第三章 传感器检测及其接口技术 (一).ppt

第三章 传感器检测及其接口技术 第一节 概 述 一、 检测系统的组成 1、传感器 功能：把各种非电量信息转换为电信号，传感器又称为一次仪表。传感器相当于人的五官部分（“电五官”） 2、电信号处理系统 功能：对转换后的电信号进行测量,并进行放大、运算、转换、记录、指示、显示等处理，通常被称为二次仪表。 非电量检测系统的结构形式如图3-1所示。  二、传感器的基本概念与特性 （一）传感器的基本概念： 1、传感器的构成 传感器一般由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成，如图3-2所示。  （1）敏感元件: 是一种能够将被测量转换成易于测量的物理量的预变换装置,其输入、输出间具有确定的数学关系（理想的关系—线性）。 如称重传感器中的弹性元件，将力转换为弹性变形输出。  （2）转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电信号（如电阻、电感、电容等）形式。 （3）基本转换电路：将电信号量转换成便于测量的电量，如电压、电流、频率等。  2、传感器的分类 按能量变换的功能分： 按输出的信号分： （二）传感器的基本特性 1、传感器的静特性 传感器的静态特性是指当被测量处于稳定状态下，传感器的输入与输出值之间的关系。传感器静态特性的主要技术指标有：线性度、灵敏度、迟滞性和重复性等。 (1) 线性度 通常希望输出与输入特性（曲线）为线性，这对标定和数据处理带来方便。但实际的输出与输入特性只能接近线性，与理论直线有偏差。 式中： γL——线性度(非线性误差)；  Δmax——最大非线性绝对误差；  yFS ——输出满度值。 对于线性传感器来说,它的灵敏度S0是个常数。  迟滞性一般由实验方法确定，如图3-4所示。 2、传感器的动态特性 传感器能测量动态信号的能力用动态特性表示。动态特性是指传感器测量动态信号时，输出对输入的响应特性。传感器动态特性的性能指标可以通过时域、频域以及试验分析的方法确定，其动态特性参数如：最大超调量、上升时间、调整时间、频率响应范围、临界频率等。 1、新型传感器的开发 鉴于传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步发现新现象、采用新原理、开发新材料、采用新工艺，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。 2、传感器的集成化和多功能化 随着微电子学、微细加工技术和集成化工艺等方面的发展，出现了多种集成化传感器。这类传感器，或是同一功能的多个敏感元件排列成线性、面型的阵列型传感器；或是多种不同功能的敏感元件集成一体，成为可同时进行多种参数测量的传感器；或是传感器与放大、运算、温度补偿等电路集成一体具有多种功能。 3、传感器的智能化 “电五官”与“电脑”的相结合，就是传感器的智能化。智能化传感器不仅具有信号检测、转换功能，同时还具有记忆、存储、解析、统计处理及自诊断、自校准、自适应等功能。如进一步将传感器与计算机的这些功能集成于同一芯片上，就成为智能传感器。 4、传感器的网络化 主要表现为两个方面： 一是为了解决现场总线的多样性问题，IEEE　1451.2工作组建立了智能传感器接口模块（STIM）标准。 二是以IEEE　802.15.4（Zigbee）为基础的无线传感器网络技术得以迅速发展。 信息的短距离无线传输方式：数传模块，蓝牙 第二节 速度（转速）传感器 本节介绍的主要内容： 一、磁电式转速传感器 二、测速发电机 三、舌簧开关 四、接近开关 五、霍尔开关 六、转速传感器的测量电路原理 一、变磁阻式（磁电式） 1、特点： 又称为变磁通式传感器。传感器采用电磁感应的原理来达到测速目的，具有输出信号大，不需要放大，抗干扰性能好，不需外接电源，可在烟雾、油气、水气、煤气等恶劣环境中使用等特点。 齿轮材料：应采用导磁率强的金属材料。 2、结构组成及工作原理 3、传感器的正确使用 4、信号整形：将传感器输出的交流信号转变成直流方波脉冲信号。通常用运放实现。 5、磁电式转速传感器技术参数（S-CZ型）： （1）齿轮模数：2 ～ 4 齿宽：大于 5mm （2）直流电阻：200±15Ω(25℃)  （3）工作温度：-10 ~+120℃  （4）抗 振 动：20g  （5）螺纹规格：Φ16传感器（M16×1）  （6）重 量：约120g