电气测量与检测.ppt

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1、共99页第1页,电气测量与检测,第六章,共99页第2页,第一节 仪器仪表的技术进展第二节 传感器第三节 执行器第四节 虚拟仪器第五节 智能仪器仪表第六节 多传感器数据融合技术,共99页第3页,第一节 仪器仪表的技术进展,仪器仪表分类仪器仪表的发展,共99页第4页,传感器的地位和作用,1传感器技术是信息技术的基础与支柱 信息采集 信息传输 信息处理,第二节 传感器,第二节 传感器,共99页第5页,2传感器技术已经广泛应用于各个学科领域,第二节 传感器,共99页第6页,工、农业自动化化,应用领域,第二节 传感器,共99页第7页,航天技术,军事领域,应用领域,第二节 传感器,共99页第8页,机器人技

2、术,资源开发,应用领域,第二节 传感器,共99页第9页,环境监测,海洋探测,安全保卫,应用领域,第二节 传感器,共99页第10页,医疗诊断,交通运输,家用电器,应用领域,第二节 传感器,共99页第11页,传感器的定义及构成,传感器构成框图,传感器(Transducer/Sensor)的定义 传感器的组成部分,第二节 传感器,共99页第12页,传感器的分类传感器的输入、输出特性,作图法求灵敏度过程,第二节 传感器,共99页第13页,压力传感器 压力传感器的发展历史 压力传感器的发展趋势,第二节 传感器,共99页第14页,压力测量的理论基础简述,压力的定义气体和液体的压力压力的单位压力的形式,第二

3、节 传感器,共99页第15页,敏感元件和转换元件,A、基本测量原理,第二节 传感器,共99页第16页,压力传感器结构示意图,惠斯顿电桥,第二节 传感器,共99页第17页,常用型两线制压力变送器电原理图,第二节 传感器,共99页第18页,(a)绝对压力测量,(b)表压力测量,(c)差压测量,B、压力传感器三种测量方式的结构,第二节 传感器,共99页第19页,C、各种压力传感器,第二节 传感器,共99页第20页,温度传感器,温度测量的基本概念 温度测量的基本概念 温 标 温度传感器的分类,第二节 传感器,共99页第21页,A、基本测量原理,热电效应,铠装热电偶,热电偶原理图,EAB（T，T0）=f

4、AB（t）,第二节 传感器,共99页第22页,几种常用热电偶的热电极,第二节 传感器,共99页第23页,测温热电阻传感器热敏电阻,第二节 传感器,共99页第24页,利用热敏电阻测量温度的典型电路,B、常用温度测量接口电路,第二节 传感器,共99页第25页,利用热电偶测量温度的典型电路,第二节 传感器,共99页第26页,在线式红外测温仪,热敏电阻,C、温度测量传感器,红外体温仪,空调温度传感器,微小的温度传感器,铠装热电偶热电阻,第二节 传感器,共99页第27页,信号调理电路的作用,较高的精度噪声抑制/隔离系统灵活性/自诊断性降低成本,第二节 传感器,共99页第28页,湿度传感器,湿度的危害湿敏

5、电阻的原理干湿球湿度计测量相对湿度的原理,湿度对仪器影响示意图 干湿球湿度计原理图,第二节 传感器,共99页第29页,物位传感器,超声波检测技术 测量原理 特点 适用范围,第二节 传感器,共99页第30页,第二节 传感器,共99页第31页,超声波物体检测器电路板和探头,B、实际应用电路,第二节 传感器,共99页第32页,测厚仪,物位检测仪,无损探测,测距仪,液位仪,B 超,接近开关,C、各种应用,第二节 传感器,共99页第33页,雷达检测技术,时域发射技术,第二节 传感器,共99页第34页,调频连续波技术,频率控制回路原理方框图,FMCW雷达测量原理图,第二节 传感器,共99页第35页,流量传

6、感器,流量测量方法节流装置,文丘里喷嘴在管道中的位置,第二节 传感器,共99页第36页,浮子流量计,浮子流量计,图3 金属管浮子流量计结构1-转换部分；2-传感器部分；3-导杆；4-浮子；5-锥形管部分；,第二节 传感器,共99页第37页,浮子流量计工作原理,浮子流量计工作原理1-锥形管 2-浮子 3-流通环隙,第二节 传感器,共99页第38页,椭圆齿轮流量计工作原理,容积式流量计的工作原理,第二节 传感器,共99页第39页,结构图,齿轮流量计,第二节 传感器,共99页第40页,涡轮流量计,第二节 传感器,共99页第41页,内部结构,涡轮流量计,第二节 传感器,共99页第42页,超声波流量计,

7、测量原理测量流量原理分类,超声波流量计,第二节 传感器,共99页第43页,时间差法测量流量原理,第二节 传感器,共99页第44页,频率差法测量流量原理图a）异侧 b）同侧,第二节 传感器,共99页第45页,光纤传感器流量计,光纤传感器检测透明的有色物体,第二节 传感器,共99页第46页,电磁流量计,测量原理,电磁流量计,第二节 传感器,共99页第47页,其它常用的流量计,涡街流量计,差压式流量计,明渠流量仪,刮板流量计,第二节 传感器,共99页第48页,电磁传感器,磁传感器是最古老的传感器，指南针是磁传感器的最早的一种应用。磁旋转传感器主要组成部分。,第二节 传感器,共99页第49页,一款电磁

8、传感器的外形,电磁接近开关,指南针,第二节 传感器,共99页第50页,霍尔转速表,霍尔转速表原理a)齿未对准霍尔元件时磁力线分散的情况 b)齿对准霍尔元件时磁力线集中的情况,第二节 传感器,共99页第51页,接近开关,常用的接近开关分类接近开关的特点接近开关的主要性能指标,第二节 传感器,共99页第52页,电涡流接近开关原理框图,第二节 传感器,共99页第53页,电磁传感器的应用（一）,第二节 传感器,共99页第54页,电磁传感器的应用（二）,第二节 传感器,共99页第55页,磁光效应传感器的原理光电效应外光电效应,磁光效应传感器,第二节 传感器,共99页第56页,磁光效应传感器的结构,第二节

9、 传感器,共99页第57页,常用磁光传感器,光敏晶体管内部结构a)内部组成 b)管芯结构 c）结构简化图1集电极引脚 2管芯 3外壳 4玻璃聚光镜 5发射极引脚 6N+衬底 7N型集电区 8SiO2保护圈 9集电结 10P型基区 11N型发射区 12发射结,第二节 传感器,共99页第58页,（8）激光传感器,激光智能感测器是激光学领域地最新成果，采用功率安全可靠且不足以引爆任何油晶介质 的激光作为探测光源，应用国际先进的激光传感技术而可广泛适用于石油、化工、冶金、锅炉 等行业、领域的一种新型的非接触式智能测量仪表。它彻底解决了以前所应用的各种液位 监测仪表之不足，不受介质温度、密度、压力等物理

10、、化学性质的影响，可以测量本产晶温度 范围内的所有的液体介质液位，其输出的数字信号可直接进入现场控制系统。,第二节 传感器,共99页第59页,激光传感器测量原理图,激光传感器,第二节 传感器,共99页第60页,电量变送器,电量变送器的用途、分类 霍尔元件的原理,第二节 传感器,共99页第61页,B、应用,UZJG型激光智能液位感测器,区域检测传感器能稳定且高精度地检测,检测光亮背景前的瓶子,第二节 传感器,共99页第62页,（9）其他传感器,红外传感系统分类 红外传感器工作原理,第二节 传感器,共99页第63页,仿生传感器,仿生传感器，是一种采用新的检测原理的新型传感器。仿生传感器原理 仿生传

11、感器分类,第二节 传感器,共99页第64页,各种仿生传感器,在图中我们可以看到，仿生传感器和生物学理论的方方面面都有密切的联系，是生物学理论发展的直接成果。,第二节 传感器,共99页第65页,执行器按其能源形式分为气动，电动和液动三大类，它们各有特点，适用于不同的场合。,气动执行器,电动执行器,角行程,直行程,液动执行器,第三节 执行器,第三节 执行器,共99页第66页,A、气动执行器工作原理,气动执行机构,第三节 执行器,共99页第67页,执行机构 气动执行机构分类 正作用形式 反作用形式,薄膜式,活塞式,第三节 执行器,共99页第68页,B、电动执行器工作原理,第三节 执行器,电动执行器组

12、成方块图,共99页第69页,C、电-气转换器,电-气转换器的作用,第三节 执行器,共99页第70页,电-气转换器原理结构图,1-喷嘴挡板；2-调零弹簧；3-负反馈波纹管；4-十字弹簧；5-正反馈波纹管；6-杠杆；7-测量线圈；8-磁钢；9-铁芯；10-放大器,第三节 执行器,共99页第71页,电-气转换器工作过程,第三节 执行器,共99页第72页,电-气阀门定位器原理结构图,1-力矩马达;2-主杠杆;3-平衡弹簧;4-反馈凸轮支点;5-反馈凸轮;6-负杠杆;7-负杠杆支点;8-薄膜执行机构;9-反馈杆;10-滚轮;11-反馈弹簧;12-调零弹簧;13-挡板;14-喷嘴;15-主杠杆支点,第三节

13、 执行器,共99页第73页,电-气阀门定位器工作过程,第三节 执行器,共99页第74页,第四节 虚拟仪器,一、概述 虚拟仪器中“虚拟”两字的含义,第四节 虚拟仪器,共99页第75页,仪器和测试技术发展,第四节 虚拟仪器,共99页第76页,客户定义的基于PC的测试测量和自动化的最终解决方案,传统的仪器厂商所定义的仪器,处理器,RAM,ROM,显示器,电源,硬盘,第四节 虚拟仪器,共99页第77页,虚拟仪器 Virtual Instrumentation,二、构成 硬件 软件,第四节 虚拟仪器,共99页第78页,三、基于计算机的测试系统,第四节 虚拟仪器,虚拟仪器测试系统工作流程,共99页第79页

14、,LabVIEW 图形化编程语言,可以编译的图形化编程语言环境提高开发效率,第四节 虚拟仪器,共99页第80页,Demo:LabVIEW VI,第四节 虚拟仪器,共99页第81页,LabVIEW 开发测试系统,采集 分析 显示,第四节 虚拟仪器,共99页第82页,仪器控制架构,第四节 虚拟仪器,共99页第83页,数据采集系统结构,数据采集卡信号调理连接附件传感器,第四节 虚拟仪器,共99页第84页,数据采集卡,MultifunctionAnalog I/O,Digital I/O,Counter/Timer,第四节 虚拟仪器,共99页第85页,视频和运动系统组件,Motor Drive/Amp

15、lifier,Motor or Actuator and Feedback,IMAQ Camera,Motion Controller,IMAQ Board,第四节 虚拟仪器,共99页第86页,图像分析软件,图像开发模块配置软件(Vision Builder)Quickly prototype vision applicationsCreate LabVIEW VIs可编程软件(IMAQ Vision)More than 150 image processing functionsFunctions compatible with LabVIEW,C,C+,and Visual Basic,第

16、四节 虚拟仪器,共99页第87页,运动控制系统,反馈信号,Limit/Home/Index开关,I/O,运动控制卡,运动控制软件,驱动器/放大器,马达,第四节 虚拟仪器,共99页第88页,应用,1、在仪器计量系统方面 2、在专用测量系统方面,第四节 虚拟仪器,共99页第89页,第五节 智能仪器仪表,智能仪表的性能特点 一定程度的人工智能 多敏感功能 精度高、测量范围宽 通信功能,第五节 智能仪器仪表,共99页第90页,硬件功能软件化集成化、模块化参数整定与修改实时化硬件平台通用化,第五节 智能仪器仪表,共99页第91页,智能仪表的通用模型,只具有数字通信接口的智能仪表功能模型a）智能传感器 b

17、）开环智能执行器 c）闭环智能执行器,第五节 智能仪器仪表,共99页第92页,智能传感器功能模型,第五节 智能仪器仪表,共99页第93页,智能执行器功能模型图,第五节 智能仪器仪表,共99页第94页,智能仪表硬件结构,第五节 智能仪器仪表,共99页第95页,第六节 多传感器数据融合技术,一、数据融合技术的内容 1.信息融合的层次 原始数据融合 目标级融合 决策级的信息融合,共99页第96页,2.信息融合的步骤 信息采集 信息辨识 相关处理 融合处理,共99页第97页,3.数据融合技术的基本原理,多传感器数据融合过程,共99页第98页,多传感器数据融合的三个层次 像素级融合 特征集融合 决策级融合,英国双波段热像仪中的融合处理,共99页第99页,