黃賢武傳感器原理與應用答案

黃賢武傳感器原理與應用答案【篇一：傳感器_第01章_傳感器概論0603講義】pyright南京理工大學陳文建2006傳感器原理參考教材?《傳感器原理、設計與應用》（第三版、第四版）劉迎春葉湘濱編著國防科技大學出版社?《傳感器原理與應用》1999年第一版主講：陳文建黃賢武鄭筱霞編著email:chenwj@電子科技大學出版社2006.3.20copyright南京理工大學陳文建2006第一章傳感器概論1.1傳感器及其在科技發(fā)展中的作用一、傳感器的定義第一節(jié)傳感器及其在科技發(fā)展中的作用第二節(jié)傳感器組成和分類別名：換能器、變換器、變送器、探測器等英第三節(jié)傳感器技術發(fā)展動向文名：transducer,sensor,pickup,transverter,detector,sender,detectingelement及sensing等copyright南京理工大學陳文建2006所謂傳感器是能感知有用信息，并能檢知的設備。transducer－把輸入信號變成不同形式輸出信號的裝置。如麥克風、留聲機、擴音機、氣壓計光電管、門鈴等?功能：感知+采集+轉換+傳輸+處理信息sensor－感知物理量的絕對值或變化量的裝置的總稱。通?用途：能夠取代甚至超出人的“五官”，具有視覺、常情況下，將溫度、壓力、流速、ph值、光及放射線等聽覺、觸覺、嗅覺或味覺等。物理量的強度變換成信息采集系統(tǒng)有用的輸入信號。因此電視攝像機是一個敏感元件（sensor）,而傳感器（transducer）則是一種特殊的敏感元件。根據(jù)中華人民共和國國家標準(gb7665.87)《傳感器通用術語》，傳感器(transducer/sensor)的定義是：能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。copyright南京理工大學陳文建2006因為電信號易于放大、反饋、濾波、微分、二、傳感器在科學技術中的地位與作用存儲、和遠距離傳輸，加之當代電子計算機只能處理電信號，所以通常狹義地說：傳感器是能感發(fā)展歷史受規(guī)定的被測量（物理量、化學量、生物量等）并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號（一般為傳感器的歷史比近代科學的出現(xiàn)還要來得古老。電量）的器件或裝置。天平等工具自古埃及王朝時代開始使用，一直沿用到現(xiàn)在；利用液體的膨脹特性進行溫度測量，在十六世傳感器輸出信號有不同的形式，如電壓、電紀前后就開始出現(xiàn)。電磁學的基礎建于十九世紀，法流、頻率、脈沖、電阻、電容、電感等，以滿足拉弟所完成的各種巧妙實驗對人類作出了很大貢獻，信號的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。他所發(fā)現(xiàn)的物理法則直到現(xiàn)在作為各種傳感器的工作原理仍在應著。copyright南京理工大學陳文建2006認識自然為了對自然現(xiàn)象有一個定量的認識，傳感器作為一種不可缺少的工具，起到了應有的作用。也就是說先通過傳感器取得關于對象的信息（一次信息），再根據(jù)對這些信息處理的結果，進一步推論和了解自然現(xiàn)象的本質(zhì)。（例如：最大輻射波長法則測量天體溫度）。copyright南京理工大學陳文建2006常用這樣的例子，若干過程不能進行有效的控制，多半是由于無法解決合適的檢測元件，不能掌握其變化規(guī)律所致；若干系統(tǒng)精度達不到要求，關鍵也往往與傳感器有關。所以它是當前工程技術中一個十分薄弱的部分，國內(nèi)外都將傳感器列為高技術，在美、日等發(fā)達國家傳感器倍受重視。例如：煉鋼廠煉鋼爐內(nèi)溫度測量直接影響鋼的質(zhì)量。copyright南京理工大學陳文建2006copyright南京理工大學陳文建2006基礎科學中在基礎科學中，傳感器同樣具有獨特的地位?，F(xiàn)代科許多基礎科學研究的障礙，首先就在于對象信息獲取學技術的發(fā)展，進入了許多新境地，以主要支柱物理學為存在困難，而一些新機理和高靈敏度檢測傳感器的出現(xiàn)，例：宏觀上可觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上可小到深就會導致該領域內(nèi)的突破。換句話說，若干傳感器的發(fā)入10-13cm的粒子世界，長達數(shù)十億年的天體演化，短到展，是一些邊緣研究開展的先驅(qū)，正是基于上述原因，有10-24秒的瞬間反應，幾乎無所不包。顯然要獲得大量人類人評價說：“一般說來，如沒有傳感器檢測各種信息，那感官或單純電子設備所無法直接加以檢測的信息，沒有相么，支撐現(xiàn)代文明的科學技術，就不可能發(fā)展?！睉膫鞲衅骷夹g，就無法解決檢測與被檢測量間的“媒介”問題。日常生活中也離不開傳感器。如：全自動洗衣機、vcd、電視機、計算機等。應用在自動檢測與自動控制的領域1.2傳感器的組成和分類傳感器主要應用在自動檢測與自動控制的領域，它將諸如溫度、壓力、流量等參量轉換為電量．然后通過電的一、傳感器的組成傳感器一般由敏感元件（預變換方法進行測量和控制。因此．傳惑器是一種獲得信息的手段，它獲得信息的正確與否，關系到整個測量系統(tǒng)的精器）、傳感元度。人們常把電子計算機比為人的大腦稱電腦，把傳感器件（轉換元件）和信號調(diào)節(jié)與轉換電路三部分組比喻人的五育，因此如果一個失去了某種傳感器——感官成，有時還需要加輔助電源。的人．即使有健全的大腦利發(fā)達的四肢，也難于對某些外界信息作出反應。copyright南京理工大學陳文建2006二、傳感器的分類傳感器種類很多，一般如下幾種常用的分類方法：1、按輸入量對象來分，如速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等；2、按工作原理來分，如壓阻式傳感器、壓力傳感器；copyright南京理工大學陳文建2006copyright南京理工大學陳文建20063.按物理現(xiàn)像分類：結構型、物性型傳感器可分還有一類方法是按照能量傳遞方式來分，可成兩類．一類是按照傳感器的結構參數(shù)分為有源和無源傳感器兩大類．前者有如一臺在信號變換過程中足是發(fā)生變化，把傳感器分為微型發(fā)電．將非電功率轉換為電功率，這類典物性型、結構型。物性型傳感器在實現(xiàn)信號的變型的傳感器如壓電式、電磁式、熱電式(熱電換過程中，其結構參數(shù)基本上是不變化的，而是偶）等等。后者(無源傳感器)并不起換能作用，依靠敏感元件的物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號的變它必須具有輔助能源．這類典型的傳感器如電換。物性型結構休積?。绕浯蠖鄶?shù)物性型傳感阻式、電容式、電感式等．遙感技術中微波、器都是以半導體性能變化而工作．可以實現(xiàn)傳感激光等傳感方法也可歸屬于這類。器生產(chǎn)標準化、智能化、功能化?！酒杭t外傳感器及其應用】>題目：紅外傳感器及其應用學院名稱：指導老師：職稱：班級：學號：學生姓名：2010年5月25日前言：在科技高度發(fā)達的今天，自動控制和自動檢測在人們的日常生活和工業(yè)控制所占的比例也越來越重，使人們的生活越來越舒適，工業(yè)生產(chǎn)的效率越來越高。而傳感器是自動控制中的重要組成部件，是信息采集系統(tǒng)的重要部件，通過傳感器將感受或響應的被測量轉換成適合輸送或檢測的信號（一般為電信號），再利用計算機或者電路設備對傳感器輸出的信號進行處理從而達到自動控制的功能，由于傳感器的響應時間一般都比較短，所以可以通過計算機系統(tǒng)對工業(yè)生產(chǎn)進行實時控制。紅外傳感器是傳感器中常見的一類，由于紅外傳感器是檢測紅外輻射的一類傳感器，而自然界中任何物體只要其穩(wěn)定高于絕對零度都將對外輻射紅外能量，所以紅外傳感器稱為非常實用的一類傳感器，利用紅外傳感器可以設計出很多實用的傳感器模塊，如紅外測溫儀，紅外成像儀，紅外人體探測報警器，自動門控制系統(tǒng)等。關鍵詞:紅外傳感器，自動控制，信號，器件設備，系統(tǒng)紅外輻射俗稱紅外線，是一種人眼看不見的光線。自然界中任何物體只要其溫度高于絕對零度（-273.15℃），都將以電磁波形式向外輻射能量——熱輻射，物體溫度越高，輻射出的能量越多，波長越短。從紫外線到紅外線輻射的熱效應逐漸增大，而熱效應最大的為紅外線。紅外傳感器主要應用波長0.8~40um的紅外線。紅外線具有和可見光一樣的性質(zhì)：沿直線傳播；服從反射定律和折射定律；有干涉、衍射、偏振現(xiàn)象；具有散射、吸收特性。紅外傳感器是將紅外輻射能轉換為電信號的器件，也稱紅外器件或紅外探測器，是紅外檢測系統(tǒng)的關鍵部件。常用的紅外傳感器有熱傳感器和光子傳感器。熱傳感器是利用入射紅外輻射引起傳感器的溫度變化，然后利用器件的某種溫度敏感特性把溫度變化轉換成相應的電信號；或者利用器件的某種溫度敏感特性來調(diào)節(jié)電路種的電流強度的大小，從而得到相應的電信號。由此達到探測紅外輻射的目的。熱敏電阻型紅外傳感器是由錳，鎳，鈷的氧化物混合后燒結而成的，熱敏電阻一般制成薄片狀，當紅外輻射照射在熱敏電阻上時，其溫度升高，電阻值減小。測量熱敏電阻阻值變化的大小，即可得知入射紅外輻射的強弱，從而可以判斷產(chǎn)生紅外輻射物體的溫度。測量電路可以采用一般的橋式測量電路。紅外傳感器目前用得極廣。今年來開發(fā)的具有熱釋電性能的高分子薄膜聚偏二氟乙烯（pvf2），以稱為用于紅外成像器件、火災報警傳感器等。熱釋電元件不能像其他光敏元件那樣連續(xù)地接受光照，因為極化電荷在元件的表面不是永存的，只要一出現(xiàn)，很快就會與環(huán)境中的電話中和，或者漏泄。所以必須將入射光調(diào)制成脈沖光，是熱釋電元件連續(xù)地接受光照，使其表面電荷周期性的出現(xiàn)，根據(jù)取出的交變電信號的幅值檢測光強。熱釋電紅外敏感元件的內(nèi)阻極高，同時其輸出電壓信號又極其微弱，因此，需要進行阻抗變換和信號放大才能應用，否則不能有效地工作。熱釋電紅外傳感器電路如圖1光子紅外傳感器是利用某些半導體材料在入射光的照射下，產(chǎn)生光子效應，使材料電學性質(zhì)發(fā)生變化，通過測量其電學性質(zhì)的變化，可以知道相應的紅外輻射的強弱。利用光子效應所制成的紅外傳感器統(tǒng)稱為光子探測器。光子探測器的主要特點是：靈敏度高，響應速度快，具有較高的響應頻率；但一般需要在低溫下工作，探測波段較窄。紅外傳感器的應用紅外傳感器的應用非常廣泛，可以做成紅外測溫系統(tǒng)、紅外成像系統(tǒng)、紅外分析、和報警與控制系統(tǒng)。紅外測溫是比較先進的測溫方法，具有很多優(yōu)點，適用于遠距離和非接觸測量，可以測量高速運動物體，帶點物體和高溫、高壓物體的溫度測量；相應時間快，一般在毫秒級；靈敏度高；應用范圍非常廣，可以從攝氏零下幾十度到零上幾千度。利用紅外傳感器原理可以做成紅外測溫儀，紅外測溫儀由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量，視場的大小由測溫儀的光學零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉變?yōu)橄鄳碾娦盘?。該信號?jīng)過放大器和信號處理電路，并按照儀器內(nèi)療的算法和目標發(fā)射率校正后轉變?yōu)楸粶y目標的溫度值。在很多場合，人們不僅需要知道物體表面的平均溫度，更想了解物體的溫度分布紅外成像能把物體的溫度分布轉換成圖像以直觀、形象的熱圖顯示出來，根據(jù)成像器件的不同可以：紅外變像管成像，紅外攝像管，光子耦合攝像器件等，其中光子耦合攝像器件是比較理想的固體成像器。紅外傳感器在日常生活中最常見的應用是自動門控制系統(tǒng)和溝槽廁所節(jié)水器。在一些高級飯店、賓館和公共場所都設有自動門，當人走到門前時，門會自動打開，人過后會自動關閉，達到全自動控制的目的。1．開啟動作當人靠近自動門時，設置于門內(nèi)外側的檢測裝置（墊開關、紅外線開關、光線開關等）將其檢測出來，之后，信號送到控制裝置?？刂蒲b置接到該信號后驅(qū)動馬達向門的開啟方向—馬達的旋轉帶動減速器、皮帶輪、皮帶或鏈條，使門向開啟方向運動。當門接近門擋通過開啟制動位置時，制動力作用于馬達，門減速，其速度變?yōu)樾煨兴俣?，行至門擋位置后停止。2．關閉動作當人離開檢測裝置的檢測范圍，開啟定時器定時結束后（該時間設定可以調(diào)整），控制裝置將馬達逆轉，使門向關閉方向動作，門徐行后在門擋位置停止。自動門主要有:旋轉自動門、弧形自動門、平滑自動感應門、平開自動感應門、折疊自動感應門、重疊自動門、醫(yī)用自動門、卷閘自動門、車庫自動門、特種自動門。自動門機組由以下部件組成：（1）主控制器：它是自動門的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應指令，指揮馬達或電鎖類系統(tǒng)工作；同時人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù)。（2）感應探測器：負責采集外部信號，如同人們的眼睛，當有移動的物體進入它的工作范圍時，它就給主控制器一個脈沖信號；（3）動力馬達：提供開門與關門的主動力，控制門扇加速與減速運行。（4）自動門，門扇行進軌道：就象火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進。（5）自動門，門扇吊具走輪系統(tǒng):用于吊掛活動門扇，同時在動力牽引下帶動門扇運行。（6）同步皮帶（有的廠家使用三角皮帶）：用于傳輸馬達所產(chǎn)動力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng)。（7）下部導向系統(tǒng)：是門扇下部的導向與定位裝置，防止門扇在運行時出現(xiàn)前后門體擺動。當門扇要完成一次開門與關門，其工作流程如下：感應探測器探測到有人進入時，將脈沖信號傳給主控器，主控器判斷后通知馬達運行，同時監(jiān)控馬達轉數(shù)，以便通知馬達在一定時候加力和進入慢行運行。馬達得到一定運行電流后做正向運行，將動力傳給同步帶，再由同步帶將動力傳給吊具系統(tǒng)使門扇開啟；門扇開啟后由控制器作出判斷，如需關門，通知馬達作反向運動，關閉門扇。自動門的輔助配置1感應器的選擇：在高檔酒店、寫字樓，可以選擇高靈敏度的感應器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的地方，選擇窄區(qū)域的感應器。2安全輔助裝置：在高檔酒店等地方需要杜絕自動門的夾人事件，可以選擇安裝防夾人紅外感應器。3安裝門禁系統(tǒng)及電鎖：在自助銀行安裝自動門，可以增加安裝自助銀行門禁系統(tǒng)，加裝電鎖，以便實現(xiàn)對進出門的控制。4配備后備電源：為保證停電時自動門也能工作正常，可以配備后備電源。自動門的系統(tǒng)配置是指根據(jù)使用要求而配備的，與自動門控制器相連的外圍輔助控制裝置，如開門信號源、門禁系統(tǒng)、安全裝置、集中控制等。必須根據(jù)建筑物的使用特點。通過人員的組成，樓宇自控的系統(tǒng)要求等合理配備輔助控制裝置。溝槽廁所節(jié)水器是對有溝槽便池使用的智能節(jié)水器。溝槽廁所是通過自動水箱沖洗，有人沒人使用都是注滿水后自動沖洗。溝槽廁所節(jié)水器就在原自動水箱上方安裝電磁閥，通過紅外探頭來檢測廁所的使用情況，如果有人進入控測區(qū)，機器則發(fā)出相應的指令控制電磁閥的開斷，從而控制水箱的開關，最終達到智能沖洗的效果，從而避免廁所無人使用時也沖洗。溝槽廁所節(jié)水器可用于學校、汽車站、火車站等公共廁所。在實際生產(chǎn)中，可以將紅外傳感器做成一定特殊功能的模塊，或者集成電路，用來進行批量生產(chǎn)，也使其使用更加標準化。結束語：紅外傳感器是一類應用非常廣泛的傳感器，其功能非常強大，對紅外傳感器的研究與設計有著非常大的前景，紅外傳感器性能良好，靈敏度高，響應速度快，具有較高的響應頻率；能適應較廣的溫度范圍，工作可靠而且系統(tǒng)成本低，監(jiān)控范圍廣。利用紅外傳感器制作的報警設備使用非常方便。在自動控制方面，利用紅外傳感器制作來檢查產(chǎn)品數(shù)量，產(chǎn)品質(zhì)量的自動檢測與控制設備使用非常的方便。由于紅外溫度傳感器實現(xiàn)了無接觸測溫、遠距離測量高溫等功能，進而將大部分操作人員從較惡劣的環(huán)境中解放出來了，原來必須要穿防高溫工作服才能工作的操作工人，現(xiàn)在不用再穿上那些不方便的工作裝，而且可以在一個更加原來安全、舒適的環(huán)境中工作。紅外溫度傳感器的這些特點令廣大用戶對其大感興趣。紅外溫度傳感器在餐飲行業(yè)中的應用也在不斷增長。利用紅外傳感器制作的食品溫度檢測設備可以在人體不接觸食品的情況下進行溫度監(jiān)督和記錄，因而食品不會被污染。基于這樣的原因，紅外傳感器在此領域得到了廣泛應用。光纖紅外傳感器還具有抗電磁和射頻干擾的特點，這為便攜式紅外傳感器在汽車行業(yè)中的應用又開辟了新的市場?！酒?015傳感器設計與實踐任務書(之三)】