位移测量分为线位移测量和角位移测量

传感器与自动检测技术第一章1、检测的定义：检测是利用各种物理、化学反应、选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或者定量结果的过程。

能够自动的完成整个检测处理过程的技术成为自动检测与转换技术。

2检测系统的一般构成框图：1）传感器是检测系统的第一环节，设计时要充分考虑被测量和被测对象的特点，在了解被测对象和各种传感器的特性的基础上，根据被测量精度的要求、被测量变化范围、被测量所处的环境条件、传感器的体积以及整个检测系统的性能要求等限制，合理地选择传感器。

2）信号调理电路是对传感器的传输电信号做进一步的加工处理，多数是进行信号之间的转换，包括对信号的转换、放大滤波等。

3）纪录、显示仪器是将所测的信号变成一种能成为人们所理解的形式，以供人们观察和分析。

4）信号分析处理用来对测试所得的实验数据今夕处理、运算、逻辑判断、线性变换，对动态测试结果做频谱分析（幅值谱分析、功率谱分析）、相关分析等，完成这些工作必须采用计算机技术。

数据处理结果通常送到显示器和执行机构去。

所谓的执行机构通常指各种继电器、电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电动机等，他们在电路中是起通断、控制、调节、保护等作用的电气设备。

3、传感器的定义：能够感受（或响应）规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的期间或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

4、传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成。

1)敏感元件——感受被测量，并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。

2）转换元件——又称传感元件，是传感器的重要组成元件。

5、信号调理与转换电路——能把传感元件输出的电信号转换成便于显示、纪录和控制点有用信号的电路。

传感器组成框图：6、通常用来描述静态响应特性的指标有测量范围、灵敏度、非线性度、回程误差等。

7、精确度（精度）指标有三个：精密度、正确度和精确度。

1）精密度：说明结果的分散性。

越小说明结果越精密（对应随机误差）。

传感器与检测技术(一)抉择题1.※依照传感器的组成，能直接感受被测物理量的是〔敏感元件〕2.※通过动态标定能够确定传感器的〔固有频率〕3.※光导摄像管具有的功能是〔光电转换功能、扫描功能、存贮功能〕4.※在人工视觉系统中，明亮度信息能够借助〔A/D转换器〕5.※测量不能直接接触的物体的文档，可选用的温度传感器类型是〔亮度式〕6.※有用化的水分传感器是利用被测物质的〔电阻值〕与含水率之间的关系实现水分含量的测量。

7.※属于传感器静态特性指标的是〔线性度〕。

8.※传感器能感知的输入变化量越小，表示传感器的〔灵敏度越高〕。

9.※红外光导摄像管上的红外图像所产生的温度分布在靶面上感应出相应的电压分布图像的物理根底是〔热电效应〕。

10.※热电偶式温度传感器的T端称为工作端，又称〔热端〕。

11.※在典型噪声干扰抑制方法中，将不同信号线分开同时留有最大大概的空间隔离是为了〔克服串扰〕。

12.※信号的方差大，表述信号的〔波动范围大〕。

13.※传感器输出量的变化△Y与引起此变化的输入量的变化量△X之比，称为〔灵敏度〕14.※对传感器实施动态标定，能够确定其〔幅频特性〕。

15.※周期信号频谱不具有的特点是〔发散性〕。

16.※在传感器与检测系统中，假如被测量有微小变化，传感器就有较大输出，说明该传感器的〔灵敏度高〕17.※对传感器实施静态标定，能够确定其〔线性度〕18.※以下传感器，不适合测量静态力的是〔压电式压力传感器〕。

19.※一般来说，压电式加速度传感器尺寸越大，其〔固有频率越低〕20.※为了测量多点的平均温度，能够将同一型号的热电偶的同性电极参考端相〔并联〕(t)=1，说明两信号〔完全相关〕。

21.※关于信号x(t)和y(t)，假设互相关系数Pxy22.※变磁通式速度传感器测转速时，假设传感器转子的齿数越多，那样输出的感应电动势的频率〔越高〕23. ※某转动轴的径向截面上贴有4块磁钢，利用霍尔元件与转轴上的磁钢接近时产生脉冲的方法测量轴的转速。

学期《传感器与检测技术》试卷(A)本试卷适用于班级考试形式：闭卷考试时间：120分钟1 判断对错2 单项选择3 名词解释4 问答5 论述分数总计一判断对错（每题2分，共30分）1. （）数据采集卡的主要功能是将模拟量信号和计算机的数字量信号进行相互转换。

√2. （）RS232是一种标准化的并行口。

×3. （）虚拟仪器一般采用专门化的处理机进行后续电路处理。

×4. （）在1000度以上的高温下，应该选用热电阻进行温度测量。

×5. （）压力检测一般检测的固体所受压力。

×6. （）电阻应变片中，电阻丝的材料一般选用蓝宝石。

×7. （）激光位移传感器的检测主要反映在图像传感器中。

√8. （）电容式位移传感器的主要特点是稳定程度高。

×9. （）频率超过20KHz的声波称为超声波。

√10. （）光栅位移传感器主要由标尺光栅，指示光栅、光路系统和磁敏元件组成。

×11. （）磁栅尺的转换原理与摄像机的原理基本相同。

×12. （）位移检测分为线位移和角位移两种。

√13. （）光电二极管具有双向导通性质。

×14. （）温度传感器的量程范围为100℃，若相对百分误差为0.5%，最大误差不超过0.5℃。

√15. （）信号的时域描述和频域描述可以通过傅里叶变换相互转换。

√二单项选择（每题2分，共20分）1. （）一般情况下，采用频率域进行信号描述的合适场合是：A，对声音进行分析B，对温度进行分析C，对压力进行分析D，对位移进行分析2. （）采用光电耦合器件进行信号传输的优点是：A，增加信号的敏感性B，转换电压信号为电流信号C，避免强电电路对一般弱电信号的干扰作用D，使得电路复杂，没有什么优越性3. （）测量电路所需要的电流是2A，电压是12V，则需要开关电源的功率是：A，48WB，100WC，24WD，50W4. （）右图所示为感应同步器原理，滑尺的两个感应线圈相位差应该是：A，45度B，90度C，180度D，270度5. （）如右图所示为光栅尺内部结构示意，动尺与定尺栅线应该有：A，超过90度的角度B，很小的角度C，超过180度的角度D，完全平行6. （）如右图所示激光位移传感器测量厚度差，采用图示的传感器测量姿态原因为：A，激光光线没有障碍，在边角处能够准确测量B，激光光线的照射斑点需要与平板运动方向垂直C，没有太多约束，可以采用任何方向D，避免测量头损坏7. （）振动测量中，采用拾振器的主要目的是：A, 构成一个惯性系统B,构成一个弹簧-质量惯性系统C,构成一个阻尼系统D,构成一个弹性-阻尼系统8. （）右图所示为振动测量加速度计，为了便携，一般采用测量头形式为：A, 螺纹测量头B,重型测量头C,粘接测量头D,磁吸测量头9. （）应变测量力中，采用电桥测量的好处是：A, 消除温度漂移B,消除供电电压误差C,消除计算误差D,消除测量中的粗大误差10. （）热电阻测量温度，利用的是：A, 热电效应B,电阻与温度之间的关系C,电阻与电压之间的关系D,热电阻可以自行产生电动势三名字解释（每题4分，共20分）1.传感器能感受规定的被检测并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

传感器与检测技术知识总结1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。

一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。

①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。

②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。

③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。

二、传感器的分类1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。

（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。

2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。

（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。

3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。

4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。

5、按传感器能量源分类（1）无源型：不需外加电源。

而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。

6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。

机电一体化系统模拟试卷1一、判断题：14个题，每小题2分，合计28分。

1. 机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。

【A.】√【B.】×2. 无论哪类系统（或产品），其系统内部都必须具备五种内部功能，即：操作功能（主功能）、动力功能、检测功能、控制功能和构造功能。

【A.】√【B.】×3. 在机电一体化系统中，通过提高系统的阻尼能力不能有效提高系统的稳定性。

【A.】√【B.】×4. 滚珠丝杠副在使用过程中，除了要求本身单一方向的传动精度较高以外，还对其轴向间隙有着严格的要求，从而保证其反向的传动精度。

【A.】√【B.】×5. 模拟式传感器输出是以幅值形式表示输入位移的大小，如电容式传感器、电感式传感器等。

【A.】√【B.】×6. 机电一体化系统中使用的传感器，一般是将被测的电物理量转换成非电参量。

【A.】√【B.】×7. 直流伺服电动机稳定性高是指转速随转矩的增加而保持不变。

【A.】√【B.】×8. 工业控制计算机、各类微处理器、可编程序控制器、数控装置等是机电一体化系统中的核心和智能要素。

【A.】√【B.】×9. 在机电一体化系统中，多数以微型计算机为核心构成计算机控制系统。

【A.】√【B.】×10. 在串联机器人机械系统中，电动驱动器可以直接驱动负载。

【A.】√【B.】×11. 并联机构是一组由两个或两个以上的分支机构通过运动副，按一定的方式连接而成的开环机构。

【A.】√【B.】×12. FMS尽管具有高柔性，但是这种柔性仍然限于特定的范围，如加工箱体零件的FMS不能用于加工旋转体、冲压件等。

【A.】√【B.】×13. 加工系统在FMS中就像人的大脑，是实际完成改变物性任务的执行系统。

【A.】√【B.】×14. 非接触式测量不仅避免了接触测量中需要对测头半径加以补偿所带来的麻烦，而且可以对各类表面进行高速三维扫描。

第4章位移的测量第四章位移的测量4.1 位移检测位移是向量，是指物体或其某一部分的位置相对参考点在一定方向上产生的位置变化量。

因此位移的度量除要确定其大小外，还要确定其方向。

第四章位移的测量一、位移测量的分类：按被测量，位移的测量分为线位移测量和角位移测量。

按测量参数的特性，位移测量分为静态位移测量和动态位移测量。

二、位移测量注意问题：测量方向与位移方向重合位移是指物体上某一点在一定方向上的位置变动，是矢量。

如果测量方向与位移方向不重合，则测量结果仅仅反映该而不能真实反映需测位移的大小。

测量方向上的分量，位移测量时，应当根据不同的测量对象，选择适当的测量点、测量方向和测量系统。

第四章位移的测量三、常用的位移传感器电阻：应变、压阻、变阻。

电感：自感：变气隙、螺线管；互感：差动变压器；涡流。

电容：变面积、变极距、变介电常数。

霍尔元件。

光栅、光电编码盘、磁尺、激光干涉仪。

根据环境、动态特性、量程、精度、价格等参数选择。

4.1 常用位移传感器型式电阻式滑线式线位移角位移变阻器线位移角位移应变式非粘贴式的粘贴的半导体的测量范围 1_300 mm0__176;_360__176; 1_1000 mm 0_60 rad 精确度 __177;0.1% __177;0.1%__177;0.5% __177;0.5%第四章位移的测量直线性特点__177;0.1% 分辨率较好，可用于 __177;0.1% 静态或动态测量。

机械结构不牢固 __177;0.5% 结构牢固，寿命长，但分辨率差，电噪声 __177;0.5% 大__177;0.5%应变 __177;0.1% __177;0.3%应变 __177;2%_3% __177;0.25%应__177;2%_3% 变__177;1% 满刻度 __177;20%不牢固牢固，使用方便，需温度补偿和高绝缘电阻输出幅值大，温度灵敏性高第四章位移的测量型式测量范围 __177;0.2 mm 1.5_2 mm 300_____ mm__177;0.08_ __177;75 mm __177;2.5_ __177;250 mm 同步机__177;0.1__176;___177; 0.7__176; __177;0.5% __177;0.0% __177;1%_3% _lt;3% 精确度 __177;1% 直线性 __177;3% 特点电感式自感式变气隙型螺管型特大型差动变压器涡电流式0.15%_0.1 %__177;0.5%360__176;微动同步器旋转变压器 10__176; 60__176; __177;1% __177;0.05% __177;0.1%只宜用于微小位移测量测量范围较前者宽，使用方便可靠，动态性能较差分辨率好，受到磁场干扰时需屏蔽分辨率好，受被测物体材料、形状、加工质量影响可在1200 r/min 的转速下工作，坚固、对温度和湿度不敏感非线性误差与变压比和测量范围有关第四章位移的测量型式电容式变面积变间距测量范围精确度直线性特点10-3_100 mm 10-3_10 mm__177;0.005% 0.1%__177;1% 介电常数受环境温度、湿度变化的影响分辨率很好，但测量范围很小，只能在小范围内近似地保持线性霍尔元件感应同步器直线式__177;1.5 mm0.5%结构简单,动态特性好10-3_100 mm2.5__181; m/250 mm0__176;_360__176;旋转式 __177;0.5;模拟和数字混合测量系统，数字显示(直线式感应同步器的分析率可达1__181; m)第四章位移的测量型式测量范围精确度直线性特点计量光栅长光栅圆光栅磁栅长磁栅圆磁栅角度编码器接触式光电式10-3_1000 mm 0__176;_360__176; 10-3_10000 mm 0__176;_360__176;0__176;_360__176; 0__176;_360__176;3__181; m/1 mm __177;1; 5__181; m/1 mm __177;1; 10-6 r 10-8 r模拟和数字混合测量系统，数字显示(长光栅分辨率0.1_1 __181; m)测量时工作速度可达 12 m/min 分辨率好，可靠性高第四章位移的测量4.2 光栅式位移检测装置数字信号检测系统的组成数字信号检测系统的组成传感器放大器细分电路整形电路细分电路脉冲当量变换电路计数器寄存器计算机显示执行机构辨向电路数字信号检测系统的组成数字信号检测系统的组成第四章位移的测量光栅数字式传感器光栅是由很多等节距的透光的缝隙或不透光的刻线均匀、相间排列而成的光电器件。

质点的位移线位移角位移以质点的位移、线位移和角位移为标题，我们来探讨一下这三个概念的含义和应用。

我们先来了解一下质点的位移。

质点是指形状和大小可以忽略不计的物体，它可以在空间中沿着某个路径运动。

而质点的位移则是指质点在运动中从初始位置到最终位置的变化量，用矢量来表示。

位移的大小等于质点最终位置与初始位置之间的直线距离，而位移的方向则是从初始位置指向最终位置的矢量方向。

质点的位移在物理学中有着广泛的应用。

在机械运动中，我们常常需要计算物体的位移来确定它的运动轨迹和位置变化。

例如，在汽车运动中，我们可以通过测量汽车的位移来计算它的行驶距离；在天体运动中，通过观测行星的位移可以研究它们的轨道运动。

接下来，我们来讨论一下线位移。

线位移是指物体某一点在运动中沿着运动方向的位移，也是一个矢量量。

与质点的位移不同，线位移是针对物体上的某一点进行描述的，而不是整个物体的位移。

线位移的大小等于该点在运动过程中所经过的路径长度，而线位移的方向则是与路径方向一致的矢量方向。

线位移在刚体力学中有着重要的应用。

当物体发生旋转运动时，我们可以通过测量物体上某一点的线位移来分析物体的角速度、角加速度等运动参数。

例如，在车辆转弯过程中，我们可以通过测量车辆上某一点的线位移来计算车辆的角速度，从而判断车辆的转弯情况。

我们来谈一下角位移。

角位移是指物体绕某一轴旋转时，旋转角度的变化量，用弧度（rad）表示。

角位移的大小等于物体旋转的弧长与旋转半径的比值，而角位移的方向则是由旋转轴确定的。

需要注意的是，角位移是一个标量量，没有方向。

角位移在刚体力学和旋转力学中有着重要的应用。

当物体绕固定轴旋转时，我们可以通过测量物体旋转的角位移来计算它的角速度、角加速度等运动参数。

例如，在自行车骑行过程中，我们可以通过测量车轮的角位移来计算自行车的角速度，从而判断车速和骑行情况。

质点的位移、线位移和角位移都是描述物体运动的重要概念。

它们分别适用于不同的运动情况，可以帮助我们分析和计算物体的运动参数。

项目三位移检测教学目的：1、能认识、了解检测位移量的传感器器件，了解它们的主要特点和性能。

2、能了解绝对式和增量式光电编码器的基本知识。

3、会用光电编码器测量位移。

4、能了解光栅传感器的组成和结构。

5、能理解莫尔条纹测量位移的原理。

6、能了解磁栅传感器的组成和特点。

了解磁栅、磁头的结构和工作原理。

7、能理解自感式电感传感器和差动变压器的工作原理、测量电路及应用电路。

课型：新授课课时：3个任务，安排6个课时。

教学重点：认识光电编码器和码盘的外形，增量式编码器的结构和组成，增量式编码器的工作原理；绝对式编码器的结构和工作原理；光栅传感器的外形与结构；莫尔条纹的形成及特性；光栅传感器的组成；磁栅传感器的外形；磁栅传感器的组成和测量原理。

教学难点：增量式编码器的结构和组成；绝对式编码器的结构和工作原理；莫尔条纹的形成及特性；光栅传感器的组成；光栅传感器的测量电路；磁栅传感器的组成和测量原理；自感式电感传感器；互感式电感传感器；差动变压器的工作原理；零点残余电压产生的原因和消除；差动变压器的测量电路。

教学过程：1.教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。

2.教学媒体：采用启发式教学、案例教学等教学方法。

教学手段采用多媒体课件、视频等媒体技术。

作业处理：完成项目后的思考题。

板书设计：基本知识汇总任务一数控机床的位移检测（光电编码器）数控机床是机电一体化的典型产品，它是机、电、气、液、光等多学科的综合，技术涉及机械制造、传感器、信息处理、计算机、自动控制、伺服驱动等多个领域。

其中传感器在数控机床中具有重要地位，它监视和测量着数控机床工作过程的每一步。

数控机床中很重要的一个指标是进给运动的位置定位和重复定位误差。

要提高位置控制精度就必须采用高精度的位移检测装置。

位移检测的对象有工作台的直线位移及回转工作台的角位移等，与此相对应有直线式和旋转式检测装置。

光电编码器可直接用于旋转式测角位移和通过角位移与直线位移之间的线性关系间接测出工作台的直线位移。