sensor10数字式传感器.ppt

传感器原理与应用传感器原理与应用1010. .数字式数字式传感器传感器10 10 数字式传感器数字式传感器数字式传感器数字式传感器具有高的测量精度和分辨率，测量范围大；具有高的测量精度和分辨率，测量范围大；抗干扰能力强，稳定性好；抗干扰能力强，稳定性好；信号易于处理、传送和自动控制；信号易于处理、传送和自动控制；便于动态及多路测量，读数直观，可靠性高；便于动态及多路测量，读数直观，可靠性高；1.1.数字输出：绝对编码器；数字输出：绝对编码器；2.2.脉冲输出：增量编码器、感应同步器、磁栅、容栅、脉冲输出：增量编码器、感应同步器、磁栅、容栅、光栅等；光栅等；3.3.频率输出：频率输出：RCRC频率式、振体、振梁式；频率式、振体、振梁式；4.4.集成数字传感器集成数字传感器数字传感器：数字传感器：把被测把被测( (模拟模拟) )量直接转换成数字量输出的传感器量直接转换成数字量输出的传感器模拟量模拟量 数字信号数字信号数字传感器数字传感器10.1 10.1 感应同步器感应同步器位移量位移量数字量数字量电磁感应原理电磁感应原理感应同步器是多极感应元件。

感应同步器是多极感应元件多极结构对误差起补偿作用多极结构对误差起补偿作用测量位移：测量位移： 精度高；精度高； 工作可靠、抗干扰能力强；工作可靠、抗干扰能力强； 可级联使用可级联使用测量直线位移：直线式感应同步器测量直线位移：直线式感应同步器 定尺和滑尺定尺和滑尺测量角位移：测量角位移： 旋转式感应同步器旋转式感应同步器 转子和定子转子和定子数字式传感器数字式传感器10.1.1 10.1.1 感应同步器的结构与类型感应同步器的结构与类型1.1.结构组成结构组成250mm250mm定尺：定尺：250mm250mm节距：节距：通常：通常：定尺绕组的导片宽度定尺绕组的导片宽度要考虑消除高次谐波：要考虑消除高次谐波：正整数谐波次数显然显然数字式传感器数字式传感器滑尺：滑尺：两绕组差两绕组差9090o o电角度电角度10.1.1 10.1.1 感应同步器的结构与类型感应同步器的结构与类型1.1.结构组成结构组成250mm250mm余弦绕组余弦绕组正弦绕组正弦绕组两相绕组中心距：两相绕组中心距：通常：通常：数字式传感器数字式传感器感应同步器定尺和滑尺的截面结构感应同步器定尺和滑尺的截面结构钢板钢板钢板钢板粘合剂粘合剂铜箔绕组铜箔绕组耐腐蚀耐磨绝缘层耐腐蚀耐磨绝缘层铝箔层铝箔层定尺定尺滑尺滑尺数字式传感器数字式传感器2.2.感应同步器的类型感应同步器的类型①①直线直线( (位移位移) )式式②②旋转式旋转式标准型感应同步器：标准型感应同步器：精度最高精度最高窄型感应同步器：窄型感应同步器：宽度较标准型窄，宽度较标准型窄，磁感应强度比标准型低，精度稍差磁感应强度比标准型低，精度稍差带型直线式感应同步器：带型直线式感应同步器：长度达长度达3m3m，，刚性较差，测量精度低于标准型刚性较差，测量精度低于标准型标准型直线式感应同步器的外形尺寸标准型直线式感应同步器的外形尺寸————增量测量系统。

增量测量系统只能在一个周期只能在一个周期(2mm)(2mm)内进行电气细分，对内进行电气细分，对2mm2mm以上的位以上的位置无法确定置无法确定系统断电，计数值将无法保留，重新上电，只能确定在系统断电，计数值将无法保留，重新上电，只能确定在2mm2mm以内的绝对数值以内的绝对数值数字式传感器数字式传感器粗粗中中细细细：细：中：中：粗：粗：绝对坐标测量系统绝对坐标测量系统三速式直线感应同步器：三速式直线感应同步器：数字式传感器数字式传感器旋转式感应同步器旋转式感应同步器定子：相当于滑尺定子：相当于滑尺转子：相当于定尺转子：相当于定尺直径：直径：极数：极数：偶合：偶合变压器、导电环偶合：偶合变压器、导电环数字式传感器数字式传感器定子定子转子转子感应同步器实物外观感应同步器实物外观数字式传感器数字式传感器10.1.2 10.1.2 感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理由由 激磁的感应电势曲线激磁的感应电势曲线数字式传感器数字式传感器由由 激磁的感应电势曲线激磁的感应电势曲线10.1.2 10.1.2 感应同步器的工作原理感应同步器的工作原理数字式传感器数字式传感器滑尺移动一个节距滑尺移动一个节距 感生电动势变化一个周期感生电动势变化一个周期规律：规律：在一个在一个节距内：距内：检测检测 的变化，即可检测一个节距内的位移量的变化，即可检测一个节距内的位移量 。

定尺中的感应电势随滑尺的相对移动呈周期性变化；定尺定尺中的感应电势随滑尺的相对移动呈周期性变化；定尺的感应电势是感应同步器相对位置的正弦函数的感应电势是感应同步器相对位置的正弦函数正弦绕组正弦绕组余弦绕组余弦绕组则定尺上的感应电势则定尺上的感应电势 和和 可用下式表达：可用下式表达：或：或：其中：其中： ——耦合系数；耦合系数； ——与位移与位移 等值的电角度，等值的电角度， 对于不同的感应同步器，若滑尺绕组激磁，其输出信对于不同的感应同步器，若滑尺绕组激磁，其输出信号的处理方式有：号的处理方式有：①①鉴相法，鉴相法，②②鉴幅法，鉴幅法，③③脉冲调宽法脉冲调宽法数字式传感器数字式传感器1.1.鉴相法鉴相法——根据感应电势的相位来测量位移根据感应电势的相位来测量位移数字式传感器数字式传感器给滑尺的给滑尺的S S和和C C绕组以等频、等幅、相位差为绕组以等频、等幅、相位差为 的电压分的电压分别激磁，就可根据感应电势的相位来鉴别位移量别激磁，就可根据感应电势的相位来鉴别位移量 角变化为角变化为 　　　　　　 , ,其总感应电动势其总感应电动势 与两尺的相对位移与两尺的相对位移若定尺节距为若定尺节距为 ( (标准为标准为 ) )，机械位移，机械位移 引起的电相引起的电相关系为：关系为：2.2.鉴幅法鉴幅法——根据感应电势的幅值来测量位移。

根据感应电势的幅值来测量位移若在感应同步器滑尺的正弦和余弦绕组上分别加频率和若在感应同步器滑尺的正弦和余弦绕组上分别加频率和相位相同、但幅值不等的正弦激磁电压，相位相同、但幅值不等的正弦激磁电压，则可根据感应则可根据感应电势的幅值来鉴别位移量电势的幅值来鉴别位移量：：数字式传感器数字式传感器感应电势的幅值感应电势的幅值即幅值与即幅值与 有关 10.1.3 10.1.3 数字测量系统数字测量系统1.1.鉴相法测量系统鉴相法测量系统计数显示位移—相位转换模—数转换通过感应同步器将位移量转换为电的相位移通过感应同步器将位移量转换为电的相位移将代表位移量将代表位移量 ( (定尺输定尺输出电压的相位出电压的相位) )的变化再的变化再转换为数字量转换为数字量数字式传感器数字式传感器移动方向移动方向数字式传感器数字式传感器REFREFAD2S90SINSINCOSCOSAGND DGNDAGND DGNDVSSVSSVDDVDDDIRDIR正弦波正弦波发生器发生器功放功放数字式传感器数字式传感器数字式传感器数字式传感器2.2.鉴幅法测量系统鉴幅法测量系统－将代表位移量的电压幅值转换成数字量。

－将代表位移量的电压幅值转换成数字量数字式传感器数字式传感器10.1.4 10.1.4 感应同步器的接长使用感应同步器的接长使用标准型直线式感应同步器定尺的长度为标准型直线式感应同步器定尺的长度为250mm250mm当测量长度超过当测量长度超过250mm250mm时，需要用多块定尺接长使用时，需要用多块定尺接长使用 定尺接长后全行程的测量误差大于单块定尺的最大定尺接长后全行程的测量误差大于单块定尺的最大误差，这是因为接缝处的误差与每块定尺的误差曲线误差，这是因为接缝处的误差与每块定尺的误差曲线的不一致性所致定尺接长输出电势减小的不一致性所致定尺接长输出电势减小精度：精度：测长时误差约为测长时误差约为测角时误差约为测角时误差约为数字式传感器数字式传感器数字式传感器数字式传感器 磁栅传感器磁栅传感器磁栅磁栅磁头磁头磁尺磁尺( (非导磁性材料非导磁性材料) )励磁绕组励磁绕组感应绕组感应绕组节距节距数字式传感器数字式传感器工作原理工作原理静态磁头在励磁绕组中通入交变的励磁电流，一般频率静态磁头在励磁绕组中通入交变的励磁电流，一般频率为为 或或 ，幅值约为，幅值约为 。

励磁电流使磁芯的可饱和部分（截面较小）在每周期内励磁电流使磁芯的可饱和部分（截面较小）在每周期内发生两次磁饱和发生两次磁饱和磁饱和时磁芯的磁阻很大，磁栅上的漏磁通不能通过铁磁饱和时磁芯的磁阻很大，磁栅上的漏磁通不能通过铁芯，输出绕组不产生感应电动势芯，输出绕组不产生感应电动势只有在励磁电流每周两次过零时，磁芯才能导磁，磁栅只有在励磁电流每周两次过零时，磁芯才能导磁，磁栅上的漏磁通使输出绕组产生感应电动势上的漏磁通使输出绕组产生感应电动势 可见感应电动势的频率为励磁电流频率的两倍，而可见感应电动势的频率为励磁电流频率的两倍，而 的的包络线反映了磁头与磁尺的位置关系，其幅值与磁栅到包络线反映了磁头与磁尺的位置关系，其幅值与磁栅到磁芯漏磁通的大小成正比磁芯漏磁通的大小成正比数字式传感器数字式传感器 容栅传感器容栅传感器定尺定尺反射极板反射极板接收极板接收极板动尺动尺发射极板发射极板A A B B C C D D E E F F G G H H A A B B C C D D E E F F G G H H A A B B C C D D E E F F G G H H A A B B C C D D E E F F G G H H数字式传感器数字式传感器当动尺向右移动距离当动尺向右移动距离 时，发射电极与反射电极间的相对时，发射电极与反射电极间的相对面积发生变化，反射电极上的电荷量发生变化，并将电荷面积发生变化，反射电极上的电荷量发生变化，并将电荷感应到接收电极上，则在接收电极上累积的电荷感应到接收电极上，则在接收电极上累积的电荷 为：为：电荷系数电荷系数位移对应的相位角位移对应的相位角激励信号频率激励信号频率相位角相位角 为：为： 数字式传感器数字式传感器容栅传感器的测量电路容栅传感器的测量电路振荡器振荡器时钟时钟电路电路纽扣纽扣电池电池电压电压测量测量升压升压电路电路显示显示驱动驱动鉴相器鉴相器解调器解调器运算器运算器LCDLCD显示器显示器自动延自动延时断电时断电8 8相相驱驱动动器器容栅传感器容栅传感器10.2 10.2 光栅光栅由很多等节距的透光缝隙和不透光的刻线均匀相问排由很多等节距的透光缝隙和不透光的刻线均匀相问排列构成的光器件。

列构成的光器件物理光栅刻线细密光的衍射现象，光谱分析和光波长测定等光栅的莫尔条纹，位移的精密测量与控制计量光栅应用透射光栅和反射光栅长光栅：测量线位移圆光栅：测量角位移表面结构幅值(黑白)光栅：栅线与缝隙黑白相间相位(闪耀)光栅：横断面呈锯齿状偏振光栅、全息光栅数字式传感器数字式传感器10.2.1 10.2.1 光栅的结构与测量原理光栅的结构与测量原理1.1.莫尔条纹莫尔条纹数字式传感器数字式传感器10.2.1 10.2.1 光栅的结构与测量原理光栅的结构与测量原理1.1.莫尔条纹莫尔条纹常用的光栅每毫米常用的光栅每毫米1010、、2525、、5050和和100100条线 为刻线宽度，为刻线宽度， 为缝隙的宽度，为缝隙的宽度， 为栅距为栅距( (节距节距) )一般一般数字式传感器数字式传感器莫尔条纹具有三个特点：莫尔条纹具有三个特点：①①莫尔条纹具有位移放大作用莫尔条纹具有位移放大作用相邻两条莫尔条纹间距相邻两条莫尔条纹间距 与栅距与栅距 及光栅夹角及光栅夹角 具具有如下关系：有如下关系：令放大倍数为令放大倍数为 ，则：，则：对于对于100100线线/mm/mm的光栅，栅距为的光栅，栅距为0.01mm0.01mm，当夹角为，当夹角为0.060.06°°时：时：放大了放大了10001000倍。

倍数字式传感器数字式传感器②②莫尔条纹移动与光栅移动的对应关系莫尔条纹移动与光栅移动的对应关系指示光栅不动，主光栅沿指示光栅不动，主光栅沿 轴平移时，莫尔条纹沿近似轴平移时，莫尔条纹沿近似垂直于光栅移动方向垂直于光栅移动方向( (即近似沿即近似沿 轴方向轴方向) )移动当光栅改变移动方向时，莫尔条纹随之也改变移动方向当光栅改变移动方向时，莫尔条纹随之也改变移动方向————可通过莫尔条纹的移动方向来判别光栅的移动方向可通过莫尔条纹的移动方向来判别光栅的移动方向移动距离移动距离 ：刻线数：刻线数当当 和和 一定时，一定时， 与移动的距离与移动的距离 成正比数字式传感器数字式传感器③③误差减小作用误差减小作用 光栅在制造过程中，必然会引入刻画误差光栅在制造过程中，必然会引入刻画误差莫尔条纹莫尔条纹是由光栅的大量刻线共同形成的，对光栅的刻划误差有是由光栅的大量刻线共同形成的，对光栅的刻划误差有平均作用，平均作用，从而在很大程度上消除栅距的局部误差及短从而在很大程度上消除栅距的局部误差及短周期误差的影响周期误差的影响 刻画误差是随机误差设单个栅距误差为刻画误差是随机误差。

设单个栅距误差为 ，形成莫，形成莫尔条纹的区域内有尔条纹的区域内有 条刻线，则综合误差条刻线，则综合误差 为：为：数字式传感器数字式传感器2.2.光电转换光电转换光电元件的输出电压光电元件的输出电压( (或电流或电流 ) )由直流分量由直流分量 和幅值为和幅值为 的交流分的交流分量叠加而成，即：量叠加而成，即：数字式传感器数字式传感器10.2.2 10.2.2 数字转换原理数字转换原理1.1.辨向原理辨向原理数字式传感器数字式传感器2.2.电子细分（倍频）电子细分（倍频）细分方法细分方法锁相细分锁相细分四倍频细分四倍频细分电桥细分：细分数电桥细分：细分数1212～～6060电平切割细分：细分数电平切割细分：细分数<100<100调制信号细分调制信号细分细分数可达细分数可达10001000微处理器细分：细分数可变微处理器细分：细分数可变 测量就是将被测量与标准量进行比较，标准量是用测量就是将被测量与标准量进行比较，标准量是用标准器来体现的被测量通常不会恰好是标准器分划标准器来体现的被测量通常不会恰好是标准器分划值的整数倍值的整数倍 为了比较正确地反映出被测量中不足一个分划值的为了比较正确地反映出被测量中不足一个分划值的那部分，必须对标准器进行插值或称细分，才能获得那部分，必须对标准器进行插值或称细分，才能获得高的精度。

高的精度数字式传感器数字式传感器10.3 10.3 编码器（编码器（码盘码盘））特点：高精度、高分辨率和高可靠性特点：高精度、高分辨率和高可靠性直线式编码器直线式编码器旋转式编码器旋转式编码器结构形式结构形式数字式角位移测量传感器数字式角位移测量传感器10.3.110.3.1基本结构与原理基本结构与原理旋转式编码器：旋转式编码器：①①增量编码器增量编码器②②绝对编码器绝对编码器一个一个 位的码盘，它的分位的码盘，它的分辨角度为：辨角度为：数字式传感器数字式传感器数字式传感器数字式传感器接触式接触式 光电式光电式 电磁式电磁式Ø码盘基片上有多圈码道，各码道的等分数相等；码盘基片上有多圈码道，各码道的等分数相等；Ø对应每圈都有传感器；对应每圈都有传感器；Ø输出信号的路数与码盘圈数一致；输出信号的路数与码盘圈数一致；Ø检测信号按某种规律编码输出，故可测得被测轴的检测信号按某种规律编码输出，故可测得被测轴的转动角度转动角度10019010110110111001112101113011114111115000181110701106101050010411003010021000100000二进制编码器结构二进制编码器结构+5V+5V导体导体, ,接地接地二进制码盘二进制码盘分辨角度分辨角度数字式传感器数字式传感器10019010110110111001112101113011114111115000181110701106101050010411003010021000100000数字式传感器数字式传感器二进制编码的特点：二进制编码的特点：Ø编码循序与位置循序相一致；编码循序与位置循序相一致；Ø易产生非单值性误差。

易产生非单值性误差 10119111110011111010112110113100114000115001180010710106111050110401003110021000100000+5V+5V导体导体, ,接地接地格雷码盘格雷码盘分辨角度分辨角度数字式传感器数字式传感器格雷码（循环码）编码器结构格雷码（循环码）编码器结构+ 01110 右移一位并舍去右移一位并舍去格雷码（循环码）编码器结构格雷码（循环码）编码器结构数字式传感器数字式传感器特点：任何两个编码之间只有一位是变化的，因而可把特点：任何两个编码之间只有一位是变化的，因而可把误差控制在最小单位上但编码与位置循序无直接规律误差控制在最小单位上但编码与位置循序无直接规律格雷码的编码方法：格雷码的编码方法：从二进制码转换而来，转换规则为：从二进制码转换而来，转换规则为：将将二二进进制制码码与与其其本本身身右右移移一一位位后后并并舍舍去去末末位位的的数数码码做做不不进位加法，得出的结果即为格雷码进位加法，得出的结果即为格雷码( (循环码循环码) )例：二进制码例：二进制码1110 1110 → → 格雷码格雷码1110 二二进进制制码码1001 格雷格雷码码10.3.210.3.2旋转式光电编码器旋转式光电编码器1.1.绝对编码器绝对编码器编码：格雷码编码：格雷码光源：发光二极管光源：发光二极管光敏元件：硅光电池或光电晶体管光敏元件：硅光电池或光电晶体管光学码盘：照相腐蚀法光学码盘：照相腐蚀法精度：精度：1010-8-8 绝对编码器在转轴的任意位置都可给出一个固定的绝对编码器在转轴的任意位置都可给出一个固定的与位置相对应的数字码输出。

与位置相对应的数字码输出 对于一个具有对于一个具有n n位二进制分辨率的编码器，其码盘必位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有须有n n条码道数字式传感器数字式传感器利用光学分解技术可以获得更高的分辨率利用光学分解技术可以获得更高的分辨率数字式传感器数字式传感器2.2.增量编码器增量编码器增量编码器，一般只需三条码道增量编码器，一般只需三条码道增量码道增量码道(S(S1 1) )辨向码道辨向码道(S(S2 2) )基准基准扇形区的多少决定了扇形区的多少决定了编码器的分辨率，扇编码器的分辨率，扇形区越多分辨率越高形区越多分辨率越高扇形区与外圈码扇形区与外圈码道数目相同，但道数目相同，但错开半个扇形区错开半个扇形区脉冲信号将给计数系统提供一脉冲信号将给计数系统提供一个初始的零位个初始的零位( (清零清零) )信号S S1 1S S2 2Z Z正转正转反转反转数字式传感器数字式传感器2.2.增量编码器增量编码器数字式传感器数字式传感器3.3.光电增量编码器的应用光电增量编码器的应用LECLEC型小型光电编码器型小型光电编码器最大允许转速：最大允许转速：5000r/min5000r/min最高分辨力：最高分辨力：20482048脉冲脉冲/ /转转电源电压：电源电压：5V5V、、12V12V、、15V15V输出方式：电压输出、集电极输出方式：电压输出、集电极开路输出开路输出(OC(OC门门) )、差分线性驱、差分线性驱动器输出动器输出光电编码器光电编码器+5V+5V+ +- -(1)(1)典型产品典型产品数字式传感器数字式传感器(2)(2)测量转速测量转速方法方法1 1：在给定的闸门时间内对编码器的输出脉冲进行：在给定的闸门时间内对编码器的输出脉冲进行计数，它所测量的是平均转速。

计数，它所测量的是平均转速分辨率随被测分辨率随被测转数而变，其转数而变，其测量精度取决测量精度取决于闸门时间于闸门时间码盘转速码盘转速计数值计数值分辨率分辨率60r/min60r/min3603601/3601/3606000/min6000/min36000360001/360001/36000360360脉冲脉冲/ /转转, ,闸门时间为闸门时间为lSeclSec适应测平均转速适应测平均转速数字式传感器数字式传感器方法方法2 2：计数器的计数脉冲来自较高频率时钟，而计数：计数器的计数脉冲来自较高频率时钟，而计数器的闸门信号是编码器输出脉冲器的闸门信号是编码器输出脉冲码盘转速码盘转速时钟周期时钟周期计数值计数值分辨率分辨率100/min100/min0.006s0.006s600060001/60001/60006000/min6000/min0.0001s0.0001s1001001/1001/100编码器编码器:100:100脉冲脉冲/ /转，时钟频率为转，时钟频率为1MHz1MHz随转速升高随转速升高分辨率降低分辨率降低适应测瞬时转速适应测瞬时转速数字式传感器数字式传感器(3)(3)测量线位移测量线位移 须利用一套机械装置把线位移转换成角位移。

测量须利用一套机械装置把线位移转换成角位移测量系统的精度将主要取决于机械装置的精度系统的精度将主要取决于机械装置的精度数字式传感器数字式传感器10.3.3 10.3.3 测量电路测量电路 传感检测元件、光敏元件、输出信号调理电路一般都传感检测元件、光敏元件、输出信号调理电路一般都整体封装，只要加上计数与细分电路整体封装，只要加上计数与细分电路( (统称测量电路统称测量电路) )就就可组成一个位移测量系统可组成一个位移测量系统 测量电路一般有计数电路和细分电路，现在一般采用测量电路一般有计数电路和细分电路，现在一般采用专用的集成电路芯片和微处理器来构建，具有可靠性高，专用的集成电路芯片和微处理器来构建，具有可靠性高，接口灵活和固件可升级的特点接口灵活和固件可升级的特点 随着大规模集成电路的普及，各厂家都推出了系列的随着大规模集成电路的普及，各厂家都推出了系列的用于数字信号处理的集成电路，有关这些专用集成电路用于数字信号处理的集成电路，有关这些专用集成电路的应用，在今后的使用中可参考相应的专业书籍，最直的应用，在今后的使用中可参考相应的专业书籍，最直接的方式是到厂家的网站上去查找数据手册和应用笔记。

接的方式是到厂家的网站上去查找数据手册和应用笔记数字式传感器数字式传感器1.1.计数电路计数电路单单稳稳双时钟可双时钟可逆计数器逆计数器单单稳稳u u2 2u u1 1Y1Y1Y2Y2u u1 1u u2 2Y1Y1正转正转u u1 1Y2Y2反转反转u u2 2Y1Y1u u1 1Y2Y2updown数字式传感器数字式传感器2.2.细分电路细分电路四倍频细分电路原理图四倍频细分电路原理图正转时各点波形正转时各点波形数字式传感器数字式传感器10.4 10.4 频率式传感器频率式传感器 频率式传感器其输出虽然也是一系列脉冲，但与被频率式传感器其输出虽然也是一系列脉冲，但与被测量对应的是脉冲的频率－能把被测量转换成与之测量对应的是脉冲的频率－能把被测量转换成与之相对应且便于处理的频率输出的传感器，即为频率式相对应且便于处理的频率输出的传感器，即为频率式传感器被测量－频率被测量－频率转换转换计数器计数器计时器计时器脉冲计数器构成的测量系统：脉冲计数器构成的测量系统：具有很强的噪声抑制能力；具有很强的噪声抑制能力；测量值为计数周期内输入信号的平均值；测量值为计数周期内输入信号的平均值；提高分辨率，必须有足够长的计数时间。

提高分辨率，必须有足够长的计数时间计时器构成的测量系统：计时器构成的测量系统：以传感器的输出脉冲作为闸门信号，累计高频时钟脉冲；以传感器的输出脉冲作为闸门信号，累计高频时钟脉冲；性能受噪声及干扰的影响大性能受噪声及干扰的影响大数字式传感器数字式传感器构成频率式传感器的简单方法：构成频率式传感器的简单方法：1.1.电子振荡器的原理电子振荡器的原理2.2.机械振动系统的固有振动频率变化机械振动系统的固有振动频率变化10.4.1 RC10.4.1 RC频率式传感器频率式传感器RCRC频率式传感器的一例：频率式传感器的一例：利用热敏电阻把温度变化转换成频率信号利用热敏电阻把温度变化转换成频率信号与温度与温度 的关系为的关系为: :数字式传感器数字式传感器lO.4.2 lO.4.2 石英晶体频率式传感器石英晶体频率式传感器利用石英晶体的谐振特性，可构成石英晶体频率式传感器利用石英晶体的谐振特性，可构成石英晶体频率式传感器作为振荡器或滤波器时，要求作为振荡器或滤波器时，要求它有较高的温度稳定性；它有较高的温度稳定性；石英晶体石英晶体谐振器谐振器用作温度测量时，则要求它有用作温度测量时，则要求它有大的频率温度系数。

大的频率温度系数切型不同切型不同当温度在当温度在-80-80～～+250℃+250℃范围时，石英晶体的温度与频率的范围时，石英晶体的温度与频率的关系可表示为：关系可表示为：式中式中选择特定切型使得选择特定切型使得 , ,以获得良好的线性频温系数以获得良好的线性频温系数数字式传感器数字式传感器指标：指标：1000Hz/1000Hz/度，即分辨率为度，即分辨率为0.0010.001o oC C 晶体的温度系数为晶体的温度系数为35.4×1035.4×10-6-6/ /o oC C 该晶体的固有频率：该晶体的固有频率：采样时间采样时间1s1s数字式传感器数字式传感器10.4.3 10.4.3 弹性振体频率式传感器弹性振体频率式传感器 应用振弦、振筒、振梁和振膜等弹性振体的固有振动应用振弦、振筒、振梁和振膜等弹性振体的固有振动频率频率( (自振谐振频率自振谐振频率) )来测量有关参数的传感器就是弹性来测量有关参数的传感器就是弹性振体频率式传感器振体频率式传感器 由机械振动学可知，任何弹性振体，都可视作一个单由机械振动学可知，任何弹性振体，都可视作一个单自由度强迫振动的二阶系统；只要外力自由度强迫振动的二阶系统；只要外力( (激振力激振力) )克服阻克服阻力，就可产生谐振。

力，就可产生谐振初始固有频率初始固有频率 由上式可见，弹性振体的固有频率是其物理特性参数由上式可见，弹性振体的固有频率是其物理特性参数的函数可通过测量振弦、振筒、振梁和振膜等弹性振的函数可通过测量振弦、振筒、振梁和振膜等弹性振体固有振动频率来达到测量被测参数的目的体固有振动频率来达到测量被测参数的目的弹性模量刚度质量数字式传感器数字式传感器1.1.振弦式频率传感器振弦式频率传感器振弦的自振频率振弦的自振频率 取决于它的长度取决于它的长度 、材料密度、材料密度 和和内应力内应力 ，可用下式表示：，可用下式表示：数字式传感器数字式传感器振弦的激振方式振弦的激振方式: :数字式传感器数字式传感器振弦式流体压力传感器振弦式流体压力传感器数字式传感器数字式传感器压力压力压力压力2.2.振膜式频率传感器振膜式频率传感器激励线圈拾振线圈振膜P P放大振荡放大振荡电路电路输出振动频率：振动频率：由振膜、压力膜片和由振膜、压力膜片和支架的刚度决定支架的刚度决定数字式传感器数字式传感器10.5 10.5 集成数字式传感器集成数字式传感器10.5.1 10.5.1 集成数字温度传感器集成数字温度传感器TMP125TMP125：：I I2 2C C总线，总线，2.72.7～～5.5V5.5V，，9 9～～12bits12bits，，-55-55～～105105o oC C数字式传感器数字式传感器10.5 10.5 集成数字式传感器集成数字式传感器10.5.1 10.5.1 集成数字温度传感器集成数字温度传感器数字式传感器数字式传感器DS18B20DS18B20：：温度测量范围：温度测量范围：-55-55 ℃ ℃ ～～+125+125℃℃分辨力：分辨力：1/161/16℃℃精度：精度：0.50.5℃℃响应时间：响应时间：1 1秒秒工作电压：工作电压：3 3～～5.5V5.5V单总线，数字输出单总线，数字输出微处理器微处理器10.5.2 10.5.2 集成数字加速度传感器集成数字加速度传感器ADXL210ADXL210数字式传感器数字式传感器10.5.3 10.5.3 集成数字图像传感器集成数字图像传感器OV7620OV7620数字式传感器数字式传感器数字式传感器数字式传感器数字式传感器数字式传感器。