劳动出版社精品课件 《传感器应用技术》 B020065模块九

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1、课题一 图像传感器 课题二 光纤传感器 课题三 智能传感器 课题四 网络传感器, 了解图像检测的基本知识 了解固态图形传感器的基本工作原理 了解固态图形传感器的主要技术参数,课题一 图像传感器,任务提出： 人类依靠视觉获取的信息占人类所能获得信息总量的80%以上,作为视觉的延伸,图像检测在工业、农业和日常生活中的作用越来越重要(见下图)。 通过对实物或资料的研究,分析摄像头的工作原理和内部基本结构。,图像检测,数码摄像头,相关知识 一、图像检测基础知识 光电效应 光电传感器的理论基础是光电效应。用光照射某一物体,可以看作物体受到一连串具有能量的光子的轰击,组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应

2、的物理现象称为光电效应。 图像检测系统组成 图像传感器,二、固态图像传感器 固态图像传感器是数码相机、数码摄像机的关键零件,因常用于摄像领域,又被称为摄像管。 ()CCD图像传感器原理 ()CCD图像传感器的主要技术参数 )采样频率的选择。 )合理选择动态特性,保证转换后图像不失真。 CMOS图像传感器 ()CMOS图像传感器原理 ()CMOS图像传感器的主要技术参数,固态图像传感器的比较 ()CCD传感器一般被认为具有以下优点。 )高分辨率 )高灵敏度 )动态范围广 )线性良好 )大面积感光 )低影像失真 ()CMOS图像传感器与CCD相比拥有以下优点. )系统集成 )低功耗 )成像速度快

3、)响应范围宽 )抗辐射性强 )成本低,任务实施： 数码相机的原理框图如下图所示,其工作原理可以表述为：外界景物发射或反射的光线通过镜头传播到相机内部的图像传感器上,使用者按动快门,取景器电路锁定信号,彩色图像传感器于是将感应到的光线强弱转换为连续的电信号输出,变换成数字信号后存储到存储卡中。,数码相机基本结构框图,知识链接 一、视觉传感器 视觉传感器(见下图)是固态图像传感器成像技术和Framework软件结合的产物,它可以识别条形码和任意OCR字符。,视觉传感器,二、计算机视觉检测(AVI） 计算机视觉检测技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴检测技术,如下图所示。它利用计算机视觉研究成

4、果,采用图像传感器来实现对被测物体的尺寸及空间位置的三维测量,所得数据通过计算机对标准和故障图像进行比对或直接从图像中提取信息,并根据判别结果控制设备动作。,计算机视觉检测系统,机器人视觉检测结构,思考与练习： 什么是光电效应? 它是如何分类的? 为什么说光电效应是图像检测的基础? 常用固态图像传感器的类型有哪些? 其特点是什么? 对于常用的万像素的拍照手机,万像素的含义是什么?, 了解光纤传感器的基本原理 了解光纤传感器的分类 掌握光纤传感器的应用,模块二,课题二 光纤传感器,任务提出： 光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产

5、物,与以电为基础的传感器有着本质区别。 某天然气公司是一家炼化一体、年产千万吨的大型综合企业,为保证成品正常输送,需要寻找适合石化行业的长距离管道视频检测方案,用以对管线内部的焊接质量进行监察,对管道内部是否存在异物进行排查,并精准定位以便割口取出。,任务分析： 使用工业内窥镜(见下图),可以直接观察到设备内部的肉眼不易直接观察的隐蔽地方,进行箱体、管道内部的检测和故障诊断。 本课题研究的中心内容是采用何种传感器作为成像和传输的元件以及该传感器的结构和工作原理。,工业内窥镜的外形与结构,相关知识： 一、光纤传递的基本知识 光纤是光导纤维的简写,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而

6、制成的光传导工具。 二、光纤传感器工作原理及分类 光纤传感器结构 光纤传感器是一种把不易测量的某种物理量转变为可测的光信号的装置。,光纤传感器的分类 根据光纤在传感器中的作用,光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类。 ()功能型(全光纤型)光纤传感器 ()非功能型(传光型)光纤传感器 ()拾光型光纤传感器,三、光纤传感器的应用 光纤传感器具有其他光纤传感器无法比拟的优点,目前已广泛应用于医疗、机械、机电一体化、化工、电器、能源、环保、生物等领域。 光纤位移传感器 光纤温度传感器,任务实施： 在本课题中,可以选择以下两种方案。 方案一:可以选用爬行机器人方案。 方案二:可以选用光纤工业内窥

7、镜方案。 现在,国内生产的工业内窥镜大体有三种： ()光导纤维内窥镜 ()光导纤维内窥镜专用接口数码照相机 ()视频电子内窥镜,思考与练习： 简述光纤的结构和用途。 简述光纤传感器的结构和工作原理。 简述三种光纤传感器的区别.工业内窥镜应采用何种结构的光纤传感器?, 了解智能传感器的基本原理 了解智能传感器的主要功能 了解智能传感器的适用场合,模块二,课题三 智能传感器,任务提出： 自动化领域所取得的一项最大进展就是智能传感器的发展与广泛使用。一个良好的智能传感器是由微处理器驱动的传感器与仪表套装,且应具有通信与板载诊断等功能,为监控系统和/或操作员提供相关信息,以提高工作效率及减少维护成本。

8、 本课题的任务就是结合轮胎压力监视系统分析轮胎压力监测的智能检测方法。,远程轮胎压力监测传感器,任务分析： 据调查统计表明,每年有26万起交通事故是由于轮胎故障引起的,而75%的轮胎故障是由轮胎气压不足或渗漏造成的,爆胎造成的经济损失巨大。因此,多数新型汽车都要安装轮胎压力监视系统。 本课题的任务就是学习智能传感器。,相关知识： 一、智能传感器 所谓智能传感器就是一种带有微处理机的,兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能,并具备了某些人工智能的传感器。 智能传感器主要由四部分构成：电源、敏感元件、信号处理单元和通信接口,其原理框图如下图所示。,智能传感器原理框图,智能传感器NPX

9、II体现了传统压力传感器与微处理器数字电路的完美结合,具有适合轮胎监测应用的独特优势： 带加速度传感器的智能传感器 更加安全智慧的气压检测算法 静态智能检测 发射传感器电池容量监测 智能识别码设置,二、智能传感器的功能 智能传感器与传统的传感器相比,最突出的特征是数字化、智能化、阵列化、微小型化和微系统化。它应具有以下功能： 复合敏感功能 自动补偿, 自动适应的功能 数据计算和实时监控功能 信息存储和传输功能 故障诊断与容错控制功能,三、智能传感器的适用场所 智能传感器可应用于各种领域、各种环境的自动化测试和控制系统,使用方便灵活、测试精度高,优于任何传统的数字化、自动化测控设备.特别是以下场

10、所： 在分布式多点测试、集中控制采集、测试现场远离集中控制中心的场合。 安装现场受空间条件限制的场所。 在自动化程度高、规模大的自动化生产线上。 在经常无人看守,但需要检测的场合。,任务实施： 轮胎压力监测可以有两种方案： 方案一：间接式轮胎压力监测,它通过汽车ABS的轮速传感器来比较各个轮胎之间的转速差别,以达到监视胎压的目的。 方案二：直接式轮胎压力监测,以锂离子电池为电源,利用安装在每一个轮胎里的智能压力传感器来直接测量轮胎的气压,通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上。,思考与练习： 1. 什么叫智能传感器? 2. 智能传感器应具备的功能有哪些? 3. 智能传感器一般适用于哪些场所?

11、, 了解现场总线技术的基本概念 了解网络传感器的主要特点,课题四 网络传感器,任务提出： 现代汽车智能化程度越来越高,所使用的电子控制系统和通信系统也越来越多,如发动机的电控系统、自动变速器的控制系统、防抱死制动系统、自动巡航系统和车载多媒体系统等。这些系统之间、系统和各种测量传感器之间,系统和汽车故障诊断系统之间需要进行实时数据交换。 本课题的任务就是通过对资料的研究,分析CAN总线系统的组成及其对传感器的要求。,汽车CAN总线系统,任务分析： 本课题的任务就是了解现场总线技术及现场总线的基础和核心。,相关知识： 一、现场总线技术 生产过程控制仪表是工业自动化中最常用且不可缺少的一部分,多数

12、仪表输出为420mA(DC)标准信号。 现场数据总线包括三部分,即数据传输线,地址传输线,发送单元和接收单元之间的传送控制线。,使用现场总线技术还能给用户带来以下好处： 节省硬件成本。 设计组态安装调试简便。 系统的安全可靠性好。 减少故障停机时间。 用户对系统配置设备选型有最大的自主权。 系统维护、设备更换和系统扩充简单、方便。 完善了企业信息系统,为实现企业综合自动化提供了基础。,二、现场总线的核心与基础 现场总线的核心总线协议 现场总线的基础智能测量仪表 三、网络传感器 网络传感器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新一代智能传感器,如下图所示。,网络传感器,四、无线网络传感器 无线网

13、络传感器是低成本、具有传感数据处理和无线通信能力的智能传感器。无线网络传感器由许多个功能相同或不同的无线智能传感器组成。 自动抄表系统也可以采用无线网络传感器。该系统由营业中心管理系统、远程数据传输网络、现场抄表网络三大部分组成,如下图所示。,无线自动抄表系统,任务实施： 现场总线控制系统由测量系统、控制系统、管理系统三个部分组成。 现场总线的测量系统 现场总线的控制系统 现场总线的设备管理系统 在不同领域的现场总线系统结构中,选择传感器时所考虑的因素不同：,模拟连续信号测量系统 ()要求传感器具有本安防爆功能。 ()基本测控对象如流量、料位、温度、压力的变化是缓慢的,还有滞后效应,因此不要求

14、传感器的响应时间,但要求复杂的模拟量处理能力,应做到技术上合理、经济上有利。 ()流量、料位,温度、压力传感器的测量的物理原理是古典的,但要求传感器是智能传感器,具有通信功能。 ()在模拟连续工业过程控制类的现场总线中,数据传输速率要求不高,一般为30kbit/s。,数字式动作控制系统 ()对传感器的响应时间要求较高。 ()现场总线系统在进行数据传输时,不能用时间表轮询制,要用减少排队或等待时间的其他方式,采用总线仲裁技术,优先级高的节点优先传输数据。 ()传感器的工作原理是基于各种物理效应,输出为模拟量,但在现场总线系统中最终要数字化,且要高速传输。,发生故障,可按下列方法检查: 1. 不能上线, 应检查总线电源是否供电及是否工作正常。检查总线电缆连接。检查终端匹配器。 2. 读数有误差, 应首先检查安装方法是否正确。 检查是否正确校准。检查量程是否正确设置。 如果传感器发生故障,不能正常工作,需及时更换传感器,返厂维修。,思考与练习： 1. 什么叫现场总线? 2. 现场总线的核心与基础是什么? 3. 什么叫网络传感器? 其功能是什么?,