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传感器论文2000字

发布日期:2020-10-11 08:02

  摘要:随着计算机技术的不断发展,信息处理技术也在不断发展完善。但作为提供信息的传感器,它的发展相对于计 算机的信息处理功能来说就落后了。这使得自动检测技术受 到影响,而检测技术是人类认识世界和改造科技不可少的重 要手段。基于上述因素,越来越多的科技工作者对传感器技 术予以了高度的重视,促使传感器技术加速发展,以适应信 息处理技术的需要。突破是以测试技术的水平为基础的压阻 型扩散硅压力传感器以其低价格得到广泛应用,基于单片机 技术的智能压力传感器以其使用方便,测量精确而得以推 压力传感器的核心是扩散硅电阻桥,智能压力传感器应用单片机技术采集数据、信号的处理并输出显示结果。扩 散硅的压阻系数是温度的函数,所以存在灵敏度温漂,而影 响温度的因素是多方面的:测量环境的变化,测量电路产生 的热量的影响等等,所以要想得到比较精确的压力值,必须 对压力传感器进行校正。 压力传感器的零点存在热漂移、 电漂移和时间漂移,减小压力传感器的热零点漂移的措施是 各力敏电阻的电阻值及其温度系数的相等性。 关键字:光电效应光电元件 光电特性 传感器分类 传感 传感器技术在当代科技领域中占有十分重要的地位,是21 世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点,在国外 各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键。 从20 世纪80 年代起,日本就将传感器技术列为优先发展的 高打捞技术之首,美国等西方国家也将传感器的基本知识列 为国家科技和国防技术发展的重点内容。当前,世界上正面 临着一场新的技术革命,这场革命的主要基础就是信息技 术。信息技术的发展给人类社会和国民经济的各个部门及各 个领域都带来了巨大的、广泛的、深刻的变化,是当今人类 社会发展的强大动力。并且正在改变着传统工业的生产方 式,带动着传统工业和其他新兴产业的更新和变革。在军事 国防、航空航天、海洋开发、生物工程、医疗保健、商检质 检、环境保护、安全范围、家用电器等方面,几乎每一个现 代化项目也都离不开传感器技 信息的采集是指从自然界中、以及生产过程中或科学实验中获取人们需要的信息。 信息的采集是通过传感器技术实现的,因此传感器检测技术 实质上也就是信息采集技术。显而易见,在现代信息技术的 三大环节中,“采集”是首要的基础的一环,没有“采集”到的 信息,通信“传输”就是“无源之水”,计算机“处理”更是“无 术也在不断更新完善。但作为提供信息的元件传感器,它的发展相对于计算机的信息处理功能来说就落后了。这使得自 动检测技术受到影响,也直接影响到多种技术的进一步发 展。基于上述因素,越来越多的科技工作者对传感器技术予 以了高度的重视,促使传感器技术加速发展,以适应信息处 理技术的需要。 本设计研究的智能压力传感器,就是将压力传感器输出的电信号进行信息处理后将压力显示出来,并通过键盘控制使 智能化更趋于完善。 众所周知,在这个科技日益发达的年代,无论生活中的什么东西都可能会和科技挂上关系。别的不说,光是传感器生 活中就处处可见。日常人们家里用到的电饭煲就用到了温度 传感器,而平时楼道里的声控灯也用到了音量传感器。而什 么压力传感器,流量传感器等等更是屡见不鲜,五花八门, 充斥在我们的周围。可以说,时至今日,传感器已经与人们 的日常生活紧密相连,牢不可分。但显然,传感器不可能单 单应用在人们的日常生活中,今天我们就来聊聊传感器在军 事上的一些应用。 一个强大的国家必须要有强大的国防,而强大的国防则是以强大的军事为依托的。历史以血的教训告诉我们:弱国无 外交。所以,无论现在还是未来,加强祖国的军事化力量建 设都是刻不容缓,时时需要为之努力的。现如今是科技的时代,军事不可避免也进入了高科技的时代。高科技的武器装 备让现代化的军事发展迅猛,这里面传感器的应用更是比比 皆是。 传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置;简单说传感器是将外界信号转换为 电信号的装置。所以它由敏感元器件(感知元件)和转换器 件两部分组成,有的半导体敏感元器件可以直接输出电信 号,本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多,就其感知外 界信息的原理来讲,可分为:物理类,基于力、热、光、 电、磁和声等物理效应。化学类,基于化学反应的原理。 生物类,基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、 力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元 件、色敏元件和味敏元件等十大类。 温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多,市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半 导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感 器应用广泛,这是因为在元件允许工作条件范围内,半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点,而且制 造工艺简单、价格低廉。 光传感器主要由光敏元件组成。目前光敏元件发展迅速、品种繁多、应用广泛。市场出售的有光敏电阻器、光电二极 管、光电三极管、光电耦合器和光电池等。 光敏电阻器由能透光的半导体光电晶体构成,因半导体光电晶体成分不同,又分为可见光光敏电阻(硫化镉晶体)、 红外光光敏电阻(砷化镓晶体)、和紫外光光敏电阻(硫化 锌晶体)。当敏感波长的光照半导体光电晶体表面,晶体内 载流子增加,使其电导率增加(即电阻减小)。 由于气体与人类的日常生活密切相关,对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段,ag官方手机登录,气敏传感器发挥 着极其重要的作用。例如生活环境中的一氧化碳浓度达 0.8~1.15 ml/L 时,就会出现呼吸急促,脉搏加快,甚至晕 厥等状态,达1.84ml/L 时则有在几分钟内死亡的危险,因此 对一氧化碳检测必须快而准。利用SnO2 金属氧化物半导体 气敏材料,通过颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2 纳米颗 粒,并以此为基体掺杂一定催化剂,经适当烧结工艺进行表 面修饰,制成旁热式烧结型CO 敏感元件,能够探测 0.005%~0.5%范围的 CO 气体。还有许多易爆可燃气体、 酒精气体、汽车尾气等有毒气体的进行探测的传感器。常用 的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导 体气敏传感器等。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为 铂金属丝(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层),使用时 对铂丝通以电流,保持 300~400的高温,此时若与可燃性气体接触,可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧,因此铂丝的温度会上 升,铂丝的电阻值也上升;通过测量铂丝的电阻值变化的大 小,就知道可燃性 气体的浓度。电化学气敏传感器一般利用液体(或固体、有机凝胶等)电解质,其输出形式可以是气体直接氧化或还 原产生的电流,也可以是离子作用于离子电极产生的电动 势。目前国产的气敏元件有2 测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内;旁热式气敏元件以陶瓷管为基底,管内穿加热丝,管外侧有两个测量极, 测量极之间为金属氧化物气敏材料,经高温烧结而成。 智能传感器就是基于传感器技术,将传感器发出的信号进行信号处理。首先经斩波稳零放大器进行信号发大,之后经 转换器进行模数转换再经单片机AT89C51 进行控制, 最终显示出来。此处,研究的智能压力传感器,就是将压力 传感器输出的电信号进行信息处理后将压力显示出来,并通 过键盘控制使智能化更趋于完善。 随着计算机技术的不断发展,信息处理技术也在不断发展完善。但作为提供信息的传感器,它的发展相对于计算机的 信息处理功能来说就落后了。这使得自动检测技术受到影 响,而检测技术是人类认识世界和改造科技不可少的重要手 段。基于上述因素,越来越多的科技工作者对传感器技术予 以了高度的重视,促使传感器技术加速发展,以适应信息处 理技术的需要。突破是以测试技术的水平为基础的压阻型扩 散硅压力传感器以其低价格得到广泛应用,基于单片机技术 的智能压力传感器以其使用方便,测量精确而得以推广。 力传感器的核心是扩散硅电阻桥,智能压力传感器应用单片机技术采集数据、信号的处理并输出显示结果。扩散硅的压 阻系数是温度的函数,所以存在灵敏度温漂,而影响温度的 因素是多方面的:测量环境的变化,测量电路产生的热量的 影响等等,所以要想得到比较精确的压力值,必须对压力传 感器进行校正。 压力传感器的零点存在热漂移、电漂移和 时间漂移,减小压力传感器的热零点漂移的措施是各力敏电 阻的电阻值及其温度系数的相等性。 部分进行介绍。硬件部分主要介绍了各应用器件的特性及实现方法;软件部分主要介绍了信息处理的编译思想。 第二章智能传感器的结构及其特点和数据采集及处 传感器技术在当代科技领域中占有十分重要的地位,是21 世纪人们在高新 技术发展方面争夺的一个制高点,在国外各发达国家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从20 世纪80 代起,日本就将传感器技术列为优先发展的高打捞技术之首,美国等西方国家也将传感器的基本知识列为国家科技和 国防技术发展的重点内容。当前,世界上正面临着一场新的 技术革命,这场革命的主要基础就是信息技术。信息技术的 发展给人类社会和国民经济的各个部门及各个领域都带来了巨大的、广泛的、深刻的变化,是当今人类社会发展的强 大动力。并且正在改变着传统工业的生产方式,带动着传统 工业和其他新兴产业的更新和变革。在军事国防、航空航天、 海洋开发、生物工程、医疗保健、商检质检、环境保护、安 全范围、家用电器等方面,几乎每一个现代化项目也都离不 开传感器技 信息的采集是指从自然界中、以及生产过程中或科学实验中获取人们需要的信息。信息的采集是通过 传感器技术实现的,因此传感器检测技术实质上也就是信息 采集技术。显而易见,在现代信息技术的三大环节中,“采 集”是首要的基础的一环,没有“采集”到的信息,通信“传输” 就是“无源之水”,计算机“处理”更是“无米之炊”。 然而随着计算机技术的飞速发展,信息处理技术也在不断更新完善。但作为提供信息的元件传感器,它的发展相对于 计算机的信息处理功能来说就落后了。这使得自动检测技术 受到影响,也直接影响到多种技术的进一步发展。基于上述 因素,越来越多的科技工作者对传感器技术予以了高度的重 视,促使传感器技术加速发展,以适应信息处理技术的需要。 本设计研究的智能压力传感器,就是将压力传感器输出的电信号进行信息处理后将压力显示出来,并通过键盘控制使 智能化更趋于完善。 第二章.智能传感器的结构及特点和数据采集及数据处理10 第一节智能传感器的结构及其特点 如图2—1所示为智能传感器的结构图: (!)扩展了测量范围和功能,可实现符合参数的测量和各种不同要求的测量; (2)提高了灵敏度和测量精度,可进行微弱信号测量,并进行各种校正和补偿,测量数据可以存取; (3)提高了测量的稳定性和可能性,可排除外界干扰,进行有选择性的测量,使传感器高性能化; (4)具有自诊断功能,有确定故障部位、识别故障状态等功能及用硬件难以实现的功能; 无论是智能化传感器还传感器智能化,都是具有检测和信息处理功能的传感器。 第二节智能传感器的数据采集和数据处理 传感器智能化之前必须对其输出信号进行预处理。由于被检测信号种类繁多,输出的信号有模拟量、数字量、开关量 等,绝大多数传感器输出传感器输出信号不能直接作为A/D 转换的输入量,必须先通过各种预处理电路将传感器输出信 11 号转换成统一的电压信号或周期信号。 变换器所需要的点模拟信号,模拟典雅的数字化则天要依赖于模拟转换器(A/D) 它通过采样、量化和编码将输入信号变换为数字信号。 转换器转换,所获得的数字信号一般不能直接输入微处理机供应用程序使用,还必 须根据需要进行加工处理,如标度变换、非线性补偿、温度 补偿、数字滤波等,以上这些处理也称软件处理。 数据转换:把所需信息转换成适用于微处理机使用的方式; 数据组织:整理数据或用其他方法安排数据,以便进行处理和误差修正; 数据计算:进行各种算术和逻辑运算,以便得到进一步的信息; 数据搜索:按要求提供有用格式的信息,然后将结果按用户要求输出。 12 课程名称:PLC在自动门中的应用 2014年12 PLC(可编程控制器)作为一种工业控制微型计算机,是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自 1836 电器问世,人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接,构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪 60 年代末, 它不断吸收微电脑技术使之功能不断增强,逐渐适合复杂的 控制任务 。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术 的飞速发展、微处理器的出现,以及流程加工行业(如汽车 制造业)对生产流程迅速、频繁变更的需求,PLC 技术出现 并快速发展。 PLC 编程方便、操作简单,因此多应用于从 继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域,逐步形 成了具有多种优点和微型,中型,大型,超大型等各种规格 的系列产品。 在超级市场、公共建筑、银行、医院等入口, 13 经常使用自动门控制系统。早期的自动门控制系统采用继电 器逻辑控制,已逐渐被淘汰。PLC 控制自动门由于具有故障 率低、可靠性高、维修方便等优点,因而得到广泛的应用。 关键词:PLC 自动门 自动门开始在建筑物上使用,是在二十世纪年以后。二十年代后期,美国的超级市场的开放,自动门开始被使用。 现在,我们能够感觉到在经济飞速发展的中国,高楼耸立的 大都市里的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼,自动 门已经随处可见。自动门的工作方式是通过自动门内外两侧 的感应开关来感应人的出入,当人走进自动门是感应开关感 应到人的存在,给控制器一个开门信号,控制器通过驱动装 置将门打开。当人通过之后,再将门关上。由于自动门在通 电后可以实现无人管理,不但能给我们带来人员进出方便、 节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处,更令我们的 大门增添了不少高贵典雅的气息。其神奇功能则是基于PLC 控制系统。 PLC 是基于计算机技术和自动控制理论发展来 的,它既不同于普通的计算机,又不同于一般的计算机控制 系统,作为一种特殊形式的计算机控制装置,它在系统结构, 硬件组成,软件结构以及I/O通道,用户界面诸多方面都有 其特殊性。 从原理上说,可编程控制器和计算机是一致的, 为了和工业控制相适应,PLC 采用扫描原理来工作,也就是 14 对整个程序进行一遍又一遍的扫描,直到停机为止。之所以 采用这样的工作方式,是因为 PLC 是由继电器控制发展来 的,CPU 的扫描用户程序的时间远远短于继电器的动作时 间,只要采用循环扫描的办法就可以解决其中的矛盾。循环 扫描的工作方式是 PLC 区别于普通的计算机控制系统的一 个重要方面。 今天的PLC 已经开始用于闭环控制,不仅如 此,随着其扩展能力和通信能力的发展,它也越来越多地应 用到了复杂的分布式控制系统中。。PLC 自身具有的完善的 功能,模块化的结构,以及开发容易、操作方便、性能稳定、 可靠性高的特点和较高的性价比,使其在工业生产中的应用 前景越发看好,且随着集成电路的发展和网络时代的到来, PLC 必将能够有更大的用武之地。 现在主要的PLC 商都集中在日本和美国等发达国家,国内生产和制造PLC 的工艺技术都还落后于这些国家。作为实现工业自动化的不 可缺少的部分,大力发展 PLC 对于我国来讲是很重要的, 也有深远的意义。 2.1.PLC的结构: 从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固 定式PLC 包括 CPU 板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 括中央处理单元、存储器、I/O模块、电源模块、编程器、 15 智能接口模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组 合配置。虽然各种 PLC 的组成各不相同,但是在结构上是 基本相同的,一般由 CPU、存储器、输入输出设备(I/O)和 其他可选部件组成。其它可选部件包括编程器,外存储器, 模拟I/O盘,通信接口,扩展接口等。CPU 是PLC 的核心, 它用于输入各种指令,完成预定的任务,起到了大脑的作用, 自整定、预测控制和模糊控制等先进的控制算法也已经在 CPU 中得到了应用;存储器包括随机存储器RAM和只读存 ROM,通常将程序以及所有的固定参数固化在ROM 中,RAM 则为程序运行提供了存储实时数据与计算中间变 量的空间;输入输出系统(I/O)使过程状态和参数输入到 PLC 的通道以及实时控制信号输出的通道,这些通道可以有 模拟量输入、模拟量输出、开关量输入、开关量输出、脉冲 量输入等,使PLC 的应用十分广泛。 早期的PLC 主要用 于顺序控制上。所谓顺序控制,就是按照工艺流程的顺序, 在控制信号的作用下,使得生产过程的各个执行机构自动地 按照顺序动作。PLC 的应用大大促进了流水线PLC的特点及应用 可靠性高,抗干扰能力强2.灵活通用, 控制程序可变,使用方便 3.功能强,适应面广 4.编程简单, 容易掌握 5.有自诊断、故障报警、故障类型显示 6.体积小、 16 重量轻、结构紧凑、维护方便 。PLC 的应用: 1.开关量逻 辑控制 2.闭环过程控制 3.位置控制 4.监控系统 5.分布控 制系统 6.数字量的智能控制 2.2.PLC自动门系统结构: 1、自动门控制装置的硬件组成:自动门控制装置由门 内光电探测开关K1、门外光电探测开关K2、开门限位开关 SQ1、关门到位限位开关 SQ2、减速限位开关 SQ3、三菱 E700 系列变频器和西门子S7-226 系列PLC 等部件组成。 2、功能器件的基本工作原理(1)自动门感应门机的基本工 作原理 首先,平移式自动感应门机组由以下部件组成: 1)主控制器:它是自动感应门的指挥中心,通过内部编有 指令程序的大规模集成块,发出相应指令,指挥马达或电锁 类系统工作;同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启 幅度等参数。2)感应探测器:负责采集外部信号,如同人 们的眼睛,当有移动的物体进入它的工作范围时,它就给主 控制器一个脉冲信号。3)动力马达:提供开门与关门的主 动力,控制自动感应门门扇加速与减速运行。 4)自动感 应门扇行进轨道:就像火车的铁轨,约束门扇的吊具走轮系 统,使其按特定方向行进。 5)门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇,同时在动力牵引下带动门扇运行。6)同步皮带:用于传输马达所产动 力,牵引自动感应门扇吊具走轮系统。7)下部导向系统: 17 是自动感应门门扇下部的导向与定位装置,防止门扇在运行 时出现前后门体摆动。当自动感应门门扇要完成一次开门与 关门,其工作流程如下:感应探测器探测到有人进入时,将 脉冲信号传给主控器,主控器识别后通知马达运行,同时监 控马达转数,以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运 行。马达得到一定运行电流后做正向运行,将动力传给同步 带,再由同步带将动力传给吊具系应门,通知马达作反向运 动,关闭感应门机使自动感应门扇开启;自动感应门扇开启 后由控制器做出判断。 (2)行程开关(限位开关)的工作原理 行程开关又称限位开关,用于控制机械设备的行程及限位保 预先安排的位置,当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时,行程开关的触点动作,实现电路的切换。因此, 行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电 器,它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床 和起重机械,用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯 的控制电路中,还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自 动开关门的限位,轿厢的上、下限位保护。 (3)光电开关工 作原理 工作原理光电开关(光电传感器)是光电接近开关 的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回 路选通电路,从而检测物体有无的。物体不限于金属,所有 能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射 18 器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱 或有无对目标物体进行探测。 其工作流程如下:当自动感应门门扇要完成一次开门与关门,其工作流程如下:感应探测器探测到有人进入时,将脉 冲信号传给主控器,主控器识别后通知马达运行,同时监控 马达转数,以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。 马达得到一定运行电流后做正向运行,将动力传给同步带, 再由同步带将动力传给吊具系应门,通知马达作反向运动, 关闭感应门机使自动感应门扇开启;自动感应门扇开启后由 控制器做出判断;当自动门在运行过程中出现故障时可以通 过手动来控制自动门。 当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关时,进入开门过程,电机以28Hz 的频率正转,门移到限位开关时,电机频 率减为16Hz,当门移到关门限位开关,电机停止运行;自动门 在开门位置停留8 秒后,自动进入关门过程,进入关门过程, 电机以 28Hz 的频率反转,门移到限位开关时,电机频率减 16Hz,当门移动到关门限位开关,电机停止运行;在关门过程中,当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关 时,应立即停止关门,并自动进入开门程序;在门打开后的 秒等待时间内,若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关时,必须重新开始等待8 秒后,再自动进入关门过程, 19 以保证人员安全通过;当自动门的自动控制部分出现故障时, 按下自动与手动切换开关,通过手动开门开关和手动关门开 关能使自动门系统正常工作;自动门的开门和关门过程不能 同时动作。 2.4.自动门PLC控制方案 通过PLC 控制系统作为中央处理器,来宏观整体调控自 动门中各硬件设施协调工作,来完成自动打开和关闭大门。 使用红外感应器或微波发射器来感应外界的物体,当有人进 如了感应范围之后,感应器通过感应到人的到来,会产生一 个信号,通过PLC 的模拟/数字输入部分输入PLC。玻璃门 的打开或关闭由电机控制来完成,目前少数由交流变频电机 或无刷直流电机来实现。但更多的使用电机来实现。电机作 为可靠性好,控制简单,价格低廉的动力装置已经被广泛的 应用于自动门。图是一个以 PLC 为控制器,统一控制传感 器、电机,通过机械直线运动单元驱动玻璃门的 PLC 自动 门控制系统。 【关键字】传感器原理应用 【摘要】对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量件20 并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏 感元件和转换元件组成”。 1.1什么是传感器 1.1.1传感器的定义 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定 的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装 置,通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测 装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息, 按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以 满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 “传感器”在新 韦式大词典中定义为: “从一个系统接受功率,通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。 根据这个定义,传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式,所以不少学者也用“换能器-Transducer”来称谓 “传感器-Sensor”。 1.2功能 常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟: 光敏传感器——视觉21 1.2.1敏感元件的分类: 通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线 敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类(还有人曾将敏感 元件分46 1.2.2常见的元件 光敏电阻又称光导管,常用的制作材料为硫化镉,另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有 在特定波长的光照射下,其阻值迅速减小的特性。这是由于 光照产生的载流子都参与导电,在外加电场的作用下作漂移 运动,电子奔向电源的正极,空穴奔向电源的负极,从而使 光敏电阻器的阻值迅速下降。 热敏电阻和金属热电阻22 除了光照以外,温度也能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能。金属的电阻率随温度的升高而增大。用金属 丝可以制作温度传感器,称为热电阻。常用的一种热电阻是 用铂制作的。与金属不同,有些半导体在温度上升时导电能 力增强,因此可以用半导体材料制作热敏电阻。有一种热敏 电阻是用氧化锰等金属氧化物烧结而成的,它的电阻随温度 的变化非常明显。与热敏电阻相比,金属热电阻的化学稳定 性好,测温范围大,但灵敏度较差。 传感器输出的电信号相当微弱,难以带动执行机构去控制动作,因此要把这个电信号放大。如果需要远距离传送,可 能还要把它转换成其他电信号一抵御外界干扰。 从传感器获得信号后,可以用指针式电表或液晶板等显示测量的数据;也可以用来驱动继电器或其他元件,来执行诸 如打开管道的阀门,开通或关闭电动机等动作;还可以由计 算机对获得的数据进行处理,发出更复杂的指令。 2.1常见传感器的应用 2.1.1力传感器的应用——电子称 我们经常见到的电子称,小的用来称量食物的重量,大的可以称量汽车、火车的重量。它所使用的测力装置是力传感 23 器。常用的一种力传感器是由金属梁 和应变片组成。应变片是一种敏感元件,现在多用半导体材料制成。详见人教版高中物理选修3-2 2.1.2温度传感器的应用——电熨斗 电熨斗在到达设定温度后就不再升温,当温度降低时又会继续加热,使它总与设定温度相差不多。在熨烫不同的织物 时,设定的温度可以不同。进行这样的控制,靠的是温度传 感器。详见人教版高中物理选修3-2 2.1.3光传感器的应用——火灾报警器 散射来工作的。如图带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时,光电三极管收不 LED发出的光,呈高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有 散射作用,使部分光线照射到光电三级板上,其电阻变小。 与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报。 2.2各种传感器及其原理 电阻式传感器是将被测量,如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。 主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等 电阻式传感器件。 称重传感器24 引称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力--电转换装置,是电子衡器的一个关键部件。能够实现力--电转 换的传感器有多种,常见的有电阻应变式、电磁力式和电容 式等。电磁力式主要用于电子天平,电容式用于部分电子吊 秤,而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感 器。电阻应变式称重传感器结构较简单,准确度高,适用面 广,且能够在相对比较差的环境下使用。因此电阻应变式称 重传感器在衡器中得到了广泛地运用。 传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。电 阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝 式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常 是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。 压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测 量传感元件,扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到 外力作用而产生形变时,各电阻值将发生变化,电桥就会产 生相应的不平衡输出。 用作压阻式传感器的基片(或称膜片)材料主要为硅片和锗片,硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人 25 们的重视,尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应 用最为普遍。 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制 成,目前应用最多的是铂和铜,此外,现在已开始采用镍、 锰和铑等材料制造热电阻。 热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求 比较高的场合,这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电 阻材料为铂、铜、镍等,它们具有电阻温度系数大、线性好、 性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量 -200~+500范围内的温度。 利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表,它的优点 是能实现无接触远距离测量,速度快,精度高,量程大,抗 光、电干扰能力强等。 激光传感器工作时,先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回 到传感器接收器,被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管 上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感 26 器,因此它能检测极其微弱的光信号,并将其转化为相应的 电信号。 利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度(ZLS-Px)、距离 (LDM4x)、振动(ZLDS10X)、速度(LDM30x)、方位等物 理量的测量,还可用于探伤和大气污染物的监测等。 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍 尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实 验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流 子浓度及载流子迁移率等重要参数。 霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。 (一)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,它输出模拟量。 (二)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器,斯密特触发器和输出级组成,它输出数字量。 霍尔电压随磁场强度的变化而变化,磁场越强,电压越高,磁场越弱,电压越低。霍尔电压值很小,通常只有几个毫伏, 但经集成电路中的放大器放大,就能使该电压放大到足以输 出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用,需要用机械 的方法来改变磁场强度。下图所示的方法是用一个转动的叶 27 轮作为控制磁通量的开关,当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成 电路之间的气隙中时,磁场偏离集成片,霍尔电压消失。这 样,霍尔集成电路的输出电压的变化,就能表示出叶轮驱动 轴的某一位置,利用这一工作原理,可将霍尔集成电路片用 作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器, 它要有外加电源才能工作,这一特点使它能检测转速低的运 转情况。 1.室温管温传感器:室温传感器用于测量室内和室外的环境温度,管温传感器用于测量蒸发器和冷凝器的管壁温 度。室温传感器和管温传感器的形状不同,但温度特性基本 一致。按温度特性划分,目前美的使用的室温管温传感器有 二种类型:1.常数B 值为4100K3%,基准电阻为25对应 电阻10KΩ3%。温度越高,阻值越小;温度越低,阻值越 大。离25越远,对应电阻公差范围越大;在0和55对 应电阻公差约为7%;而0以下及55以上,对于不同的 供应商,电阻公差会有一定的差别。温度越高,阻值越小; 温度越低,阻值越大。离25越远,对应电阻公差范围越大。 2.排气温度传感器:排气温度传感器用于测量压缩机顶部的排气温度,常数B 3950K3%,基准电阻为90对应电阻5KΩ3%。 3.、模块温度传感器:模块温度传感器用于测量变频模块28 (IGBT IPM)的温度,目前用的感温头的型号是602F-3500F,基准电阻为 25对应电阻 6KΩ1%。几个典 型温度的对应阻值分别是:-10(25.89728.623)KΩ; 0(16.324817.7164)KΩ;50(2.32622.5153)KΩ; 90(0.66710.7565)KΩ。 无线温度传感器将控制对象的温度参数变成电信号,并对接收终端发送无线信号,对系统实行检测、调节和控制。可 直接安装在一般工业热电阻、热电偶的接线盒内,与现场传 感元件构成一体化结构。通常和无线中继、接收终端、通信 串口、电子计算机等配套使用,这样不仅节省了补偿导线和 电缆,而且减少了信号传递失真和干扰,从而获的了高精度 的测量结果。无线温度传感器广泛应用于化工、冶金、石油、 电力、水处理、制药、食品等自动化行业。例如:高压电缆 上的温度采集;水下等恶劣环境的温度采集;运动物体上的 温度采集;不易连线通过的空间传输传感器数据;单纯为降 低布线成本选用的数据采集方案; 篇五:传感器的发展及应用(论文) 信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。 而传感器是获取自然领域中信息的主 29 要途径与手段。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具 有感受(或响应)与检出功能,并使之按照一定规律转换成与 之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。 传感器处于 研究对象与测控系统的接口位置,一切科学研究和生产过程 所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信 号。本文展望了现代传感器技术的发展和应用前景。总结了 传感器技术的发展方向。 【关键词】传感器技术;传感器发展方向;传感器网络 传感器是指能感受规定的被测量,通常被测量是非电物理量,输出信号一般为电量。并按照一定的规律转换成可用输出 信号的器件或装置。我国国家标准(GB7665-2005)对传感 器的定义是:“能感受被测量并按照一定的规律转换成可用 输出信号的器件或装置”。 代是结构型传感器。它利用结构参量变化来感受和转化信号。例如:电阻应变式传感器, 它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信 代传感器是70年代开始发展起来的固体传感器,这种 传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,是利用 材料某些特性制成的。如:利用热电效应、霍尔效应、光敏效 30 应,分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。 年代后期,随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展,出现集成传感器。集成传感器包括 种类型:传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。例如:电荷耦合器件(CCD),集成温度传感器 AD590,集成霍尔 传感器 UGN3501 等。这类传感器主要具有成本低、可靠性 高、性能好、接口灵活等特点。集成传感器发展非常迅速, 现已占传感器市场的2/3 左右,它正向着低价格、多功能和系 列化方向发展。 代传感器是80 年代刚刚发展起来的智能传感器。所 谓智能传感器是指其对外界信息具有一定检测、自诊断、数 据处理以及自适应能力,是微型计算机技术与检测技术相结 合的产物。80 年代智能化测量主要以微处理器为核心,把传 感器信号调节电路、微计算机、存贮器及接口集成到一块芯 片上,使传感器具有一定的人工智能。90 年代智能化测量技 术有了进一步的提高,在传感器一级水平实现智能化,使其具 有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功

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