傳感器與檢測技術(第3版)[謝志萍]05

1、第第5章章 新型傳感器新型傳感器電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.1 仿生傳感器仿生傳感器5.1.1 機器人內部傳感器概述機器人內部傳感器概述1機器人用位置檢測傳感器機器人用位置檢測傳感器主要有微型限位開關、光電斷路器和電磁式接近開關等。微型限位開關的實現原理是在移動體上安裝一擋塊，該物體移至一定位置后，擋塊碰上機械開關，引起開關觸點的開閉，從而通過控制電路，控制機器人的動作。光電斷路器由發(fā)光二極管、光電三極管組成，當被測物體移動，隔斷其“光路”，引起光電三極管輸出電位的變化。電磁式接近開關是利用感應線圈靠近磁性物體，從而產生感應信號。傳感器與檢測技術傳感器與檢測

2、技術5.1 仿生傳感器仿生傳感器2機器人用位移檢測傳感器機器人用位移檢測傳感器主要有直線電位器、可調變壓器、磁性傳感器和磁尺等。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.1 仿生傳感器仿生傳感器3機器人用角位移檢測傳感器機器人用角位移檢測傳感器除了有旋轉式電位器、旋轉式可調變壓器外，還有鑒相器、光電式編碼器等。鑒相器由互相正交的兩個線圈組成定子和轉子，它們之間的磁耦合在互為平行時最大，垂直時為零，因而產生的電壓信號隨轉子和定子相對角度變化而變化。這種角度檢測器在激磁頻率為12kHz時，角分辨精度達0.120.34。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.1 仿生傳感器仿生傳感器4機器人用速度檢測傳感器機

3、器人用速度檢測傳感器常用的有測速電機及脈沖發(fā)生器兩類，它不僅可以測試速度，還可以測試動態(tài)響應補償。測速發(fā)電機的輸出是與轉速成正比的連續(xù)信號，脈沖發(fā)生器是一種數字型速度傳感器，其結構與光電編碼器類似，同時檢測輸出脈沖數和脈沖頻率，便能確定旋轉速度值。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.1 仿生傳感器仿生傳感器5機器人用加速度檢測傳感器機器人用加速度檢測傳感器主要有差動變壓器型和應變儀型。差動變壓器型加速度傳感器，由彈簧支撐的鐵芯和轉軸構成，當速度變化時，由于慣性，鐵芯產生位移，由于鐵芯處于差動變壓器中，差動變壓器線圈中將產生相應的信號，用以檢測加速度。應變儀型加速度傳感器是由質量塊和粘貼有應變片

4、的彈簧片構成，加速度的變化將引起應變片的直徑和長度產生微小變化，因而可得到所需要的速度信號。6機器人用力檢測傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.1 仿生傳感器仿生傳感器5.1.2 機器人外部傳感器機器人外部傳感器類 型檢 測 內 容應 用 目 的傳 感 器 件明暗覺是否有光、亮度多少判斷有無對象，并檢測之光電管，光電斷流器色覺對象色彩及濃度利用顏色識別對象的場合彩色攝影機，濾色器，彩色光管位置覺物體的位置、角度、距離物體空間位置、檢測物體移動攝像管形狀覺物體的外形提取物體輪廓及固有特征、識別物體光電晶體管陣列，CCD，圖像傳感器，SPD等接觸覺與對象是否接觸，接觸位置決定對象位置，識別對

5、象形態(tài)，控制速度，安全保障，異常停止，尋徑電位計，光電傳感器，微型開關，薄膜接點，針式接點壓覺對物體的壓力、握力、壓力分布控制握力，識別握持物，測量物體彈性壓電元件，導電橡膠，壓每半導體，感壓高分子材料，應變針力覺機器人有關部件（如手指）所受外力及轉矩控制手腕移動，伺服控制，正確完成作業(yè)應變針，負載單元，轉矩檢測接近覺與對象物是否接近，接近距離對象面的傾斜控制位置，尋徑、安全保障，民常停止光傳感器，氣壓傳感器，超聲波傳感器，磁傳感器滑覺垂直于握持面方向物體的位移、旋轉重力引起的變形修正握力，防止打滑，測量物體的重量及表面，進行多層作業(yè)球形接點，旋轉傳感器，微型開關，振動檢測器，圓筒狀光電旋轉傳

6、感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.1 仿生傳感器仿生傳感器1視覺傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.1 仿生傳感器仿生傳感器2聽覺傳感器聽覺傳感器是機器人的耳朵，它是利用語音信息處理技術制成的。若僅要求它對聲音產生反應，可選用一個開關量輸出形式的聽覺傳感器。這種傳感器是比較簡單的，只需用一個聲-電轉換器就能辦到。但一個高級的機器人不僅能夠聽懂人的語言指令，而且能講出人能聽懂的語言，前者為語音識別技術，后者為語音合成技術。具有語音識別功能的傳感器稱為聽覺傳感器。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.1 仿生傳感器仿生傳感器3接觸覺傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.1 仿生傳感器

7、仿生傳感器4接近覺傳感器（1）光電式接近覺傳感器是一種比較簡單有效的傳感器，把它裝在機器人手（或足）上，能夠檢測機器人手臂（或腿）運動路線上的各種物體。（2）超聲波是人耳聽不見的一種機械波，頻率在20kHz以上。人耳能聽到的聲音，振動頻率范圍只是2020 000Hz。超聲波因其波長較短，繞射小，而能成為聲波射線并定向傳播。（3）電渦流傳感器主要用于檢測由金屬材料制成的對象物體。它是利用一個導體在非均勻磁場中移動或處在交變磁場內，導體內就會出現感應電流這一基本電學原理工作的。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.1 仿生傳感器仿生傳感器5嗅覺傳感器人鼻是嗅覺器官，嗅覺傳感器就是仿真人鼻功能的一種傳

8、感器。給機器人裝上嗅覺傳感器，它就能感受各種氣味，從而用來識別其所在環(huán)境中的有害氣體，并測定有害氣體的含量。目前還做不到讓機器人像人一樣聞出多種氣味的機器鼻子。常用的嗅覺傳感器是半導體氣體傳感器，它是利用半導體氣敏元件同氣體接觸，造成半導體的物理性質變化，借以測定某種特定的氣體成分及其含量的。大氣中的氣味各種各樣，而目前研制出的氣體傳感器只能識別如H2、CO2、CO、NO等少數氣體，因此除特殊需要安裝探測特定氣體的氣體傳感器外，一般的機器人基本上沒有嗅覺。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.2 光纖傳感器光纖傳感器5.2.1 光纖結構光纖結構傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.2 光纖傳感器光

9、纖傳感器5.2.2 光纖傳感器的工作原理光纖傳感器的工作原理傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.2 光纖傳感器光纖傳感器5.2.3 光纖傳感器的特點光纖傳感器的特點（1）抗電磁干擾，電絕緣，耐腐蝕。（2）靈敏度高。（3）重量輕，體積小，可彎曲。（4）測量對象廣泛。（5）對被測介質影響小。（6）便于復用，便于成網。（7）成本低。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.2 光纖傳感器光纖傳感器5.2.4 光纖傳感器的應用舉例光纖傳感器的應用舉例1光纖傳感器渦輪流量計光纖傳感器流量計原理傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.2 光纖傳感器光纖傳感器雙向流量測量原理圖傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.2

10、光纖傳感器光纖傳感器2光纖溫度傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.3 微型傳感器微型傳感器5.3.1 電容式微型傳感器電容式微型傳感器1電容式微型壓力傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.3 微型傳感器微型傳感器2電容式微型流量傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.3 微型傳感器微型傳感器5.3.2 電感式微型傳感器電感式微型傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.3 微型傳感器微型傳感器5.3.3 壓阻式微型傳感器壓阻式微型傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.3 微型傳感器微型傳感器壓阻式微型傳感器結構傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.3 微型傳感器微型傳感器5.3.

11、4 熱敏電阻式微型傳感器熱敏電阻式微型傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.3 微型傳感器微型傳感器5.3.5 微機械陀螺儀微機械陀螺儀1MEMS陀螺儀的工作原理 傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.3 微型傳感器微型傳感器2MEMS陀螺儀的應用在汽車上，偏航陀螺儀可以開啟電子穩(wěn)定控制（ESC）制動系統(tǒng)，防止汽車急轉彎時發(fā)生意外事故；當汽車出現翻滾狀況時，滾轉陀螺儀可以引爆安全氣囊；當汽車導航系統(tǒng)無法接收GPS衛(wèi)星信號時，偏航陀螺儀能夠測量汽車的方位，使汽車始終沿電子地圖的規(guī)劃路線行駛，這個功能被稱之為航位推測系統(tǒng)。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.4 集成傳感器集成傳感器5.4.1 集

12、成溫度傳感器集成溫度傳感器1AD590傳感器性能特點分 擋 參 數IJKLM工作電壓+4+30V25電流輸出298.2A溫度系數1A/K25可校正誤差105.02.51.00.5非線性誤差3.01.50.80.40.3長期漂移0.1輸出阻抗10M分 擋 參 數IJKLM+4+5V0.5A/V+5+15V0.2A/V+15+30V0.1A/V最大正向電源+44V最大反向電源-20V傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.4 集成傳感器集成傳感器2AD590的測溫誤差傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.4 集成傳感器集成傳感器3AD590的應用21T12()IIIKTTo3T312()UIRK R T

13、T傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.4 集成傳感器集成傳感器5.4.2 智能壓力傳感器智能壓力傳感器1壓力傳感器的基本結構和特性傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.4 集成傳感器集成傳感器2溫度補償傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.4 集成傳感器集成傳感器3傳感器放大電路2 1BAR由于MPX700DP傳感器的輸出電壓為mV級，為了將傳感器的輸出電壓進行放大以驅動后續(xù)的電路，在測量電路中必須使用放大器。放大器除了放大傳感器的輸出電壓外，還提供零壓力情況下傳感器零點偏差電壓。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.4 集成傳感器集成傳感器4A/D轉換器A/D轉換器采用一塊高性能的ICL7106C

14、PL型A/D轉換器芯片（IC2），將運算放大器差分輸出的模擬電壓轉換成相應的數字量。顯示部分采用2塊LCD顯示器。IC2內有7段數字譯碼器、顯示驅動電路、頻率產生器、參考電壓和時鐘。芯片可直接驅動3位半的LCD，而不需要多路選擇式的顯示方式。只是在本測試儀中，LCD的最高位和最低位數字未全被利用。但如果需要較大的范圍或較高的分辨率時，未使用的芯片端口可再連接一位半的附加數字顯示位。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.4 集成傳感器集成傳感器5電路裝調及壓力連接壓力傳感器需小心安裝于PC板上（有缺口的管腳為1管腳），并使用合適的工具和螺釘緊固傳感器。注意不要過緊，以免損壞塑殼。為了保證穩(wěn)定，除R

15、5、R11和R8外，均應采用金屬膜電阻。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.4 集成傳感器集成傳感器6校準電路的校準包括零點校準（R16）和滿量程校準（R6）兩個方面。校準時，需要壓力可達100Pa的壓力源和精確的壓力表。將傳感器接入壓力源。當壓力在0100Pa之間時，數字壓力測量儀可通過參考壓力表的對比進行檢查。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.5 超聲波傳感器超聲波傳感器5.5.1 超聲波傳感器的工作原理超聲波傳感器的工作原理傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.5 超聲波傳感器超聲波傳感器 空氣傳導型超聲發(fā)射器、接收器結構1外殼；2金屬絲網罩；3錐形共振盤；4壓電晶片；5引腳；6阻抗匹配

16、器；7超聲波束傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.5 超聲波傳感器超聲波傳感器5.5.2 超聲波傳感器的應用超聲波傳感器的應用1超聲波測厚2v td傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.5 超聲波傳感器超聲波傳感器2超聲波測量液位和物位2v th22hsa傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.5 超聲波傳感器超聲波傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.5 超聲波傳感器超聲波傳感器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.5 超聲波傳感器超聲波傳感器3超聲波防盜報警器傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.5 超聲波傳感器超聲波傳感器4無損探傷1電纜插頭座； 2工作方式選擇； 3衰減細調； 4衰減粗調；

17、5發(fā)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掃描時間調節(jié)；10掃描時間微調； 11脈沖X軸移位； 12報警揚聲器； 13直探頭 傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.5 超聲波傳感器超聲波傳感器（1）缺陷面積大，則缺陷脈沖F的幅度就高，而B脈沖的幅度就低。（2）F脈沖距離T脈沖越近，缺陷距離表面越近。傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.5 超聲波傳感器超聲波傳感器例5.2 如圖5.33（b）中所示，顯示器的X軸為10s/div(格)，現測得B波與T波的距離為10格，F波與T波的距離為3.5格，已知縱波在鋼板中的聲速c=5.9103m/s。求：（1）超聲波

18、從鋼板底部返回時間t及從缺陷返回時間tF；（2）鋼板的厚度及缺陷與表面的距離xF 。解：（1）t=10s/div10div=100s=0.1ms，tF=10s/div3.5div=35s=0.035ms （2）縱波在鋼板中的聲速c=5.9103m/s，則，= tcL/2=5.91030.110-3/2 0.3（m）xF= tcF/2=5.91030.03510-3/2 0.1（m）傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.6 無線傳感器網絡無線傳感器網絡5.6.1 無線傳感器網絡的基本結構體系無線傳感器網絡的基本結構體系1無線傳感器網絡結構傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.6 無線傳感器網絡無線傳感器網絡傳感器節(jié)點體系結構傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.6 無線傳感器網絡無線傳感器網絡2無線傳感器節(jié)點結構傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.6 無線傳感器網絡無線傳感器網絡3無線傳感器網絡協議棧傳感器與檢測技術傳感器與檢測技術5.6 無線傳感器網絡無線傳感器網絡5.6.2