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傳感器的工作原理
發布人:稱重傳感器  發布時間:2019-1-14 17:26:03  點擊量:844

【廣州蘭瑟電子科技有限公司】詳細介紹傳感器的工作原理

傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求,傳感器的特點包括:微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節,可以毫不夸張地說,從茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各種復雜的工程系統,幾乎每一個現代化項目,都離不開各種各樣的傳感器。那么接下來湖南体育彩票幸运赛车开奖结果小編就為大家介紹一下傳感器的工作原理、應用、應用常見問題及解決方法、分類、主要功能、選型方法及十大品牌。


傳感器的工作原理

1、傳感器一般由敏感元件、轉換元件、變換電路、輔助電源四部分構成,其中,敏感元件直接接收測量,用于輸出被測量有關的物理量信號,敏感元件主要包括熱敏、光敏、濕敏、氣敏、力敏、聲敏、磁敏、色敏、味敏、放射性敏感等十大類;轉換元件用于將敏感元件輸出的物理量信號轉換為電信號;

2、變換電路用于將轉換元件輸出電信號進行放大、調制等處理;輔助電源用于為系統(主要是敏感元件和轉換元件)提供能量。

 

傳感器的分類

一、按用途

壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。

二、按原理

振動傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等;

三、按輸出信號

1、模擬傳感器:將被測量的非電學量轉換成模擬電信號;

2、數字傳感器:將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號(包括直接和間接轉換);

3、膺數字傳感器:將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出(包括直接或間接轉換);

4、開關傳感器:當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時,傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。

四、按其制造工藝

1、集成傳感器是用標準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的,通?;菇糜誄醪醬肀徊廡藕諾牟糠值緶芬布稍諭恍酒?;

2、薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底(基板)上的,相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時,同樣可將部分電路制造在此基板上;

3、厚膜傳感器是利用相應材料的漿料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后進行熱處理,使厚膜成形;

4、陶瓷傳感器采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠、凝膠等)生產,完成適當的預備性操作之后,已成形的元件在高溫中進行燒結。

五、按測量目

1、物理型傳感器是利用被測量物質的某些物理性質發生明顯變化的特性制成的;

2、化學型傳感器是利用能把化學物質的成分、濃度等化學量轉化成電學量的敏感元件制成的;

3、生物型傳感器是利用各種生物或生物物質的特性做成的,用以檢測與識別生物體內化學成分的傳感器。

六、按其構成

1、基本型傳感器:是一種最基本的單個變換裝置;

2、組合型傳感器:是由不同單個變換裝置組合而構成的傳感器;

3、應用型傳感器:是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機構組合而構成的傳感器。

七、按作用形式

1、主動型傳感器又有作用型和反作用型,此種傳感器對被測對象能發出一定探測信號,能檢測探測信號在被測對象中所產生的變化,或者由探測信號在被測對象中產生某種效應而形成信號,檢測探測信號變化方式的稱為作用型,檢測產生響應而形成信號方式的稱為反作用型,雷達與無線電頻率范圍探測器是作用型實例,而光聲效應分析裝置與激光分析器是反作用型實例;

2、被動型傳感器只是接收被測對象本身產生的信號,如紅外輻射溫度計、紅外攝像裝置等。

 

傳感器的主要功能

常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬:

1、光敏傳感器——視覺;

2、聲敏傳感器——聽覺;

3、氣敏傳感器——嗅覺;

4、化學傳感器——味覺;

5、壓敏、溫敏;

6、流體傳感器——觸覺;

敏感元件的分類:

①物理類,基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應;

②化學類,基于化學反應的原理;

③生物類,基于酶、抗體、和激素等分子識別功能;

④通常據其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(還有人曾將敏感元件分46類)。

 

傳感器選型方法

1、需要考慮測量對象與測量環境   

眾所周知,即使是測量同一個量,也有許多種原理的傳感器可以選擇,但是要確定哪一種更合適需要考慮到測量對象和測量環境,具體而言包括以下幾個方面:量程的大小、被測位置對傳感器體積的要求、測量方式是接觸式的還是非接觸式的、信號引出的方式、有線還是非接觸測量,確定好以上問題后就能確定選用何種類型的傳感器,接下來再考慮傳感器的具體性能指標。   

2、線性范圍

線性范圍指的是輸出與輸入成正比的范圍,傳感器的線性范圍越寬,則其量程越大,測量精度也能得到一定保障,在選擇傳感器時,當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求,但是事實上,任何傳感器都不能保證絕對的線性,當要求測量精度比較低時,一定范圍內可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的。

3、需要考慮靈敏度

一般而言,在傳感器的線性范圍內,其靈敏度越高越好,這樣便于信號處理,但有一點不能忽視,傳感器的靈敏度高,意味著與被測量無關的噪聲也容易混入,這樣便會影響測量精度,因此,選擇傳感器時最好選擇較高的信噪比,盡量減少外界無關的干擾信號。另外,傳感器的靈敏度是有方向性的,如果對方向性要求高,而且被測量是單向量,最好選擇其它方向靈敏度小的傳感器;如果被測量是多維向量,最好選擇交叉靈敏度小的傳感器。   

4、頻率響應特性   

傳感器被測量的頻率范圍是由頻率響應特性決定的,必須在允許頻率范圍內保持不失真,事實上,傳感器的響應總有—定延遲,希望延遲時間越短越好,傳感器的頻率響應高意味著可測的信號頻率范圍越寬,在選擇傳感器時中,應根據信號的特點響應特性,以免產生過大的誤差。   

5、精度   

精度是傳感器的一個重要的性能指標,它關系到整個測量系統測量精度。一般而言,傳感器精度越高價格就越貴,所以只要滿足整個測量系統的精度要求就可以,不必選擇精度過高的傳感器,假如測量目的是定性分析的,選用重復精度高的傳感器而不是絕對量值精度高的。

6、穩定性   

穩定性是指在傳感器使用一段時間后其性能保持不變的能力,影響穩定性的因素除了傳感器本身結構之外,傳感器的使用環境也大有影響,因此,在選型前,應先調查其使用環境,然后再根據具體環境選擇,或采取一定措施減少環境的影響。


傳感器的應用

1、傳感器在手機中的應用:重力傳感器,在極品飛車、天天跑酷等游戲中有著近乎完美的體現;加速度傳感器,例如手機的搖一搖功能就是對手機的加速度進行感應;光線傳感器,例如手機的自動調光功能;距離傳感器,例如接電話時手機離開耳朵屏幕變亮,手機貼近耳朵屏幕變黑,手機中的傳感器數不勝數,很多功能都是利用傳感器來實現的,就不一一列舉了;

2、除手機外,傳感器在日常生活中也有著廣泛的應用,常見的如:自動門,通過對人體紅外微波的傳感來控制其開關狀態;煙霧報警器,通過對煙霧濃度的傳感來實現報警的目的;電子秤,通過力學傳感來測量人或其他物品的重量;水位報警,溫度報警、濕度報警等也都利用的是傳感器來完成其功能。

 

傳感器應用常見問題及解決方法

1、標簽紙連續打印位置不一致

連續打印時打印位置不一致的原因,主要是由于紙張在通道中的抖動以及紙本身間隙的不一致,造成傳感器探測的波形的不穩定,從而使連續打印的定位不準確。解決方法:解決紙張在通道中抖動的問題(特別是小標簽):通過增加緩沖機構,或增加類似斑馬Z4M的傳感器壓緊機構解決。解決標簽本身間隙不一致的問題:通過更改固件程序,更改標簽定位方式,利用標簽間隙后沿定位可以盡量的減小間隙誤差的影響;

2、標簽紙襯紙電平不穩定

由于紙在通道中變化距離相對透射傳感器與反射接收器之間設計距離變化范圍較大,導致發光出力變化率大,紙的透光強度變化大,是透射傳感器電平不穩定的主要原因,在設計過程中,要充分考慮傳感器的檢測范圍和介質在通道內的抖動,使因為介質抖動造成的輸出電壓變化過大,造成檢測失誤或無法檢測,如紙在通道中上下活動距離1mm,透射傳感器或反射接收器之間設計距離至少為5 mm,電氣參數設計上至少要保證紙的透光強度在10%范圍內變化時,透射傳感器電平在判別電平范圍內(無紙和襯紙電壓差大于1V);

3、熱敏方式打印的標志判別時無法正常識別

熱敏紙上的熱敏材料對紅外光的反射很強,導致傳感器無法識別熱敏打印的黑標,由于我們使用的傳感器為紅外光探測器件,而且熱敏紙對紅外光的反射很強,造成被檢測介質的其他部分與標記部分的反射率差別大大減小,造成標記無法正常識別,因此,在傳感器的選擇和使用過程中應充分考慮不同介質的反光率(透率)的影響;

4、傳感器的老化

光電傳感器由于靈敏度高,發光管隨時間溫度等因素,發光功率會有微弱下降;對接收管而言,若連續接收反射光時,其表現的參數漂移就很大,因此在應用光電傳感器時,在設計中盡量避開老化這一問題,如:

POS機紙將盡的檢測,平時有紙時,光電傳感器接收管是接收不到反射光的,紙將盡時,紙筒落到紙倉凹槽,光電傳感器接收管才探測到反射光從而報警;

②采用間歇發光的方法,當檢測傳感器時才接通發光管的電源,不檢測時關閉發光管電源,減小發光管和接收管的老化;

5、傳感器的檢測電壓閾值

不同的傳感器和檢測介質,其判別的電壓閾值差別很大,選取切實可行的判別閾值,對正確檢測不同的介質意義重大,二值檢測:此時應使傳感器工作在飽和區和截至區,電壓差別大,閾值的選取比較容易,調整傳感器的負載電阻,通過簡單的電平識別,即可正確判斷,如紙存在檢測,有中間狀態的檢測:如標簽紙需檢測有紙、無紙和襯紙,此時應使傳感器盡量工作在線性區,這樣,不同的狀態變化,其輸出電壓的變化最明顯,最有利于不同狀態的判別,這樣可以根據傳感器在不同狀態下的光電流和反光率(透光率)變化,選取合適的檢測閾值;

6、傳感器離散性

同樣型號的傳感器在相同的輸入條件下,會因為其本身的離散性造成輸出的不同,給信號的檢測帶來不利的影響,特別是對工作在放大區的傳感器有很嚴重的影響,如SG-23FI,同樣在VCE=5V,IF=10mA時,其光電流范圍為0.5mA~3mA,相差5倍,為適應傳感器的離散性帶來的影響,目前我公司采用的方法:

①加可調電阻,調整輸出電壓不滿足要求的傳感器,使其輸出滿足要求,但是給生產增加了難度和成本;

②使用多個CPU端口切換不同的負載電阻來適應不同的介質,需要占用額外的CPU資源,可調范圍不大,只能改變幾種狀態;

③使用PWM調整發光管電流強度,使傳感器工作在不同的輸出特性曲線,調整范圍大,但增加了固件的檢測難度。


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