1、1,第二章 传感器技术及应用,2.1.1 绪论,2,在学习传感器之前，我们首先必须明确什么是传感器？ 传感器可以是一些单个的装置，也可以是复杂的组装体。 它都具有一些相同的基本功能，即需要检测信号或激励，并由此产生一种可测量的输出信号。 为测量不同的物理参数设计不同的传感器。最常见的物理参数有位移、速度、加速度、流量、液位、重力、压力、邻近度和温度等。,2.1.1 绪论,3,传感器的正确选择由需要测量的参数的属性、成本、可靠性和所要获取的信息的质量（精度）等因素综合确定，还包括： 传感器对所要测量的环境的适应性； 检测是要求快速获取信号还是允许后续分析得到； 是对某特定点测量还是对某段范围测量
2、。,例如：一个家用温度传感器就不适合在化工厂使用，用在化工厂中的传感器可能工作在难于靠近的腐蚀性气体环境中，有的甚至还要承受高温高压。,2.1.1 绪论,4,传感器可以检测物理参数，我们究竟用传感器干什么呢？通常，传感器技术主要用于两种不同的领域： 采集信息： 用于给显示系统提供一种表征当前系统状态的参数数据。如汽车的速度和加速度传感器，可用于记录车辆性能或参数变化的情况。 控制系统：利用传感器采集的信息去控制对象。如汽车防抱死刹车系统（ABS）将来自车轮传感器上的信息被用于控制作用在刹车片上的压力，保证刹车时车轮不出现滑动。,2.1.1 绪论,5,汽车上使用的部分传感器,2.1.2 传感器的
3、分类,6,传感器用途纷繁，原理各异，形式多样，其分类方法也有多种，其中有两种分类法最为常用： 按外界输入信号转换至电信号过程中所利用的效应来分类。如利用物理效应进行转换的为物理传感器；利用化学反应进行转换的为化学传感器；利用生物效应进行转换的为生物传感器。 按输入量类型分类。如输人信号是用来表征压力大小的，就称为压力传感器。这种分类法可将传感器分为位移、速度、角速度、力、力矩、压力、流速、液面、温度、湿度、光、热、电压、电流、气体成分、浓度和黏度传感器等。,当前传感器技术的主要发展动向： 传感器本身的基础研究：研究新的传感器材料和工艺，发现新现象； 传感器系统的研究：研究如何将检测功能与信号处
4、理技术相结合，向传感器的智能化、集成化发展。,2.1.3 传感器技术发展趋势,7,开发新材料,发现新现象,微细加工技术,传感器智能化,仿生传感器,2.2 传感器基本原理,8,工作原理：机械式电子式机械式 + 电子式,传感器是一种用于检测信号或激励，并由它产生一种可测量的输出信号的装置。,2.2.1 传感器系统类型,9,通常把传感器系统划分为：测量系统开环控制系统闭环控制系统,基本的传感器系统可以看作为借助某种过程从不同的输人产生某种被定量的输出的装置。流程图是一种解释传感器系统工作原理有效的方法。,传感器系统工作原理流程图,10,2.2.1 传感器类型测量系统,测量系统显示或记录一种与被测输入
5、变量相对应的定量输出，测量系统除了以用户可以读懂的方式向用户显示之外，不以任何方式对输入产生响应。,测量系统流程图,测量系统组成模块,11,2.2.1 传感器类型开环控制系统,开环控制系统通过测量系统输出量来调节系统某一参数，使被控变量保持为预定值。开环控制系统被一预设值信号所控制。,开环控制系统流程图,路灯控制系统流程图,12,2.2.1 传感器类型闭环控制系统,闭环控制系统通过测量被控系统的参数输出值，并将其与期望值进行比较来控制系统。闭环控制系统的输出状态会直接影响输入条件。,闭环控制系统流程图,受控系统参数的实际测量值与期望值的差值称为误差。,13,储罐内液面位置控制系统,储罐内液面闭
6、环控制流程图,2.2.1 传感器类型闭环控制系统,2.2.2 传感器术语,14,被测量：是测量系统的输入，被测的量值或参数。常见的被测量包括位移、速度、邻近度、加速度、液位、重力、体积、流量、溢度和压强等。 调制信号：是经过转变（如调幅、调频和调相）的传感器的输出信号，以便使该信号能被显示装置、记录装置、控制装置或其他系统识别。 现场读数：传感器安装现场或非常靠近测量点处显示的测量值。 远程读数：传感器的读数可以在远离测量点的地方读数并显示它的测量值。 量程：给定测量范围上下限之间的代数差。,2.2.2 传感器术语,15,真值：与给定的特定量定义一致的值。真值是不确定的，但又是客观存在的。 约
7、定真值：对给定目标具有适当不确定度的、赋予特定量的值。 误差：测量结果减去被测量的真值。误差只与测量结果有关，与测量程序、测量原理、测量仪器及测量条件等因素无关。 系统误差：无限次测量的平均值与真值之差。 随机误差：单次测量结果与无限次测量的平均值之差。 粗大误差：使测量无效的误差，异常值。 校准：规定条件下确立被测量与标准装置相应输出值之间关系的一组操作。包括：确定校准点、确定误差等。,2.2.3 传感器特性,16,如何选择传感器？测量或控制系统的传感器的选择取决于诸如成本、性能有效性及环境条件等因素。根据传感器的特性合理的选择适当的传感器尤为重要。,传感器所测量的物理量基本上有两种形式：
8、稳态（静态或准静态）形式，信号不随时间变化（或变化很缓慢）； 动态（周期变化或瞬态）形式，信号随时间而快速变化的。,2.2.3 传感器特性,17,由于输入物理量形式不同，传感器所表现出来的输入输出特性也不同，因此存在静态特性和动态特性的区别。不同传感器有着不同的内部参数，它们的静态特性和动态特性也表现出不同的特点，对测量结果的影响也就各不相同。一个高精度传感器，必须同时具有良好的静态特性和动态特性，这样它才能完成对信号(或能量)的无失真的转换。传感器的特性包括：精确度、精密度、死区、线性度、灵敏度、迟滞、重复性、传递函数以及频率响应函数等等。,2.2.3 传感器特性,18,精确度：仪器或系统可
9、能会产生误差值的范围，或可能产生的最大误差值。它可以用含有测量单位的形式表达出来。精确度也可以表达为该装置的误差范围的百分数，二者任选其一。 假定温度计精确度为土0.2，这意味着如果用这个温度计测量温度，测量读数是20.1 ，那么，实际温度可能为20.3 到19.9之间的某个值。 精密度：指在若干场合里同样的输入产生的结果的相似程度。 在测量术语中，传感器可能是精密的，即当它对一个固定量进行若干次测量时，其结果为一个很接近的输出。但是，如果在输出中有一个很大的误差，那么它却是不正确的。,2.2.3 传感器特性,19,死区或死带：指被测量的输出不产生变化或没有输出信号时输人量的最大范围，死区由静
10、摩擦或迟滞现象引起。,漂移：指装置、电路或系统随时间和环境变化而改变其特性的固有趋势。当装置的输入没有变化时，其输出特性却有变化，它会影响测量的精度。在不同的时间范围引起漂移的原因不同，最常见和最有影响的漂移之一是由于外界温度的变化。,2.2.3 传感器特性,20,滞后量： 传感器输出量的变化相对与其相应的输入量变化的延迟量。它被测量在数秒(或通常更短，为几分之一秒)内。在某些应用，如控制系统，滞后可能会严重地影响工作性能。 分辨率： 装置感受输入量或输入量变化的能力，通常是指装置可以检测到的最小输入量值或输人量的最小变化量。传感器的分辨率越高，它可测量的最小输入值就越小。 例如，一个能测量到
11、O.001单位的四位数传感器比能测量到0.01单位的三位数传感器分辨率更高。 稳定性：在一定条件下输入量在工作的整个时间范围内保持不变时装置的输出量的变化量值。,2.2.3 传感器特性,21,线性度： 如果理想的输出量（y）与输入量（x）关系是一条直线，即y = ax，那么称这种关系为线性输入/输出特性。显然，在理想的线性关系之下，只要知道输入/输出直线的两个点，即可确定其余各点，故输出量的计算和处理十分简便。,2.2.3 传感器特性,22,1.非线性输入/输出特性实际上，许多传感器的输入/输出特性是非线性的。在静态情况下，如果不考虑滞后和蠕变效应，输入/输出特性总可以用如下多项式来逼近：,2
12、.2.3 传感器特性,23,该多项式代数方程有四种情况：,2.2.3 传感器特性,24,2.2.3 传感器特性,25,2.2.3 传感器特性,26,2.2.3 传感器特性,27,2.非线性特性的线性化在实际使用非线性特性传感器时，如果非线性项次不高，在输入量不大的条件下，可以用实际特性曲线的切线或割线等直线来近似地代表实际特性曲线的一段，这种方法称为传感器的非线性特性的线性化，所采用的直线称为拟合直线。,输入-输出非线性特性的线性化,2.2.3 传感器特性,28,传感器的实际特性曲线与拟合直线不吻合的程度，在线性传感器中称“非线性误差”或“线性度”。常用相对误差的概念表示“线性度”的大小，即传
13、感器的实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差的绝对值对满量程输出之比为：,显然，非线性误差是以拟合直线作基准直线计算出来的，基准线不同，计算出来的线性度也不相同。,2.2.3 传感器特性,29,灵敏度： 指在一定条件下装置的输出量的变化相对其输入量变化的关系。传感器的灵敏度是指在给定的整个范围内输出量的最大差值与被测输人量的变化量相除所得的商。,如果装置的输入输出的关系是线性的，灵敏度通常用整个测量范围表示；如果装置的输入输出的关系是非线性的，那么装置的灵敏度是变化的。因此，灵敏度通常会引用几个范围表示。 非线性传感器的灵敏度通常用拟合直线的斜率表示。非线性特别明显的传感器，其灵敏度可用dy/d
14、x表示，也可用某一小区域内拟合直线的斜率表示。,2.2.3 传感器特性,30,重复性：传感器的输入量按同一方向做多次变化时，各次检测所得的输入/输出特性曲线往往不重复。产生不重复的原因有轴承摩擦、灰尘积塞、间隙不适当、螺钉松动、元件磨损(或碎裂)以及材料内部摩擦等。重复性误差通常用输出最大不重复误差与满量程输出之比的百分数表示。,2.2.3 传感器特性,31,不重复误差是属于随机误差性质的，校准数据的离散程度是与随机误差的精度相关的，应根据标准偏差来计算重复性指标。重复性误差可按下式计算。,2.2.3 传感器特性,32,迟滞性：在相同测试条件下，输入量变化方向不同时，对于同一输入量，传感器会有
15、两个不同数值的输出量，称为迟滞现象。它会造成测量误差并影响装置的精确度。,当被测输入量以一定的增量（由小到大）向着范围的终点变化，以及被测输入量以同样的减少量（由大到小）减少时，同一输入量对应两个输出值，在此测量工程中其输出量的最大差值称为迟滞误差。,2.2.3 传感器特性,33,并不是所有的传感器或测量系统都具有迟滞现象。迟滞误差由各种因素引起，尤其是机械应变和摩擦。产生迟滞现象的原因有两个： 测量系统中有吸收能量的元件，如粘滞性元件、磁性元件和弹簧等； 机械结构中存在摩擦和游隙，如齿轮传动和螺纹传动中齿牙侧运动间隙就是一种常见的原因（通常也称为测系误差）。,2.2.3 传感器特性,34,迟
16、滞的大小通常由整个检测范围内的最大迟滞值与理论满量程输出之比的百分数表示。,2.2.3 传感器特性,35,静态性能很好的传感器，当被检测物理量随时间变化时，如果传感器的输出量不能很好地追随输入量的变化而变化，也有可能导致高达百分之几十甚至百分之百的误差。 传感器的动态特性：动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。动态特性好的传感器，其输出量随时间变化的曲线与被测量随同一时间变化的曲线一致或者相近。,2.2.3 传感器特性,36,实际被测量随时间变化的形式可能是各种各样的，根据哪种变化的形式来判断一个传感器动态特性的好坏呢？实际研究中，通常根据“标准”输入特性来考察传感器的响应特性。标
17、准输入有两种： 正弦输入 阶跃输入传感器的动态特性分析和动态标定都以这两种标准状态输入为依据。对任一传感器，只要输入量是时间的函数，则其输出量也应是时间的函数。,2.3 运动测量,37,本节将讨论用于测量物体运动的各种传感器和转换装置。运动是一个物体物理位置的变化，其中包含几种参数的变化。例如，讨论沿轨道运行的列车。,车辆作直线运动，A和B两点之间的距离为d，它在任一位置都以线速度v按箭头指定的方向运动，并且它将以加速度a加速或减速。如果观察车辆的轮子，它不仅做直线移动，还做圆周转动，如果列车轮子转过角，还以角速度转动，如果它正在加速，它就会有的角加速度。,2.3.1 线位移,38,位移是在给
18、定方向上相对某参考点移动的距离。如果被测位移是在一条直线上，则称之为线位移；如果被测位移是以绕某轴旋转的角度的形式测量，则称之为角位移。位移代表一个物体或质点相对于参考点运动的量值和方向的变化。线位移是在一定方向上的位移；角位移是物体绕给定的轴旋转过的角度。 测量工具：直尺、千分尺、游标卡尺、雷达系统、声纳探测器或精密光学系统等。,2.3.1 线位移,39,线性电位计线性电位计是一种可变电阻形式的电子装置。它由能在电阻元件的整个长度上移动的滑动接触片组成。这个滑动接触片与柱杆相连，柱杆又与待测位移的物体连接在一起。,线性电位计可用来测量物体的位移，当物体移动时，测头移动并传送这个位移给滑动片。
19、因此，物体的任何位移都将改变距离BC，并引起输出电压的相应变化。,2.3.1 线位移,40,线性差动变压器一个在空心的线圈架上绕有三组线圈。中间的一次线圈和两侧的二次线圈属于同轴。一个软铁心置于线圈的中心，它只能沿线圈轴线方向自由地上下移动。,如果软铁心向某一方向移动时，一个二次线圈的磁通量将增加，同时另一个二次线圈的磁通量将减少。同理，如果软铁心以相反的方向移动时，情况则正好相反。,2.3.1 线位移,41,粘贴式电阻应变计用于测量固体对象受到应力(受拉或受压)作用时其尺寸的变化。它被粘贴在被测物体上，当物体尺寸变化时它也随之变形。通常称之为应变片，应用最为广泛。,应变片被粘贴到物体上时，物
20、体与应变片的尺寸产生变化会使导线截面积和长度产生变化，导致导线的电阻值变化，应变片就是应用这种作用原理来测量位移变量的。,2.3.1 线位移,42,单臂电桥单臂电桥又名惠斯通电桥，是一个用于检测电阻的电路。它是一种通过未知电阻与已知电阻相比较，从而确定未知电阻值的装置。,当电桥平衡时，B、D间输出电压为0，否则不为0，并且它的极性取决于电阻的变化及其值是增大还是减少。如果R1由应变片代替，R2，R3和R4均保持不变，由于应变或位移引起的电阻变化将使电桥不平衡，输出电压的值反映了所产生的应变量，并且这种变化可以用测量或控制系统的输人信号来代替。,2.3.2 角位移,43,角位移出现在很多的设备和
21、机器。测量角位移对于评价机器的工作性能通常是很有必要的，在很多需要定位和控制的系统中也是很重要的，其他许多参数也可以从角位移推导出来。,常见角位移测量手段：旋转式电位计光轴编码器测速发电机,2.3.2 角位移,44,旋转式电位计的工作原理与线性电位计基本相同，它们使用的是相似的材料和技术。最主要的不同是旋转式电位计的电阻元件是弧形的，滑动接触片做旋转运动，滑动接触片是由输入轴带动旋转的。输出电压跟轴的角位移成正比，并且可以通过标定的电位计以角位移的单位显示出来。,2.3.2 角位移,45,光轴编码器是一种转换器，它可以利用光从光源到检波器的传播来反映线性位移或角位移的变化量。光轴编码器以数字形
22、式检测关于角位移的信息，这一点非常有用，数字输出可以与计算机以及其他的数字式电子系统兼容。 光轴编码器主要有两种类型：增量编码器：测量出相对于某个任意基准的轴的角位移绝对编码器：显示轴从零位移点开始的总位移输出信号,2.3.2 角位移,46,增量式光轴编码器有一个圆盘固定在被测角位移的轴上，该圆盘上有若干分布均匀的可以允许光线通过的小槽孔。圆盘的其余部分是不透明的。由两个发光二极管发出的光线与圆盘轴平行如果发光二极管发出的光是连续的，它就能通过光感器检测到。,2.3.2 角位移,47,绝对式光轴编码器生的输出信号是二进制或编码形式的，它提供光轴的绝对角位移。 一个关闭的窗口是不透明的，它会阻挡
23、由发光二极管产生的光线穿过到光感器，此状态代表二进制的0，当光线穿过打开的窗口时，代表二进制的1，打开和关闭的窗口可以形成从O到2n-1的数，这里n代表磁道的个数。,2.3.2 角位移,48,二进制绝对编码器的一个主要缺点是在很多情况下，一个增量的产生会使不止一个窗口改变状态。这是由二进制数字系统的特性决定的。因此，如果绝对编码器系统误读了一个窗口，就会产生一系列位置测量上的错误。为了克服这种缺点，Frank Gray发明了格雷码。它产生一个数字序列，在相邻的位置之间只有一个位或窗口改变状态。,2.3.2 角位移,49,测速发电机与将要测量转速的转动轴相连（通过联轴器直接连接，或借助皮带或齿轮
24、传动相连接）。它们产生的输出信号主要与转速有关，而不是与位移有关。但是，速度是位移对时间的导数，位移的测量可以通过转速对时间积分得到。测速发电机在自动控制系统中作检测元件，可以将电动机轴上的机械转速转换为电压信号输出。输出电压的大小反映机械转速的高低。测速发电机有交、直流两种形式。,2.3.3 邻近度,50,邻近度测量是指检测一个物体是否出现在给定的传感器检测区域内的过程，进而可以检测物体的角位移、线位移、速度和加速度。邻近度传感器广泛应用于制造过程中，它经常被用来监视在组装过程中某个位置的零部件是否存在，也经常被用来对产品计数，例如对传送带上要被打包装箱的物品进行计数。,2.3.3 邻近度,
25、51,微动开关利用工作柱杆的微小移动来工作，非常适用于接触式微小位移量的测量。微动开关的典型应用包括安全保护：当保险盖被打开后，开关会关掉机器或触动声音报警装置。,2.3.3 邻近度,52,可变磁阻邻近度传感器（涡流传感器）是一种小型磁性装置。通常被用来检测角位移。传感器中含有一个很小的包装在保护套中的电磁线圈，被固定在靠近中心轴的位置，它可以探测出铁质金属物质的存在，例如一个铁质齿轮的齿。当轮齿靠近可变磁阻邻近度传感器时，磁场的变化会引起输出电压的变化。输出电压是一种脉冲电信号，可以在电压或电流表上显示出来。一个轴的旋转角位移可以通过在轴上附加合适的铁质金属，并对输出电压的脉冲次数计数得到。
26、,2.3.3 邻近度,53,霍尔传感器能够检测非常微弱的磁场和磁通密度的微小变化。传感器一般由半导体材料制成。因为这样会使效应更明显。该传感器由一个封装在探针里的微小集成电路组成。霍尔效应邻近度传感器与可变磁阻邻近传感器的应用方法有类似。监视铁质齿轮轮齿的邻近度。,2.3.3 邻近度,54,光学传感器由一个光源和一个检波器组成。光源与检波器并排安装。另一种光学方式被称为透射或透射扫描，光源与接收器分开并且相互对准安装。光源通常采用发光二极管发出的可见红色光和红外线光，检波器通常采用光敏三极管。光源发射出可见红光或红外线光，它们被任何靠近传感器的物体反射，该反射光可被光敏三极管检测到。,2.3.
27、3 邻近度,55,干簧管传感器含有两个密封在玻璃筒内的小铁磁簧片。簧片很细容易弯曲。因为是铁磁材料的，所以出现在磁场中时会被磁化。簧片根据使用要求可以是常开型或转换接点型。如果簧片是常开型的，当磁铁靠近簧片开关时，簧片的末端就会吸引在一起使电路闭合；当磁场消失时，开关又断开。转换接点型干簧管在两个接点之间有一个柔性簧片，当磁铁靠近簧片开关时，那个挠性簧片便从常闭接点移动到常断开接点，当磁场消失时，又恢复常态。,2.3.3 邻近度,56,通过在轴上嵌人或粘附一个永久磁铁便可以利用簧片开关检测一根轴的转动角速度。簧片开关被固定在靠近被测轴的附近，以便当轴转动时，簧片受磁铁作用。当磁铁通过时，簧片开
28、关导通或断开电路，并产生一个脉冲信号。这些脉冲信号经过适当的信号调制后，可以用于测量角位移、角速度和角加速度。,2.3.4 加速度,57,加速度是速度对时间的变化率，加速度仪常用于两种专门的测量： 用于测量冲击和振动。冲击是在很短的时间内产生一个很大的加速度，振动是在一段时间内加速度有规律的重复变化； 用于测量物体的加速度，例如飞机和轮船在行驶中，加速度仪可提供有关它们的位置、速度和运行位移的信息。 加速度的单位是m/s2,有时候加速度是用重力加速度g表达。,2.3.4 加速度,58,惯性块加速度仪通过测量一个质量块相对某基准点的线位移来确定其加速度。质量块加速是由于它受到一个与其加速度成正比
29、的力的作用，而且当力作用于质量块时，质量块将移动一段距离，该距离与作用在它上面的各方向力的和成正比。传感器中，振动质量块被作为一种参考体。质量块与一个已知刚度的弹簧连接，弹簧被固定在框架或外罩上。当框架被加速时，质量块朝着与框架加速度相反的方向相对于框架移动了一段距离，通过测量位移就可以确定其加速度。,2.3.4 加速度,59,2.3.4 加速度,60,实际上，质量块的位移可以通过诸如线性差动变压器或线性电位计之类的仪器侧量，并且其加速度可由计算机计算得到。惯性块加速度仪常常被用来测量冲击和很低频率的振动。例如，测量有关地震、地下爆炸的影响等。,2.3.4 加速度,61,压电式加速度计是应用最
30、广泛的加速度测量仪之一。它由一个附加在压电晶体上的质量块组成，该压电晶体被固定在外壳里。质量块通过一个预载螺钉固定在压电晶体上。当质量块加速时，它给晶体施加一个压力作用，在晶体中会产生电荷。并在镀层金属表面上出现电压。,2.3.4 加速度,62,电荷放大器电路可以产生一种与晶体受压而产生的电荷成正比的输出电压。这种输出电压又与传感器的加速度成正比，并且能够在标定过的电压表上显示出来。压电式加速度计具有很好的高频响应，但低频响应较弱。它们会产生相对较高的输出电压，但是经常会伴随显著的电子噪声。这种传感器小而轻，可以承受很大加速度。压电式加速度仪最典型的应用是用于高频、高加速度的场合，例如冲击试验
31、中。,2.3.5 测量应用实例桥梁振动,63,工程结构如桥梁、隧道或高层建筑的可靠性在很大程度上取决于其抗震能力。在很多情况下，桥梁的倒塌都是因为桥梁的强度不能经受所产生的振动的影响。 1849年，在法国西部昂热市的曼恩河上，当列队的士兵通河上大桥时，桥身突然发生断裂，结果266人落水死于非命。这是由于军队齐步过桥时使桥共振致塌的事故。 塔科马海峡大桥于1940年11月戏剧性地被微风摧毁，这一幕正好被一支摄影队拍摄了下来，该桥因此声名大噪。,2.3.5 测量应用实例桥梁振动,64,研究目的：设计一个测量系统，对桥梁结构的振动实时监测。检测桥梁的振动可以帮助研究人员判断出交通车辆的种类、数量以及
32、所引起的最大振动，同时也应该显示出桥梁所承受的最危险的振动形式。 解决思路：为了实现全面的振动检测，需要测量一跨中的每一根杆，利用一组传感器测量在给定时间内每个杆的负载变化。在测量桥梁振动时，也可以同时对行驶在它上面的车辆进行参数检测或统计其不同类型车辆的数量。,2.3.5 测量应用实例桥梁振动,65,选用什么样的传感器：应变片和加速度计都可以用于测量振动。两种方法都可以提供必要的精度而且几乎不需要维护。相比而言，应变片成本更低。因此，选用应变片检测桥梁的振动，这些应变片被布置在桥梁的每个待测杆柱上。,2.3.5 测量应用实例桥梁振动,66,2.3.5 测量应用实例桥梁振动,67,从应变片传感
33、器输出的电信号需要转换成数字信号，这样将使数据适合记录仪的输入。 第一步将是放大应变片的输出，它可以用一个放大器来完成。 放大器的输出将由多路转换器采样，按顺序供给采样-保持（SAH）电路。 由模-数转换器（A/D）转换成数字信号。 多路转换器、采样-保持器以及数-模转换器（D/A）将所有的信号保留在数据采集板上并提供给数据自动记录仪。,2.3.5 测量应用实例桥梁振动,68,桥梁振动监测系统原理框图,2.3.6 测量应用实例车轮转速,69,防抱死制动系统（ABS）用于很多类型的汽车中。它可以防止当汽车刹车时车轮因抱死（自锁）而产生打滑现象。一旦汽车车轮开始打滑，将使汽车的控制变得非常困难，并
34、且车停下来的滑行距离也将增加。因此，汽车上的防抱死制动系统是一种很有用的安全装置，可以防止很多严重事故的发生。,2.3.6 测量应用实例车轮转速,70,研究目的：需要一种测量汽车车轮转速的传感器。它还需要一种拥有OV和5V两种电位的脉冲输入信号。这种系统要比较来自每个轮子的传感器信号，并操纵刹车，松开任意一个被锁住的车轮，改变车轮的转速。这种系统设计的最终目的是防止刹车滑动并以此提高运行安全性。选择的传感器必须能够适应一个很宽的温度变化范围，对于不同地带的国家，在不计发动机产生热量的情况下其适应范围从低温到高温，这个系统还要能够承受路面及发动机产生的振动的影响，灰尘、污水、冰雪、油污和盐水的浸
35、蚀。,2.3.6 测量应用实例车轮转速,71,解决思路：在车轮的每根轴上安装一个与车轮速度成比例的速度传感器，所有四个信号可以经调制并传送到用于比较的控制元件上，从这种元件上输出的信号将单独控制车轮刹车。如果车轮转速传感器产生一种信号，用以指示一个车轮停下来或以明显不同于其他三个车轮的速度转动，则意味着它发现了一个潜在的滑动信号，控制元件将会检测到这个信号，并相应地松开车轮刹车直到这种情况发生变化。,2.3.6 测量应用实例车轮转速,72,2.3.6 测量应用实例车轮转速,73,选择什么样的传感器： ABS系统要测量角速度，我们可以用的传感器是角位移传感器或邻近度传感器，它们可能包括： 直流测速发电机； 配有发光二极管的光轴编码器和光检波器； 磁性簧片开关传感器； 霍尔效应邻近度传感器； 可变阻抗邻近度传感器。,2.3.6 测量应用实例车轮转速,74,可变阻抗邻近度传感器的输出是一系列的脉冲，当每个轮齿靠近并通过线圈时就会产生一个脉冲。,2.4 液位、液体重量和体积测量,75,2.5 压力测量,76,2.6 温度测量,77,2.7 流体测量,78,2.8 显示与记录,79,2.9 测量应用实例介绍,80,2.10 控制应用实例介绍,81,
