第一章 概论
1. 机电一体化 是以机械学、 电子学和信息科学为主的多门技术学科在机电产品发 展过程中相互叉、相互渗透而形成的一门新兴边缘性技术学科。
2. 机电一体化系统包括： 机械本体 、检测传感部分 、电子控制单元 、执行器 和动 力源 ，各要素之间通过 接口 相联系。
机械本体 是机电一体化系统的基础， 起着支撑系统中其它功能单元， 传递运动和 动力的作用。
检测传感部分 监测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化， 并将信息传递给电子控制单元， 电子控制单元根据检测到的信息向执行器发出相 应的控制指令。
电子控制单元 ，又称 ECU （Electrical Control Unit）, 是机电一体化系统的核心，负 责将来自各传感器的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根 据信息处理结果， 按照一定的程序和节奏发出相应的指令， 控制整个系统有目的 地运行。
执行器 的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。 执行器是运动部 件，通常采用 电力驱动、气压驱动和液压驱动 几种方式。
动力源 作用就是按照系统控制要求向机器系统提供能量和动力使系统正常运行。 提供能量的方式包括 电能、气能和液压能 ，以电能为主。
3. 机电一体化共性关键技术主要有： 检测传感技术 、信息处理技术 、控制技术 、 伺服驱动技术 、 机械技术 和系统总体技术 。 第二章 检测与传感器
1. 传感器按输出信号的性质分为 开关型 、模拟型、数字型。
2. 传感器静态特性的主要技术指标有： 线性度 、灵敏度 、迟滞和重复性等。
3. 光栅 是一种新型的位移检测元件， 是一种将机械位移或模拟量转变为数字脉冲 的测量装置。根据载体，分为 透射光栅和反射光栅；根据外形，分为 直线光栅 和 圆光栅 。 4. 光栅位移传感器 由标尺光栅、指示光栅 、光电器件和光源等组成。一般标尺光 栅和指示光栅的刻线密度是相同的，而刻线之间的距离 W 称为 栅距。
5. 光栅位移传感器工作原理 ：如果把两块栅距 W 相等的光栅平行安装，且让它 们的刻痕之间有较小的夹角B时，这时光栅上会出现若干条明暗相间的条纹， 这 种条纹称 莫尔条纹 ，它们沿着与光栅条纹几乎垂直的方向排列。 特点：测量精确 度高（可达土 1卩m）、响应速度快、量程范围大、可进行非接触测量等。其易 于实现数字测量和自动控制。
6. 莫尔条纹具有如下特点 ： 莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例。 莫尔条纹具有位移放大作用。 莫尔条纹具 有平均光栅误差的作用。
7. 通过光电元件，可将 莫尔条纹 移动时光强的变化转换为近似正弦变化的电信 号。测量分辨率等于 栅距。提高测量分辨率的常用方法是 细分。
8. 感应同步器 是利用 电磁感应原理 把两个平面绕组间的位移量转换成电信号的 一种位移传感器。按测量机械位移的对象不同， 感应同步器分为 直线型和圆盘型 。 直线型感应同步器由 定尺 和滑尺两部分组成。
9. 定尺绕组是连续的。滑尺上分布着两个励磁绕组，分别称为 正弦绕组 和余弦绕 组。 10. 感应同步器的工作原理：在滑尺的正弦绕组中，施加频率为f （一般为10kHz） 的交变电流时定尺绕组感应出频率为 f 的感应电势。 感应电势的大小与滑尺和定 尺的相对位置有关。 特点 ：成本低，受环境温度影响小，测量精度高，且为非接 触测量。
11. 感应同步器是利用 感应电压 的变化来进行位置检测的。测量方式有： 相位工 作法 和幅值工作法 。
12. 磁栅是利用电磁特性来进行 机械位移 的检测。
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13. 磁栅工作原理 ：磁栅式位移传感器由磁尺（磁栅）、磁头和检测电路等部分 组成。
磁尺是采用录磁的方法，记录磁化信号，作为基准刻度标尺。磁头把磁栅 上的磁信号检测出来并转换成电信号。 检测电路主要用来供给磁头激励电压和磁 头检测到的信号转换为脉冲信号输出。
特点：结构简单、使用方便、动态范围大（1~20 m）和磁信号可以重新录制。但 需要屏蔽和防尘。磁栅的测量方式有 鉴幅测量方式 和鉴相测量方式 。
14. 旋转变压器 是一种利用电磁感应原理将 转角变换为电压信号 的传感器。 工作原理 ：旋转变压器由定子和转子组成。 当以一定频率的激磁电压加于定子绕 组时，转子绕组的电压幅值与转子转角成正弦、 余弦函数关系， 或在一定转角范 围内与转角成正比关系。 特点：结构简单，动作灵敏，对环境无特殊要求，输出 信号大，抗干扰好。 15. 光电编码器 是一种码盘式角度—数字检测元件。两种基本类型： 增量式编码 器、绝对式编码器
16. 增量式编码器 是指随转轴旋转的码盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向用 计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来表示转过的角位移量。
17. 绝对式编码器 是把被测转角通过读取码盘上的图案信息直接转换成相应代码 的检测元件。编码盘有 光电式 、 接触式 和电磁式 三种。
18. 由于制造和安装精度的影响，当码盘回转在两码段交替过程中，会产生读数 误差，这种误差称 非单值性误差 。
1 9.为了消除非单值性误差 ，可采用以下的方法：
（ 1 ）循环码盘 。 是消除非单值性误差的一种有效方法。
（ 2） 带判位光电装置的二进制循环码盘 。只有当信号位处的光电元件有信号时 才读数，这样就不会产生非单值性误差。
22. 根据定子磁极激磁方式的不同， 直流测速发电机可分为 电磁式 和永磁式 两种。 23. 差动变压器 式速度传感器除了可测量 位移外，还可测量 速度 。 24. 加速度传感器常用的有 应变片式 和压电式。 25. 通常测力传感器的弹性元件有 柱式 、梁式。
26. 固态图像传感器 是采用光电转换原理，将被测物体的光像转换为电子图像信 号输出的一种大规模集成电路光电元件，常称电荷耦合器件（简称 CCD）。
特点 ：体积小，析像度高， 功耗小，广泛用于非接触的尺寸、 形状、损伤的测量， 以及图像处理和自动控制等领域。
27. CCD的基本功能，即电荷的 产生、存储、转移、输出。构成CCD的基本单元 是MOS电容器。
28. 固态图像传感器 依其光敏元排列方式分为 线型、 面型等种。 应用 ：可以判别 被测物体的位置、尺寸、形状和异物的混入
29. 激光检测 主要是利用激光的 方向性 、单色性、相干性 以及随时间、空间的 可 聚焦性的特点。
30. 当激光照射到相对运动的物体上时，被物体散射（或反射）光的频率将发生 改变，这种现象称为多普勒效应。相应地，将散射（或反射）光的频率与光源光 频率的差值称为多普勒频移。
31. 超声波检测基本原理：利用某些非声量的物理量与描述超声波介质声学特性 的超声量之间存在着直接或间接的关系。依据这些规律，通过超声量的测定来测 出某些被测物理量。
32. 超声波检测多采用超声波源向被测介质发射超声波，然后接收与被测介质相 作用之后的超声波，从中得到所需信息。检测过程如下：
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控制
显
ZT；
33. 传感器的选择：（1）测试要求和条件。（2）传感器特性。（3）使用条件。 34. 传感器的正确使用是指：（1）传感器的输出特性进行 线性化处理和补偿。 （2）传感器的标定。（3）抗干扰措施。分为屏蔽、接地、隔离、滤波。
38. 振荡器用于对传感器信号进行调制，并为解调提供参考信号； 量程变换电路 的作用
是避免放大器饱和并满足不同测量范围的需要； 解调器用于将已调制信号 恢复成原有形式；滤波器可将无用的干扰信号滤除，并取出代表被测物理量的有 效信号；运算电路可对信号进行各种处理，以正确获得所需的物理量，其功能也 可在对信号进行模/数转换后，由数字计算机来实现。
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39. 数字信号检测系统分为绝对码数字式、增量码数字式 40. 绝对码数字式：传感器输出的编码与被测量——对应。
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41.
增量码数
字式：传感器输出增量码信号，即信号变化的周期数与被测量成正 比。在图2— 44中，传感器的输出多数为正弦波信号，需先经放大、整形后变 成数字脉冲信号。为提高分辨率，常采用细分电路使传感器信号每变化 1/n个
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华中农业大学机电一体化
