查看体系是机电一体化商品的一个首要构成有些，是用于查看有关外界环境及商品本身状况，为操控环节供应差异和处理依据的信息反应环节。机电一体化体系中，查看体系所查验的物理量通常包含：温度、流量、功率、位移、速度、加速度、力等。因为机电一体化体系是以电信号为信息传输和处理的媒体，且操控体系的输入接口通惯例矩了特定的信号方法（如数字信号、直流信号、开关信号），因而，查看系一同般要用传感器将被查验的物理骤变为电量，再经过改换、拓宽、调制、解调、滤波等电路处理后才调得到操控体系（或闪现、记载等仪器）需求的信号。这篇文章要害介绍各种机电一体化体系中多见物理量查看的方法和查验体系的作业原理以及传感器的信号处理、接口技能等。
一、 查看体系的功用、构成及根柢恳求
查看体系是机电一体化商品中的一个首要构成有些，用于结束计测功用，恰当于人的感官，用于查看有关外部环境及本身状况的各种物理量（力、温度、间隔、变形、方位、速度）及其改动，并将这些信号改动为电信号，然后经过相应的改换、拓宽、调制与解调、滤波、运算等电路，并将这些信号查看出来，反应给操控设备或送去闪现。
传感器与查看体系越来越遭到咱们的注重，运用越来越广泛。如各种航天器上，配备多种查看与操控体系，传感器丈量出航天器翱翔参数、姿势和主张机作业状况的各各物理量，运送给各种主动操控体系以进行自调度，使航天器依照咱们预先计划的轨迹正常作业。
在出产中，各种传感器被用来监督和操控出产进程中的各个参数，以使设备作业在最佳状况，商品抵达最佳质量。
在机电一体化体系中，需求查看的量绝大大都对错电量，如力、温度、间隔、变形、位移、速度、加速度、功率等，直接对这些非电量进行拓宽、运算、传输、记载、指示等恰当艰难。假定将这些非电量改换为电量，则这悉数就变得简略多了。因而，机电一体化商品的查看通常都对错电量查看体系。
构成如图：

图1 查看体系构成
包含两个根柢环节：
1.把各种非电量信号改换为电信号，这便是传感器的功用。传感器是查看体系的信号获取有些，它将被测物理量改换成以电量为首要方法的信号，例如，将机械位移量改换为电阻、电容或电感等电参数的改动，将振荡或动态改换成电压或电荷的改动。传感器又称为“一次表面”；
2.对传感器送出的电信号进行加工，使之变成契合需求的、便于运送或闪现和记载的、可作进一步后续处理的信号。如将阻抗改换为电压或电流，将信号拓宽、调制与解调、阻抗改换、线性化，以及将信号改换成数字编码信号等。该电信号处理体系，通常又称为“二次表面”。
因为查看系一同般由传感器和若干改换环节构成，为了确保查看进程中把所需信息从信号源经过其载体信号传输到输出端，悉数进程既不失真也不受搅扰，传感器及其查看体系有必要满意下列根柢恳求：
1）精度、活络度、分辩率高，能满意机电一体化体系对查看精度和速度的恳求； 2）线性、安稳性、重复性好，作业牢靠；
3）静、动态特性好，丈量计划大；
4）抗搅扰才调强。
5）体积小、质量轻、报价廉价、设备与修补便当、对环境习气才调强。
二、传感器的分类
跟着信息技能的活络翻开和运用的广泛，国际上载感器品种抵达3万余种。传感器品种繁复，有多种分类方法。
按被丈量分类：包含物理量、化学量和生物量传感器

按丈量原理分类：包含电容式传感器、电位器式传感器、电阻式传感器、电磁式传感器、电感式传感器、电离式传感器、电化学式传感器、光导式传感器、光伏式传感器、光纤传感器、热电式传感器、伺服式传感器、谐振式传感器、应变（计）式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、 磁阻式传感器、差动变压器式传感器、霍耳式传感器、激光传感器、（核）辐射传感器、超声（波）传感器和声表面波传感器。
按输出信号的性质分类：包含二值型、数字型、仿照型。
按电源型式分类：包含无源传感器和有源传感器。
按制造技能分类：包含集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器和陶瓷传感器。按所用资料分 类：包含金属、聚合物、陶瓷和混合物。
按资料的物理性质分类：包含导体、绝缘体、半导体和磁性资料。
按资料的晶体构造分类：包含单晶、多晶和非晶资料。
按输出的信号分：

二值型传感器只输出“1”和“0”或许ON和OFF两个值，可直接送入微机进行处理。
仿照型传感器输出是与输入物理量改动相对应的接连改动的电量。传感器的输入/输出或许是线性的，也或许不是线性的。线性信号能够直接选用，非线性的信号要经过线性化处理，通常需经过仿照/数字（A/D）改换，将其改换成数字信号后再送给微型机处理。
数字型传感器有计数型和代码型两类。计数型又称脉冲型，它能够使任何一种脉冲发作器，所宣告的脉冲数与输入量成正比，加上计数器就能够对输入量进行计数。例如光栅查看器和增量式光电编码器。代码型传感器即必定值式编码器，它输出的信号是二进制数字代码，每一个代码恰当于一个必定的输入量之值。代码“1”为高电平，“0”为低电平，凹凸电平可用光电元件或机械式触摸元件输出。通常被用来查看实施元件的方位或速度，例如必定值型光电编码器、触摸型编码器等。
三、传感器的代号
顺次为主称（传感器） 被丈量—改换原理—序号
I. 主称——传感器，代号C；
II. 被丈量—用一个或两个汉语拼音的榜首个大写字母符号。见附录表2：常用被丈量代码表；
III. 改换原理——用一个或两个汉语拼音的榜首个大写字母符号。见附录表3：常用改换原 理代码表；
IV. 序号——用一个阿拉伯数字符号，厂家自定，用来表征商品计划特性、功用参数、商品系列等。若商品功用参数不变，仅在有些有改动或改动时，其序号可在原序号后边次第地加注大写 字母A、B、C等，（其间I、Q不必）。
例：应变式位移传感器： C WY-YB-20；光纤压力传感器：C Y-GQ-2。
传感器是获取被丈量信息的元件，其质量和功用的好坏直接影响到丈量效果的牢靠性和准确度，衡量其质量的特性有很多，首要包含静态和动态两个方面。当被丈量不随时间改动或改动很慢时，能够以为输入量和输出量都和时间无关。标明它们之间联络的是一个不含时间变量的代数方程，在这种联络的根底上断定的功用参数为静态特性；当被丈量随时间改动很快时，就有必要思考输人量和输出量之间的动态联络。这时，标明它们之间联络的是一个富含时间变量的微分方程，与被丈量相对应的输出照料特性称为动态特性。
四、传感器的根柢特性
1、传感器的静态特性
传感器改换的被丈量的数值处在安稳状况时，传感器的输入/输出联络称为传感器的静态特性。描写传感器静态特性的首要技能方针是：线性度、活络度、迟滞、重复性、分辩率和零漂。
（1）线性度 传感器的静态特性是在静态标准条件下，运用必定等级的标准设备，对传感器进行往复循环查验，得到输入/输出特性（列表或画曲线）。通常期望这个特性（曲线）为线性，这对标定和数据处理带来便当。但实习的输出与输入特性只能挨近线性，比照理论直线有过错，如图3所示。实习曲线与其两个端尖连线（称理论直线）之间的过错称为传感器的非线性过错。取其间最大值与输出满度值之比作为评估线性度（或非线性过错）的方针。

图3 传感器线性度暗示图（1、实习曲线 2、志趣曲线）

（2）活络度 传感器在静态标准条件下，输出改动对输入改动的比值称活络度，用S0标明，即

关于线性传感器来说，它的活络度S0是个常数。
（3）迟滞 传感器在正(输入量增大)、反(输入量减小)行程中输出/输入特性曲线的不重合程度称迟滞，迟滞过错通常以满量程输出yFS的百分数标明

式中 △Hm——输出值在正、反行程间的最大差值。
迟滞特性通常由实验方法断定，如图4所示。
（4）重复性 传感器在同一条件下，被测输入量按同一方向作全量程接连屡次重复丈量时， 所得输出/输入曲线的纷歧同程度，称重复性如图4-5标明。重复性过错用满量程输出的百分数标明，即

式中 ——输出最大重复性过错；
重复特性也用实验方法断定，常用必定过错标明。如图5标明

图4 迟滞特性 图5 重复特性
（5）分辩力 传感器能查看到的最小输入增量称分辩力，在输入零点邻近的分辩力称为阈值。分辩力与满度输入比的百分数标明称为分辩率。
（6）漂移 因为传感器内部要素或外界搅扰的状况下，传感器的输出改动称为漂移。当输入状况为零时的漂移称为零点漂移。在其它要素不变状况下，输出跟着时间的改动发作的漂移称为时间漂移；跟着温度改动发作的漂移称为温度漂移。
（7）精度 标明丈量效果和被测的“真值”的挨近程度。精度通常是在校验或标定的方法来断定，此刻“真值”则靠其它更准确的仪器或作业基准来给出。国家标准中规矩了传感器和查验表面的精度等级，如电工表面精度分七级，别离是0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5级。精度等级（S）的断定方法是：首要算出必定过错与输出满衡量程之比的百分数，然后挨近比其低的国家标准等级值即为该仪器的精度等级。
2、传感器的动态特性
动态特性是指传感器丈量动态信号时，输出对输入的照料特性。传感器丈量静态信号时，因为被丈量不随时间改动，丈量和记载进程不受时间绑缚。而实习中很多的被丈量是随时间改动的动态信号，传感器的输出不只需求准确地闪现被丈量的巨细，还要闪现被丈量时间改换的规矩，即被丈量的波形。传感器能丈量动态信号的才调用动态特性标明。
动态特性好的传感器，其输出量随时间的改动规矩将再现输入量随时间的改动规矩，即它们具有同一个时间函数。可是，除了志趣状况外，实习传感器的输出信号与输入信号不会具有相同的时间函数，由此致使动态过错。
动态特性参数通常都用阶跃信号输入状况下的输出特性和纷歧样频率信号输入状况下的幅值改动和相位改动表达。
五、传感器的选用
1.查看恳求和条件。丈量意图、被测物理量挑选、丈量计划、输入信号最大值和频带宽度、丈量精度恳求、丈量所需时间恳求等。
2.传感器功用。精度、安稳性、照料速度、输出量性质、对被测物体发作的负载效应、校对周期、输入端维护等。
3.运用条件。设备条件、作业场合的环境条件（温度、湿度、振荡等）、丈量时间、所需功率容量、与别的设备的联接、备件与修补效劳等。
六、查看系核算划的使命、方法和进程
查看系核算划的首要使命：依据运用恳求合理选用传感器，计划或选用相应的信号查看与处理电路以构成查看体系，并对查看体系进行剖析与查验，使之在机电一体化商品中结束预期的计测功用。
方法：实验剖析法，即理论剖析与实验查验相联络的方法。
查看系核算划的通常进程如下：
1.计划使命剖析
2.系核算划挑选
3.体系构成框图计划
4.环节计划与制造
5.总装调试及实验剖析
6.体系作业和查核

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