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1、教案2014-2015 学年第一学期课程名称： 机械电子学课程编号： 064100300 学院、专业、年级： 机自 125，126 任课教师：崔华丽教 师 所 在 单 位：机械工程系中原工学院信息商务学院精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 31 页课程简介机械电子学是机械设计及其自动化的专业课，主要目的在于帮助学生全面了解机械设计制造及其自动化专业的知识体系构成，并掌握一定的必要的基础知识。重点在于了解机械技术、微电子技术和信息技术有机地结合为一体的方法。充分发挥机械技术、微电子技术和信息技术的各自的长处和特点，促进机械产品
2、的更新换代。了解该体系各构成部分的基本原理和应用，并为后续课程的学习打下必要的基础。本课程“以机为主、以电为用、机电结合”，系统地介绍了机电一体化技术的基本组成、原理、设计方法，详细介绍了该系统组成的各个技术模块的性能特点和优化设计技术，系统地介绍了整体系统的设计原则和技术方法。最后，通过大量的机电一体化系统设计实例，使读者能快速掌握机电一体化系统的设计思路与设计方法。通过这门课的学习，可以使学生快速、全面地掌握机电一体化系统的原理、应用原则和设汁方法，达到熟练地实现机电一体化系统设计和应用的目的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2
3、 页，共 31 页机电一体化技术（电子工业出版社/ 孟中凡）第一讲第一章概论一、教案目标与要求1、使学生理解机电一体化的基本概念；2、使学生熟悉机电一体化关键技术；3、使学生了解机电一体化的发展简况。二、重点及难点重点：机电一体化关键技术；难点：机电一体化关键技术。三、教案内容、方法手段、时间安排及板书设计1、课堂教案采用启发式、讨论式的教案方式，因材施教、课内外结合的方法，主要为多媒体加板书方式，在多媒体教室进行。2、方法手段：以讲授为主，辅以举例3、时间安排：机电一体化的基本概念 -（20 分钟）机电一体化关键技术 -（40 分钟）机电一体化的发展简况 -（30 分钟）四、教案小结、复习思
4、考题及作业题、课外学习任务及要求1、小结：机电一体化的基本概念；机电一体化关键技术；机电一体化的发展简况。2、作业：五、教案内容设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 31 页1.1 机电一体化技术的概念1.1.1 机电一体化系统的功能构成及定义“机电一体化”是机械技术、微电子技术相互交叉、融合的产物。图 1-1 机电一体化系统组成1.1.2 机电一体化系统的结构要素机电一体化内部所具有的功能主功能（变换、传递、存储）动力功能检测功能控制功能1.1.3 机电一体化产品的分类数控机械类电子设备类机电结合类电液伺服类信息控制类1
5、.2 机电一体化关键技术机械设计技术计算机与信息处理技术自动控制技术传感与检测技术执行与驱动技术机电一体化总体设计技术机械技术（机械学、机构学）机电一体化技术领域微电子技术（半导体技术、计算机技术）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 31 页 1.3 机电一体化的发展简况1.3.1 机械技术发展的总趋势阶段机械技术的发展代表的产品赋 予 机 械 的功能第一阶段机构的发明凸轮、齿轮、轴承、联轴器作业功能第二阶段使作业机构动作的动力机械的发明蒸汽动力、内燃机、电动机动力功能第三阶段自动控制技术的发明传感器、伺服系统测定功能第四阶
6、段微电子学的发明大规模的集成电路、微型计算机智能功能1.3.2 国内外机电一体化发展状况机电一体化技术的发展大体上可分为三个阶段20 世纪 60 年代以前为第一阶段，也可称为“萌芽阶段”。信息技术的职能是能够提高或扩展人类的信息能力的方法和手段的总称。20 世纪 70 年代至 20 世纪 80 年代为第二阶段，称为“蓬勃发展阶段”。从 20 世纪 90 年代后期开始为第三阶段，称为“智能化阶段”，机电一体化技术向智能化新阶段迈进。1.3.3 机电一体化技术的发展趋势1智能化2模块化3网络化4微型化5绿色化6人性化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -
7、 - -第 5 页，共 31 页第二讲 第二章机械系统设计技术一、教案目标与要求1、使学生了解了解机械设计的基本知识；2、使学生了解常见机构传动设计的原理及特点。二、重点及难点重点：常见机构传动设计的原理及特点；难点：常见机构传动设计的原理。三、教案内容、方法手段、时间安排及板书设计1、课堂教案采用启发式、讨论式的教案方式，因材施教、课内外结合的方法，主要为多媒体加板书方式，在多媒体教室进行。2、方法手段：以讲授为主，辅以举例3、时间安排：机械设计的基本知识 - （30 分钟）常见机构传动设计的原理及特点-（60 分钟）四、教案小结、复习思考题及作业题、课外学习任务及要求1、小结：机械设计的基
8、本知识；常见机构传动设计的原理及特点。2、作业：五、教案内容设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 31 页2.1 机械设计概述2.1.1 机电一体化对机械系统的要求（1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑部件，如采用滚珠丝杠副、滚动导向支撑、动（静）压导向支撑等。（2）缩短传动链，提高传动与支撑刚度，如用加预紧的方法提高滚珠丝杠副和滚动导轨副的传动与支撑刚度；采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接并减少中间传动机构；丝杠的支撑设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支撑结构等。（3）选用最佳传动比，以达到提高系统
9、分辨率、减少执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能提高加速能力。（4）缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支撑变形的措施。（5）改进支撑及架体的结构设计以提高刚性，减小振动，降低噪声。如选用复合材料等来提高刚度和强度，减小质量、缩小体积使结构紧密化，以确保系统的小型化、轻量化、高速化和高可靠性。2.1.2 机械系统的组成传动机构导向机构执行机构2.1.3 机械参数对系统性能的影响1. 刚度 2. 惯量3. 摩擦4. 传动误差 5. 谐振频率2.2 传动机构的设计2.2.1 机械传动装置常用的机械传动部件有螺旋传动、齿轮传动、同步带、高速带传动以及各种非线性传动部件等，其主要功能是传递转矩
10、和转速。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 31 页2.2.1.2带传动1、组成：主动轮 、从动轮、张紧在两轮上的环型传动带。2、原理：原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合），便拖动从动轮一起转动，并传递一定动力。3、特点（1）优点带具有良好的弹性，可以缓和冲击，吸收振动，传动平稳，噪声小；过载时，带在带轮上打滑，可防止其他零件损坏，起安全保护作用；适用于两轴中心距较大的场合；结构简单，制造、安装和维护方便，成本低。（2）缺点带在带轮上有相对滑动，不能保证准确的传动比；传动效率较低，带的寿命较短；传动的外廓尺
11、寸大；带传动需要张紧，支撑带轮的轴和轴承受力较大；带传动中的摩擦会产生电火花，不宜用于易燃、易爆等场合。4、主要参数：包角 、基准长度 Ld、中心距 a及带轮直径 dd1、dd2 。2.2.1.2 谐波齿轮传动1、特点：结构简单、传动比大（几十到几百）、传动精度高、回程误差小、噪声低、传动平稳、承载能力强、效率高。2、工作原理：谐波齿轮传动与少齿差行星齿轮传动十分相似。它是依靠柔性齿轮产生的可控变形波引起齿间的相对错齿来传递动力和运动的，因此它与一般齿轮传动具有本质上的差别，如下图所示，谐波齿轮传动由波形发生器3（H）和刚轮 l、柔轮 2组成 。3、应用领域：工业机器人、航空、火箭等机电一体化
12、系统。2.2.1.3 滚珠螺旋传动滚珠丝杠副 ：应用十分广泛。1、组成：滚珠丝杠副是在丝杠和螺母间以钢球为滚动体的螺旋传动部件，它可将旋转运动变为直线运动，或相反。d0公称直径； Dpw节圆直径； 接触角； Ph导程；螺旋角精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 31 页滚珠丝杠l1Dd1d0DpwDWPh 滚珠螺母钢球2、滚珠的循环方式滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 31 页第三讲 第二章机械系统设计技术一、
13、教案目标与要求1、使学生了解支撑导向部件的组成及分类；2、使学生了解几种常见的支撑部件的组成及使用。二、重点及难点重点：常见支撑部件的组成及使用；难点：常见支撑部件的组成及使用。三、教案内容、方法手段、时间安排及板书设计1、课堂教案采用启发式、讨论式的教案方式，因材施教、课内外结合的方法，主要为多媒体加板书方式，在多媒体教室进行。2、方法手段：以讲授为主，辅以举例3、时间安排：支撑导向部件的组成及分类- （ 30分钟）常见的支撑部件的组成及使用- （60分钟）四、教案小结、复习思考题及作业题、课外学习任务及要求1、小结：支撑导向部件的组成及分类；常见的支撑部件的组成及使用。2、作业：五、教案内
14、容设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 31 页2.3 支撑导向部件的设计组成：导向支撑部件、轴系支撑部件、旋转支撑部件和机座机架 。2.3.1 导向支撑部件1、导轨副组成：主要由承导件1 和运动件 2 两部分组成。122、导轨副的分类3、导轨副间隙的调整常用的调整方法有压板法和镶条法两种。对燕尾形导轨可采用镶条（垫片）方法同时调整垂直和水平两个方向的间隙。对矩形导轨可采用修刮压板、调整垫片的厚度或调整螺钉的方法进行间隙滑动导轨滚动导轨流体介质摩擦导轨气体、液体弹性摩擦导轨片簧型膜片型柔性铰链型动压型静压型动静压型滚柱（
15、针）型滚珠型滚动导轨块型滚动轴承型圆柱型棱柱型组合型精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 31 页的调整。2.3.2 轴系支撑部件轴系支撑机构由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成。1、轴的分类：转轴、芯轴 、传动轴。2、轴上零件常用的轴向固定方法：轴肩和轴环、套筒、圆螺母、弹性挡圈 、轴端挡圈。3、 轴的周向固定：紧定螺钉固定、销钉固定、过盈配合固定。轴毂联结主要是使轴上零件与轴周向固定以传递转矩。常用：键联结、过盈联结、无键联结、销联结、螺纹联结。10 11 9 8 7 12 1 2 3 4 5 6 1、 4轴头；2
16、轴肩；3、 6轴颈；5轴环；7轴承盖；8滚动轴承；9齿轮；10套筒；11带轮；12 轴端挡圈精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 31 页LdA型B型C型hb2.3.2.3 轴承轴承是机械传动中的关键部件，在机械零件设计时，要能够根据轴承手册选用合理的轴承。轴承可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）。1、滑动轴承的失效形式：磨粒磨损、疲劳剥落、刮伤、腐蚀、胶合 。2、滚动轴承的失效形式：疲劳点蚀、塑性变形、滚动轴承的密封。3、轴承的润滑非常重要。2.3.3 旋转支撑部件1、旋转支撑的种类及基本要求方
17、向和置中精度、摩擦阻力矩的大小、许用载荷、对温度变化的敏感性、耐磨性以及磨损后补偿的可能性、抗振性及成本。2、圆柱支撑（a）134dd12（b）2.3.4 机架与机座1机座机架的作用及基本要求刚度与抗振性精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 31 页热变形稳定性第四讲第二章机械系统设计技术一、教案目标与要求1、使学生了解执行机构设计原理；2、使学生了解齿轮变速机构电机的设计步骤。二、重点及难点重点：齿轮变速机构电机的设计步骤；难点：齿轮变速机构电机的设计步骤。三、教案内容、方法手段、时间安排及板书设计1、课堂教案采用启发式、
18、讨论式的教案方式，因材施教、课内外结合的方法，主要为多媒体加板书方式，在多媒体教室进行。2、方法手段：以讲授为主，辅以举例3、时间安排：执行机构设计原理 -（40 分钟）齿轮变速机构电机的设计步骤- （25 分钟）四、教案小结、复习思考题及作业题、课外学习任务及要求1、小结：执行机构设计原理；齿轮变速机构电机的设计步骤。2、作业：五、教案内容设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 31 页2.4执行机构设计2.4.1 微动机构1、定义：微动机构是一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定的进给运动的机构。2、特
19、点：灵敏度高，最小移动量能达到使用要求；传动灵活、平稳，无空程与爬行，制动后能保持稳定的位置；抗干扰能力强，响应快速；并且结构工艺性良好。举例：万能工具显微镜工作台的微动机构（手动机械式）1234562.4.2 定位机构定位机构是机电一体化机械系统中一种确保移动件占据准确位置的执行机构，它通常采用分度机构和锁紧机构组合的形式来实现精确定位的要精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 31 页求。2.5 部件应用实例2.5.1 齿轮变速机构电机的选择要求： 1、根据课本的内容，了解电机选择的关联参数。2、根据相关参数，学会使用机械
20、设计手册进行查询。3、让同学了解常用的标准（不同行业、不同企业、不同国家采用的标准不同）2.5.2 数控机床回转刀架数控机床自动回转刀架是在一定空间范围内，能使刀架执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的机构。数控车床的刀架是机床的重要组成部分，其结构直接影响机床的切削性能和工作效率 . 回转刀架分度准确，定位可靠，重复定位精度高，转位速度快，夹紧性好，可以保证数控车床的高精度和高效率精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 31 页第五讲第三章机电一体化检测与传感技术一、教案目标与要求1、使学生了解检测系统的组成；2、使学生
21、了解传感器的组成和分类；二、重点及难点重点：传感器的组成和分类；难点：传感器的组成和分类。三、教案内容、方法手段、时间安排及板书设计1、课堂教案采用启发式、讨论式的教案方式，因材施教、课内外结合的方法，主要为多媒体加板书方式，在多媒体教室进行。2、方法手段：以讲授为主，辅以举例3、时间安排：检测系统的组成 -（30 分钟）传感器的组成和分类 -（60 分钟）四、教案小结、复习思考题及作业题、课外学习任务及要求1、小结：检测系统的组成；传感器的组成和分类。2、作业：五、教案内容设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 31 页
22、3.1 概述3.3.1 检测系统的组成3.2 传感器的组成和分类3.2.1 传感器的组成敏感元件转换元件基本转换电路电量被测量传 感 器 一 般 由 敏 感 元 件 、 转 换 元 件 、 转 换 电 路 三 部 分 组 成 ：1. 敏感元件（ Sensitive element）：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。2. 转换元件（ Transduction element）：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。3. 转换电路（ Transduction circuit）：上述电路参数接入转换电路，便精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳
23、总结 - - - - - - -第 18 页，共 31 页可转换成电量输出。实际上，有些传感器很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换元件）组成，它感受被测量时直接输出电量。如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路。3.2.2 传感器的分类1按被测物理量分类1）机械量：位移、力、速度、加速度2）热工量：温度、热量、流量（速）、压力（差）、液位3）物性参量：浓度、粘度、比重、酸碱度4）状态参量：裂纹、缺陷、泄漏、磨损2. 按工作原理分类1）物理传感器2）化学传感器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 31 页第六讲
24、第三章机电一体化检测与传感技术一、教案目标与要求1、使学生了解常见传感器的组成；2、使学生了解几种常见传感器的工作原理。二、重点及难点重点：常见传感器的组成；难点：常见传感器的工作原理。三、教案内容、方法手段、时间安排及板书设计1、课堂教案采用启发式、讨论式的教案方式，因材施教、课内外结合的方法，主要为多媒体加板书方式，在多媒体教室进行。2、方法手段：以讲授为主，辅以举例3、时间安排：常见传感器的组成 -（30 分钟）常见传感器的工作原理 -（60 分钟）四、教案小结、复习思考题及作业题、课外学习任务及要求1、小结：常见传感器的组成；常见传感器的工作原理。2、作业：五、教案内容设计精选学习资料
25、 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 31 页3.3 常见传感器及其工作原理3.3.1 光电编码器编码器是将机械传动的模拟量转换成旋转角度的数字信号，进行角位移检测的传感器。编码器的种类很多，根据检测原理，它可分为电磁式、电刷式、电磁感应式及光电式等。光电编码器根据其刻度方法及信号输出形式，分为增量式编码器和绝对式编码器。1、增量式光电编码器图 3-3 增量式光电编码器2、绝对式光电编码器绝对式光电编码器的编码盘由透明及不透明区组成，这些透明及不透明区按一定编码构成，编码盘上码道的条数就是数码的位数。绝对式编码精选学习资料 - - -
26、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 31 页器能够直接给出对应于每个转角位置的二进制数码，便于计算机处理。光电编码器的应用转速测量转速可由编码器发出的脉冲频率或周期来测量。转速可由编码器发出的脉冲频率或周期来测量。3.3.2 光栅尺光栅尺或称光栅，是一种高精度的直线位移传感器。图 3-8 光栅尺的结构示意图2、莫尔条纹与参数间的关系光栅的莫尔条纹有如下特点：（1）起放大作用。（2）莫尔条纹的移动与栅距成正比。3.3.3 电阻应变计电阻应变计是根据应变电阻效应，将给测试件的应变量转换成电阻变化量的敏感元件。它不仅直接作为应力、应变测量的传感器而且可以
27、与弹性元件组合构成力、压力、称重、位移、扭矩、振动、加速度等多种W精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 31 页专用式传感器，广泛应用于机械、交通、建筑、化工和电力等行业。电阻应变计的结构电阻应变计主要由电阻敏感栅、基底和面胶（或覆盖层）、粘结剂、引出线五部分组成。电阻应变计的结构如图所示。图 3-2 电阻应变计的构造1敏感栅； 2引出线； 3粘结剂（未示出）； 4覆盖层； 5基底3、应变计的类型电阻应变计的分类方法很多，常用的是按应变计的制造材料、温度以及用途的不同来分类。（1）按敏感栅的制造方法分类1）金属丝式应变计箔式
28、应变计箔式应变计的敏感栅是利用照相制版或光刻腐蚀技术制成的，箔栅厚度一般为 0.002mm0.005mm, 最薄的达0.00035mm 。箔式应变计，工艺上能保证敏感栅尺寸的准确，线条均匀，适应不同的测量要求，传递试件应变性能好、横向效应小和散热性能好，因此得到了广泛的应用，现在已经基本上取代金属丝应变计。金属薄膜应变计所谓薄膜是指厚度在0.1um 以下的膜，它是采用真空的溅射或真空沉积等方法制成的。通过按规定的图形制成的掩膜版，在基底材料上溅射或13245精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 31 页沉积一层电阻材料的薄膜
29、，从而制成金属薄膜应变计。4、电阻应变计的应用电阻应变计主要有以下两种应用方式：（1）应变片直接粘贴在试件上，用来测量工程结构受力后的应力分析或所产生的应变，为结构设计、应力校正或分析结构在使用中产生破坏的原因提供实验数据，如电阻应变仪。在测量齿轮轮齿弯矩或立柱应力时，也常在被测位置处直接粘贴应变片进行测量，如图所示。（2）将应变片粘贴在弹性元件上，进行标定后作为测量力、压力、位移等物理量的传感器。3.3.4 温度传感器温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，用于检测温度和热量，因此也叫做热电式传感器。温度传感器一般分为接触式和非接触式两大类1、热电效应热电偶测温是基于热电效应。在两
30、种不同的导体（或半导体）A 和 B 组成的闭合回路中，如果它们两个结点的温度不同，则回路中产生一个电动势，通常我们称这种电动势为热电势，这种现象就是热电效应3、热电偶的种类热电偶是目前应用广泛、发展比较完善的温度传感器，它在很多方面都具备一种理想温度传感器的条件。（1）标准化和非标准化热电偶标准化热电偶的工艺比较成熟，应用广泛，性能优良稳定，能成批生产（2）普通型热电偶。这种类型的热电偶主要用于测量气体、蒸气和液体气体、蒸汽和液体介质的温度。4、热电偶的特点（1）温度测量范围宽（2）性能稳定、准确可靠（3）信号可以远传和记录精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
31、 - - - - -第 24 页，共 31 页5、热电阻传感器利用热敏电阻可以制成温度传感器。所谓热敏电阻即是对热量敏感的电阻体，其电阻值随温度的变化而显著改变。6、温度传感器的应用第七讲第三章机电一体化检测与传感技术一、教案目标与要求1、使学生了解传感信号的采样保持器的原理图；2、使学生掌握数字信号的采集与处理步骤。二、重点及难点重点：数字信号的采集与处理步骤；难点：数字信号的采集与处理步骤。三、教案内容、方法手段、时间安排及板书设计1、课堂教案采用启发式、讨论式的教案方式，因材施教、课内外结合的方法，主要为多媒体加板书方式，在多媒体教室进行。2、方法手段：以讲授为主，辅以举例3、时间安排：
32、常见传感器的组成 -（30 分钟）数字信号的采集与处理步骤-（60 分钟）四、教案小结、复习思考题及作业题、课外学习任务及要求1、小结：常见传感器的组成；数字信号的采集与处理步骤。2、作业：五、教案内容设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 31 页3.4 检测信号的采集与处理3.4.1 传感信号的采样 / 保持3.4.2 数字信号的采集与处理1、数字信号处理的步骤数字信号处理的基本步骤如图所示图 3-22 数字信号处理系统功能框图2、数字信号处理方法通过 A/D 转换得到的数字信号，可以利用计算机进行各种各样的处理。除
33、此 之 外 ， 还 有 数 字 滤 波 、 快 速 傅 立 叶 变 换 （ Fast Fourier 信号采集预处理分析计算显示记录模拟信号预处理处理结果)(1tx)(2tx精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 31 页Transform,FFT ）等。（1）算术平均值法平均值滤波法是对信号Y 的 m次测量值进行算术平均，作为时刻n 的输出，即（2）中位值滤波法中位值滤波法的原理是对被测参数连续采样次（3 且为奇数），并按大小顺序排序；再取中间值作为本次采样的有效数据。中位值滤波法和算术平均值滤波法结合起来使用，滤波效果会更
34、好。（3）限幅滤波法由于大的随机干扰或采样器的不稳定，使得采样数据偏离实际值太远，为此仅采用上、下限限幅3.4.3 信号调制与解调在测试技术中，调制是工程测试信号在传输过程中常用的一种调理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。1、调幅与解调调幅是将一个高频简谐信号（载波信号）与测试信号（调制信号）相乘，使载波信号随测试信号的变化而变化。调幅的目的是为了便于缓变信号的放大和传送，然后再通过解调从放大的调制波中取出有用的信号。3、调频与解调（1）调频原理调频是利用调制信号的幅值变化控制和调节载波的频率。调频比较容易实现数字化，特别是调频信号在传输过程中不易受到干扰，所以在测量、
35、通信和电子技术的许多领域中得到了越来越多广泛的应用。2）鉴频器调频波的解调又称为鉴频，是将频率变化的等幅调频波，按其频率变化复现调制信号波形的变换。振幅鉴频器是一种简单的调频解调器，其原理图及频率幅值变换如图所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 31 页第八讲第三章机电一体化检测与传感技术一、教案目标与要求1、使学生了解传感器信号的计算机检测技术；2、使学生了解车载信息系统构成及原理。二、重点及难点重点：传感器信号的计算机检测技术；难点：车载信息系统构成及原理。三、教案内容、方法手段、时间安排及板书设计1、课堂教案采用
36、启发式、讨论式的教案方式，因材施教、课内外结合的方法，主要为多媒体加板书方式，在多媒体教室进行。2、方法手段：以讲授为主，辅以举例3、时间安排：传感器信号的计算机检测技术-（30 分钟）车载信息系统构成及原理 -（60 分钟）四、教案小结、复习思考题及作业题、课外学习任务及要求1、小结：传感器信号的计算机检测技术；车载信息系统构成及原理。2、作业：五、教案内容设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 31 页3.5 传感器的应用3.5.1 传感器信号的计算机检测技术3.5.1.1传感器的测量电路在机电一体化系统中，传感器获取
37、系统的有关信息并通过检测系统进行处理，以实施系统的控制。通常，这种电量信号很微弱，需要由中间转换电路进行放大、调制解调、AD、D A 转换等处理以满足信号传输、微机处理的要求，根据需要还必须进行必要的阻抗匹配、线性化及温度补偿等处理。1）模拟型测量电路模拟型测量电路适用于电阻式、电感式、电磁式、电热式等输出模拟信号的传感器。当传感器为电参量式时，即被测物理量的变化引起敏感元件的电阻、电感、或电容等参数变化时，则需通过基本转换电路将其转换成电量 (电压、电流等 ) 。若传感器的输出已是电量，则不需要基本转换电路。（2）数字型测量电路数字型测量电路有绝对码数字式和增量码数字式。绝对码数字式传感器输
38、出的编码与被测量一一对应，每一码道的状态由相应的光电元件读出，经光电转换、放大整形后，得到与被测量相对应的编码。输出的信号为增量码数字信号的传感器，如光栅、磁栅、容栅、感应同步器、激光干涉等传感器均使用增量码测量电路。（3）开关型测量电路传感器的输出信号为开关信号，如光电开关和电触点开关的通断信号等。这类信号的测量电路实质为功率放大电路。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 31 页（4）转换电路中间转换电路的种类和构成由传感器的类型决定。这里对常用的转换电路，如电桥、放大电路、调制与解调电路、数/ 模(DA)与模/ 数(A
39、D)转换电路等的作用做一简单说明，其工作原理及应用电路请参考相关资料。3.5.1.2传感器的计算机接口输入到计算机的信息必须是计算机能够处理的数字量信息。传感器的输出形式可分为模拟量、数字量和开关量。（1）输入放大器被分析的信号幅值大小不一，输入放大器（或衰减器）便是对幅值进行处理的器件。对于超过限额的电压幅值，可以加以衰减，对于太小的幅值，则加以放大，避免影响采样精度。（2）抗频混滤波器在作频域分析时，为解决频混的影响，采样之前通常用模拟滤波器来衰减不感兴趣的高频分量，然后根据滤波器的选择性来确定适当的采样频率。低通滤波器为抗频混滤波器。由于低通滤波器能衰减高频分量，所以也可对时域分析时的信
40、号作平滑处理。抗频混滤波器的截止频率一般都是多当可选的，依信号特性选用。（3）采样保持电路采样保持电路在A/D 转换之前，是为A/D 进行转换期间，保持输入信号不变而设置的。对于模拟输入信号变化率较大的信号通道，一般都需要的。对于直流或者低频信号通道则可不用。采样保持电路对系统精度起着决定性的影响。要求采样时，存储电容尽快充电，以跟随参量变化。保持时，存储电容漏电必须接近于零，以便使输出值保持不变。（4）模拟多路开关模拟多路开关的作用为分别或依次把各传感器输出的模拟量与A/D 接通，以便进行A/D 转换。对其要求是：（1）导通电阻小，（ 2）开路电阻大，交叉干扰小；（ 3）速度快。（5）A/D
41、转换器及其与计算机的连接在机电一体化产品常用的传感器中，有很多是以模拟量形式输出信号精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 31 页的，如位置检测用的差动变压器、温度检测用的热电偶、温敏电阻、转速检测用的测速发电机等，但由于控制计算机是一个数字系统（有些信号的单片机内部集成了模/ 数转换器件，如 MCS 96 系列单片机等）。3.5.2 传感器在机电一体化系统中的应用实例车载信息系统车载信息系统是汽车技术革命的一项重要内容，它是将汽车工业的传统的模拟测量测控技术改变为现代化的数字测控技术，把汽车装备的现代化和信息化提高到一个新的高度。该系统是以计算机为核心，对汽车的各种信息状态，如燃油的液位、电池电压、水温、机油压力、车速等参数进行采集、处理、显示和报警提示。系统的构成和工作原理车载信息系统的构成如图3-34 所示。它由工控机、多种传感器、信息采集部件、计数器卡、声光显示和报警部件、GPS以及管理控制软件所组成。该系统的工作原理是：汽车燃油的液位、电池电压、行进速度、机油压力各种信息参数都由响应的传感器进行检测。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 31 页