《电子信息专业英语》-第三单元 传感器

第一课电路元件和参数电路(或网络)是由实际电气装置相互连接而成的。电路的用途就是把电能分配和转换为其他形式。因此，基本的电路元件就是电源、能量转换器和连接它们的导体。电源(原生或再生电池、发电机等)把化学的、机械的、热的以及其他形式的能量转换为电能。能量转换器，也叫负载(例如灯泡、加热器或电动机)，可将电能转换成光、热、机械运动等。电路中的工作情况可以用电动势(或电压)和电流等术语来描述。当电能在产生、传输和转换时，若电路中相关的电流和电压不随时间而变化，我们可以称之为直流电路。下一页返回第一课电路元件和参数电流和电压不随时间而变化，相应的电气装置的磁场和电场也是时不变的。这就是为什么直流电路中不出现自感或互感现象，以及导体周围介质中不存在任何位移电流的原因。图3-1以简化的形式表示一个以蓄电池为电源、灯泡为负载的假定电路。电源和负载端通过导体相互连接(通常这种导体是导线，但少数情况下也有例外)。可以看到，电源、负载和导体形成了一个闭合回路。电源电动势产生一个绕该闭环回路的持续的、单向的电流。这种由一个电源、一个负载和两段导线组成的简单电路，在实践中即使有时能遇到，也是很少见的。实际电路可能包含大量的、以各种形式连接的电源和负载。下一页返回上一页第一课电路元件和参数为了简化实际电路的分析，通常在被称为电路图的图形中以符号的方式表示它们。电路图实际上是实际电路网络虚构的，甚至理想化的模型。这样的电路图由被称为电路元件或参数的符号相互连接而成。在表示直流电路时必须有两种元件:一是具有电动势E和内阻Rs的电源;二是负载电阻R(包含导体电阻)，如图3-2所示。无论图3-2(a)中的电动势E的原动力是什么(即不论是热的、机械的，还是其他什么形式)，其大小就等于1和2两端之间的开路电压，也就是电源中没有电流通过时的电压:下一页返回上一页第一课电路元件和参数电源电动势的方向从低电位点指向高电位点。在图上用箭头表示。当负载被接在电源端(电路被加载)且电路闭合时，电流开始流过整个电路。由于消耗在电源内的电压降Vs，1和2端的电压(称为端电压)不再等于电动势，即通过电源内阻的Vs=RsI。图3-3表示了带负载后电源的典型的所谓外部特性(另一个名称是电源的负载特性)。可以看到，电流从0增加到l≈l1，会导致电源端电压线性地下降。下一页返回上一页第一课电路元件和参数换句话说，通过电源电阻的电压降随电流成比例增加。该过程一直持续到电流达到某一临界值为止。然后，当电流继续增加，它与电源电压降之间的比例发生变化，外部特性不再为线性。电压的降低可能由电源电压的减少引起，也可能由于内阻的增加引起，或者两者兼而有之。电源释放的功率由方程Ps=EI给出，其中Ps表示电源功率。在此看来似乎可以相应地消除关于功率的普遍误解。比如人们可能会听到功率被产生、释放、消耗、传送、消失等。但是，事实上，只有能量才能被产生、释放、消耗、传送或消失。功率只是能量输入或转换的速度，即单位时间内能量产生、释放、传输的数量。下一页返回上一页第一课电路元件和参数作为常见的电路元件，负载电阻R(图3-2(b))给出了对能量消耗的清楚的认识，即电能到热能的转换。被定义为:P=RI2。一般情况下，负载电阻只决定于流过负载的电流，这一点可用函数R(I)表达。由欧姆定律可知，电阻两端的电压为V=Rl。电路分析中，常使用电阻的倒数，即电导，定义为g=1/R。实际问题中，常将通过电阻的电压表示为电流的函数V(l)，或者反函数I(V)。函数V(I)或l(v)已成为人们熟知的伏安特性。下一页返回上一页第一课电路元件和参数图3-4表示金属丝灯泡的伏安曲线V1(I)和碳丝灯泡的伏安曲线V2(I)。可以看出，每种灯泡的电压和电流的关系不是线性的。随着电流的增加，金属丝灯泡的电阻也增加，而碳丝灯泡的电阻减少。包含非线性特性元件的电路称为非线性电路。如果假设电源的电动势和内阻、相关的负载电阻分别不受电流和电压影响，那么电源的外部特性V(I)和负载的伏安特性V1(I)将是线性的(图3-5)。只包含线性元件的电路称为线性电路绝大多数的实际电路可被归为线性电路。因此，对线性电路的性质和分析展开研究具有理论和实践的双重意义。返回上一页第二课电压/频率转换器电压/频率(V/F)转换器在数字式电压表和巡回检测器中的应用促进了用作标准件或集成电路组件的广泛发展。这就使得它们可以用在能够产生与被测参数成正比的模拟电压的一些传感器和仪表系统中。这些组件价格较低，并且还有精度高、在接收端只需要极少信号处理的数据传输性能。以频率形式传输的信号，实际上是一串数字信号，因此它具有数字系统的优点，而且只需要两根数据传输线。事实上，它和普通的串行数字数据传输相比，具有自定时、不需要同步的优点。下一页返回第二课电压/频率转换器以频率形式传输信号的另一优点是这种技术容易适应于那些在传感器与实际计数器之间或传感器与系统的其他部件之间要求完全在机械上或电气上隔离的设备。如图3-6所示，其中传感器和低功率的电压/频率传感器与一个发光二极管藕合、其输出以电压/频率转换器产生的频率进行闪烁。这种光发射是用光敏元件检测的，所得信号经过整形、计数或运算以便测量。发光二极管和光敏元件可以作为一个叫做发光二极管光学藕合器的单独组件来使用。下一页返回上一页第二课电压/频率转换器这种隔离形式，在某些医疗仪器中可能是有价值的。低功率的“前端”可用于电池驱动，从而与需要电网供电的其余部分设备完全隔离开来。这种方法在要求传感器用于气密的场合也是有用的。在这种情况下，可以用一个单独的发光二极管，并把光敏元件作适当屏蔽，数据就能够通过透明的窗孔被传送出来。图3-7所示的是脉冲数与输入电压成正比的电压/频率转换器的基本线路。在此线路中，每个脉冲都有相同的宽度和高度，因为它们就是单次脉冲发生器的输出。下一页返回上一页第二课电压/频率转换器由于温度变化，要产生线性输出，而脉冲速度的变化又要极小，这种简单的线路需要作相当大的改动。特别是电容器放电需要很多电路。因此，采用了许多其他可供选用的技术电压/频率转换器在用作数字传感器系统中的一个部件时，其主要缺点是取出读数需要时间。如果要计算脉冲数，只有当计数周期长到足以达到所需的分辨力时，才能保证精度。例如，对于一个13比特的数字，就要求4000个以上的脉冲，计数周期太长。然而，可以采取在输入信号内加偏压的办法使时间保持在合理的范围之内。下一页返回上一页第二课电压/频率转换器若采用测量脉冲之间时间间隔的方法，这个矛盾就不这么尖锐了，但又会失去电压/频率转换技术的某些优点，例如失去了计数法带来的抑制噪声能力强的优点。抑制噪声能力强是由于在整个计数周期内存在积分作用，它对该周期内的输入信号产生一个平均值，而任何共模噪声的总影响一般是很小的。如果计数的采样周期与电网电源同步，那么在此频率上产生的噪声及其谐波几乎都可以被平均。然而，模拟输入信号的噪声和波纹都可能改变单个脉冲的定时，因此脉冲之间的时间测量值将包含噪声分量。返回上一页第三课用于轻质材料的光学传感器现代轻质材料广泛应用于飞机、交通、建筑工程、机械工程和能源开采中。光纤复合材料使其重量更轻。现在，有很多场合使用传感器技术，如进行机械应力/温度评估和破坏探测，来达到更高的安全性和质量标准由于飞机监控的测量点非常多，传感器还需要进行信息传递和数据处理。由于空间非常小，需要防止电磁干扰，光学测量技术尤其适合此种应用。用一个波导进行测量点的数据传输和测量点的连接，可以降低测量系统的复杂性，并提高稳定性和实用性。下一页返回第三课用于轻质材料的光学传感器1.Fraunhofer研究院在复合材料上使用光学传感器在德国达姆斯达特的Fraunhofer研究院LBF进行了VLA非常轻的飞机结构测试，图3-9为VLA轴承进行可行性测试的表面片段。此案例中进行的是结构机械应力测试，但重量和重心数据的自动采集也同样重要。2.飞机建造复合材料的第一套光学监控系统光纤Bragg传感器和测量仪表已经在新的商业飞机CompAirCA-12上使用。下一页返回上一页第三课用于轻质材料的光学传感器美国公司CompAir委托ChandlerMonitoringSystemsInc.(CMS)负责监控系统的开发，采用了HBM技术合作伙伴MicronOpticsInc.的测量仪表、应变和温度传感器，并将Cleveland电子实验室的光纤传感器用于发动机部分的测试，以防止火灾。能容纳10人的涡轮螺旋桨飞机是全球第一架完全采用复合材料的飞机。安装有应变计和温度传感器的原型机在2007年进行了测试，必要的FAA认证在30个月后才能拿到。CompAirAviation作为飞机结构测试的领导者第一次采用了光纤监控系统。返回上一页第四课即插即测TEDS:采用传感器认证插入测量即插即用作为一个标准应用在电脑技术上已经有一段时间了，现在已经应用在专业的测量和测试领域中了。HBM现在采用传感器电子认证技术(TEDS)来实现此项功能。TEDS(传感器电子数据表)技术可以让测量工程师在30秒内完成精确的测量任务。但是，即插即测不仅仅是“插入就开始检测”。采用TEDS测量技术可以简单快速地对测量链进行配置，获得可靠的测量结果，尤其是在频繁改变测量配置或者是有大量的传感器需要连接时。因此，我们将传感器的主要特性存储在传感器的电子数据表中。放大器可以导入这些数据并自动转换成正确配置，而用户无需进行其他更改。下一页返回第四课即插即测TEDS:采用传感器认证插入测量TEDS的强大功能无论是复杂的测量任务还是测量过程中需要频繁更换配置或者需要将测试元器件集成到复杂设备中，TEDS都可以进行快速可靠的测量，并满足高精度要求。TEDS其强大的性能可以满足实验室和生产过程监控的应用要求。解决方案:HBM零点接线技术HBM采用标准的带反馈线的传感器标准电缆传输TEDS数据。这样就可以在模拟和数字模式之间智能切换。下一页返回上一页第四课即插即测TEDS:采用传感器认证插入测量连接器和电缆是类似的，因此，TEDS兼容元件可以和传统技术结合使用。现有的传感器无需其他接线就可以轻松升级。什么存储在TEDS内存中?TEDS芯片只存储传感器的技术数据:传感器型号、制造厂家和按照IEEE1451.4标准产生的ID号。第二个内存区存储制造商的指定数据，其主要数据配有模板，这些模板，如测量量、测量范围和特性等，遵从标准并应用于统一标准设计的放大器中。第三个内存区为用户区信息，如滤波设定，零点信号和简单的注释—HBM提供TEDS编辑器进行写入。下一页返回上一页第四课即插即测TEDS:采用传感器认证插入测量HBM的即插即测HBM提供带有TEDS的新传感器，并可以升级现有传感器，用于升级的TEDS模块也可升级其他厂家的传感器)，TEDS编辑器和可以读取TEDS的放大器。标准TEDS在2004年底颁布的IEEE1451.4标准中被定义。HBM是标准的制定者之一，并且是成功实现TEDS技术的测试、测量先行者。返回上一页第五课JTW-SD885型点式感温火灾探测器的安装与维护说明书安装探测器之前请仔细阅读本说明书。可以向西安盛赛尔公司索要本说明书的复制本。概述该探测器是二线制感温火灾探测器，设计这类探测器是为了对开放式区域提供保护，且需与所列的、具有兼容性的底座配套使用。探测器处于报警状态时，发光二极管(LED)锁定恒亮。下一页返回第五课JTW-SD885型点式感温火灾探测器的安装与维护说明书技术条件直径10.2cm高度4.8cm质量72g工作温度范围-10℃~50℃工作湿度范围10%~95%相对湿度，无凝结工作电压范围直流8.5~35V最大纹波电压30%(峰峰值)最大上电电容0.02uF下一页返回上一页第五课JTW-SD885型点式感温火灾探测器的安装与维护说明书静态电流≤50uA报警电流直流3.1V时最小2mA直流6.5V时最大80mA报警复位瞬间断电报警温度60℃上电时间≤1s执行标准GB4716-2005认证标志下一页返回上一页第五课JTW-SD885型点式感温火灾探测器的安装与维护说明书安装每个JTW-SD-885型探测器配有一个安装底座，以便探测器可以直接安装在5060mm的接线盒上，如图3-11所示。注意:确认所有的探测器底座已经安装，启动装置电路已被测试，接线正确。警告:安装探测器之前，切断回路的电源1.将探测器放在安装底座上，并顺时针旋转，直至它锁定到位。2.安装完所有探测器后(见图3-12系统接线)，给控制器加电。3.按照本说明书测试一节所描述的，对探测器进行测试。4.在控制器上对探测器进行复位。5.通知有关部门该系统已经正常运行。下一页返回上一页第五课JTW-SD885型点式感温火灾探测器的安装与维护说明书防御特性探测器底座具有防御功能。当启用此功能后，不用钥匙就无法卸下探测器接线指导按照所选定底座的安装说明进行接线。探测器与控制器系统接线参见图3-12所示。测试注意:在测试之前，通告有关管理部门，感温探测器系统将进行维护，系统会因此而临时停止工作。切断将运行维护的区域或系统的逻辑控制功能，以免造成不必要的报警联动。下一页返回上一页第五课JTW-SD885型点式感温火灾探测器的安装与维护说明书探测器初装或经过一定时期的运行后都必须进行测试。该种探测器的测试，可在探测器的侧面手持热吹风机，距离探测器15cm左右对探测器吹热风。使热敏件集热盘允分吸收热量，并防止其被损坏，直至探测器报警如果测试不通过，则应该先按照本说明书“维护保养”一节所描述的，对探测器进行清洁;如果还是不能通过，则应该返修。测试结束后，通知有关管理部门系统恢复正常。下一页返回上一页第五课JTW-SD885型点式感温火灾探测器的安装与维护说明书维护保养注意:在拆卸探测器前，通告有关管理部门感温探测器