机电一体化系统中常用传感器的发展.doc

传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。如果说计算机是人类大脑的扩展,那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置——传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵“。 传感器技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术之一。 传感器已广泛应用于航天、航空、国防科研、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林、渔业生产、食品、烟酒制造、机器人、家电等诸多领域,可以说几乎渗透到每个领域。 下面，我就几类基本类型的传感器做些介绍： 电阻式传感器 电阻式传感器是把被测量转换为电阻变化的一种传感器.按工作的原理可分为:变阻器式、电阻应变式、热敏式、光敏式、电敏式. ●变阻器式传感器的等效电路如下图： 如果电阻丝的直径和材料确定，单位位移的电阻值为一常数，传感器的输出与输入成线性关系。 ● 这类传感器结构简单，尺寸小，性能稳定。受环境影响小。不需放大。滑线变阻器式传感器精度可达0.1％。 ●在生活中，应用实例诸多，如重量的自动检测--配料设备、煤气包储量检测等。 煤气包储能检测 ⑵ ●电阻应变式传感器是基于电阻应变片的使用，金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化的现象。 金属应变片的电阻R为 ， ， 电阻相对变化为 ， 称为金属电阻丝的轴向应变，简称纵向应变。称为电阻丝的径向应变，简称横向应变。当电阻丝沿横向伸长时，两者之间的关系为，其中为电阻丝材料的泊桑比，，则，金属电阻材料的很小，即其压阻效应很弱，这样上式可简化为，其灵敏度为。为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。能较好地满足各种应变测量要求，因此在应变测量中得到了广泛的应用。 ●电桥电路按辅助电源分有直流电桥和交流电桥，由于直流电桥的输出信号在进一步放大时易产生零漂，故交流电桥的应用更为广泛。直流电桥只用于较大应变的测量，交流电桥可用于各种应变的测量。 电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种。 直流电桥的连接方式 a)半桥单臂 b)半桥双臂 c)全桥 ●金属应变片的稳定性和温度特性好，但其灵敏度小；而半导体应变片应变灵敏度大;体积小;能制成具有一定应变电阻的元件，但它的缺点是温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 ●它的应用实例如桥梁固有频率测量、电子称、桶式测力传感器等。 电子称 电容式传感器 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，若不考虑边缘效应，其电容量为当被测参数变化使得上式中的A、d 或 发生变化时，电容量C也随之变化。若保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。 三种类型：变极距型、变面积型、变介电常数型及每种类型的工作原理、两极板电容量的推导。 ●电容式传感器的等效电路如图： ●电容式传感器的测量电路同样为电桥电路，如下图： ●电容式传感器的温度稳定性好，结构简单，动态响应好，可进行非接触测量，然而，输入阻抗高，负载能力差。 电容式传感器精度可达0.01％。 ●其运用实例有电容传声器、转速测量、电容测厚仪、电容式油量表等。 电容传声器 电感式传感器 电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种置。常分为可变 磁阻式、电涡流式和差动变压器式等类型。 其中可变磁阻式和电涡流式属于自感型传感器，差动变压器式属于互感性传感器。 （1）●可变磁阻式的原理是电磁感应，其具体电路如图： ●它结构简单，但灵敏度低。 ●其测量电路如图： ●电涡流式传感器的原理是基于涡流效应，其工作原理图如下： ●涡流式传感器有高频反射式和低频反射式两种，它的结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。? ●涡流式传感器的应用实例有：测厚、零件计数、侧转速、无损探伤等。 （3）●差动变压器式传感器是利用电磁感应中互感现象进行信号转换，其测量原路图如下： ●差动变压器式传感器响应速度快，分辨率