【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，有利于傳感器的設計和應用。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 可分為輸出為開關量（“ 1”和 0”或“開”和“關”）的開關型傳感器、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行估號轉(zhuǎn)換時不需另外提供能量，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)活動中 ，人的五官運動不夠，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)代科學技術使人類社會進入了信息時代， 來自自然界的物質(zhì)信息都需要通過傳感器進行采集才能獲取。 如圖 11 所示， 人們把電子計算機比作人的大腦， 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、 遠距離、 超細微等方面所表現(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。 河南理工大學畢業(yè)論文說明書 13 傳感器的應用有以下幾個方面 : （ 1) 在石油、 化工、 電力、 鋼鐵、 機械等工業(yè)生產(chǎn)中需要及時檢測各種工藝參數(shù)的信息， 通過電子計算機或控制器對生產(chǎn)過程進行自動化控制。 傳感器是任何一個自動控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié)。 （ 2) 傳感器在汽車中的應用 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)動機旋轉(zhuǎn)速度以及燃料剩余量等有關參數(shù)， 而且在一些新設施中， 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”等都安裝了相應的傳感器。 美國為實現(xiàn)汽車自動化， 曾在一輛汽車上安裝了 90 （ 3) 傳感器在家用電器中的應用 現(xiàn)代家庭中，用電廚具、空調(diào)器、 電冰箱、 洗衣機、 電子熱水器、安全報警器、吸塵器、電熨斗、照相機、音像設備等都用到了傳感器。 （ 4) 傳感器在機器人中的應用 在生產(chǎn)用的單能機器人中， 傳感器用來檢測臂的位置和角度； 在智能機器人中， 傳感 器用作視覺和觸覺感知器。 在日本， 機器人成本的二分之一是耗費在高性能傳感器上的。 （ 5) 在醫(yī)療上，應用傳感器可以準確測量人體溫度、 血壓、 心腦電波，并幫助醫(yī)生對腫瘤等進行診斷。 （ 6) 為了保護環(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用 飛機、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)進行檢測。 （ 8) 傳感器在遙感技術中的應用 在飛機及衛(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行水下探測。 （ 9) 河南理工大學畢業(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。 紅外雷達具有搜索、 跟蹤、 測距等功能， 可以搜索幾十到上千千米的目標。 紅外探測器在紅外制導、 紅外通信、 紅外夜視、 紅外對抗等方面也有廣泛的應用。 傳感器技術不僅對現(xiàn)代化科學技術、 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)及工業(yè)自動化的發(fā)展起到基礎和支柱的作用， 同時也被世界各國列為關鍵技術之一 。 可以說“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代化的科學技術， 沒有傳感器也就沒有人類現(xiàn)代化的生活環(huán)境和條件”， 傳感器技術已成為科學技術和國民經(jīng)濟發(fā)展水平的標志之一。 隨著科學技術的發(fā)展，各國對傳感技術在信息社會的作用有了新的認識，認為傳感器技術是信息技術的關鍵之一。傳感器技術發(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的重要基礎，隨著材料科學的進步，傳感器技術越來越成熟，傳感器種類越來越多，除了早期使用的材 料 (如半導體材料、陶瓷材料 )以外，光導纖維以及超導材料的發(fā)展，為傳感器技術的發(fā)展提供新的物質(zhì)基礎。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，導通電阻很小 .有利于傳感器向微型化發(fā)展。 (2)集成化技術 隨著 LSI 技術的發(fā)展和半導體細加工技術的進步，傳感器也逐漸采用集成化技木，實現(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測量多個被測量，稱為多功能集成傳感器。最近，國內(nèi)已經(jīng)研制出硅壓阻式復合傳感器，可以同時測量溫度和壓力等。 (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。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合，創(chuàng)造出各種基于模糊推理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)等人工智能技術的高度智能傳感器，稱為軟傳感技術。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未來發(fā)展的主要方向。 河南理工大學畢業(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式振蕩電路。車輛通過時對檢測器最直接的作用的是引起整個回路的總電感變化，其中包括兩個部分，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。具體地說是當車 輛經(jīng)過埋有環(huán)形線圈的道路上方時，根據(jù)電磁感應原理和楞次定理，車體的金屬底盤產(chǎn)生自成閉合回路的感應渦流，這個渦流又產(chǎn)生了與原閉合回路中磁場相反的新磁場，導致線圈的總電感量減小，但是，車輛底盤作為金屬導體通過擁有環(huán)形線圈的道路上方時能夠增加線圈周圍空間的導磁率，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，對環(huán)形線圈電感量同時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)結構 河南理工大學畢業(yè)論文說明書 16 環(huán)形地埋感應線圈是基于電磁感應原理的車輛檢測器的傳感頭部分，是 一個埋在路面下，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，對相位的變化進行檢測，另一種方式則是利用由環(huán)形地埋線圈構成回路的耦合電路對其振蕩頻率進行檢測。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、反饋網(wǎng)絡和非線性 原件晶體管四個部分，而且放大電路能正常工作。只要電路參數(shù)選擇得當，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。可供選用的數(shù)據(jù)放大器產(chǎn)品很多，但三運放數(shù)據(jù)放大器的各方面特性都相對比較好。但是，由查分比例運算電路的特點出發(fā)，電路中的相關 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。實用電路中常采用單個集成運放構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)生機械振動，將其變換河南理工大學畢業(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)送的超聲波進行檢測。 實際使用中， 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)制和計數(shù)及探測距離等進行控制。 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，運用精確的時差測量技術，檢測傳感器與目標物之間的距離，采用小角度，小盲區(qū)超聲波傳感器，具有測量準確，無接觸，防水，防腐蝕，低成本等優(yōu)點，可應于液位，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，不易檢測到回波的情況下有穩(wěn)定的輸出，應 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系統(tǒng)中車位探測器的首選。 超聲波傳感器的特點： （ 1）使用先進的超聲波偵測方式，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的問題。 （ 2）可以靈活設定報警距離，當車輛到位，測定距離小于預設距離時，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）測定物位距離時不接觸被測物體，無活動部分，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包括： 。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。 。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時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，需要單獨的制冷設備。 。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數(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，一個復合式振動器被靈活地固定在底座上。該復合式振動器是諧振器以及，由一個金屬片和一個壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動器的一個結合體。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動而產(chǎn)生的超聲波，并且河南理工大學畢業(yè)論文說明書 18 可以有效地使超聲波聚集在振動器的中央部位。 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。底座固定在盒體的開口端，并且使用樹脂進行覆蓋。對應用于工業(yè)機器人的超聲波傳感器而言，要求其精確度要達到 1mm，并且具有較強的超聲波輻射。 利用常規(guī)雙壓電晶片元件振動器的彎曲振動，在頻率高于 75kHz 的情況下，是不可能達到此目的的。所以，在高頻率探測中，必須使用垂直厚度振動模式的壓電陶瓷。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個冪的差異會導致在壓電陶瓷振動輻射表面上 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，可實現(xiàn)與空氣的聲阻抗相匹配。這種結構可以使超聲波傳感器在高達數(shù)百 kHz 頻率的情況下，仍然能夠正常