【文章內(nèi)容簡介】 ，便于使用者選用。例如壓力傳感器用于測旦壓力信號。 2． 按傳感器工作原理分類 可分為電阻、熱敏、光敏、電容、自感、磁電、電感、電壓、霍爾、光柵、光電、熱電偶等傳感器，這種方法表明了傳感器的工作原理，有利于傳感器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。例如電容傳感器就是將被測量轉(zhuǎn)換成心容值的變化。 按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類 可分為輸出為開關(guān)量（“ 1”和 0”或“開”和“關(guān)”）的開關(guān)型傳感器、輸出為模擬型傳感器、輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。 根據(jù)傳感器對信號的檢測轉(zhuǎn)換過程分類 可劃分為直接轉(zhuǎn)換型傳感器和間接轉(zhuǎn)換型傳感器兩大類。 按傳感器轉(zhuǎn)換能量供給形式分類 按轉(zhuǎn)換能量供給形式，鉭電容分為能量變換型 (發(fā)電型 )和能旦控制型 (參量型 )兩種。能量變換型傳感器在進(jìn)行估號轉(zhuǎn)換時(shí)不需另外提供能量，就可將輸人佰號能量變換為另一種形式能量輸出，如熱電俏傳感器、壓電式傳感器等；能量控制型化感器工作時(shí)必須有外加電源，如電阻、電感、電容、霍爾式傳感器等。 傳感器的 作用 和發(fā)展方向 在生活中人的五官分別產(chǎn)生視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺，但是在研究自然界的現(xiàn)象和規(guī)律及生產(chǎn)活動(dòng)中 ，人的五官運(yùn)動(dòng)不夠，這就需要傳感器來檢測人們的器官所不能感知的現(xiàn)象。人們把與人的“五官”相似的部分稱為“電五官 ” 。 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)使人類社會進(jìn)入了信息時(shí)代， 來自自然界的物質(zhì)信息都需要通過傳感器進(jìn)行采集才能獲取。 如圖 11 所示， 人們把電子計(jì)算機(jī)比作人的大腦， 把傳感器比作人的五種感覺器官， 執(zhí)行器比作人的四肢。 盡管傳感器與人的感覺器官相比還有許多不完善的地方， 但傳感器在諸如高溫、 高濕、 深井、 高空等環(huán)境及高精度、 高可靠性、 遠(yuǎn)距離、 超細(xì)微等方面所表現(xiàn)出來的能力是人的感官所不能代替的。 傳感器 的作用包括信息的收集、 信息數(shù)據(jù)的交換及控制信息的采集三大內(nèi)容。 河南理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 13 傳感器的應(yīng)用有以下幾個(gè)方面 : （ 1) 在石油、 化工、 電力、 鋼鐵、 機(jī)械等工業(yè)生產(chǎn)中需要及時(shí)檢測各種工藝參數(shù)的信息， 通過電子計(jì)算機(jī)或控制器對生產(chǎn)過程進(jìn)行自動(dòng)化控制。 傳感器是任何一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。 （ 2) 傳感器在汽車中的應(yīng)用 目前， 傳感器在汽車上不只限于測量行駛速度、 行駛距離、 發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度以及燃料剩余量等有關(guān)參數(shù)， 而且在一些新設(shè)施中， 如汽車安全氣囊 、 防滑控制等系統(tǒng)， 防盜、 防抱死、 排氣循環(huán)、 電子變速控制、 電子燃料噴射等裝置以及汽車“黑匣子”等都安裝了相應(yīng)的傳感器。 美國為實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)化， 曾在一輛汽車上安裝了 90 （ 3) 傳感器在家用電器中的應(yīng)用 現(xiàn)代家庭中，用電廚具、空調(diào)器、 電冰箱、 洗衣機(jī)、 電子熱水器、安全報(bào)警器、吸塵器、電熨斗、照相機(jī)、音像設(shè)備等都用到了傳感器。 （ 4) 傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用 在生產(chǎn)用的單能機(jī)器人中， 傳感器用來檢測臂的位置和角度； 在智能機(jī)器人中， 傳感 器用作視覺和觸覺感知器。 在日本， 機(jī)器人成本的二分之一是耗費(fèi)在高性能傳感器上的。 （ 5) 在醫(yī)療上，應(yīng)用傳感器可以準(zhǔn)確測量人體溫度、 血壓、 心腦電波，并幫助醫(yī)生對腫瘤等進(jìn)行診斷。 （ 6) 為了保護(hù)環(huán)境， 研制用以監(jiān)測大氣、 水質(zhì)及噪聲污染的傳感器， 已被世界各國所重視。 （ 7) 傳感器在航空航天中的應(yīng)用 飛機(jī)、火箭等飛行器上，要使用傳感器對飛行速度、加速度、飛行距離及飛行方向、飛行姿態(tài)進(jìn)行檢測。 （ 8) 傳感器在遙感技術(shù)中的應(yīng)用 在飛機(jī)及衛(wèi)星等飛行器上， 利用紫外、 紅外光電傳感器及微波傳感器來探測氣象、 地質(zhì)等信息。 在船舶上， 利用超聲波傳感器進(jìn)行水下探測。 （ 9) 河南理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 14 利用紅外探測可以發(fā)現(xiàn)地形、 地物及敵方各種軍事目標(biāo)。 紅外雷達(dá)具有搜索、 跟蹤、 測距等功能， 可以搜索幾十到上千千米的目標(biāo)。 紅外探測器在紅外制導(dǎo)、 紅外通信、 紅外夜視、 紅外對抗等方面也有廣泛的應(yīng)用。 傳感器技術(shù)不僅對現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)、 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)及工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展起到基礎(chǔ)和支柱的作用， 同時(shí)也被世界各國列為關(guān)鍵技術(shù)之一 。 可以說“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)， 沒有傳感器也就沒有人類現(xiàn)代化的生活環(huán)境和條件”， 傳感器技術(shù)已成為科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各國對傳感技術(shù)在信息社會的作用有了新的認(rèn)識，認(rèn)為傳感器技術(shù)是信息技術(shù)的關(guān)鍵之一。傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢之一是開發(fā)新材料、新工藝和新型傳感器 。其二是實(shí)現(xiàn)傳感器的多功能、高梢度、集成化和智能化。 (1)新材料開發(fā) 傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)，隨著材料科學(xué)的進(jìn)步，傳感器技術(shù)越來越成熟，傳感器種類越來越多，除了早期使用的材 料 (如半導(dǎo)體材料、陶瓷材料 )以外，光導(dǎo)纖維以及超導(dǎo)材料的發(fā)展，為傳感器技術(shù)的發(fā)展提供新的物質(zhì)基礎(chǔ)。未來將會有更新的材料被開發(fā)出來。最近，美國 NRC 公司已開發(fā)出納米 ZrO2 氣體傳感器，在控制汽車尾氣的排放方面效果很好，應(yīng)用前景廣闊。采用納米材料制作的傳感器具有龐大的界面，提供大量的氣體通道，導(dǎo)通電阻很小 .有利于傳感器向微型化發(fā)展。 (2)集成化技術(shù) 隨著 LSI 技術(shù)的發(fā)展和半導(dǎo)體細(xì)加工技術(shù)的進(jìn)步，傳感器也逐漸采用集成化技木，實(shí)現(xiàn)高性能化和小型化，集成溫度傳感器、集成壓力傳感器等早已被使用，今后， 將會有更多集成傳感器被開發(fā)出來。 (3)多功能集成傳感器 在一塊集成傳感器上可以同時(shí)測量多個(gè)被測量，稱為多功能集成傳感器。最近，國內(nèi)已經(jīng)研制出硅壓阻式復(fù)合傳感器，可以同時(shí)測量溫度和壓力等。 (4)智能化傳感器 智能化傳感器是一種帶微處理器的傳感器，兼有檢測和信息處理功能，例如，美國霍尼爾公司的 ST3000 型傳感器是一種能夠進(jìn)行檢測和信號處理的智能傳感器，具有微處理器和存儲器功能，可測差壓、靜壓及溫度等。智能傳感器具有測量、存儲、通信、控制等特點(diǎn)。近年來，智能化傳感器有了很大 發(fā)展，開始同人工智能相結(jié)合，創(chuàng)造出各種基于模糊推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)的高度智能傳感器，稱為軟傳感技術(shù)。它已經(jīng)在家用電器方面得到利用，相信，未來將會更加成熟。智能化傳感器是傳感技術(shù)未來發(fā)展的主要方向。 河南理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 15 車輛檢測器 環(huán)形線圈車輛檢測器的工作原理是：埋設(shè)在道路下面的環(huán)形線圈電感元件與檢測器內(nèi)的電容及附加電路組成電容三點(diǎn)式振蕩電路。車輛通過時(shí)對檢測器最直接的作用的是引起整個(gè)回路的總電感變化，其中包括兩個(gè)部分，一部分是環(huán)形線圈的自感，另一部分是環(huán)形線圈與車輛金屬底盤之間的互感。具體地說是當(dāng)車 輛經(jīng)過埋有環(huán)形線圈的道路上方時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理和楞次定理，車體的金屬底盤產(chǎn)生自成閉合回路的感應(yīng)渦流，這個(gè)渦流又產(chǎn)生了與原閉合回路中磁場相反的新磁場，導(dǎo)致線圈的總電感量減小，但是，車輛底盤作為金屬導(dǎo)體通過擁有環(huán)形線圈的道路上方時(shí)能夠增加線圈周圍空間的導(dǎo)磁率，是環(huán)形線圈的電感量又有增加的趨勢。所以，在車輛通過環(huán)形線圈時(shí)，對環(huán)形線圈電感量同時(shí)具有增大和減小的作用。 圖 環(huán)形線圈與車輛的等效電路 圖 環(huán)形線圈車輛檢測器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 16 環(huán)形地埋感應(yīng)線圈是基于電磁感應(yīng)原理的車輛檢測器的傳感頭部分，是 一個(gè)埋在路面下，通有一定工作電流的環(huán)形線圈，一般為 2 米 ? 米。當(dāng)車輛通過環(huán)形地埋線圈或停在環(huán)形地埋線圈上，車輛自身鐵質(zhì)切割磁通線，引起線圈回路電感量的變化，檢測器通過檢測該電感變化量就可以檢測出車輛的存在。檢測電感量的變化一般來說有兩種方式，一是利用相位鎖存器和相位比較器，對相位的變化進(jìn)行檢測，另一種方式則是利用由環(huán)形地埋線圈構(gòu)成回路的耦合電路對其振蕩頻率進(jìn)行檢測。此處將采用第二種檢測方式。 電容反饋式振蕩電路包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和非線性 原件晶體管四個(gè)部分，而且放大電路能正常工作。只要電路參數(shù)選擇得當(dāng)，電路就可滿足幅值條件產(chǎn)生正弦波振蕩。電容反饋式振蕩電路的輸出電壓波形好，但若用改變電容的方法來調(diào)節(jié)振蕩頻率，則會影響電路的起振條件，若用改變電容的方法來調(diào)節(jié)振蕩頻率，則較困難，所以常常用在固定振蕩頻率的場合。 數(shù)據(jù)放大器是數(shù)據(jù)采集、精密測量以及工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要組成部分，其主要要求是高增益、高輸入阻抗和高共模抑制比?？晒┻x用的數(shù)據(jù)放大器產(chǎn)品很多，但三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器的各方面特性都相對比較好。但是，由查分比例運(yùn)算電路的特點(diǎn)出發(fā)，電路中的相關(guān) 電阻必須采用高精密度電阻，并要精確匹配，否則將影響輸入輸出關(guān)系，也會降低電路的共模抑制比。 根據(jù)振蕩電路特性及要求， 20kHz200kHz 區(qū)間的某個(gè)頻率要求濾波電路采用帶通濾波器電路。帶通濾波器電路可簡單理解為低通濾波器與高通濾波器串聯(lián)而成。實(shí)用電路中常采用單個(gè)集成運(yùn)放構(gòu)成壓控電源二階帶通濾波電路。 整形電路可采用反相器整形，也可采用單限比較器如過零比較器整形。此處采用過零比較器對輸入正弦波整形，可得到上升沿和下降沿都比較理想的矩形波信號。過零比較器，顧名思義，其閾值電壓 UT =0V。其集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)，其輸出電壓為 +12V或者 12V。 超聲波探測器概述 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，由發(fā)送傳感器、接收傳感器、控制部分與電源部分組成。 發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為 15mm 左右的陶瓷振子換能器組成， 換能器的作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射； 接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將其變換河南理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 17 成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波進(jìn)行檢測。 實(shí)際使用中， 用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子也可用作接收器傳感器上的陶瓷振子。 控制部分主要對發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比、稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測距離等進(jìn)行控制。 超聲波傳感器電源可用 DC12V177。 10%或 24V177。 10%。 超聲波測距離傳感器采用超聲波回波測距原理，運(yùn)用精確的時(shí)差測量技術(shù)，檢測傳感器與目標(biāo)物之間的距離，采用小角度，小盲區(qū)超聲波傳感器，具有測量準(zhǔn)確，無接觸，防水，防腐蝕，低成本等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)于液位，物位檢測，特有的液位，料位檢測方式，可保證在液面有泡沫或大的晃動(dòng)，不易檢測到回波的情況下有穩(wěn)定的輸出，應(yīng) 用行業(yè)：液位，物位，料位檢測，工業(yè)過程控制等。 采用超聲波測距的工作原理，利用超聲波發(fā)射、被測物體反射、回波接收后的時(shí)差來測量被測距離的一種非接觸式測量儀器。能可靠檢測車輛是否在停車位上，具有防誤檢功能，如防相鄰車位誤檢、人員在停車位誤檢、障礙物誤檢等，本產(chǎn)品是停車場車位引導(dǎo)系統(tǒng)中車位探測器的首選。 超聲波傳感器的特點(diǎn)： （ 1）使用先進(jìn)的超聲波偵測方式，不會象使用紅外線、微波等偵測方式容易受外在環(huán)境變化或干擾而造成誤報(bào)的問題。 （ 2）可以靈活設(shè)定報(bào)警距離，當(dāng)車輛到位，測定距離小于預(yù)設(shè)距離時(shí)，產(chǎn)生 LED光信號，并由 RS485接口向控制器發(fā)送車輛到位信息。 （ 3）測定物位距離時(shí)不接觸被測物體，無活動(dòng)部分，安裝、調(diào)試簡單，維修、保養(yǎng)方便，測量精度高。 （ 4）探測器功耗極低，采用 RS485輸出接口，接口簡單、安全可靠，穩(wěn)定性好，適合二次開發(fā)。 超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括： 。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。 。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比 較低，可以長時(shí)間地工作而不產(chǎn)生失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。 。主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之靈敏度低。 將壓電陶瓷用作超聲波傳感器，一個(gè)復(fù)合式振動(dòng)器被靈活地固定在底座上。該復(fù)合式振動(dòng)器是諧振器以及，由一個(gè)金屬片和一個(gè)壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動(dòng)器的一個(gè)結(jié)合體。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動(dòng)而產(chǎn)生的超聲波，并且河南理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 18 可以有效地使超聲波聚集在振動(dòng)器的中央部位。 室外用途的超聲波傳感器必須具有良好的密封性，以便防止露水、雨水和灰塵的侵入。壓 電陶瓷被固定在金屬盒體的頂部內(nèi)側(cè)。底座固定在盒體的開口端，并且使用樹脂進(jìn)行覆蓋。對應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的超聲波傳感器而言，要求其精確度要達(dá)到 1mm，并且具有較強(qiáng)的超聲波輻射。 利用常規(guī)雙壓電晶片元件振動(dòng)器的彎曲振動(dòng)，在頻率高于 75kHz 的情況下，是不可能達(dá)到此目的的。所以，在高頻率探測中，必須使用垂直厚度振動(dòng)模式的壓電陶瓷。在這種情況下，壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配就變得十分重要。壓電陶瓷的聲阻抗為 107kg/m2s，而空氣的聲阻抗為 102kg/m2s。 5個(gè)冪的差異會導(dǎo)致在壓電陶瓷振動(dòng)輻射表面上 的大量損失。一種特殊材料粘附在壓電陶瓷上，作為聲匹配層，可實(shí)現(xiàn)與空氣的聲阻抗相匹配。這種結(jié)構(gòu)可以使超聲波傳感器在高達(dá)數(shù)百 kHz 頻率的情況下，仍然能夠正常