传感器工作原理及应用(传感器工作原理)
传感器的类型有哪些一、压力敏感和力敏感传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、辐射传感器和热传感器(根据应用而定)。
二、振动传感器、湿度传感器、磁性传感器、气体传感器、真空传感器、生物传感器等。根据原理;
三、根据输出信号1、模拟传感器:将测量的非电量转换成模拟电信号;
2、数字传感器:将测量的非电量转换成数字输出信号(包括直接转换和间接转换);
3、模拟数字传感器:将被测信号转换为频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换);
4、开关传感器:当被测信号达到一定阈值时,传感器相应输出设定的低电平或高电平信号。
四、按其制造工艺1、集成传感器采用生产硅基半导体集成电路的标准工艺制造,通常一些用于被测信号初步处理的电路也集成在同一芯片上;
薄膜传感器由沉积在介电基板(衬底)上的相应敏感材料的薄膜形成。当使用混合工艺时,一些电路也可以在该衬底上制造;
厚膜传感器是通过用相应材料的浆料涂覆陶瓷基板制成的。衬底通常由Al2O3制成,然后通过热处理形成厚膜。
4、陶瓷传感器通过标准陶瓷工艺或一些变体工艺(溶胶、凝胶等)生产。).在适当的准备操作之后,成型的部件在高温下烧结。
五、根据测量目的1、物理传感器是利用被测物质的某些物理性质发生明显变化的特性制成的;
2、化学传感器由能把化学物质的成分、浓度等化学量转化为电学量的敏感元件制成;
3、生物传感器是利用各种生物或生物物质的特性来检测和识别生物体内化学成分的传感器。
六、按其组成1、基本传感器:是最基本的单转换器件;
2、组合式传感器:由不同的单个转换器件组成的传感器;
3、应用传感器:由基本传感器或组合传感器等机构组成的传感器。
七、按作用方式1、主动式传感器有主动式传感器和反应式传感器两种。这种传感器可以向被测对象发出一定的检测信号,可以检测到被测对象中检测信号的变化,或者信号是由被测对象中检测信号的某种作用形成的。检测探测信号变化的方式称为主动式传感器,检测响应形成信号的方式称为反应式传感器、雷达、射频测距仪。
2、无源传感器只接收被测物体本身产生的信号,如红外辐射温度计、红外摄像装置等。
三种传感器的工作原理1、压电式压力传感器压电式压力传感器主要是基于压电效应。它利用电器元件等机械将待测压力转换成电量,然后进行相关的测量工作。例如,使用许多压力变送器和压力传感器。压电传感器不能用于静态测量,因为外力作用下的电荷只有在回路具有无穷大输入阻抗的情况下才能保留。但事实上并非如此。因此,压电传感器只能用于动态测量。其主要压电材料是磷酸二氢盐、酒石酸钾钠和应时。应时发现压电效应。
当应力变化时,电场变化很小,一些其他的压电晶体会代替应时。酒石酸钾钠的压电系数和压电灵敏度较大,只能在室内湿度和温度较低的地方使用。磷酸二氢铵是一种人工晶体,可以在高湿高温环境下使用,所以应用非常广泛。随着科技的发展,压电效应已经应用到多晶体中。例如,包括压电陶瓷、铌酸镁压电陶瓷、铌酸盐压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷。
基于压电效应的传感器有机电转换传感器和自发电传感器。其敏感元件由压电材料制成,当压电材料受到外力作用时,其表面会形成电荷,经电荷放大器、测量电路、阻抗变换放大后,转换成与外力成正比的电输出。用于测量力和可以转化为力的非电物理量,如:
加速度和压力。它具有重量轻、工作可靠、结构简单、信噪比高、灵敏度高、带宽宽等优点。但它也有一些缺点:有些电压材料是防潮的,需要采取一系列防潮措施,输出电流的响应较差,需要使用电荷放大器或高输入阻抗电路来弥补这一缺点,使仪器更好地工作。
2、压阻式压力传感器压阻式压力传感器主要基于压阻效应。压阻效应用于描述材料在机械应力下的电阻变化。与上述压电效应不同,压阻效应只产生阻抗变化,不产生电荷。
大多数金属材料和半导体材料都具有压阻效应。其中,半导体材料的压阻效应远大于金属。由于硅是当今主要的集成电路,硅压阻元件的应用变得非常有意义。电阻的变化不仅来自于与应力有关的几何变形,还来自于材料本身与应力有关的电阻,这使得它的度因子比金属大几百倍。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移导致载流子在不同迁移率的导带谷之间重新分布,进而使不同流向的电子迁移率发生变化。其次,它来自于与导带谷形状变化有关的有效质量的变化。在P型硅中,这种现象变得更加复杂,它还会导致等效质量变化和空穴转换。
压阻压力传感器通常通过导线连接到惠斯通电桥。通常,敏感芯没有外压,电桥处于平衡状态(称为零位)。当按下传感器时,芯片电阻发生变化,电桥将失去平衡。如果给电桥施加恒流或恒压电源,电桥会输出与压力对应的电压信号,使传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号并输出。电桥检测到的电阻值变化被放大,然后通过电压-电流转换转换成相应的电流信号。电流信号通过非线性校正回路进行补偿,即产生一个与输入电压线性对应的4 ~ 20 mA的标准输出信号。
为了减小温度变化对磁芯电阻值的影响,提高测量精度,所有压力传感器均采用温度补偿措施,使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持在较高水平。
3、电容式压力传感器电容式压力传感器是一种利用电容作为敏感元件,将被测压力转换为电容值变化的压力传感器。通常,这种压力传感器使用圆形金属膜或电镀金属膜作为电容器的一个电极。当薄膜受到压力变形时,薄膜与固定电极之间形成的电容发生变化,通过测量电路可以输出与电压有一定关系的电信号。电容式压力传感器所属
单个电容式压力传感器由一个圆形薄膜和一个固定电极组成。薄膜在压力下变形,从而改变电容器的容量。其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比,与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。另一类固定电极为凹球面,振膜为周边固定的张力平面。隔膜可以由镀塑料的金属层制成。这种类型适用于测量低电压,过载能力高。具有活塞移动极的隔膜也可以用于制造用于测量高电压的单个电容式压力传感器。这种类型可以减少振膜的直接压缩面积,从而可以使用更薄的振膜来提高灵敏度。还封装了各种补偿保护部门和放大电路,提高抗干扰能力。这种传感器适用于测量飞机的动态高压和遥测。单电容式压力传感器包括麦克风型(传声器型)和听诊器型。
差压传感器的压力膜片电极位于两个固定电极之间,形成两个电容。在压力的作用下,一个电容的容量增大,另一个电容的容量相应减小,测量结果由差动电路输出。它的固定电极是在凹面玻璃表面镀一层金属制成的。当过载发生时,凹面保护隔膜不破裂。差压传感器比单个电容具有更高的灵敏度和更好的线性度,但加工难度大(特别是要保证对称性),不能隔离被测气体或液体,因此不适合在腐蚀性或杂质流体中工作。
传感器的七种应用。传感器与环境保护目前,地球的空气污染、水污染和噪音已经严重破坏了地球的生态平衡和我们赖以生存的环境。这种情况引起了世界各国的关注。为了保护环境,由传感器制成的各种环境监测仪器正发挥着积极的作用。
2.传感器在机器人中的应用目前,在劳动强度大或危险作业的地方,机器人已经逐渐被用来代替人的工作。一些高速高精的工作也非常适合机器人。但这些机器人大多是自动化机械单能机器人,用于加工、装配、检验等工作。这些机器人只使用检测手臂位置和角度的传感器。
3.传感器和家用电器传感器广泛应用于现代家用电器中。传感器广泛应用于电炉、自动电饭煲、吸尘器、空调、电子热水器、热风加热器、空气干燥器、报警器、电风扇、游戏机、电子驱蚊器、洗衣机、洗碗机、照相机、冰箱、彩色和平板电视、录像机、录音机、收音机、DVD播放机和家庭影院。
4.传感器与物联网物联网是基于互联网、传统电信网络等信息载体的网络,它使所有可独立寻址的普通物理对象实现互联。它具有三个重要特征:公共对象设备、自主终端互联和普适服务智能。
物联网是指无处不在的终端设备和设施,包括具有“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼宇控制系统、家庭智能设施、文章监控系统等。和外部使能。例如“智能物体或动物”或“智能灰尘”,例如贴有RFID的各种资产、携带无线终端的个人和车辆等。并通过各种无线/有线长距离/短距离通信网络,实现基于云计算的互联(M2M)、应用和SaaS操作的大融合,提供实时在线监控、位置追踪、报警联动、调度指挥、计划管理、远程控制、安全防范、远程维护、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面(集中显示驾驶舱仪表盘)等管理和服务功能,实现对一切的“高效、节能、安全、环保”管理和控制。简单来说,物联网就是物与人之间的信息传递和控制。物联网的应用有三个关键技术,包括传感器技术。
随着医疗电子的发展,依靠医生的经验和感觉进行诊断的时代将会结束。现在,医用传感器可用于诊断人体表面和内部温度、血压和腔压、血液和呼吸流量、肿瘤、血液分析、脉搏波和心音、心脑波等。显然,传感器在推动医疗技术的高度发展中起着非常重要的作用。
6.传感器和遥感技术卫星遥感是空间遥感的组成部分。人造地球卫星用作遥感平台,卫星主要用于对地球和低层大气进行光学和电子观测。即从远离地面的不同工作平台(如塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等。),通过传感器探测地球表面的电磁波(辐射)信息,并对信息进行传输、处理、解释和分析,对地球的资源和环境进行探测和监测。
7.传感器在军事上的应用。现在的战场都是信息战场,信息绝对离不开传感器。军事专家认为,一个国家的军用传感器制造技术水平决定了它的武器制造水平,决定了它的武器自动化水平,最终决定了它的武器性能。现在传感器在军事上的应用非常广泛,小到星星、两弹、飞机、舰船、坦克、火炮等装备系统,大到单兵作战武器。从武器系统到后勤保障;从军事科学实验到军事装备工程;从战场作战到战略战术指挥;从战争准备、战略决策到战争实施,贯穿于整个作战体系和战争的全过程,必将推动未来高技术战争中战争的时域、空域和频域的拓展,进一步影响和改变战争的方式和效率,极大地提高武器的威力和作战指挥、战场管理的能力。
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