傳感器13傳感器在現(xiàn)代檢測系統(tǒng)中的應用ppt課件

1、第十三章第十三章 傳感器在現(xiàn)代傳感器在現(xiàn)代檢測系統(tǒng)中的運用檢測系統(tǒng)中的運用 本章學習傳感器在現(xiàn)代檢測系統(tǒng)中本章學習傳感器在現(xiàn)代檢測系統(tǒng)中的綜合運用，以及如何組成測控系統(tǒng)，的綜合運用，以及如何組成測控系統(tǒng)，對現(xiàn)代檢測系統(tǒng)、計算機接口、虛擬儀對現(xiàn)代檢測系統(tǒng)、計算機接口、虛擬儀器等在檢測系統(tǒng)中的運用作了引見。并器等在檢測系統(tǒng)中的運用作了引見。并簡單引見檢測系統(tǒng)中常用的硬件。簡單引見檢測系統(tǒng)中常用的硬件。傳感器在控制系統(tǒng)中的綜合運用舉例傳感器在控制系統(tǒng)中的綜合運用舉例 一個現(xiàn)代化火力發(fā)電廠需求多臺計算機聯(lián)網(wǎng)，來一個現(xiàn)代化火力發(fā)電廠需求多臺計算機聯(lián)網(wǎng)，來快速地丈量鍋爐、汽輪機、發(fā)電機上許多重要部位的快速

2、地丈量鍋爐、汽輪機、發(fā)電機上許多重要部位的溫度、壓力、流量、液位、熄滅情況、轉(zhuǎn)速、振動、溫度、壓力、流量、液位、熄滅情況、轉(zhuǎn)速、振動、位移、應力等熱工、機械參數(shù)，還必需丈量發(fā)電機的位移、應力等熱工、機械參數(shù)，還必需丈量發(fā)電機的電壓、電流、功率、功率因數(shù)以及各種輔機的運轉(zhuǎn)形電壓、電流、功率、功率因數(shù)以及各種輔機的運轉(zhuǎn)形狀，然后進展綜合處置，將各被監(jiān)測的重要參數(shù)進展狀，然后進展綜合處置，將各被監(jiān)測的重要參數(shù)進展數(shù)字或模擬顯示，自動調(diào)整運轉(zhuǎn)工況，對某些超限參數(shù)字或模擬顯示，自動調(diào)整運轉(zhuǎn)工況，對某些超限參數(shù)進展聲光報警或采取緊急措施。在上述這個系統(tǒng)中，數(shù)進展聲光報警或采取緊急措施。在上述這個系統(tǒng)中，需

3、求數(shù)百個不同的傳感器將各種機械、熱工量轉(zhuǎn)換成需求數(shù)百個不同的傳感器將各種機械、熱工量轉(zhuǎn)換成電量，供計算機采樣和運算。電量，供計算機采樣和運算。 現(xiàn)代化火力發(fā)電廠及其控制系統(tǒng)現(xiàn)代化火力發(fā)電廠及其控制系統(tǒng)火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠控制室控制室火力發(fā)電廠機組火力發(fā)電廠機組汽輪機汽輪機發(fā)電機發(fā)電機勵磁機勵磁機n檢測控制系統(tǒng)：傳感器與計算機、控制電路，機械傳動部件組成的綜合系統(tǒng)，到達某種設定的目的。第一節(jié)第一節(jié) 現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的根本構(gòu)造現(xiàn)代檢測系統(tǒng)的根本構(gòu)造 現(xiàn)代檢測系統(tǒng)可分為三種根本構(gòu)造體系：現(xiàn)代檢測系統(tǒng)可分為三種根本構(gòu)造體系： 1.1.智能儀器智能儀器 2.2.個人儀器個人儀器 3.3.自動測試系統(tǒng)自動測試

4、系統(tǒng) 1. 1.智能儀器：將諸如微處置器、存儲器、接口等智能儀器：將諸如微處置器、存儲器、接口等芯片與傳感器交融在一同，可組成智能儀器。它有芯片與傳感器交融在一同，可組成智能儀器。它有公用的小鍵盤、開關(guān)、按鍵及顯示屏等，多運用匯公用的小鍵盤、開關(guān)、按鍵及顯示屏等，多運用匯編言語，體積小，公用性強。編言語，體積小，公用性強。智能儀器的芯片及模塊智能儀器的芯片及模塊 51系列單片機芯片系列單片機芯片51系列單片機數(shù)據(jù)采集模塊系列單片機數(shù)據(jù)采集模塊 各種智能儀器各種智能儀器 最低最低溫度溫度最高最高溫度溫度手持式頻譜儀和手持式頻譜儀和示波器示波器2.2.個人儀器個人儀器 個人儀器又稱個人計算機儀器系

5、統(tǒng)。個人儀器又稱個人計算機儀器系統(tǒng)。它是以個人計算機必需符合工控要求它是以個人計算機必需符合工控要求配以適當?shù)挠布娐放c傳感器組合而成的配以適當?shù)挠布娐放c傳感器組合而成的檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)。 組裝個人儀器時，將傳感器信號傳送到組裝個人儀器時，將傳感器信號傳送到相應的接口板或接口盒中，再將接口板相應的接口板或接口盒中，再將接口板插到工控機總線擴展槽中或?qū)⒔涌诤械牟宓焦た貦C總線擴展槽中或?qū)⒔涌诤械腢SBUSB插頭插入計算機相應的插座上，編寫相應的插頭插入計算機相應的插座上，編寫相應的軟件就可以完成自動檢測功能。軟件就可以完成自動檢測功能。 一體化任務站一體化任務站 平板式任務站平板式任務站帶觸摸

6、屏帶觸摸屏軍用便攜式任務站軍用便攜式任務站一體化任務站續(xù)一體化任務站續(xù) 工業(yè)計算機工控機機箱工業(yè)計算機工控機機箱 工控機的抗電磁干擾才干、防振、防潮、防塵工控機的抗電磁干擾才干、防振、防潮、防塵才干均較強，有較多的擴展槽，它的電源系統(tǒng)有較才干均較強，有較多的擴展槽，它的電源系統(tǒng)有較好的抗電磁干擾才干。雖然工控機的價錢比個人電好的抗電磁干擾才干。雖然工控機的價錢比個人電腦貴，但可靠性強得多，性能價錢比高，適宜在工腦貴，但可靠性強得多，性能價錢比高，適宜在工業(yè)現(xiàn)場條件較惡劣的場所運用。業(yè)現(xiàn)場條件較惡劣的場所運用。工業(yè)級底板參考研祥智能科技資料工業(yè)級底板參考研祥智能科技資料底板上的擴展槽用于底板上的

7、擴展槽用于 插接各種數(shù)據(jù)采集卡插接各種數(shù)據(jù)采集卡PCI擴展槽擴展槽ISA擴展槽擴展槽各種數(shù)據(jù)采集卡各種數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡的插腳間隔為數(shù)據(jù)采集卡的插腳間隔為2.54mm0.1英寸英寸各種數(shù)據(jù)各種數(shù)據(jù) 采集卡續(xù)采集卡續(xù)PCI數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集傳輸卡傳輸卡ISA槽與槽與PCI槽的外形區(qū)別槽的外形區(qū)別ISA槽槽PCI槽槽將功能卡插到將功能卡插到ISA槽中槽中功能卡的鍍金腳功能卡的鍍金腳端子板與功能卡的銜接端子板與功能卡的銜接 端子板作為功能卡的擴展附件，端子板作為功能卡的擴展附件，用于銜接傳感器信號用于銜接傳感器信號光耦光耦25芯排線芯排線數(shù)據(jù)鎖存器數(shù)據(jù)鎖存器去計算機去

8、計算機ISAISA槽槽傳感器信號線接線端子傳感器信號線接線端子端子板與功能卡的銜接端子板與功能卡的銜接37芯排線芯排線端子板端子板PCI數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)采集、控制卡控制卡傳感器信號線接線端子傳感器信號線接線端子輸出信號接線端子輸出信號接線端子去計算機去計算機PCIPCI槽槽其他端子擴展板其他端子擴展板 34芯排線插座芯排線插座37芯排線插座芯排線插座數(shù)據(jù)采集便攜式工控整機數(shù)據(jù)采集便攜式工控整機 筆記本電腦數(shù)據(jù)筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機采集整機 信號從信號從USB USB 端口輸入端口輸入筆記本電腦數(shù)據(jù)采集筆記本電腦數(shù)據(jù)采集 USB USB接口盒接口盒及信號電纜及信號電纜利用利用USB擴展分線器可擴展

9、分線器可配接多個接口盒配接多個接口盒信號輸入信號輸入USB接口卡及接口卡及USB電纜電纜嵌入式計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)嵌入式計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 傳感器信號采集卡可多層疊合，插入到傳感器信號采集卡可多層疊合，插入到嵌入式計算機的總線接口中，就可以構(gòu)成數(shù)嵌入式計算機的總線接口中，就可以構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。據(jù)采集系統(tǒng)。各種嵌入式計算機數(shù)據(jù)采集卡各種嵌入式計算機數(shù)據(jù)采集卡自動測試系統(tǒng)自動測試系統(tǒng) 自動測試系統(tǒng)是以工控機為中心，以規(guī)自動測試系統(tǒng)是以工控機為中心，以規(guī)范接口總線為根底，以可程控的多臺智能儀范接口總線為根底，以可程控的多臺智能儀器為下位機組合而成的一種現(xiàn)代檢測系統(tǒng)。器為下位機組合而成的一種現(xiàn)代檢測系

10、統(tǒng)。一個自動測試系統(tǒng)還可以經(jīng)過各種規(guī)范總線一個自動測試系統(tǒng)還可以經(jīng)過各種規(guī)范總線成為其它級別更高的自動測試系統(tǒng)的子系統(tǒng)。成為其它級別更高的自動測試系統(tǒng)的子系統(tǒng)。許多自動測試系統(tǒng)還可以作為效力器任務站許多自動測試系統(tǒng)還可以作為效力器任務站參與到參與到Internet網(wǎng)絡中，成為網(wǎng)絡化測試子系網(wǎng)絡中，成為網(wǎng)絡化測試子系統(tǒng)，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)測、遠程控制、遠程實統(tǒng)，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)測、遠程控制、遠程實時調(diào)試等。時調(diào)試等。 網(wǎng)絡化儀表表示圖網(wǎng)絡化儀表表示圖工業(yè)總線工業(yè)總線 網(wǎng)絡化儀表網(wǎng)絡化儀表工業(yè)總線工業(yè)總線 局域網(wǎng)局域網(wǎng) 鋼廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)實例鋼廠自動化監(jiān)控系統(tǒng)實例 糧食溫濕度測控系統(tǒng)實例糧食溫濕度測控系

11、統(tǒng)實例上位機內(nèi)插上位機內(nèi)插CANCAN通訊卡通訊卡溫度分線器溫度分線器CANCAN總線總線通風機械通風機械測濕探頭測濕探頭測溫電纜測溫電纜智能分機智能分機通風控制器通風控制器濕度分線器濕度分線器帶計算機的檢測系統(tǒng)簡介帶計算機的檢測系統(tǒng)簡介 一、帶計算機的檢測系統(tǒng)的一、帶計算機的檢測系統(tǒng)的 特點及功能特點及功能1.1.性能價錢比高；性能價錢比高；2.2.設計靈敏性高；設計靈敏性高；3.3.操作方便；操作方便；4.4.有強大的運算功能；有強大的運算功能；5.5.具有記憶功能；具有記憶功能；6.6.有自校準功能；有自校準功能；7.7.能進展自動缺點診斷。能進展自動缺點診斷。二、帶計算機的檢測系統(tǒng)的任

12、務流程二、帶計算機的檢測系統(tǒng)的任務流程 巡回檢測概念巡回檢測概念: : 計算機首先向多路采樣開關(guān)陣列的選通地址譯計算機首先向多路采樣開關(guān)陣列的選通地址譯碼器寫入預備采樣的傳感器地址，由譯碼器接通該碼器寫入預備采樣的傳感器地址，由譯碼器接通該地址對應的采樣開關(guān)，所要采樣的信號被銜接到放地址對應的采樣開關(guān)，所要采樣的信號被銜接到放大器，放大后的信號經(jīng)大器，放大后的信號經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，計算機經(jīng)過數(shù)據(jù)總線接受該數(shù)字信號。計算機經(jīng)過數(shù)據(jù)總線接受該數(shù)字信號。 一個采樣點采樣終了后，計算機轉(zhuǎn)而發(fā)送一個采樣點采樣終了后，計算機轉(zhuǎn)而發(fā)送第二個采樣地址，對第二個傳感器采樣，直

13、至全部第二個采樣地址，對第二個傳感器采樣，直至全部被測點均被采樣終了為止。計算機不能夠在同一時被測點均被采樣終了為止。計算機不能夠在同一時辰讀取一切傳感器來的信號，而是分時但快速地輪辰讀取一切傳感器來的信號，而是分時但快速地輪番讀取一切的被丈量，這種采樣方式稱為番讀取一切的被丈量，這種采樣方式稱為“巡回檢巡回檢測。測。 8通道巡回檢測數(shù)據(jù)采集器通道巡回檢測數(shù)據(jù)采集器8個傳感器信號個傳感器信號 輸入端口輸入端口簡易數(shù)字濾波技術(shù)概念簡易數(shù)字濾波技術(shù)概念 在工業(yè)中經(jīng)常采用如下軟件抗干擾技術(shù)：在工業(yè)中經(jīng)常采用如下軟件抗干擾技術(shù)： 對存在干擾和隨機誤差的信號進展等精度對存在干擾和隨機誤差的信號進展等精度

14、快速多次采樣，然后先舍去不穩(wěn)定的第一個采快速多次采樣，然后先舍去不穩(wěn)定的第一個采樣值，再舍去假設干個最大值和最小值，將余樣值，再舍去假設干個最大值和最小值，將余下的幾個中間值求算術(shù)平均值，該算術(shù)平均值下的幾個中間值求算術(shù)平均值，該算術(shù)平均值可以以為是排除了干擾后的較正確的結(jié)果，這可以以為是排除了干擾后的較正確的結(jié)果，這種方法有時也被稱為簡易數(shù)字濾波。種方法有時也被稱為簡易數(shù)字濾波。 三、系統(tǒng)中的幾種重要部件三、系統(tǒng)中的幾種重要部件 1. 1.采樣開關(guān)采樣開關(guān) 1)1)干簧繼電器：干簧繼電器主要由驅(qū)動干簧繼電器：干簧繼電器主要由驅(qū)動線圈和干簧管組成，驅(qū)動線圈繞在干簧管線圈和干簧管組成，驅(qū)動線圈繞

15、在干簧管外面。當線圈通以額定電流后，干簧管中外面。當線圈通以額定電流后，干簧管中的兩根常開彈簧片相互吸引而吸合。它的的兩根常開彈簧片相互吸引而吸合。它的耐壓較高，額定電流較大，導通電阻接近耐壓較高，額定電流較大，導通電阻接近零。耗電較大、速度較慢是干簧繼電器的零。耗電較大、速度較慢是干簧繼電器的主要缺陷。主要缺陷。 干簧管干簧管 (2) CMOS模擬采樣開關(guān)模擬采樣開關(guān) 模擬采樣開關(guān)切換對象是多路模擬信號。它模擬采樣開關(guān)切換對象是多路模擬信號。它的控制端處于的控制端處于“有效形狀時，內(nèi)部的有效形狀時，內(nèi)部的P P溝道溝道MOSMOS管管或或N N溝道溝道MOSMOS管導通，模擬開關(guān)處于導通形狀

16、，導管導通，模擬開關(guān)處于導通形狀，導通電阻約幾歐至幾百歐視型號而定。當控制通電阻約幾歐至幾百歐視型號而定。當控制端處于端處于“無效形狀時開關(guān)截止，截止電阻大于無效形狀時開關(guān)截止，截止電阻大于108108。 其優(yōu)點是集成度高，動作快小于其優(yōu)點是集成度高，動作快小于1 1s s、耗電省等。缺陷是有一定的導通電阻、各通道間耗電省等。缺陷是有一定的導通電阻、各通道間有一定的漏電、擊穿電壓低、易損壞等。有一定的漏電、擊穿電壓低、易損壞等。 2.2.放大器放大器 從傳感器來的信號有許多是毫伏級的微從傳感器來的信號有許多是毫伏級的微弱信號，須經(jīng)放大才干進展弱信號，須經(jīng)放大才干進展A/DA/D轉(zhuǎn)換。普通放轉(zhuǎn)換

17、。普通放在采樣開關(guān)之后。系統(tǒng)對放大器的主要要求在采樣開關(guān)之后。系統(tǒng)對放大器的主要要求是：精度高、溫漂小、共模抑制比高、頻帶是：精度高、溫漂小、共模抑制比高、頻帶寬至直流。寬至直流。 目前常用的放大器有以下幾種型式：目前常用的放大器有以下幾種型式：一種是高精度、低漂移的雙極型放大器；另一種是高精度、低漂移的雙極型放大器；另一種為隔離放大器，它帶有光電隔離或變壓一種為隔離放大器，它帶有光電隔離或變壓器隔離的低漂移信號放大器，以及一個高隔器隔離的低漂移信號放大器，以及一個高隔離的離的DC/DCDC/DC電源。電源。精細隔離放大器舉例精細隔離放大器舉例 線性誤差：小于線性誤差：小于0.01%輸入阻抗：

18、輸入阻抗：1M 隔離度：隔離度：2500V/50Hz/1min 任務溫度：任務溫度：-10+60精細隔離放大器舉例續(xù)精細隔離放大器舉例續(xù) 導軌安裝式導軌安裝式 隔離放大器用的隔離電源隔離放大器用的隔離電源 典型技術(shù)目的：典型技術(shù)目的：封裝：封裝： SIP、DIP 符合符合UL94-V0規(guī)范規(guī)范 ；電壓準確度：電壓準確度：1%；任務溫度：任務溫度：-40+85 ；效效 率：率：80% Min滿載滿載)；隔離電壓：隔離電壓：1500VDC ；80mVp-p Max ；輸出紋波輸出紋波/噪聲噪聲20MHz帶寬帶寬)；功率：功率：0.1W2W可選可選 3.A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC 放大器放大后的模擬信

19、號必需進展放大器放大后的模擬信號必需進展A/DA/D轉(zhuǎn)換才干由計算機進展運算處置。目前采用轉(zhuǎn)換才干由計算機進展運算處置。目前采用較多的較多的A/DA/D轉(zhuǎn)換器有兩大類：一類是并行轉(zhuǎn)換器有兩大類：一類是并行A/DA/D轉(zhuǎn)換器，另一類是串行轉(zhuǎn)換器，另一類是串行A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 在并行在并行A/DA/D轉(zhuǎn)換器中，又有逐位比轉(zhuǎn)換器中，又有逐位比較型和雙積分型之分。前者轉(zhuǎn)換速度較快，較型和雙積分型之分。前者轉(zhuǎn)換速度較快，有有8 8位、位、1212位、位、1616位等規(guī)格。位數(shù)越高，精位等規(guī)格。位數(shù)越高，精度也越高，但價錢也相應提高；后者轉(zhuǎn)換速度也越高，但價錢也相應提高；后者轉(zhuǎn)換速度較慢每秒度

20、較慢每秒1010次左右，常見的有次左右，常見的有3 3位半、位半、4 4位半等規(guī)格。位半等規(guī)格。 A/D轉(zhuǎn)換器的光耦接口電路轉(zhuǎn)換器的光耦接口電路 4. D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC與接口電路與接口電路 計算機運算處置后的數(shù)字信號有時必計算機運算處置后的數(shù)字信號有時必需轉(zhuǎn)換為模擬信號，才干用于工業(yè)消費的過需轉(zhuǎn)換為模擬信號，才干用于工業(yè)消費的過程控制。它的輸入是計算機送出的數(shù)字量，程控制。它的輸入是計算機送出的數(shù)字量，它的輸出是與數(shù)字量相對應的電壓或電流。它的輸出是與數(shù)字量相對應的電壓或電流。假設在計算機與假設在計算機與D/AD/A之間插入多路光耦合器之間插入多路光耦合器就能較好地防止工業(yè)控制設備干擾計算機的就能較好地防止工業(yè)控制設備干擾計算機的任務。假設運用多路采樣堅持器，只需運用任務。假設運用多路采樣堅持器，只需運用一只一只D/AD/A即可進展多路即可進展多路D/AD/A轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 D/A轉(zhuǎn)換器的光耦接口電路轉(zhuǎn)換器的光耦接口電路 4