《传感器的概述》word版.doc

传感器概述与电子天平 班级： 机电0902 姓名： 孙乾超 学号： 0930070131 成绩： 指导老师： 卫吉良 2011年 06 月 日 一 传感器概述传感器的定义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。传感器的作用 信息技术已成为当今全球性的战略技术，作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件传感器已成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的核心部件。 诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之广泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 由此可见，传感器在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。传感器的原理传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。向传感器提供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1.5v1v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，加之传感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。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。传感器的应用常见的： 1.自动门，利用人体的红外微波来开关门 2.烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的 3.手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象 4.电子称，利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的 5.水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是 智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如,它在机器人领域中有着广阔应用前景,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能,可感知各种现象,完成各种动作。在工业生产中,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如,黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等)。Cygnus公司生产了一种葡萄糖手表,其外观像普通手表一样,戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。葡萄糖手表上有一块涂着试剂的垫子,当垫子与皮肤接触时,葡萄糖分子就被吸附到垫子上,并与试剂发生电化学反应,产生电流。传感器测量该电流,经处理器计算出与该电流对应的血糖浓度,并以数字量显示。传感器的功能常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟： 光敏传感器视觉 声敏传感器听觉 气敏传感器嗅觉 化学传感器味觉 压敏、温敏、流体传感器触觉 敏感元件的分类： 物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。 化学类，基于化学反应的原理。 生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。 通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类传感器的分类可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ：传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用。1、传感器按照其用途分类：压力敏和力敏传感器 位置传感器液面传感器能耗传感器速度传感器加速度传感器射线辐射传感器热敏传感器24GHz雷达传感器2、传感器按照其原理分类： 振动传感器湿敏传感器磁敏传感器气敏传感器真空度传感器生物传感器等。3、传感器按照其输出信号为标准分类：模拟传感器将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 数字传感器将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。 膺数字传感器将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。 开关传感器当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。二、电子天平结构 1. 秤盘秤盘多为金属材料制成 , 安装在天平的传感器上 , 是天平进行称量的承受装置。它具有一定的几何形状和厚度 , 以圆形和方形的居多。使用中应注意卫生清洁 , 更不要随意掉换秤盘。2. 传感器传感器是电子天平的关键部件之一 , 由外壳、磁钢、极靴和线圈等组成 , 装在秤盘的下方。它的精度很高也很灵敏。应保持天平称量室的清洁 , 切忌称样时撒落物品而影响传感器的正常工作。3.位置检测器位置检测器是由高灵敏度的远红外发光管和对称式光敏电池组成的。它的作用是将秤盘上的载荷转变成电信号输出。4. PID 调节器PID( 比例、积分、微分 ) 调节器的作用 , 就是保证传感器快速而稳定地工作。5.功率放大器其作用是将微弱的信号进行放大 , 以保证天平的精度和工作要求。6.低通滤波器它的作用是排除外界和某些电器元件产生的高频信号的干扰 , 以保证传感器的输出为一恒定的直流电压。7.模数 (A/D) 转换器它的优点在于转换精度高 , 易于自动调零能有效地排除干扰 , 将输入信号转换成数字信号。8.微计算机它是电子天平的数据处理部件,它具有记忆、计算和查表等功能 。9. 显示器现在的显示器基本上有两种 : 一种是数码管的显示器;另一种是液晶显示器。它们的作用是将输出的数字信号显示在显示屏幕上。10.机壳其作用是保护电子天平免受到灰尘等物质的侵害 , 同时也是电子元件的基座等。11.气泡平衡仪(水平仪)作用是便于工作中有效的判断天平水平位置。12. 底脚电子天平的支撑部件 , 同时也是电子天平水平的调节部件 。电子天平的工作原理 当电流流过放置于永久磁场两极间的导体时，会产生电磁力与电流强度的大小成比例，测量电流强度就能得知导体受力的情况，为此加上一些辅助装置：能加放被称物的秤盘，控制磁场中导体位置的位置器，在线路上加一个电流调节器及测量电流的仪器，这样就成了一个简单的天平。当秤盘上没有加放载荷时，电路中流过的电流正好使得处于同一水平位置的位置指示器的两个指针保持不动（该位置称为零位），此时测量仪器指示器的电流值与零位对应，为天平的零点。当在秤盘上加放被称物后，称量系统下降，称量系统位置的变化清楚地显示在位置指示器上。为了使位置指示器指针恢复到零位，可通过调节电流调节器，使电路中流入更多的电流，直到位置指示器的两个指针又处于同一水平位置，这时测量仪器指示出了被称物与空载天平的电流差，而该电流差与秤盘上的被称物的质量成正比，将此电流差转化为电压，然后检测电压量，电子天平采用了电磁力补偿平衡原理，实质也是一种杠杆平衡，只是在杠杆的一端采用了电磁力。（1）当天平处于空称零位时，则产生的力矩M=m1gLl、M右=FL2，由于零位时天平达到平衡，则M左= M右。即m1 g Ll= FL2。（2）当称盘上加载称物m2时，杠杆偏离零位，此时零位指示器有偏差信号产生，经过放 大器和调节器等一系列转换后，使线圈的电流I增大，电磁力矩右也将一起增大，杠杆回到原来平衡位置，即天平的零位，最终则使M左= M右 ，即m2 gLl= FL2 ，最后把电信号处理成为数字信号，数显在显示屏上。从而得出以下重要结论：在磁场中通过线圈的电流强度 I与被称物体的质量m成正比。电子天平的正确使用1、对电子天平安装室的环境要求 (1)房间应避免阳光直射，最好选择阴面房间或采用遮光办法。(2)应远离震源，如铁路、公路、震动机等震动机械，无法避免时应采取防震措施。(3)应远离热源和高强电磁场等环境。(4)工作室内温度应恒定，以20C左右为佳。(5)工作室内的相对湿度应在45%75%之间为最佳。(6)工作室内应清洁干净，避免气流的影响。(7)工作室内应无腐蚀性气体的影响。(8)工作台应牢固可靠。2安装电子天平前的清洁要求 (1)首先要用毛刷或鹿皮等除去浮土等物。(2)称量室或靠近磁钢处要用潮湿的绸布等除尘，不要让尘土和脏物落人磁钢中，以造成天平的故障。(3)用潮湿的绒布等将天平及部件擦拭干净(不宜使用溶剂)。(4)用干净的鹿皮或绸布等将天平及其部件擦拭干净，确保天平的干净。3安装电子天平的主要步骤 (1)选择合格的安装室并有合格的安装台。(2)拆去电子天平外包装，如木箱或纸箱，并将外包装及防震物品收藏好，以备再用。(3)清点天平主机及零部件是否齐全，外观是否良好。(4)对天平主机及零部件进行除尘和清洁工作。(5)安装天平主机，并通过调整天平后底部的水平调整脚，将天平调整至水平状态(可观察天平称量室内的水平装置)。(6)将天平的秤圈、秤盘等活动部件安装到位，有些秤盘需要旋转才能固定好。(7)松开运输固定螺丝或键钮等止动装置(有些电子天平没有此装置)。(8)将电子天平的外接电源选择键钮调至当地供电电压档上。(9)把外接电源、插销插入外接电源插座内，并打开电子天平的电源开关，观察天平的显示是否正常，如正常显示就按说明书的要求进行预热。4、操作电子天平的主要步骤(1)接通电源并预热使天平处于备用状态。(2)打开天平开关(按操纵杆或开关键)，使天平处于零位，否则按去皮键。(3)放上器皿，读取数值并记录，用手按去皮键清零，使天平重新显示为零。(4)在器皿内加人样品至显示所需重量时为止，记录读数，如有打印机可按打印键完成。(5)将器皿连同样品一起拿出。(6)按天平去皮键清零，以备再用。 *电子天平使用注意事顶 一、电子天平的心脏一重力电磁传感器簧片(一般共有六一八片细而薄，极易受损，且天平的精度越高，其重力传感簧片也越薄，所以在使用中应特别注意加以保护，不要向天平上加载重量超过其称量范围的物体，绝不能用手压称盘或使天平跌落地下，以免损坏天平或使重力传感器的性能发生变化，另外称量一个物体以寺别是较重的物体一般不要超过30秒钟搬动和运输时应将称盘及其托盘取下来。 二、电子天平实际上是测量地球对敞在称盘上的物体的引力即重力的仪器，而由于地球径纬度的不同，各地的重力加速度(9-9. 8m2/s并不相同,在使用当地其称量准确度取决于是否进行了正确的校正和校正砧码的精度，假如您发现在广州经校正好的天平，在当地称重有一定误差，这并不表示天平有任何故障请按各型号电子天平说明书介绍的方法用计量部门认可的标准砧码进行校正即可进行准确称量。 三、电子天平的校正机构一般分三大类: 全自动校正:内合标准砧码和电机伺服机构，只需按一个功能键即可在数十秒钟内完成校正，一般新型的万分之一克精度以上的电子天平均采用全自动校正机构; 半自动校正:内装标准砧码但无伺服机构，在进入校正程序后，需要手动加载和卸下校正码; 手动校正:天平内没有标准砧码和伺服机构需要手动进入校正程序并外加标准砧码进行校正一般精度较低的天平采用手动校正 四、电子天平是一台对环境高度敏感的精密电子测量仪器，使用时应小心操作，安装台面应无明显振动，不要敞在空调口，若这些条件不能满足，应采取一些改进措施如变更使用地点装上防风墨等同时注意要调整底角螺丝使水平指示器的气泡居中。天平未调好水平也是产生称量误差的原因之一。心得与结论传感器在现代信息技术中有着举足轻重的地位，因此作为理工科专业的学生学习和掌