机电一体化技术专业课程改革系列教材·信号

前言

学习情境1 认识传感器

1.1 学习目标

1.2 学习任务

1.3 基本理论

1.3.1 认识机电及电气设备中的传感器

1.3.2 了解常用传感器的作用和基本构成

1.3.3 了解传感器分类、发展和主要性能指标

1.3.4 改善传感器性能的技术途径

1.3.5 传感器的标定

学习情境2 温度与环境量的检测

2.1 学习目标

2.2 学习任务

2.3 基本理论和学习内容

2.3.1 金属热电阻测量温度

2.3.2 半导体热敏电阻测量温度

2.3.3 热电偶及其应用

2.3.4 气敏和湿敏传感器

2.4 任务实施

2.4.1 了解热敏电阻的温度特性

2.4.2 热敏电阻应用训练

2.4.3 了解热电偶的基本特性

2.4.4 检测气敏元件MQ-3

2.4.5 制作简易湿度报警器

2.4.6 制作简单热控电路

学习情境3 力与压力的检测

3.1 学习目标

3.2 学习任务

3.3 基本理论和学习内容

3.3.1 电阻应变片测力

3.3.2 压电传感器测力应用训练

3.4 任务实施

3.4.1 了解应变片的应用

3.4.2 用打火机演示压电效应

学习情境4 液位和流量的检测

4.1 学习目标

4.2 学习任务

4.3 基本理论和学习内容

4.3.1 电容式传感器测量液位

4.3.2 超声波传感器

4.3.3 流量的检测方法

4.4 任务实施

4.4.1 电容式传感器检测液位实用训练的内容和方法

4.4.2 超声波传感器检测距离实用训练的内容和方法

学习情境5 位置检测

5.1 学习目标

5.2 学习任务

5.3 基本理论和学习内容

5.3.1 金属物位置检测

5.3.2 磁性物质的位置检测

5.3.3 光电开关

5.3.4 其他位置检测方法

5.4 任务实施

5.4.1 直流激励时霍尔式位移传感器特性实验

5.4.2 交流激励时霍尔式位移传感器特性实验

5.4.3 霍尔式位移传感器的应用——电子秤实验

5.4.4 霍尔转速传感器测速实验

学习情境6 位移的检测

6.1 学习目标

6.2 学习任务

6.3 基本理论和学习内容

6.3.1 机械位移传感器检测位移

6.3.2 光栅位移传感器检测位移

6.3.3 磁栅传感器检测位移

6.4 任务实施

6.4.1 差动变压器测量钢板厚度模拟实验

6.4.2 光栅传感器莫尔条纹与栅距关系实验

6.4.3 光栅传感器莫尔条纹的细分、计数实验

本教材是国家示范院校重点建设专业——机电一体化技术专业课程改革成果之一。其内容的深度和难度按照高等职业教育的特点，突出实用性、突出理论知识的应用，着重讲授理论知识在工程实践中的应用。

书中涉及机电一体化、电气自动化、机电设备、数控技术及应用等专业知识。操作训练，设计单向、多向、综合性训练内容，并用多媒体课件配合多方面讲解传感器原理，然后再通过亲自安装，使用传感器和校验传感器，从而进一步加深印象的观察、理论、实践的三位一体的综合性的教学模式。在编写中注重学生的专业能力、方法能力和社本课程根据课程目标，以识别安装传感器、检测需要的信号、传感器的维护与校验等技术领域的技能需求为依据，参照工业控制的检测标准，设置实践教学项目，更新实践本教材由安徽水利水电职业技术学院王礼鹏、单启兵任主编，马钢合肥公司设备部赵泽高工任主审。安徽水利水电职业技术学院唐振、何睿、张春来任副主编。

全书共由6个学习情境组成，学习情境1和学习情境6由王礼鹏编写，学习情境2由单启兵编写，学习在教材编写过程中，安徽水利水电职业技术学院机电工程系专业建设团队老师提出了许多宝贵意见，学院领导及兄弟部门领导也给予了大力支持，同时还得到了马钢合肥公司、合肥锻压集团等企业的积极参与和大力帮助，在此表示最诚挚的感谢。

本教引用了大量的规范、专业文献和资料，恕未在本书中一一标明，在此对有关作者表示诚挚的谢意。由于时间紧，，作者水平有限，本书难免有一些疏漏，不足之处在所难免，恳请广大师生和读者提出意见和建议。2100433B

《信号检测与控制》根据高职高专机电工程及相关职业培养目标的要求，以工作过程为导向，按照国家示范院校重点建设专业——机电一体化专业课程改革的要求进行编写。全书分为6个学习情境，每个情境都包括基本理论和任务实施两大主要部分。其内容上侧重于讲解传统传感器的工作原理和特性，并通过系统的实践训练，提高学生的基本素质。 《信号检测与控制》可作为高职高专院校、中等职业学校机电类和电类相关专业及成人高校的教材，也可作为相关工程技术人员的参考用书，以及作为岗前培训教材。

插图：

1.1.4.1传感器噪声及其减小措施

传感器噪声是指除了被测信号之外在传感器中出现的一切不需要的信号。它可由传感器内部产生，也可从外部随信号传递而混入。一般而言，噪声是呈不规则的变化，单交流噪声这样的周期性的波动，广义上也是噪声。

传感器内部产生的噪声包括敏感元件、转换元件和转换电路元件等产生的噪声以及电源产生的噪声。例如光电真空管放射不规则电子，半导体载流子扩散等产生的噪声。降低元件的温度可减小热噪声，对电源变压器采用静电屏蔽可减小交流脉动噪声等。

从外部混入传感器的噪声，按其产生原因可分为机械噪声（如振动，冲击）、音响噪声、热噪声（如因热辐射使元件相对位移或性能变化）、电磁噪声和化学噪声等。对振动等机械噪声可采用防振台或将传感器固定在质量很大的基础台上加以抑制；而消除音响噪声的有效办法是把传感器用隔音器材围上或放在真空容器里；消除电磁噪声的有效办法是屏蔽和接地或使传感器远离电源线，或使输出线屏蔽、输出线绞拧在一起等。

1.1.4.2改善传感器性能的技术途径

1.结构、材料与参数的合理选择

根据实际的需要和可能，合理选择材料、结构设计传感器，确保主要指标，放弃对次要指标的要求，以求得到高的性价比，同时满足使用要求，即使对于主要的参数也不能盲目追求高指标。

2.差动技术

差动技术是非常有效的一种方法，如电阻应变式传感器、电感式传感器、电容式传感器中都应用了差动技术，不仅减小了非线性，而且灵敏度提高了一倍，抵消了共模误差。

3.平均技术

常用的平均技术有误差平均效应和数据平均处理。常用的多点测量方案与多次采样平均就是这样的例子。其原理是利用若干个传感单元同时感受被测量，其输出则是这些单元输出的平均值，若将每个单元可能带来的误差均可看作随机误差且服从正态分布……