《机电一体化技术》课程教案第三章Word格式文档下载.docx
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姜培刚《机电一体化系统设计》
20XX年9月第一版
系（院、部）
工程机械系
教研室（实验室）
机械电子技术
课 时 授 课 计 划
课次序号：
5
一、课题：
3传感器检测及其接口技术
3.1传感器概述
3.2工程机械常用传感器
一、车速（转速）传感器
二、课型：
课堂讲授
三、目的要求：
使学生了解传感器的组成、分类、常用性能指标；
熟悉工程机械常用车速（转速）传感器的组成、原理、特点和使用；
了解测速电子电路的组成、计数测频和测周期原理。
四、重点、难点：
接近开关、集成霍尔开关的组成、原理和使用方法。
五、教学方法及手段：
（1）结合实物，采用启发式教学，讲授中注意理论结合实际。
（2）在讲授接近开关的驱动形式时，可适当扩展，如通过接近开关控制三相交流电机，介绍一下相应的电路，包括电机的保护电路。
（3）测频方法在中的测周期法，可不画组成框图，而只介绍与计数测频法的主要区别：
即用传感器的信号脉冲去控制门电路的开闭。
六、参考资料：
1、张建民等编著的《机电一体化系统设计》，高等教育出版社。
2、梁景凯主编的《机电一体化技术与系统》，机械工业出版社。
3、传感器方面的参考书。
七、作业：
3-1，3-2
八、授课记录：
授课日期
班 次
九、授课效果分析：
教学效果较好。
十、教学进程（教学内容、教学环节及时间分配等）
1、复习：
摩擦对系统性能的影响：
动态滞后、稳态误差和低速抖动。
阻尼对系统的动态性能影响较大。
传动间隙：
位置不同，影响不同；
对于伺服系统，希望惯量小一些；
系统工作过程中，应限制弹性变形。
各级传动比的最佳分配原则有三个。
2、导入课题：
机电一体化系统一般为闭环系统，系统工作中需要不断检测系统的输出，然后反馈到输入端，传感器的精度和性能直接影响了系统的精度的性能，是一个关键部件。
转速和车速是工程机械控制系统经常需要检测的一个物理量，车速通常是通过转速传感器来检测的。
3、教学内容：
（1）传感器概述
传感器的组成，分类，主要性能指标
（2）磁电式转速传感器
（3）测速发电机
（4）舌簧开关
（5）接近开关
（6）霍尔开关
（7）测速系统组成、计数测频和测周期原理。
4、课堂总结：
传感器是机电一体化系统的一个关键部件，传感器的精度和性能直接影响了系统的精度的性能。
常用的转速传感器：
磁电式、测速发电机、舌簧开关、接近开关、霍尔开关，测速系统的测频方法：
计数测频和测周期。
5、布置作业
6
3.2工程机械常用传感器
二、常用称重传感器
三、常用温度传感器
通过该次课的学习，使学生熟悉工程机械常用温度传感器和称重传感器的结构、原理及使用方法。
本次课的重点是热电偶和半导体温度传感器以及应变片式力传感器的结构、原理及使用。
结合实物，采用启发式教学，讲授中注意理论结合实际。
3-3，3-4
车速通常是通过转速传感器来检测的。
。
工程机械中温度的测量实例：
发动机冷却水温、机油温度、液压油温度；
拌和设备中的沥青温度、骨料温度和成品料温度。
称重计量实例：
沥青拌和设备中的骨料计量，稳定土拌和设备中的冷料计量。
其它应用：
测温：
空调，冰箱；
称重：
载重汽车的轴载称重，地磅等。
（1）称重传感器
应变片式传感器的特点，应变片式称重传感器的结构和原理，电桥转换电路，多个传感器的连接方法。
（2）铂电阻
（3）热敏电阻
（4）热电偶
（5）模拟集成温度传感器
（6）智能温度传感器
称重传感器和温度在工程机械中应用广泛，常用称重传感器：
应变片式。
常用温度传感器：
铂电阻、热敏电阻、热电偶、模拟集成温度传感器、智能温度传感器。
7
3.3传感器接口技术
通过该次课的学习，使学生熟悉在传感器输出不同形式和大小的信号情况下，传感器与计算机之间的接口电路的组成、原理、特点。
本次课的重点是接口电路的组成、特点以及抗干扰措施。
采用启发式教学，讲授中注意理论结合实际。
3、计算机接口方面的参考书。
3-5，3-6
目前以计算机（如单片机、PLC等）为核心的测控系统在工程机械中应用广泛，而传感器输出的模拟量或脉冲量信号不能被CPU所识别，为此必须在传感器和CPU之间增加一连接电路，用来将传感器的输出信号转换为计算机能够识别的数字量的电路，该连接电路就是接口电路。
传感器在以下不同输出情况下的与计算机之间接口电路的组成、原理、特点：
（1）大信号和小信号模拟电压情况；
（2）大信号和小信号模拟电流情况；
（3）频率量输出；
数字量输出；
（4）开关量输出。
接口电路用来将传感器输出的信号转换为计算机能够识别的数字量。
当传感器输出的信号形式不同时，其与计算机之间接口电路的组成也不同。
3-5，3-6
8
3.4数据处理技术
一、传感器前期信号处理
通过该次课的学习，使学生熟悉由运算放大器组成的各种信号放大电路的组成和原理，了解硬件滤波电路的分类、参数和原理。
本次课的重点是运算放大器的特性、各种信号放大电路的组成和原理。
采用启发式教学，讲授中注意理论结合实际，复习相关的知识。
3、模拟电路方面的各种参考书。
3-7，3-8
运算放大器的基本知识。
对于输出模拟量的传感器，其输出信号通常较弱，为了满足后续电路对信号幅度的要求，必须对传感器的信号进行放大，目前常用的放大器件为运算放大器。
传感器输出的模拟量中通常带有干扰信号，因此必须将这些无用的信号滤掉，以避免对正常信号产生影响。
（1）运算放大器的特性；
（2）基本同相放大器电路；
（3）基本反相放大器电路；
（4）测量放大器与程控增益放大器组成、原理；
（5）滤波器：
滤波器的分类，频率特性，用途，各种硬件滤波电路的组成、原理。
信号放大和滤波是传感器数据处理的一个非常重要的环节，根据传感器输出信号的特点以及工作环境的不同，可选用不同的运算放大电路。
滤波器应根据干扰信号的频率特征来设计。
9
二、传感器非线性补偿原理
三、数字滤波
四、标度变换
通过该次课的学习，使学生了解传感器为什么要进行非线性补偿以及非线性补偿的方法、工作原理、特点；
熟悉数字滤波的特点、常用的数字滤波方法、适用范围；
掌握传感器数据的标度变换目的、方法。
本次课的重点是数字滤波的常用方法、适用范围以及传感器数据的标度变换方法。
3、计算机检测方面的参考书。
3-9，3-10
信号放大和滤波是传感器数据处理的一个非常重要的环节，根据传感器输出信号的特点以及工作环境的不同，可选用不同的运算放大电路。
传感器以及检测电路的输入-输出特性通常都带有一定的非线性，为了使整个测量范围的灵敏度一致，以便于读数及对数据进行分析处理，要进行非线性补偿。
传感器输出信号中的干扰信号除了可用硬件滤波外，还可用效果更好、使用更灵活的软件滤波。
（1）传感器进行非线性补偿的目的、方法、工作原理、特点；
（2）数字滤波的特点、常用的数字滤波方法、适用范围；
（3）传感器数据的标度变换目的、方法。
传感器以及检测电路的输入-输出特性通常都带有一定的非线性，使用中需要进行非线性补偿，以便于读数及对数据进行分析处理，提高测量精度。
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