机电一体化系统设计:第3章 检测传感器及其接口电路讲解
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机电一体化第三章教案(讲稿)概述在机电一体化产品中,无论是机械电子化产品(如数控机床),还是机电相互融合的高级产品(如机器人),都离不开检测与传感器这个重要环节。
若没有传感器对原始的各种参数进行精确而可靠的自动检测,那么信号转换、信息处理、正确显示、控制器的最佳控制等,都是无法进行和实现的。
检测系统是机电一体化产品中的一个重要组成部分,用于实现计测功能。
在机电一体化产品中,传感器的作用就相当于人的感官,用于检测有关外界环境及自身状态的各种物理量(如力、位移、速度、位置等)及其变化,并将这些信号转换成电信号,然后再通过相应的变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路将有用的信号检测出来,反馈给控制装置或送去显示。
实现上述功能的传感器及相应的信号检测与处理电路,就构成了机电一体化产品中的检测系统。
随着现代测量、控制及自动化技术的发展,传感器技术越来越受到人们的重视,应用越来越普遍。
凡是应用到传感器的地方,必然伴随着相应的检测系统。
传感器与检测系统可对各种材料、机件、现场等进行无损探伤、测量和计量;对自动化系统中各种参数进行自动检测和控制。
尤其是在机电一体化产品中,传感器及其检测系统不仅是一个必不可少的组成部分,而且已成为机与电有机结合的一个重要纽带。
一、传感器的分类传感器种类繁多,分类方法也有多种,可以按被测物理量分类,这种分法明确表达了传感器的用途,便于根据不同用途选择传感器。
还可按工作原理分类,这种分法便于学习、理解和区分各种传感器。
机电一体化产品主要以微型计算机作信息处理机和控制器,传感器获取的有关外界环境及自身状态变化的信息,一般反馈给计算机进行处理或传感器开关型(二值型)接触型(如微动开关、行程开关、接触开关)非接触型(如光电开关、接近开关)模拟型电阻型(如电位器、电阻应变片等)电压、电流型(如热电偶、光电池等)电感、电容型(如电感、电容式位移传感器)数字型计数型(二值+计数器)代码型(如旋转编码器、磁尺等)图2—1 传感器按输出信号性质分类实施控制。
第三章 接口技术第一节 概 述一、接口定义及作用如第一章所述,机电一体化产品或系统由机械本体、检测传感系统、电子控制单元、执行器和动力源等部分组成,各子系统又分别由若干要素构成。
若要将各要素、各子系统有机地结合起来,构成一个完整的机电一体化系统,各要素、各子系统之间需要进行物质、能量和信息的传递与交换,如图3-1所示。
为此,各要素和子系统的相接处必须具备一定的联系条件,这个联系条件,通常被称为接口,简单地说就是各子系统之间以及子系统内各模块之间相互联接的硬件及相关协议软件。
因此,也可以把机电一体化产品看成是由许多接口将组成产品的各要素的输入/输出联系为一体的机电系统。
从某种意义上讲,机电一体化产品的设计, 就是在根据功能要求选择了各要素后,所进行的接口设计。
从这一观点出发,机电一体化产品的性能很大程度上取决于接口的性能,即各要素和各子系统之间的接口性能是机电一体化系统性能好坏的决定性因素。
因此,接口设计是机电一体化产品设计的关键环节。
图 3-1 接口在机电一体化系统中的作用二、接口的分类和特点从不同的角度及工作特点出发,机电一体化系统的接口有多种分类方法。
根据接口的变换和调整功能,可将接口分为零接口、被动接口、主动接口和智能接口;根据接口的输入/输出对象,可将接口分为机械接口、物理接口、信息接口与环境接口等;根据接口的输入/输出类型,可将接口分为数字接口、开关接口、模拟接口和脉冲接口。
本章根据接口所联系的子系统不同,以信息处理系统( 微电子系统)为出发点,将接口分为人机接口与机电接口两大类,对各子系统内部接口不作具体介绍。
人机接口实现人与机电一体化系统的信息交流、信息反馈,保证对机电一体化系统的实时监测、有效控制;由于机械与电子系统工作形式、速率等存在极大的差异,机电接口还起着调整、匹配、缓冲的作用。
人机接口又包括输入接口与输出接口两类。
通过输入接口,操作者向系统输入各种命令及控制参数,对系统运行进行控制;通过输出接口,操作者对系统的运行状态、各种参数进行监测,按照信息和能量的传递方向,机电接口又可分为信息采集接口(传感器接口)与控制输出接口。