控制电路，控制机器人的动作。 光电断路器由发光二极管、光电三极管组成，当被测物体移动，隔断其“光路”，引起光电三极管输出电位的变化。 电磁式接近开关是利用感应线圈靠近磁性物体，从而产生感应信号。,5.1 仿生传感器,2机器人用位移检测传感器,机器人用位移检测传感器主要有直线电位器、可调变压器、磁
2、性传感器和磁尺等。,5.1 仿生传感器,3机器人用角位移检测传感器,机器人用角位移检测传感器除了有旋转式电位器、旋转式可调变压器外，还有鉴相器、光电式编码器等。 鉴相器由互相正交的两个线圈组成定子和转子，它们之间的磁耦合在互为平行时最大，垂直时为零，因而产生的电压信号随转子和定子相对角度变化而变化。这种角度检测器在激磁频率为12kHz时，角分辨精度达0.120.34。,5.1 仿生传感器,4机器人用速度检测传感器,机器人用速度检测传感器常用的有测速电机及脉冲发生器两类，它不仅可以测试速度，还可以测试动态响应补偿。 测速发电机的输出是与转速成正比的连续信号，脉冲发生器是一种数字型速度传感器，其结
3、构与光电编码器类似，同时检测输出脉冲数和脉冲频率，便能确定旋转速度值。,5.1 仿生传感器,5机器人用加速度检测传感器,机器人用加速度检测传感器主要有差动变压器型和应变仪型。 差动变压器型加速度传感器，由弹簧支撑的铁芯和转轴构成，当速度变化时，由于惯性，铁芯产生位移，由于铁芯处于差动变压器中，差动变压器线圈中将产生相应的信号，用以检测加速度。 应变仪型加速度传感器是由质量块和粘贴有应变片的弹簧片构成，加速度的变化将引起应变片的直径和长度产生微小变化，因而可得到所需要的速度信号。,6机器人用力检测传感器,5.1 仿生传感器,5.1.2 机器人外部传感器,5.1 仿生传感器,1视觉传感器,5.1
4、仿生传感器,2听觉传感器,听觉传感器是机器人的耳朵，它是利用语音信息处理技术制成的。若仅要求它对声音产生反应，可选用一个开关量输出形式的听觉传感器。这种传感器是比较简单的，只需用一个声-电转换器就能办到。但一个高级的机器人不仅能够听懂人的语言指令，而且能讲出人能听懂的语言，前者为语音识别技术，后者为语音合成技术。具有语音识别功能的传感器称为听觉传感器。,5.1 仿生传感器,3接触觉传感器,5.1 仿生传感器,4接近觉传感器,（1）光电式接近觉传感器是一种比较简单有效的传感器，把它装在机器人手（或足）上，能够检测机器人手臂（或腿）运动路线上的各种物体。 （2）超声波是人耳听不见的一种机械波，频率
5、在20kHz以上。人耳能听到的声音，振动频率范围只是2020 000Hz。超声波因其波长较短，绕射小，而能成为声波射线并定向传播。 （3）电涡流传感器主要用于检测由金属材料制成的对象物体。它是利用一个导体在非均匀磁场中移动或处在交变磁场内，导体内就会出现感应电流这一基本电学原理工作的。,5.1 仿生传感器,5嗅觉传感器,人鼻是嗅觉器官，嗅觉传感器就是仿真人鼻功能的一种传感器。给机器人装上嗅觉传感器，它就能感受各种气味，从而用来识别其所在环境中的有害气体，并测定有害气体的含量。目前还做不到让机器人像人一样闻出多种气味的机器鼻子。常用的嗅觉传感器是半导体气体传感器，它是利用半导体气敏元件同气体接触
6、，造成半导体的物理性质变化，借以测定某种特定的气体成分及其含量的。大气中的气味各种各样，而目前研制出的气体传感器只能识别如H2、CO2、CO、NO等少数气体，因此除特殊需要安装探测特定气体的气体传感器外，一般的机器人基本上没有嗅觉。,5.2 光纤传感器,5.2.1 光纤结构,5.2 光纤传感器,5.2.2 光纤传感器的工作原理,5.2 光纤传感器,5.2.3 光纤传感器的特点,（1）抗电磁干扰，电绝缘，耐腐蚀。 （2）灵敏度高。 （3）重量轻，体积小，可弯曲。 （4）测量对象广泛。 （5）对被测介质影响小。 （6）便于复用，便于成网。 （7）成本低。,5.2 光纤传感器,5.2.4 光纤传感器
7、的应用举例,1光纤传感器涡轮流量计,光纤传感器流量计原理,5.2 光纤传感器,双向流量测量原理图,5.2 光纤传感器,2光纤温度传感器,5.3 微型传感器,5.3.1 电容式微型传感器,1电容式微型压力传感器,5.3 微型传感器,2电容式微型流量传感器,5.3 微型传感器,5.3.2 电感式微型传感器,5.3 微型传感器,5.3.3 压阻式微型传感器,5.3 微型传感器,压阻式微型传感器结构,5.3 微型传感器,5.3.4 热敏电阻式微型传感器,5.3 微型传感器,5.3.5 微机械陀螺仪,1MEMS陀螺仪的工作原理,5.3 微型传感器,2MEMS陀螺仪的应用,在汽车上，偏航陀螺仪可以开启电子
8、稳定控制（ESC）制动系统，防止汽车急转弯时发生意外事故；当汽车出现翻滚状况时，滚转陀螺仪可以引爆安全气囊；当汽车导航系统无法接收GPS卫星信号时，偏航陀螺仪能够测量汽车的方位，使汽车始终沿电子地图的规划路线行驶，这个功能被称之为航位推测系统。,5.4 集成传感器,5.4.1 集成温度传感器,1AD590传感器性能特点,5.4 集成传感器,2AD590的测温误差,5.4 集成传感器,3AD590的应用,5.4 集成传感器,5.4.2 智能压力传感器,1压力传感器的基本结构和特性,5.4 集成传感器,2温度补偿,5.4 集成传感器,3传感器放大电路,由于MPX700DP传感器的输出电压为mV级，
9、为了将传感器的输出电压进行放大以驱动后续的电路，在测量电路中必须使用放大器。放大器除了放大传感器的输出电压外，还提供零压力情况下传感器零点偏差电压。,5.4 集成传感器,4A/D转换器,A/D转换器采用一块高性能的ICL7106CPL型A/D转换器芯片（IC2），将运算放大器差分输出的模拟电压转换成相应的数字量。显示部分采用2块LCD显示器。 IC2内有7段数字译码器、显示驱动电路、频率产生器、参考电压和时钟。芯片可直接驱动3位半的LCD，而不需要多路选择式的显示方式。只是在本测试仪中，LCD的最高位和最低位数字未全被利用。但如果需要较大的范围或较高的分辨率时，未使用的芯片端口可再连接一位半的
10、附加数字显示位。,5.4 集成传感器,5电路装调及压力连接,压力传感器需小心安装于PC板上（有缺口的管脚为1管脚），并使用合适的工具和螺钉紧固传感器。注意不要过紧，以免损坏塑壳。为了保证稳定，除R5、R11和R8外，均应采用金属膜电阻。,5.4 集成传感器,6校准,电路的校准包括零点校准（R16）和满量程校准（R6）两个方面。 校准时，需要压力可达100Pa的压力源和精确的压力表。 将传感器接入压力源。 当压力在0100Pa之间时，数字压力测量仪可通过参考压力表的对比进行检查。,5.5 超声波传感器,5.5.1 超声波传感器的工作原理,5.5 超声波传感器,空气传导型超声发射器、接收器结构,1
11、外壳；2金属丝网罩；3锥形共振盘；4压电晶片；5引脚；6阻抗匹配器；7超声波束,5.5 超声波传感器,5.5.2 超声波传感器的应用,1超声波测厚,5.5 超声波传感器,2超声波测量液位和物位,5.5 超声波传感器,5.5 超声波传感器,5.5 超声波传感器,3超声波防盗报警器,5.5 超声波传感器,4无损探伤,1电缆插头座； 2工作方式选择； 3衰减细调； 4衰减粗调； 5发射波T； 6第一次底反射波B1； 7第二次底反射波B2； 8第五次底反射波B5； 9扫描时间调节； 10扫描时间微调； 11脉冲X轴移位； 12报警扬声器； 13直探头,5.5 超声波传感器,（1）缺陷面积大，则缺陷脉冲
12、F的幅度就高，而B脉冲的幅度就低。 （2）F脉冲距离T脉冲越近，缺陷距离表面越近。,5.5 超声波传感器,例5.2 如图5.33（b）中所示，显示器的X轴为10s/div(格)，现测得B波与T波的距离为10格，F波与T波的距离为3.5格，已知纵波在钢板中的声速c=5.9103m/s。求：（1）超声波从钢板底部返回时间t及从缺陷返回时间tF；（2）钢板的厚度及缺陷与表面的距离xF 。,解：（1）t=10s/div10div=100s=0.1ms，tF=10s/div3.5div=35s=0.035ms （2）纵波在钢板中的声速c=5.9103m/s，则， = tcL/2=5.91030.110-
13、3/2 0.3（m） xF= tcF/2=5.91030.03510-3/2 0.1（m）,5.6 无线传感器网络,5.6.1 无线传感器网络的基本结构体系,1无线传感器网络结构,5.6 无线传感器网络,传感器节点体系结构,5.6 无线传感器网络,2无线传感器节点结构,5.6 无线传感器网络,3无线传感器网络协议栈,5.6 无线传感器网络,5.6.2 无线传感器网络的特点,1传感器节点体积小，成本低，计算能力有限,2传感器节点数量大，易失效，具有自适应性,3通信半径小，带宽很低,4电源能量是网络寿命的关键,5数据管理与处理是传感器网络的核心技术,5.6 无线传感器网络,5.6.3 无线传感器网络的应用领域,1军事应用,2环境应用,3医疗应用,4商业应用,5应急场合,5.7 新型传感器研发的重点领域,1基于MEMS技术的新型传感器,2生物、医学研究急需的新型传感器,3新型环保化学传感器,4工业过程控制和汽车传感器,
