技術分析:傳感器的五大特性及四大設計要點
發布時間:2015-10-20 責任編輯:sherry
【導讀】傳感器是將一種物理量經過電路轉換成一種能以另外一種直觀的可表達的物理量的描述。本文對傳感器的概念、原理及特性進行逐一介紹,進而解析傳感器設計的要點。
1、傳感器的概念
傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)檢(jian)測(ce)裝(zhuang)置(zhi),能(neng)感(gan)受(shou)到(dao)被(bei)測(ce)量(liang)的(de)信(xin)息(xi),並(bing)能(neng)將(jiang)感(gan)受(shou)到(dao)的(de)信(xin)息(xi),按(an)一(yi)定(ding)規(gui)律(lv)變(bian)換(huan)成(cheng)為(wei)電(dian)信(xin)號(hao)或(huo)其(qi)他(ta)所(suo)需(xu)形(xing)式(shi)的(de)信(xin)息(xi)輸(shu)出(chu),以(yi)滿(man)足(zu)信(xin)息(xi)的(de)傳(chuan)輸(shu)、處理、存儲、顯示、記錄和控製等要求。它是實現自動檢測和自動控製的首要環節。
2、傳感器的工作原理
傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應,諸如壓電效應,磁致伸縮現象,離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關係的傳感器,被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。向傳感器提供±15V電源,激磁電路中的晶體振蕩器產生400Hz的方波,經過tda2030功率放大器即產生交流激磁功率電源,通過能源環形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉的次級線圈,得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源,該電源做運算放大器AD822的工作電源;由基準電源AD589與雙運放AD822組成的高精度穩壓電源產生±4.5V的精密直流電源,該電源既作為電橋電源,又作為放大器及V/F轉換器的工作電源。
當彈性軸受扭時,應變橋檢測得到的mV級的應變信號通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強信號,再通過V/F轉換器變換成頻率信號,通過信號環形變壓器T2從旋轉的初級線圈傳遞至靜止次級線圈,再經過外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號,該信號為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處理。由於該旋轉變壓器動——靜jing環huan之zhi間jian隻zhi有you零ling點dian幾ji毫hao米mi的de間jian隙xi,加jia之zhi傳chuan感gan器qi軸zhou上shang部bu分fen都dou密mi封feng在zai金jin屬shu外wai殼ke之zhi內nei,形xing成cheng有you效xiao的de屏ping蔽bi,因yin此ci具ju有you很hen強qiang的de抗kang幹gan擾rao能neng力li。有you些xie傳chuan感gan器qi既ji不bu能neng劃hua分fen到dao物wu理li類lei,也ye不bu能neng劃hua分fen為wei化hua學xue類lei。大da多duo數shu傳chuan感gan器qi是shi以yi物wu理li原yuan理li為wei基ji礎chu運yun作zuo的de。化hua學xue傳chuan感gan器qi技ji術shu問wen題ti較jiao多duo,例li如ru可ke靠kao性xing問wen題ti,規gui模mo生sheng產chan的de可ke能neng性xing,價jia格ge問wen題ti等deng,解jie決jue了le這zhe類lei難nan題ti,化hua學xue傳chuan感gan器qi的de應ying用yong將jiang會hui有you巨ju大da增zeng長chang。
3、傳感器的特性介紹
1、靜態特性:是shi指zhi對dui靜jing態tai的de輸shu入ru信xin號hao,傳chuan感gan器qi的de輸shu出chu量liang與yu輸shu入ru量liang之zhi間jian所suo具ju有you相xiang互hu關guan係xi。因yin為wei這zhe時shi輸shu入ru量liang和he輸shu出chu量liang都dou和he時shi間jian無wu關guan,所suo以yi它ta們men之zhi間jian的de關guan係xi,即ji傳chuan感gan器qi的de靜jing態tai特te性xing可ke用yong一yi個ge不bu含han時shi間jian變bian量liang的de代dai數shu方fang程cheng,或huo以yi輸shu入ru量liang作zuo橫heng坐zuo標biao,把ba與yu其qi對dui應ying的de輸shu出chu量liang作zuo縱zong坐zuo標biao而er畫hua出chu的de特te性xing曲qu線xian來lai描miao述shu。表biao征zheng傳chuan感gan器qi靜jing態tai特te性xing的de主zhu要yao參can數shu有you:線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。
2、動態特性:shizhichuanganqizaishurubianhuashi,tadeshuchudetexing。zaishijigongzuozhong,chuanganqidedongtaitexingchangyongtaduimouxiebiaozhunshuruxinhaodexiangyinglaibiaoshi。zheshiyinweichuanganqiduibiaozhunshuruxinhaodexiangyingrongyiyongshiyanfangfaqiude,bingqietaduibiaozhunshuruxinhaodexiangyingyutaduirenyishuruxinhaodexiangyingzhijiancunzaiyidingdeguanxi,wangwangzhidaoleqianzhejiunengtuidinghouzhe。zuichangyongdebiaozhunshuruxinhaoyoujieyuexinhaohezhengxianxinhaoliangzhong,suoyichuanganqidedongtaitexingyechangyongjieyuexiangyinghepinlvxiangyinglaibiaoshi。
3、線性度:tongchangqingkuangxia,chuanganqideshijijingtaitexingshuchushitiaoquxianerfeizhixian。zaishijigongzuozhong,weishiyibiaojuyoujunyunkedudedushu,changyongyitiaonihezhixianjinsididaibiaoshijidetexingquxian、線性度(非線性誤差)就是這個近似程度的一個性能指標。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線;或將與特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線,此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。
4、遲滯特性:表征傳感器在正向(輸入量增大)和反向(輸入量減小)行程間輸出-輸入特性曲線不一致的程度,通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX與滿量程輸出F?S的百分比表示。遲滯可由傳感器內部元件存在能量的吸收造成。
5、靈敏度:靈敏度是指傳感器在穩態工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關係,則靈敏度S是一個常數。否則,它將隨輸入量的變化而變化。
4、傳感器的設計要點
1、一般所測得的物理量是非常小的,通常還帶有作為傳感器物理轉換元件固有的轉換噪聲。比如傳感器在1被放大倍率下的信號強度為0.1~1uV,此時的背景噪聲信號也有這麼大的水平,甚至於將其湮滅。如何將有用信號盡量取出並且壓低噪聲是傳感器設計的首要解決的問題。
2、傳感器電路一定要簡單精煉。設想具有3級放大電路的,帶有2級(ji)有(you)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)放(fang)大(da)回(hui)路(lu),放(fang)大(da)了(le)信(xin)號(hao)的(de)同(tong)時(shi)也(ye)將(jiang)噪(zao)聲(sheng)放(fang)大(da)了(le),如(ru)果(guo)噪(zao)聲(sheng)不(bu)是(shi)明(ming)顯(xian)偏(pian)離(li)有(you)用(yong)信(xin)號(hao)頻(pin)譜(pu),則(ze)無(wu)論(lun)怎(zen)樣(yang)濾(lv)波(bo)兩(liang)者(zhe)同(tong)時(shi)放(fang)大(da),結(jie)果(guo)信(xin)噪(zao)比(bi)沒(mei)有(you)提(ti)高(gao)。因(yin)此(ci)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)路(lu)一(yi)定(ding)要(yao)精(jing)煉(lian)簡(jian)約(yue)。能(neng)省(sheng)1隻(zhi)電(dian)阻(zu)或(huo)電(dian)容(rong)就(jiu)一(yi)定(ding)要(yao)將(jiang)它(ta)去(qu)掉(diao)。這(zhe)一(yi)點(dian)是(shi)許(xu)多(duo)設(she)計(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)容(rong)易(yi)忽(hu)略(lve)的(de)問(wen)題(ti)。已(yi)知(zhi)的(de)情(qing)況(kuang)是(shi),傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)路(lu)隨(sui)著(zhe)噪(zao)聲(sheng)的(de)問(wen)題(ti)困(kun)擾(rao),電(dian)路(lu)越(yue)修(xiu)改(gai)越(yue)複(fu)雜(za),成(cheng)為(wei)怪(guai)圈(quan)。
3、功gong耗hao問wen題ti。傳chuan感gan器qi通tong常chang在zai後hou續xu電dian路lu的de前qian端duan,有you可ke能neng需xu要yao較jiao長chang的de引yin線xian連lian接jie。當dang傳chuan感gan器qi功gong耗hao較jiao大da時shi引yin線xian的de連lian接jie將jiang會hui所suo有you的de無wu謂wei噪zao聲sheng以yi及ji電dian源yuan噪zao聲sheng引yin入ru使shi得de後hou續xu電dian路lu愈yu發fa難nan以yi設she計ji。在zai夠gou用yong的de情qing況kuang小xiao如ru何he降jiang低di功gong耗hao也ye是shi一yi個ge不bu小xiao的de考kao驗yan。
4、yuanqijiandexuanyonghedianyuanhuilu。yuanqijiandexuanyongyidingyaogouyongweihao,zhiyaoqijianzhibiaozaixuyaodefanweizhineijiukeyile,yuxiadejiushidianlushejiwenti。dianyuanshichuanganqidianlushejiguochengyidingyaoyudaodenanti,buyaozhuiqiuwufadadaodedianyuanzhibiao,erxuanzeyikuandaiyoujiaohaodegongmoyizhibideyunfang,caiyongchafenfangdadianlushejikenengzuiputongdekaiguandianyuanyijiqijianjiunengmanzunideyaoqiu。
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