設(shè)計(jì)一個測試系統(tǒng),首先考慮的是傳感器的選擇,其選擇正確與否,直接關(guān)系到測試系統(tǒng)的成敗。選擇合適的傳感器是一個較復(fù)雜的問題,現(xiàn)就其一般性討論如下。
①首先要仔細(xì)研究測試信號還是速度、加速度、力的測量,確定測試方式和初步確定傳感器類型,例如,是位移測量,再確定傳感器類型。
②要分析測試環(huán)境和干擾因素,測試環(huán)境是否有磁場、電場、溫度的于擾,測試現(xiàn)場是否潮濕等。
③根據(jù)測試范圍確定某種傳感器,例如位移測量,要分析是小位移,還是大位移。若是小位移測量,有電感傳感器、電容傳感器、霍耳傳感器等供選擇;若是大位移測量,有感應(yīng)同步器、光柵傳感器等供選擇。
④確定測量方式。在測試工程中,是接觸測量,還是非接觸測量。例如,對機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)誤差測量,就必須采用非接觸測量。
⑤考慮傳感器的體積,被測位置是否能放下,傳感器的來源、價(jià)格等因素。
當(dāng)考慮完上述問題后,就能確定選用什么類型的傳感器,然后再考慮以下問題。
①靈敏度。傳感器的靈敏度越高,可以感知越小的變化量,即被測量稍有微小變化時,傳感器即有較大的輸出。但靈敏度越高,與測量信號無關(guān)的外界噪聲也容易混入,并且噪聲也會被放大。因此,要求傳感器有較大的信噪比。
傳感器的量程是和靈敏度緊密相關(guān)的一個參數(shù)。當(dāng)輸入量增大時,除非有專門的非線性校正措施,傳感器不應(yīng)在非線性區(qū)域工作,更不能在飽和區(qū)域工作。有些需在較強(qiáng)的噪聲干擾下進(jìn)行的測試工作,被測信號登加干擾信號后,也不應(yīng)進(jìn)入非線性區(qū)。因此,過高的靈敏度會影響其使用的測量范圍。
若被測量是一維向量時。則傳感器在被測量方向的靈敏度愈高愈好,而橫向靈敏度越小越好;若被測量是二維或三維向量,則對傳感器還應(yīng)要求交又靈敏度越小越好。
一般光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等物性型傳感器響應(yīng)時間短,工作頻率范圍寬。而結(jié)構(gòu)型,如電感、電容、磁電式傳感器等,由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響和機(jī)械系統(tǒng)慣性的限制,其固有頻率較低。
在動態(tài)測量中,傳感器的響應(yīng)特性對測試結(jié)果有直接影響,在選用時,應(yīng)充分考慮到被測物理量的變化特點(diǎn)(如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機(jī)等)。
③穩(wěn)定性。傳感器的穩(wěn)定性是經(jīng)過長期使用以后,其輸出特性不發(fā)生變化的性能。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo),超過使用期,應(yīng)及時進(jìn)行標(biāo)定。影響傳感器穩(wěn)定性的因素主要是環(huán)境與時間。
在工業(yè)自動化系統(tǒng)或自動檢測系統(tǒng)中,傳感器往往是在比較惡劣的環(huán)境下工作,灰塵、油污、溫度、振動等干擾是很嚴(yán)重的,這時傳感器的選用,必須優(yōu)先考慮穩(wěn)定性因素。
④精度。傳感器的精度表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。因?yàn)閭鞲衅魈幱跍y試系統(tǒng)的輸入端,因此,傳感器能否真實(shí)地反映被測量,對整個測試系統(tǒng)具有直接影響。然而,傳感器的精確度并非越高越好,還要考慮到經(jīng)濟(jì)性。傳感器精度越高,價(jià)格越昂貴,因此,應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)來選擇。首先應(yīng)了解測試目的,是定性分析,還是定量分析。如果屬于相對比較性的試驗(yàn)研究,只需獲得相對比較值即可,那么對傳感器的精確度要求可低些。然而,對于定量分析,因?yàn)楸仨毇@得精確量值,所以要求傳感器應(yīng)有足夠高的精確度
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