【文章內(nèi)容簡介】 就是利用光在光導(dǎo)纖維中傳播引起光的特性發(fā)生變化而研制出的一種傳感器。光在調(diào)制區(qū)內(nèi)，外界信號與光相互作用，外界信號可能引起光的強度、波長、頻率、相位等光學(xué)性質(zhì)的變化，從而形成不同的調(diào)制。光纖傳感器由光源、敏感元件、光探測器、信號處理系統(tǒng)和光纖[17]等組成。由光源發(fā)出的光通過源光纖引到敏感元件，被測參數(shù)作用于敏感元件，在光的調(diào)制區(qū)內(nèi)，使光的某一性質(zhì)受到被測量的調(diào)制，調(diào)制后的光信號經(jīng)過接收光纖耦合到光探測器，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，最后經(jīng)過信號處理即可得到所需要的被測量。光纖傳感器在測量速度時，以激光器作為發(fā)射光源，光源發(fā)出的光在光纖中傳播并從另一端傳出經(jīng)反射鏡反射后，由導(dǎo)出光纖傳輸?shù)矫舾性1415]。由于反射鏡隨轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤的變化周期即轉(zhuǎn)動周期，由此便可測得速度。光纖傳感器具有優(yōu)良的傳光性能、傳光損害很小、頻帶寬、可進(jìn)行超高速測量、靈敏度和線性度好，而且它的體積小、重量輕，能在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行非接觸式測量。 電動式傳感器[17]是指利用電磁感應(yīng)原理，將運動速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電動勢輸出，又稱感應(yīng)式傳感器。這種傳感器的工作不需要外加電源，而是直接吸取被測物體的機械能并轉(zhuǎn)換成電信號輸出，它是一種典型的發(fā)電型傳感器。電動式速度傳感器由軛鐵、永久磁鐵、線圈、支撐彈簧等組成。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，當(dāng)穿過線圈的磁通量隨著時間變化時，回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢可以表示為磁通量隨時間變化速率的相反數(shù)?？梢员硎緸槿缦拢? (43)當(dāng)線圈沿著垂直于磁場的方向運動時，線圈中就會產(chǎn)生與線圈運動速度成正比的感應(yīng)電壓，通過測量電路便可測得感應(yīng)電壓的大小，從而測出速度的大小。由于電動式傳感器是一種發(fā)電型傳感器，工作時不需要外加電源，對收割機在野外工作提供了很大便利。(1)霍爾測速傳感器耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。因此在水稻收割機所處的這樣的工作環(huán)境中，霍爾測速傳感器能很好地滿足要求。因霍爾元件結(jié)構(gòu)簡單、工藝成熟、體積小、壽命長、線性度好、耐高溫而被廣泛用于測量磁感應(yīng)強度、電功率、電能、微氣隙中的磁場等。經(jīng)過再次轉(zhuǎn)換可以用于非電量的測量，比如測量微位移、流量、壓力、轉(zhuǎn)速、加速度等。目前，霍爾測速傳感器在機車測速中占有重要的地位[9]，但是實際應(yīng)用時，霍爾元件的測量精度受到多種因素的影響，其中最主要的就是半導(dǎo)體的固有特性和半導(dǎo)體的制造工藝缺陷。(2)光電傳感器具有頻譜寬、不易受電磁干擾、響應(yīng)快、分辨率高、可靠性高、可以實現(xiàn)非接觸式測量[11]等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于自動控制中。光電測速傳感器一般有透光式測速傳感器和反射式測速傳感器兩種形式，其中透光式不宜在強震動環(huán)境中使用，這樣會使光源壽命降低，反射式不存在這個問題，所以在水稻收割機上應(yīng)用反射式光電測速傳感器更加方便可靠。目前，生活中我們最切實感受到光電傳感器的應(yīng)用就是手機的自動調(diào)節(jié)亮度、條形碼掃描、復(fù)印機、打印機[1213]等。由于其應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，所以世界上對它的研究高度重視。(3)光纖傳感器是利用光波傳輸信息，而且光纖是電絕緣傳輸介質(zhì)，因此與傳統(tǒng)的傳感器相比它可以抗電磁干擾、也不影響外界的電磁場，安全性好。此外，光纖傳感器還具有靈敏度高、重量輕、體積小、對被測介質(zhì)影響小等特點?？梢赃M(jìn)行連續(xù)分布測量，便于復(fù)用和聯(lián)網(wǎng)，有利于與現(xiàn)有的光通信技術(shù)組成遙測網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)絡(luò)[14]。目前在機床行業(yè)、三坐標(biāo)測量、機精密轉(zhuǎn)臺、電子設(shè)備制造、水利等領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用，例如光柵式應(yīng)變傳感器用于對橋梁的溫度檢測、車輛載荷檢測[15]。光纖光柵位移傳感器、光纖光柵加速度傳感器、光纖光柵壓力傳感器等在國內(nèi)都已經(jīng)有商品化的產(chǎn)品了。(4)電動式傳感器是一種典型的發(fā)電型傳感器，它在工作過程中不需要外加電源，而是直接吸取被測物體的機械能并轉(zhuǎn)換成電信號輸出。電動式傳感器主要用于測量物體的振動速度，配以積分電路或微分電路還可測量振動位移或加速度。它的靈敏度高、輸出阻抗低、輸出功率大、性能穩(wěn)定，還可制成多種結(jié)構(gòu)形式以適應(yīng)不同的測量場合。輸出阻抗低可以降低對絕緣和輸出電路的要求并減小了連接電纜的噪聲干擾。但是電動式傳感器易磨損，工作溫度不高，頻響范圍有限。電動式傳感器廣泛應(yīng)用于航空、兵器工業(yè)和民用工業(yè)。在飛機的設(shè)計制造中常采用電動式傳感器對一些重要部件進(jìn)行振動測試。在火炮炮筒振動對射彈散布影響的研究中，相對式電動傳感器是測量炮口振動速度的重要元件。在民用工業(yè)方面，對于各種大型電機、空氣壓縮機、機床、車輛、軌枕振動臺、化工設(shè)備、各種水管道、氣管道、橋梁樓房等的振動監(jiān)測或振動研究都廣泛使用電動式傳感器。 測量割臺高度可選擇的傳感器在收割過程中，要根據(jù)收割對象的生長狀況進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)割臺高度。如果工作過程中割臺高度調(diào)節(jié)的不合適，可能會使機器堵塞，從而出現(xiàn)故障和降低作業(yè)效率，如果割茬過高也會影響下次的耕種或者降低產(chǎn)量。因此，割臺的控制對機械化作業(yè)的高效率、高質(zhì)量具有重要意義。以下幾種傳感器目前都很好地用在收割機上來對割臺進(jìn)行控制。紅外技術(shù)[5]已經(jīng)發(fā)展成為一種新興的技術(shù)，目前被廣泛應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)方面、軍事、航天等領(lǐng)域。在軍事上的應(yīng)用有紅外成像、搜索跟蹤系統(tǒng)、紅外制導(dǎo)火箭、警戒系統(tǒng)等；如醫(yī)療上的紅外診斷和輔助治療；工農(nóng)業(yè)方面的溫度探測、紅外烘干以及紅外測距；日常生活中的紅外取暖、自動門、自動水龍頭等。(1) 紅外輻射紅外輻射[3,17]就是平時所說的紅外線，~1000μm的不可見光。工程上把紅外線所占據(jù)的波段分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極紅外四部分。紅外輻射的物理本質(zhì)就是熱輻射，凡是溫度高于絕對零度的所有物體都在不停地向周圍空間以熱輻射或電磁輻射發(fā)出能量。物體溫度越高，輻射出來的紅外線就越多，輻射的能量也就越高。紅外線的本質(zhì)和可見光和電磁波的性質(zhì)一樣，具有反射、折射、干涉、吸收等特性，它在真空中以光速傳播，并具有明顯的波粒二象性。紅外輻射和所有電磁波一樣，是以波的形式在空間中直線傳播的。大氣是紅外輻射的主要傳播介質(zhì)，當(dāng)紅外線在大氣中傳播時，大氣層對不同波長的紅外線存在不同的吸收帶。(2) 紅外傳感器組成紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測器、信號調(diào)理電路和顯示單元等組成[6]。紅外傳感器的核心是紅外探測器，是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所表現(xiàn)的物理效應(yīng)來探測紅外輻射的。紅外探測器的種類很多，根據(jù)探測機理的不同分為熱探測器和光子探測器。(3) 紅外輻射傳感器測量割幅的原理紅外輻射傳感器是利用儀器發(fā)出一束光（通常是近紅外光）照射到作物的表面，儀器同時接受被測作物反射回的能量，根據(jù)接收到的反射光的能量來判斷作物的距離。超聲波通常是指頻率在20000HZ以上的高頻聲波[17]。在其強度較低時，超聲波可以作為探測負(fù)載信息的載體與媒介，稱為檢測超聲。而當(dāng)其強度超過一定值時，則與傳聲媒介相互作用，可以改變以致破壞傳聲媒介的狀態(tài)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)，稱為高能超聲或功率超聲。超聲技術(shù)是一門以物理、電子、機械以及材料學(xué)為基礎(chǔ)的通用技術(shù)。它是通過超聲波產(chǎn)生、傳播及接收的物理過程完成的。超聲波廣泛應(yīng)用于冶金、機械、醫(yī)療等行業(yè)。超聲波傳感器是利用超聲波在超聲場中的物理特性和各種效應(yīng)而研制的裝置，通常也稱為超聲波換能器、探測器。超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中壓電式控頭最常用。壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭。它是根據(jù)壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的：逆壓電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而正壓電效應(yīng)是將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，可作為接受探頭。(1)超聲波物位傳感器超聲波物位傳感器是根據(jù)超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性來制成的。如果從發(fā)射超聲脈沖開始到接收換能器接收到反射波為止的時間間隔已知，就可以求出分界面的位置，利用這種方法對物位進(jìn)行測量。激光技術(shù)和激光器是二十世紀(jì)六十年代出現(xiàn)的最重大的科學(xué)技術(shù)之一。激光技術(shù)與應(yīng)用的迅猛發(fā)展，已與多個學(xué)科相結(jié)合，形成新興的交叉學(xué)科，如光電子學(xué)、信息光學(xué)、激光光譜學(xué)、非線性光學(xué)、超快激光學(xué)、量子光學(xué)、光纖光學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)、激光醫(yī)學(xué)、激光生物學(xué)、激光化學(xué)等。這些交叉技術(shù)與新的學(xué)科的出現(xiàn)，大大地推動了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得激光器的應(yīng)用范圍擴展到幾乎國民經(jīng)濟的所有領(lǐng)域。激光傳感器[3,5,17]是利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器工作時，先由激光發(fā)射二極管對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖，經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號。常見的是激光測距傳感器，它通過記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間，即可測定目標(biāo)距離[16]。激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時間，因為光速太快。 (1)紅外傳感器 紅外線傳感器測量時不與被測物體直接接觸，并且靈敏度高，響應(yīng)快等。紅外線傳感器常用于無接觸溫度測量，氣體成分分析和無損探傷，在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如采用紅外線傳感器遠(yuǎn)距離測量人體表面溫度的熱像圖，可以發(fā)現(xiàn)溫度異常的部位；利用人造衛(wèi)星上的紅外線傳感器對地球云層進(jìn)行監(jiān)視，可實現(xiàn)大范圍的天氣預(yù)報；采用紅外線傳感器可檢測飛機上正在運行的發(fā)動機的過熱情況等。例如紅外線遙控鼠標(biāo)、紅外線夜視攝影功能都給我們的生活帶來了很大的便利。 (2)超聲波傳感器可以實現(xiàn)非接觸測量、安裝方便、不受被測介質(zhì)影響，可以在較高溫度下測量、精度高、功能強等特點。對于測距來說，超聲波傳感器具有頻率高、波長短、定向性好、振幅小、加速度大、能量集中等顯著特點。目