簡述壓電傳感器的工作原理

1、通信工程學院自動化五班董靈龍34070531(1 )簡述壓電傳感器的工作原理；壓電式傳感器是一種自發(fā)電式傳感器。它以某些電介質的壓電效應為基礎，在外力作用下，在電介質表面產生電荷，從而實現(xiàn)非電量電測的目的。壓電傳感元件是力敏感元件，它可以測量最終能變換為力的那些非電物理量， 例如動態(tài)力、動態(tài)壓力、振動加速度等，但不能用于靜態(tài)參數(shù)的測量。(2)熱電偶的冷端處理采用哪幾種方法？延伸導線法、冰點法(0C恒溫法、冰浴法卜電橋補償法、二極管補償法(半導體PN結)、集成溫度傳感器補償法、恒溫遷移補償法、 熱電勢修正法(計 算修正法)、軟件補償法(微機法)、最小二乘擬合法、 珀電阻測量冷端溫度法等(3)光柵

2、采用了哪幾種細分技術？常采用的倍頻細分方法有四倍頻細分(也稱直接細分或位置細分)、電阻鏈細 分、鑒相法細分、鎖相法細分等幾種(4)利用磁電傳感器測量加速度應采用什么樣的測量電路？霍爾式傳感器或動圈式恒定磁通振動速度傳感器顯示、記錄LED發(fā)光管與光敏二極管工作電壓有什么區(qū)別？發(fā)光二極管正向工作電壓VF在1.43v.在外界溫度升高時，VF將下降。光 敏二極管其管芯是一個具有光敏特征的 PN結，具有單向導電性，工作時需 加上反向電壓，無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時光敏二 極管截止。當受到光照時，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射 光強度的變化而變化。（6）脈沖寬度式應感同

3、步器測量系統(tǒng)是如何實現(xiàn)脈沖調寬的?脈沖調寬法則在滑尺的正弦和余弦繞組上分別加周期性方波電壓。當用感應同步器來測量位移時，與鑒幅法相類似，可以調整激磁脈沖寬度小值，用小跟蹤8。當用感應同步器來定位時，則可用中來表征定位距離，作為位置指令，使滑尺移動來改變9 ,直到8 =小，艮心=0時停止移動，以達到定位的 目的。（7）霍爾元件溫度誤差的常用補償方法；,采用恒流源供電和輸入回路并聯(lián)電阻2,合理選取負載電阻RL的阻值3,采用恒壓源和輸入回路串聯(lián)電阻4,采用溫度補償元件（如熱敏電阻、電阻絲等）5,霍爾元件不等位電動勢U0的溫度補償（8）簡述紅外測溫傳感器的基本工作原理；紅外溫度傳感器利用熱電偶原理，測

4、量目標物與傳感器或者物體與環(huán)境溫度之間的差值。熱電偶的原理是二種不同的導體或半導體 A和B兩端相接組成當二個接觸端溫度不同時（TTo ）,回路中產生熱電 勢Eab ,形成回路電流。其中T稱為熱端、工作端 或測量端，To稱為冷端、自由端或參比端。A和B 稱為熱電極。熱電勢的大小由接觸電勢（也叫伯爾貼電勢）和溫差電勢（也叫湯姆遜電勢）決定新型光電傳感器的原理及應用概況隨著全球制造業(yè)自動化程度的提高，工業(yè)傳感器成為提高生產能力和增強安全 關鍵所在。工業(yè)傳感器有各種尺寸、形狀和技術一一最常見的是用電感、電容、 光電、磁力、超聲波技術設計的傳感器。每一種技術各有其長短，因此要根據應用 的要求來確定采用哪

5、一種傳感器。而光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。由光通量對光電元件的作用原 理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣的，按光電元件 （光學測控系統(tǒng)）輸出量性 質可分二類，即模擬式光電傳感器和脈沖（開關）式光電傳感器。為此本文著重介紹 控控撿測系統(tǒng)中新型模擬式光電傳感器的組成與特點、使用及有關應用舉例。模擬式光電傳感器是將被測量轉換成連續(xù)變化的光電流，它與被測量間呈單值 關系。模擬式光電傳感器按被測量（檢測目標物體）方法可分為透射（吸收）式、漫反 射式、遮光式（光束阻檔）三大類。所謂透射式是指被測物體放在光路中，恒光源發(fā) 出的光能量穿過被測物，部份被吸收后，透射光投射到光電元件上；所謂漫反射式

6、 是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上，再從被測物體表面反射后投射到光電元件上； 所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經被測物光遮其中一部份，使投射到光電元件 上的光通量改變，改變的程度與被測物體在光路位置有關。1、光電式傳感器的組成光電式傳感器中必須采用一定的光學元件，并按照一些光學定律和原理構成各 種各樣的波，光學元件有各種反射鏡和透鏡。有一些基本的光電傳感器檢測的是光強的變化。一般地講，它檢測的是傳感器 自己的光源發(fā)射出來的光線，或者檢測的并不是傳感器自己的光源發(fā)射出來的光線。 光線的類型以及檢測的方法有很多種，不同的傳感器使用的光線和檢測方法是不同 的。光電傳感器由光源（發(fā)光二極管）、接收器（

7、光敏三極管）、放大器（或比較器）及 信號轉換器（或斯密特觸發(fā)器）充組成。光敏三極管對進來的光線進行分析，看看它 是不是從發(fā)光二極管產生的光，并且產生輸出信號，基本組成原理示意見圖1所示。 其光源（發(fā)光二極管）還己乞包括振蕩器與供電源；光源與接收器（光敏三極管）是不 共地，二者之間無電的聯(lián)系以提高抗干擾；光源 （發(fā)光器）與接收器可以一個機殼內 也可以分開。氨蜜 熊印或 地上一%5&字隨Q. 坨電傳嗯割M事唱氏博理在嚏Y悠器內NHAHlT*心鼻(II.2楣也.Ttfc T 一地.翼司的牌坨 K將竹翱ft米行中的福耳*三盤卞祀*1 &懶杓期可口一$也可以于卬電整平與其他傳感器技術相比，這種傳感器技術

8、有很多優(yōu)點。例如，光電傳感器的敏 感范圍遠遠超過了電感、電容、磁力、超聲波傳感器的敏感范圍。止匕外，光電傳感 器的體積很小，而敏感范圍很寬，加上機殼有很多樣式，幾乎可以到處使用。最后, 隨著技術的不斷發(fā)展，光電傳感器在價錢方面可以同用其他技術制造的傳感器競爭。透射式光電傳感器在煙塵濁度監(jiān)測上的應用防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知 道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進行監(jiān)測、自動顯示和超標報警。S 速射型打舊TDT把電傳感雷能明示明煙道里的煙塵濁度是通過光在煙道在傳輸過程中的變化大小來檢測的。如果煙 道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達光檢測器

9、的光減少。因此光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。本應中應用奧托尼克斯(Autonics)公司的BYD3M-TDT射式小型光電傳感器，具光源(發(fā)光器)與接收器不一 個機殼內，見圖2(a)使用示意圖：先將發(fā)射器和接收器對準并固定好后才可以通電 (12-24)VDC;接著在ON犬態(tài)設定好發(fā)射器的中心位置，然后左右上下方向調節(jié)接收 器和發(fā)射器的位置；最后檢測目標穩(wěn)定后固定好發(fā)射器和接收器。圖2（b）是式煙塵濁度監(jiān)測系統(tǒng)的組成框圖：為了檢測出煙塵中對人體危害性最 大的亞微米顆粒的濁度和避免水蒸氣與二氧二碳對光源衰減的影響，選取可見光作 光源（400-700nm波長的白熾光）。光檢測器光譜響應

10、范圍為 400-600nm的光電管, 獲取隨濁度變化的相應電信號。為了提高檢測靈敏度，采用具有高增閃、高輸入阻 抗、低零漂、高共模抑制比的運算放大器，對信號進行放大?？潭刃Ｕ挥脕磉M行 調零與調滿刻度，以保證測試準確性。顯示器可顯示濁度瞬時值。報警電路由多諧 振蕩器組成，當運算放大器輸出濁度信號超過規(guī)定時，多諧振蕩器工作，輸出信號 經放大后推動喇叭發(fā)出報警信號。2.漫反射型光電傳感器漫射型光電傳感器有時也稱作接近傳感器。在這種傳感器中，發(fā)光器和接收器 裝在同一個機殼中。發(fā)光器發(fā)出的光線射到目標物體上，目標物體光線反射回來， 什么角度的反射光都有。反射光中有一部分送回到接收器，于是便把目標物體檢

11、測 出來了。由于目標物體的角度以及反射性能，發(fā)光器產生的能量大部分是損失掉，所以與鏡面反射（回射） 型和光束阻檔型光電傳感器相比，漫射型光電傳感器的敏感范圍比較小。雖然該類傳感器裝簡單置，即它不需要其他的元器件，例如反射鏡或者單獨的 接收器。但敏感范圍及接收器的能力受目標物體的顏色、尺寸、表面光潔度等因素 的影響較大，故值此著重研究其漫射-聚焦型傳感器。漫射-聚焦型傳感器漫射-聚焦型傳感器是效率較高的一種漫射型光電傳感器。發(fā)光器透鏡聚焦在傳感器 前面固定的一點上。接收器透鏡也是聚焦在同一點上。敏感的范圍是固定的，取決 于聚焦點的位置。這種傳感器能夠檢測在焦點上的物體，允許物體前后偏離焦點一 定

12、距離，這個距離稱作“敏感窗口”。當物體在敏感窗口以外，在焦點之前或者之 后時便檢測不到。敏感窗口取決于目標的反射性能和靈敏度的調節(jié)狀況。因為所射 出來的光能是聚焦在一個點上面，增益增大了很多，于是傳感器很容易地就檢測到 窄小的物體或者反射性能差的物體，具原理示意圖見 3所示。具有背景光抑制功能的漫射型光電傳感器只能檢測一定距離的目標物體，在這 個距離以外的物體它便檢測不到。在各種漫射型光電傳感器中，這種類型的傳感器 敏感目標物體顏色的靈敏度是最低的。這種傳感器的一個主要優(yōu)點是，它不會檢測 背景物體。而普通的漫射型光電傳感器往往會把背景物體誤認為是目標物體。含有背景光抑制功能的漫射型光電傳感器可

13、以在距離固定的情況下使用，也可 以在距離變化的情況下使用。抑制背景光的方法從技術上講有兩種：一種是機械的 方法，另一種是電子的方法。對于具有機械式背景光抑制功能的漫射型光電傳感器，它里面有兩個接收元件：一個接收來自目標物體的光，另一個接收背景光。目標接收器E1上的反射光的強度 超過背景光接收器E2上的反射光時，便把目標檢測出來，產生輸出信號。當背景光 接收器上的反射光的強度超過目標接收器上的反射光時，不檢測目標，輸出狀態(tài)不 發(fā)生變化。在距離可變的傳感器中，焦點可以用機械的方法進行調節(jié)。對于具有電子式背景光抑制功能的漫射型傳感器，在傳感器中使用一只位置敏 感元件(PSD)而不是使用機械元件。發(fā)光

14、器發(fā)出一束光線，光束反射回來，從目標物 體反射回來的光線和從背景物體反射回來的光線到達位置敏感元件的兩個不同位置。 傳感器對到達位置敏感元件這兩點的光進行比較，并將這個信號與事先設定的數(shù)值進行比較，從 而決定輸出的狀見圖4所示。的5W一件工用道片抑制餐反射光電傳總H外品附一種實用背景抑制漫反射光電傳感器見圖 5(a)所示這感器發(fā)光器和接收器裝在同一個機殼中，采用背景抑制技術，將由目標之外 的物體反射光引起假切換的危險降低到最小。反射光通過傳感器內一系列接收元件 收集，并給出一個輸出。如果目標移動并且從離預設距離更遠的物體上得到反射時， 接收的光線角度將改變。反過來將影響接收元件的輸出，并且傳感

15、器不響應。該背 景抑制漫射光電傳感器控制(NPN)輸出線路圖如5(b)所示。圖中的光電傳感器內部 線路與圖1(a)相似，區(qū)別在于有個過電流保護電路。Es（b）為拴制齡出演翔在其使用說明見圖5（c）所示:漫反射光電傳感器先可以設定在最大位置，由于反射背景的存在，其靈敏度是必須要 調整的；然后將目標設定在光通過的位置上，然后調節(jié)調整從最小位置調節(jié)到a;笫三步移走目標然后有鄰近物體時調節(jié)到 b位置指示燈變亮，如果指示燈不亮調節(jié)到 最大位置，可在a, b,位置中間設定調節(jié)。結構緊湊的堅固金屬外殼，這些微型傳感器帶有預接電纜（尺寸2:傳感距離15- 150mmT調）或帶有4管腳微變化連接器（尺寸1:傳感

16、距離20-200-mm可調）以便于一 且出現(xiàn)損壞能夠快速更換。可供NPNg PNP開+常閉輸出結構型。特點是可調傳感 距離，亮/暗開關選擇（常開或常閉連接）LED輸出狀態(tài)指示和脈沖可見紅色光束（可 使得安裝簡便）。具有短路和反接保護。適用于包裝生產線，需要不在場傳感或用于 自動裝配機器中，只需要尺寸2型窄光束即可精確定位。鏡面反射（回射）式傳感器Be為網面度時式坨甩倍軍器工作用翟總的鏡面反射式光電傳感器，它的發(fā)光器和接收器裝在同一個機殼中，這與漫射型 傳感器是一樣的。但是它使用一只反射鏡把發(fā)光器產生的光線反射到接收器上。當 目標物體阻擋了光電傳感器送往反射鏡的光線時，便把目標物體檢測出來，見圖

17、6（a）所示鏡面反射式光電傳感器工作原理圖。一般地講，與漫射型傳感器相比，鏡面反 射式傳感器的敏感距離比較大，這是因為，與大多數(shù)目標物體的反射率相比，反射 鏡的反射效率很高。在鏡面反射式傳感器中，目標物體的顏色和表面光潔度不會影 響敏感距離，然而在漫射型傳感器中，目標物體的顏色和表面光潔度會影響敏感距 離。8髓面反射式比用噂感器使用示意用圖6(b)為鏡面反射式光電傳感器使用示意圖：應先將傳感器和反射鏡面對面安 裝后，連接電源；后再調節(jié)傳感器或反射鏡面的上下左右位置，使傳感器的指示燈 變亮；最后可靠安裝兩者后，并校對使其檢測到目標；如果被測物的反射率比發(fā)射 鏡面高，它會發(fā)生誤動作，因此，在傳感器

18、和被測物留有足夠的空間，或把被測物 和光軸成30-45度的角度。有偏光鏡的鏡面反射式光電傳感器有些鏡面反射式光電傳感器是帶有偏光鏡的鏡面反射式光電傳感器。當發(fā)射器發(fā)出的光線通過偏光鏡時，它將被改變成水平橫向的光并達到反射鏡MS-2,然后它又因反射鏡改變成為垂直的光并達到接收器的偏光鏡。見圖6(c)所示。圖1)帶有偏充境的有漏器黃光器的蟆面反射式光電傳整器工作郎理示意圖在用鏡面反射式光電傳感器檢測清晰的物體時，在傳感器中用一個滯環(huán)電路來 檢測光線中的微弱變化。在敏感清晰的物體時，光線往往存在這種微小的變化。在 用于檢測清晰物體的傳感器中，發(fā)光器和接收器上都有偏振濾光器，目的是為了減 少來自目標物

19、體的反射所成的錯誤響應。有的鏡面反射式光電傳感器具有抑制前景的功能。在一定距離或者死區(qū)范圍內 時，這種傳感器不會把明亮的目標物體誤認為是反射鏡。它適合于檢測貨盤。3遮光式光電傳感器遮光式光電傳感器是第三種也是最后一種用光電方法進行檢測的光電傳感器。 這種傳感器需要兩個獨立的機殼，一個機殼中安裝發(fā)光器，另一個機殼中安裝接收 器。發(fā)光器射出來的光線對準接收器，當有目標物體把光線擋住時，接收器的輸出 便發(fā)生變化。在三種光電檢測技術中，光束阻擋型傳感器的效率最高，能夠進行檢測的范圍也是最大的。遮光式光電傳感器有很多類型。最常見的是用一只發(fā)光器、一只接收器，在發(fā) 光器與接收器之間只有一束光線。另一種是“

20、槽式”或“叉式”光電傳感器，這時, 發(fā)光器和接收器都裝在同一個機殼中，不存在對準的問題。光柵是由很多不同的發(fā) 光器和不同的接收器排列起來組成的，發(fā)光器裝在一個機殼中，接收器裝在另一個 機殼中，當它們互相對準時，便形成一片光束。4、結束語以上只是對閏用于工控檢測中的部分新型光電傳感器從應用角度作分析說 明。因為光電技術有很多種類，也有很多種工作方式。要根據具體項目的應用要求, 仔細地選擇性穩(wěn)能價格比較高的技術和類型，實施好設計方案。淺論數(shù)字式稱重傳感器的優(yōu)越性摘要：數(shù)字式傳感器和數(shù)字式儀表技術的發(fā)展已逐漸成為稱重技術領域的新寵，其 以調試簡便高效、適應現(xiàn)場能力強等優(yōu)勢正在稱重技術領域嶄露頭角。以

21、前首秦公 司使用的均為模擬式傳感器，現(xiàn)在汽車衡及靜態(tài)軌道衡已經全部更新為數(shù)字式傳感、數(shù)字式汽車衡與模擬式汽車衡的區(qū)別數(shù)字式汽車衡因為采用數(shù)字稱重技術，構成方式與傳統(tǒng)的模擬汽車衡存在較大 差異。首先，數(shù)字式汽車衡的儀表（或計算機）和傳感器之間的接口屬于數(shù)字通信 接口（一般為RS485通信方式），儀表直接接收的是傳感器送出的數(shù)字信號，傳輸 線長度可達1200ml而普通的模擬式汽車衡儀表和傳感器之間的接口屬于模擬接口。 儀表首先接收傳感器的模擬信號，然后再對其進行A/D轉換后才能進一步處理，傳輸距離一般為（2030） mi其次，由于數(shù)字式汽車衡接收的是數(shù)字信號，調整角差時直接在儀表中通過軟件來處理，

22、而不像模擬式汽車衡那樣，需要調整接線盒中 的電位器來達到調整角差的目的。這些明顯的差異， 決定了數(shù)字式汽車衡在安裝調 試時存在諸多優(yōu)越于模擬式汽車衡的地方，在安裝和使用上更加便利。、數(shù)字式傳感器及其特點數(shù)字式傳感器系統(tǒng)是在傳統(tǒng)電阻應變式傳感器基礎上，結合現(xiàn)代微電子技術、 微型計算機技術集成而發(fā)展起來的一種新型電子稱重技術。它是由模擬傳感器（電 阻應變式）和數(shù)字化轉換模塊兩部分組成的。數(shù)字模塊由高度集成化的電子電路， 采用SM俁面貼裝技術制成，主要包括放大器、 A/D轉換器、微處理器（CPU、存 儲器、接口電路（RS485和數(shù)字化溫度傳感器等。它具有以下特點：首先，數(shù)字式傳感器采用集成化的 A/

23、D轉換電路、數(shù)字化信號傳輸和數(shù)字濾波 技術，傳感器的信號傳輸距離較遠，可達 1200m抗干擾能力強，數(shù)字傳感器內模 擬信號的傳輸距離極短，同時傳感器外殼（彈性體）本身又是一個良好的屏蔽罩， 僅這兩個特點就決定了其抗干擾能力的優(yōu)勢，在很大程度上提高了傳感器的穩(wěn)定性。其次，保密性好，具有防作弊功能，能有效防止遙控器作弊，一旦發(fā)現(xiàn)就會自 動采取出錯報警，有力保障了數(shù)據的安全性與準確性。使用模擬式傳感器的汽車衡 被安裝作弊器的情況比較普遍，首秦公司周圍的幾家有模擬式汽車衡的公司幾乎全 被安裝過作弊器，造成了很大的經濟損失。由于作弊器本身體積小，加之安裝極其 簡便，因此不容易被發(fā)現(xiàn)，給計量數(shù)據的安全性造

24、成了極大的隱患?，F(xiàn)在首秦公司 的大型貿易衡器（除動態(tài)軌道衡外）已經全部進行了數(shù)字化改造，成為數(shù)字式汽車 衡，從而使計量數(shù)據的安全性得到了良好的保障，也更好地維護了首秦公司的經濟 利益。第三，由于數(shù)字式傳感器具有自動采集預處理、 存貯和記憶功能，并具有唯一 標記，多只傳感器并聯(lián)組秤后可分別檢查每個傳感器的狀態(tài)，便于故障診斷。首秦 公司現(xiàn)在使用的數(shù)字式傳感器為大和公司生產的YCCA寸-D型，單只傳感器承載量 為50000kg。最初，首秦公司的汽車衡及軌道衡所使用的均為模擬式傳感器，設備 工作狀態(tài)不穩(wěn)定，每次出現(xiàn)問題很難判斷是哪一只傳感器有問題，只能通過打開接 線盒檢查每一根傳感器的信號情況，用排除

25、法逐個進行檢查，花費很長時間才能找 到有問題的傳感器。問題解決后還要聯(lián)系質監(jiān)局的檢定人員進行檢定，檢定費用從 正常的一年兩次也變?yōu)槎啻?，人力、物力、財力都造成了很大的浪費，最重要的是 給公司的正常生產帶來了負面影響。自從進行了數(shù)字化的改造以后，以前出現(xiàn)過的 諸多問題都已經解決，設備狀態(tài)良好，運行比較穩(wěn)定，即使在二期工程投產后，公 司每日的進料量比以前增加了 1倍的情況下，數(shù)字式傳感器的狀態(tài)仍非常穩(wěn)定，沒 有出現(xiàn)過任何問題，充分證明了數(shù)字式傳感器的優(yōu)越性能及其在實際生產中起到的 重要作用。三、數(shù)字接線盒數(shù)字接線盒是英文Digital J-Box 沿中文名稱，沿用了模擬傳感器的“J -BOX 接線

26、盒名稱。模擬傳感器的接線盒是真正起接線作用的器件，而一般數(shù)字接線盒除 沒有顯示功能外，包含了稱重顯示器的基本功能：放大、數(shù) /模變換和數(shù)據傳輸，數(shù) 字接線盒也可視為沒有顯示器的稱重顯示器。另外，現(xiàn)今的一些數(shù)字接線盒也可顯 示稱重值。因此，數(shù)字接線盒和稱重顯示器并無明確的界線。但與工業(yè)中使用的稱 重控制儀相比，數(shù)字接線盒只有通信接口，而沒有控制信號的輸入口和輸出口，只通過通信接口 RS485或RS23選到專用的顯示器或計算機。數(shù)字接線盒和數(shù)字傳感 器的出現(xiàn)，雖然從表面上看與過去的模擬結構沒有多大區(qū)別，但在理念上確有進步。四、分析與討論數(shù)字系統(tǒng)可以得到每只傳感器的原始稱重信號，并可對每一傳感器各自

27、尋址。 這樣可對每一只傳感器的稱重狀態(tài)進行監(jiān)測和分析，實現(xiàn)了在線故障的檢測；在不 影響校準的情況下更換傳感器；以及在多只傳感器系統(tǒng)中，當有一只傳感器發(fā)生故 障時，仍可根據該傳感器以往的信息，在不更換該傳感器的情況下，使系統(tǒng)在保證 一定準確度的情況下繼續(xù)工作。這對配料系統(tǒng)的情況具有很重要的意義，而這些功 能是將傳感器并聯(lián)使用的模擬系統(tǒng)所不能實現(xiàn)的。數(shù)字系統(tǒng)的最主要的特點：第一，每只傳感器具有各自的地址，可通過RS485等通信接口查詢單個傳感器的工作狀態(tài)。第二，可以直接獲得每只傳感器的原始輸 出信號，而不是得到一個由多只傳感器并聯(lián)組合在一起的無物理量相對應的未知模 擬信號。正是有了這兩大特點，才使數(shù)字系統(tǒng)真正實現(xiàn)了探測、辨認、診斷等“智 能”化功能。第三，能對傳感器實現(xiàn)數(shù)字化的軟件補償（如溫