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感应器阅读:758

传感器是接收信号或刺激并反应的器件,能将待测物理量或化学量转换成另一对应输出的装置。用于自动化控制、安防设备等。在刺激主理学中,为获得电刺激,这段时间多使用电子学的刺激装置。
  而很早以来所用的一种装置,是感应线圈的一种,但这里已不大使用,大多为真空管和半导体的刺激装置所代替。

词语解释

  国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量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”。

系统分类

  倾角感应器
  倾角感应器在军事、航天航空、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船舶等领域得到广泛运用。辉格公司为国内用户提供全球最全面、最专业的产品方案和服务。提供超过500种规格的伺服型、电解质型、电容型、电感型、光纤型等原理的倾角感应器。
  加速度感应器(线和角加速度)。
  分低频高精度力平衡伺服型、低频低成本热对流型和中高频电容式加速度位移感应器。总频响范围从DC至3000Hz。应用领域包括汽车运动控制、汽车测试、家电、游戏产品、办公自动化、GPS、PDA、手机、震动检测、建筑仪器以及实验设备等。
  红外温度感应器
  广泛应用于家用电器(微波炉、空调、油烟机、吹风机、烤面包机、电磁炉、炒锅、暖风机等)、医用/家用体温计、办公自动化、便携式非接触红外温度感应器、工业现场温度测量仪器以及电力自动化等。不仅能提供感应器、模块或完整的测温仪器,还能根据用户需要提供包括光学透镜、ASIC、算法等一揽子解决方案。

个别介绍

  温度传感器
  温度传感器一般是将温度转化为电子数据的电子元件。
  使用电阻随温度变化的导电体制作的温度传感器。最常用的是使用铂,在0°C时电阻为100欧姆的元件(Pt100)
  半导体温度传感器一般集成有放大和调整电路
  晶体振荡器的振荡频率随温度变化因此可以非常精确地测量温度
  使用热电效应测量温度的热电偶
  焦电性物质的表面电荷密度随温度变化而变化,因此其表面电荷强度可以用来测量温度
  压力传感器
  压力传感器是用于测量液体与气体的压强的传感器。与其他传感器类似,压力传感器工作时将压力转换为电信号输出。
  压力传感器在很多监测与控制应用中得到广泛的使用。除了直接的压力测量,压力传感器同时也可用于间接测量其他量,如液体/气体的流量,速度,水面高度或者海拔。
  压力传感器在使用的技术,设计,性能表现,工作适应条件与价格上有很大的差异。保守估计,全世界有50种以上技术的压力传感器和至少300家企业生产压力传感器。
  同时,也有一类的压力传感器设计用于动态测量高速变化的压强。示例的应用有引擎气缸的燃烧压力或者涡轮发动机中气体的压强监测。这样的传感器一般以压电材料制造,例如石英。
  一些压力传感器,例如应用于交通执行照相机中的,则以二进制方式运行,也就是,当压力达到某数值,则传感器控制接通或断开电路,这类型的压力传感器也被称作压力开关。
  图像传感器
  图像传感器是一种能将可视图像转化为电子信号的设备,主要应用于数码照相机与其它成像设备中。一般由一组CCD或CMOS传感器(如有源像素传感器)组成。
  彩色图像传感器,按其对色彩的分辨方式可分成以下几大类:
  贝叶(Bayer)传感器,一种廉价也最常见的图像传感器,使用贝叶滤波器使得不同的像素点只对红、蓝、绿三原色光中的一种感光,这些像素点交织在一起,然后通过demosaicing内插来恢复原始图像。
  Foveon X3 传感器,用于某些Sigma及宝丽来数码照相机。它的每一像素点都有三重传感器,可以对所有颜色感光。
  3CCD 传感器,如某些松下数码照相机,通过双色棱镜分光,并采用3块独立的CCD传感器,一般认为图像还原质量最好但价格比较昂贵。
  霍尔效应传感器
  霍尔效应传感器也称霍尔传感器,是一个换能器,将变化的磁场转化为输出电压的变化。霍尔传感器首先是用来测磁场的,此外还可以被用来测量产生和影响磁场的物理量,例如,被用于接近开关[2],霍尔乘法器,位置测量,转速测量,和电流测量设备。
  其最简单的形式是,传感器作为一个模拟换能器,直接返回一个电压。在已知磁场下,其距霍尔盘的距离是可以被设定的。使用多组传感器,磁铁的相关位置可被推断出。
  通过导体的电流会产生一个随电流变化的磁场,并且霍尔效应传感器可以在不干扰电流情况下而测量电流。典型的为,将其和绕组磁芯或在被测导体旁的永磁体合成一体。
  通常,霍尔效应传感器和电路相连,从而允许设备以数字(开/关)模式操作,在这种情况下可以被称为开关[5]。工业中常见的设备,例如气缸,也被用于日常设备中;如一些打印机使用他们来监测缺纸和敞盖的情况。当键盘被要求高可靠性时,也被应用于键盘中。
  霍尔效应传感器通常被用于计量车轮和轴的速度,例如在内燃机点火定时(正时)或转速表上。其在无刷直流电动机的使用,用来检测永磁铁的位置。图示中的轮子,带有两个等距的磁铁,传感器上的电压在一个周期内将两次达到峰值。此设置通常被用来校准磁盘驱动的速率。

应用分类

  按技术分类
  超声波传感器- 温度传感器 - 湿度传感器 - 气体传感器 - 气体报警器 - 压力传感器 -加速度传感器- 紫外线传感器 - 磁敏传感器 - 磁阻传感器 - 图像传感器 - 电量传感器 - 位移传感器
  按应用分类
  压力传感器 -温湿度传感器- 温度传感器 - 流量传感器 - 液位传感器 - 超声波传感器 - 浸水传感器 - 照度传感器 - 差压变送器 - 加速度传感器 - 位移传感器 - 称重传感器
  电子式传感器
  IR红外线近接/测距
  循线循迹 Sensor
  超音波距离检测
  雷射区域距离测量仪
  室内定位系统
  碰撞 Sensor
  紧急/保护 带状开关
  可挠曲 Sensor
  压力传感器
  温湿度 Sensor
  表面温度量测器
  数位电子罗盘(方向)
  GPS卫星定位模组
  计数&PWM产生器
  陀螺仪与加速度计
  倾斜仪与定向计
  Piezo压电震动sensor
  RFID Reader模组
  PIR物体移动检知
  TSL230 光 To 频率
  Hall Effect sensor(霍尔效应传感器)
  气体侦测器

相关概念

  一个传感器的输入对输出的影响被称为传感系数。例如,一个水银温度计,每当温度上升1 °C时,水银柱上升1cm,则这个水银温度计的传感系数为1 cm/°C。
  当一个传感器的输入和输出完全形成线性关系的时候,这个传感器就是一个理想传感器。同时,理想传感器
  还应该遵守以下原则:
  1、只受被测因素的影响;
  2、不受其他因素的影响;
  3、传感器本身不会影响被测因素。

应用领域

  感应器的应用感应器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品和专用设备等。
  ① 专用设备
  专用设备主要包括医疗、环保、气象等领域应用的专业电子设备。当前医疗领域是感应器销售量巨大、利润可观的新兴市场,该领域要求感应器件向小型化、低成本和高可靠性方向发展。
  ② 工业自动化
  工业领域应用的感应器,如工艺控制、工业机械以及传统的;各种测量工艺变量(如温度、液位、压力、流量等)的;测量电子特性(电流、电压等)和物理量(运动、速度、负载以及强度)的,以及传统的接近/定位感应器发展迅速。
  ③ 通信电子产品
  手机产量的大幅增长及手机新功能的不断增加给感应器市场带来机遇与挑战,彩屏手机和摄像手机市场份额不断上升增加了感应器在该领域的应用比例。此外,应用于集团电话和无绳电话的超声波感应器、用于磁存储介质的磁场感应器等都将出现强势增长。
  ④ 汽车工业
  现代高级轿车的电子化控制系统水平的关键就在于采用压力感应器的数量和水平,当前一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只感应器,而豪华轿车上的感应器数量可多达二百余只,种类通常达30余种,多则达百种。

发展过程

  自动控制系统能够按照人的设计,在人不参与的情况下完成一定的任务。其关键就在于反馈的引入,反馈实际上是把系统的输出或者状态,加到系统的输入端与系统的输入共同作用于系统。系统的输出状态实际上是各种物理量,他们有的是电压,有的是流量、速度等。这些量往往与系统的输入量性质不同,并且取值的范围也不一样。所以不能与输入直接合并使用,需要测量并转化。感应器正是起这个作用,它就像是控制系统的眼睛和皮肤,感知控制系统中的各种变化,配合系统的其他部分共同完成控制任务。
  人类为了从外界获得信息,必须借助于感觉器官。但是人的感觉器官并不是万能的,要想获得更为丰富的信息,进一步研究自然现象和制造劳动工具,人的感官显得很是不够了。作为一种代替人的感官的工具,感应器的历史比近代科学的出现还要古老。天平作为测重的工具在古埃及就开始使用了,一直沿用到如今。利用液体膨胀特性的温度测量在十六世纪就已经出现。以电学的基本原理为基础的感应器是在近代电磁学发展的基础上产生的,但是随着真空管和半导体等有源元件的可靠性的提高,这种类型的感应器得到了飞速发展,如今谈到感应器大都指有电信号输出的装置。

工作过程

  向感应器提供±15V电源,激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波,经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源,通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈,得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源,该电源做运算放大器AD822的工作电源;由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源,该电源既作为电桥电源,又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时,应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号,再通过V/F转换器LM131变换成频率信号,通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈,再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号,该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙,加之感应器轴上部分都密封在金属外壳之内,形成有效的屏蔽,因此具有很强的抗干扰能力。

原理结构

  在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥,即为基础扭矩感应器;在轴上固定着:
  (1)能源环形变压器的次级线圈,
  (2)信号环形变压器初级线圈,
  (3)轴上印刷电路板,电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。
  在感应器的外壳上固定着:
  (1)激磁电路,
  (2)能源环形变压器的初级线圈(输入),
  (3) 信号环形变压器次级线圈(输出),
  (4)信号处理电路
  感应器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类:有源的和无源的。有源感应器能将一种能量形式直接转变成另一种,不需要外接的能源或激励源。
  无源感应器不能直接转换能量形式,但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能,感应器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体,而它们的状态可以是静态的,也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的,也可以是化学性质的。按照其工作原理,它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量,然后将此电信号分离出来,送入感应器系统加以评测或标示。

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