光電型接近開關(guān)的工作原理

第十二章其他傳感器介紹12.1接近開關(guān)12.1.1概述在工業(yè)控制中有兩大類控制任務(wù)，一種是過程控制，它需要監(jiān)測(cè)整個(gè)過程中持續(xù)不斷的參數(shù)變化，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，適合執(zhí)行此類任務(wù)的是前面所講述的各種傳感器。另一種是終點(diǎn)控制，又稱端點(diǎn)位置控制，這是工業(yè)控制中最大量的一種控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)這類控制任務(wù)的是各種行程開關(guān)。早期的行程開關(guān)都是機(jī)械結(jié)構(gòu)型的，機(jī)械型的行程開關(guān)有許多種形式以適應(yīng)各種需要，如圖12-1所示的形式是其中之一。其工作原理是：在被控物體上裝有碰頭，當(dāng)碰頭隨被控物體移動(dòng)到行程終點(diǎn)時(shí)，撞到行程開關(guān)，使行程開關(guān)內(nèi)的電接點(diǎn)發(fā)生改變，原來閉合的觸點(diǎn)變?yōu)閿嚅_，原斷開的觸點(diǎn)變?yōu)殚]合，由此發(fā)出行程終點(diǎn)到達(dá)的信號(hào)，利用觸點(diǎn)通斷的變化實(shí)現(xiàn)電路的控制。圖12-1行程開關(guān)行程開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)在于可以直接控制高電壓大電流的電氣設(shè)備的動(dòng)作——如電動(dòng)機(jī)等。行程開關(guān)的缺點(diǎn)在于機(jī)械動(dòng)作不可避免的會(huì)發(fā)生磨損，控制精度低，壽命短，允許的動(dòng)作頻率低。隨著電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，一類新型的行程開關(guān)應(yīng)運(yùn)而生。這類行程開關(guān)采用非接觸式測(cè)量，因而被稱為接近開關(guān)。電子式接近開關(guān)因?yàn)榫哂蟹墙佑|、無觸點(diǎn)的特性，控制精度高，壽命長(zhǎng)，允許的動(dòng)作頻率遠(yuǎn)高于機(jī)械式開關(guān)。一般普通型至少達(dá)20Hz，即每秒20次開關(guān)動(dòng)作，高頻型可達(dá)1000多次/每秒。接近開關(guān)的弱勢(shì)在于：只能控制低壓小電流，不能直接控制高電壓大電流的電氣設(shè)備。通常接近開關(guān)與可編程序控制器PLC配合工作。根據(jù)操作原理，接近開關(guān)大致可以分為以下四類：利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型、使用磁鐵的霍爾型、利用電容變化的電容型及利用光電原理的光電型（又分反射式和透射式）。接近開關(guān)是理想的電子開關(guān)量傳感器。當(dāng)金屬檢測(cè)體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花（特別有利于易燃易爆場(chǎng)合）、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機(jī)械式行程開關(guān)所不能相比的。它廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)。接近開關(guān)具有使用壽命長(zhǎng)、工作可靠、重復(fù)定位精度高、無機(jī)械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強(qiáng)，并具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)。因此到目前為止，接近開關(guān)的應(yīng)用范圍日益廣泛，其自身的發(fā)展和創(chuàng)新的速度也是極其迅速。12.1.2接近開關(guān)的主要用途

（1）檢驗(yàn)距離檢測(cè)電梯、升降設(shè)備的停止、起動(dòng)、通過位置；檢測(cè)車輛的位置，防止兩物體相撞檢測(cè)；檢測(cè)工作機(jī)械的設(shè)定位置，移動(dòng)機(jī)器或部件的極限位置；檢測(cè)回轉(zhuǎn)體的停止位置，閥門的開或關(guān)位置；檢測(cè)氣缸或液壓缸內(nèi)的活塞移動(dòng)位置。（2）尺寸控制金屬板沖剪的尺寸控制裝置；自動(dòng)選擇、鑒別金屬件長(zhǎng)度；檢測(cè)自動(dòng)裝卸時(shí)堆物高度；檢測(cè)物品的長(zhǎng)、寬、高和體積。（3）檢測(cè)物體存在與否檢測(cè)生產(chǎn)包裝線上有無產(chǎn)品包裝箱；檢測(cè)有無產(chǎn)品零件。（4）轉(zhuǎn)速與速度控制控制傳送帶的速度；控制旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速；與各種脈沖發(fā)生器一起控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)。（5）計(jì)數(shù)及控制檢測(cè)生產(chǎn)線上流過的產(chǎn)品數(shù)；高速旋轉(zhuǎn)軸或盤的轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)量；零部件計(jì)數(shù)。（6）檢測(cè)異常檢測(cè)瓶蓋有無；產(chǎn)品合格與不合格判斷；檢測(cè)包裝盒內(nèi)的金屬制品缺乏與否；區(qū)分金屬與非金屬零件；產(chǎn)品有無標(biāo)牌檢測(cè)；起重機(jī)危險(xiǎn)區(qū)報(bào)警；安全扶梯自動(dòng)啟停。（7）計(jì)量控制產(chǎn)品或零件的自動(dòng)計(jì)量；檢測(cè)計(jì)量器、儀表的指針范圍而控制數(shù)或流量；檢測(cè)浮標(biāo)控制測(cè)面高度，流量；檢測(cè)不銹鋼桶中的鐵浮標(biāo)；儀表量程上限或下限的控制；流量控制，水平面控制。（8）識(shí)別對(duì)象根據(jù)載體上的碼識(shí)別是與非。12.1.3接近開關(guān)分類及結(jié)構(gòu)目前應(yīng)用較為廣泛的接近開關(guān)按工作原理可以分為以下幾種類型：電感型：用以檢測(cè)各種金屬體電容型：用以檢測(cè)各種導(dǎo)電或不導(dǎo)電的液體或固體光電型：用以檢測(cè)所有不透光物質(zhì)超聲波型：用以檢測(cè)不透過超聲波的物質(zhì)霍爾型：用以檢測(cè)導(dǎo)磁或不導(dǎo)磁金屬（a）圓柱型（b）方型圖12-2電感型接近開關(guān)按其外型形狀可分為園柱型、方型、溝型、穿孔（貫通）型和分離型。園柱型比方型安裝方便，但其檢測(cè)特性相同；溝型的檢測(cè)部位是在槽內(nèi)側(cè)，用于檢測(cè)通過槽內(nèi)的物體；貫通型在我國(guó)很少生產(chǎn)，而日本則應(yīng)用較為普遍，可用于小螺釘或滾珠之類的小零件和浮標(biāo)組裝成水位檢測(cè)裝置等。各接近開關(guān)的外形如圖12-2電感型、圖12-3電容型、圖12-4光電型所示。圖12-3電容型接近開關(guān)（a）透射式（b）反射式圖12-4光電型接近開關(guān)接近開關(guān)按供電方式可分為：直流型和交流型，按輸出型式又可分為直流兩線制、直流三線制、直流四線制、交流兩線制和交流三線制。如圖12-5所示。（1）兩線制接近開關(guān)兩線制接近開關(guān)安裝簡(jiǎn)單，接線方便；應(yīng)用比較廣泛，但卻有殘余電壓和漏電流大的缺點(diǎn)。（2）直流三線式直流三線式接近開關(guān)的輸出型有NPN和PNP兩種，70年代日本產(chǎn)品絕大多數(shù)是NPN輸出，西歐各國(guó)NPN、PNP兩種輸出型都有。PNP輸出接近開關(guān)一般應(yīng)用在PLC或計(jì)算機(jī)作為控制指令較多，NPN輸出接近開關(guān)用于控制直流繼電器較多，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)控制電路的特性進(jìn)行選擇其輸出形式。圖12-5接近開關(guān)的接線方式12.1.4各種接近開關(guān)的工作原理（1）電感型接近開關(guān)的工作原理電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。振蕩器在傳感器檢測(cè)面產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測(cè)面時(shí)，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振這二種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)通過整形放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)信號(hào)，經(jīng)功率放大后輸出。見圖12-6所示。振蕩電路振幅檢測(cè)電路輸出電路觸發(fā)物圖12-6電感型接近開關(guān)的工作原理（2）電容型接近開關(guān)的工作原理電容式傳感器的感應(yīng)面由兩個(gè)同軸金屬電極構(gòu)成，很象“打開的”電容器電極，該兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)電容，串接在RC振蕩回路內(nèi)。如圖12-7、圖12-8所示，其中輔助電極C是可移動(dòng)的，為感應(yīng)目標(biāo)。圖12-7電容型接近開關(guān)的工作原理圖12-8電容型檢測(cè)原理電源接通時(shí)，RC振蕩器不振蕩，當(dāng)一目標(biāo)朝著電容器的電極靠近時(shí)，電容器的容量增加，振蕩器開始振蕩。通過后級(jí)電路的處理，將振蕩和不振蕩兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，從而起到了檢測(cè)有無物體存在的目的。

（3）霍爾型接近開關(guān)的工作原理霍爾接近開關(guān)是一種由霍爾傳感器、檢波放大器和輸出驅(qū)動(dòng)電路三部分組成的磁感應(yīng)開關(guān)，接通電源后，開關(guān)的感應(yīng)面等待磁場(chǎng)感應(yīng)，當(dāng)磁性物體接近此表面時(shí)，霍爾傳感器將輸出感應(yīng)信號(hào)，由電路處理后，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)方式輸出，從而起到無接觸檢測(cè)物體的作用。本開關(guān)適用于行程控制、轉(zhuǎn)速檢測(cè)等場(chǎng)合。H檢波放大輸出電路磁性材料圖12-9霍爾型接近開關(guān)的工作原理（4）光電型接近開關(guān)的工作原理光電開關(guān)是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器，接收器和檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)并根據(jù)該信號(hào)作出輸出電路的通斷動(dòng)作。見圖12-10所示。圖12-10光電型接近開關(guān)工作原理此外，光電傳感器的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的反射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。光纖（又稱光導(dǎo)纖維LWL），它擴(kuò)大了光電傳感器的使用范圍，形成了特殊的嵌裝式收發(fā)裝置。它可以在特殊的環(huán)境中使用，檢測(cè)微小的物體。它在非常高的外界溫度中，在結(jié)構(gòu)受限制的環(huán)境里，都可以獲得滿意的答案。分類和工作方式1．槽型光電開關(guān)把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電開關(guān)。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。2．對(duì)射式光電開關(guān)傳感器若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為以射分離式光電開光，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。

3．反射式光電開關(guān)傳感器把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式（或反射鏡反射式）光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。

4．?dāng)U散反射式光電開關(guān)傳感器

它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是收不到的；當(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。

5．光纖式光電開關(guān)

把發(fā)光器發(fā)出的光用光纖引導(dǎo)到檢測(cè)點(diǎn)，再把檢測(cè)到的光信號(hào)用光纖引導(dǎo)到光接收器就組成光纖式光電開關(guān)。按動(dòng)作方式的不同，光纖式光電開關(guān)也可分成對(duì)射式、反光板反射式、擴(kuò)散反射式等多種類型。12.1.5接近開關(guān)的選型和檢測(cè)（1）接近開關(guān)的選型對(duì)于不同的材質(zhì)的檢測(cè)體和不同的檢測(cè)距離，應(yīng)選用不同類型的接近開關(guān)，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價(jià)格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則：1）當(dāng)檢測(cè)體為金屬材料時(shí)，應(yīng)選用電感型接近開關(guān)，該類型接近開關(guān)對(duì)鐵鎳、結(jié)構(gòu)鋼類檢測(cè)體檢測(cè)最靈敏。對(duì)鋁、黃銅和不銹鋼類檢測(cè)體，其檢測(cè)靈敏度就低。2）當(dāng)檢測(cè)體為非金屬材料時(shí)，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應(yīng)選用電容型接近開關(guān)。3）金屬體和非金屬要進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)和控制時(shí)，應(yīng)選用光電型接近開關(guān)或超聲波型接近開關(guān)。4）對(duì)于檢測(cè)體為磁性材料時(shí)，若檢測(cè)靈敏度要求不高時(shí)，可選用價(jià)格低廉的磁性接近開關(guān)（干簧管式）或霍爾式接近開關(guān)。若接近開關(guān)用于脈沖計(jì)數(shù)（測(cè)量行程、轉(zhuǎn)速等），一定要注意脈沖的發(fā)生頻率必須小于接近開關(guān)最大動(dòng)作頻率。一般常用的接近開關(guān)的最大動(dòng)作頻率約20Hz左右，高頻響接近開關(guān)的最大動(dòng)作頻率可達(dá)5000Hz。另外還應(yīng)注意接近開關(guān)的動(dòng)作距離是否符合實(shí)際要求。（2）接近開關(guān)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)

1）動(dòng)作距離測(cè)定；當(dāng)動(dòng)作片由正面靠近接近開關(guān)的感應(yīng)面時(shí)，使接近開關(guān)動(dòng)作的距離為接近開關(guān)的最大動(dòng)作距離，測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)在產(chǎn)品的參數(shù)范圍內(nèi)。2）釋放距離的測(cè)定；當(dāng)動(dòng)作片由正面離開接近開關(guān)的感應(yīng)面，開關(guān)由動(dòng)作轉(zhuǎn)為釋放時(shí)，測(cè)定動(dòng)作片離開感應(yīng)面的最大距離。3）回差H的測(cè)定；最大動(dòng)作距離和釋放距離之差的絕對(duì)值。4）動(dòng)作頻率測(cè)定；用調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)膠木圓盤，在圓盤上固定若干鋼片，調(diào)整開關(guān)感應(yīng)面和動(dòng)作片間的距離，約為開關(guān)動(dòng)作距離的80%左右，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，依次使動(dòng)作片靠近接近開關(guān)，在圓盤主軸上裝有測(cè)速裝置，開關(guān)輸出信號(hào)經(jīng)整形，接至數(shù)字頻率計(jì)。此時(shí)啟動(dòng)電機(jī)，逐步提高轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速與動(dòng)作片的乘積與頻率計(jì)數(shù)相等的條件下，可由頻率計(jì)直接讀出開關(guān)的動(dòng)作頻率。5）重復(fù)精度測(cè)定；將動(dòng)作片固定在量具上，由開關(guān)動(dòng)作距離的120%以外，從開關(guān)感應(yīng)面正面靠近開關(guān)的動(dòng)作區(qū)，運(yùn)動(dòng)速度控制在0.1mm/s上。當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)，讀出量具上的讀數(shù)，然后退出動(dòng)作區(qū)，使開關(guān)斷開。如此重復(fù)10次，最后計(jì)算10次測(cè)量值的最大值和最小值與10次平均值之差，差值大者為重復(fù)精度誤差.霍爾型接近開關(guān)超聲波型接近開關(guān)電感型接近開關(guān)光電型接近開關(guān)磁感應(yīng)型接近開關(guān)12.2震動(dòng)測(cè)量在安保防盜領(lǐng)域所需的傳感器有多種，其中使用最多的有紅外傳感器和震動(dòng)傳感器。用于安保防盜領(lǐng)域的震動(dòng)傳感器與用于工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域的振動(dòng)傳感器都基于相同的工作原理，但在各項(xiàng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上有著不同的要求。安保防盜屬于民用范圍，要求價(jià)格低廉、工作可靠、性能穩(wěn)定、耐潮濕。針對(duì)不同的需求，生產(chǎn)商提供了多種型號(hào)的震動(dòng)傳感器，在汽車、摩托車、珠寶展臺(tái)等安全防盜方面得到了廣泛的應(yīng)用。12.2.1CS01微震動(dòng)傳感模塊

CS01是一種微震動(dòng)傳感集成器件。該器件采用壓電元件拾取震動(dòng)信號(hào)，可檢測(cè)出微震動(dòng)、移動(dòng)或撞擊，具有靈敏度高、所需外圍元件極少等特點(diǎn)，其輸出能直接驅(qū)動(dòng)小功率半導(dǎo)體三極管、小型繼電器及晶閘管，適用于制作各種機(jī)動(dòng)車、門窗、保險(xiǎn)箱的震動(dòng)防盜報(bào)警器。

CS01的外形及其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖如圖12-11所示。當(dāng)輕微的震動(dòng)被壓電傳感器拾取后，輸出的震動(dòng)電信號(hào)經(jīng)放大整形后送往單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，觸發(fā)電路便會(huì)在輸出端產(chǎn)生高電平。高電平維持時(shí)間由延時(shí)電路決定，觸發(fā)一次，OUT輸出端的高電平可維持3～8s，然后自動(dòng)恢復(fù)為低電平，等待下一次觸發(fā)。壓電傳感器放大整形單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)延時(shí)設(shè)定（b）內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖（a）外形OUT圖12-11CS01的外形及其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖

CS01模塊的典型應(yīng)用電路如圖12-12所示。平時(shí)，CS01輸出端無高電平輸出，繼電器K1處于釋放狀態(tài)，負(fù)載電路不工作。一旦CS01模塊受到撞擊、震動(dòng)時(shí)，CS01模塊的輸出端便會(huì)立即輸出高電平，使繼電器K1吸合，其常開觸點(diǎn)K1-1閉合，控制負(fù)載電路開始工作，負(fù)載可以是控制電路、報(bào)警電路等。每觸發(fā)CS01一次，繼電器便會(huì)吸合3～8s，然后自動(dòng)釋放，CS01恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)，等待再次觸發(fā)。使用CS01時(shí)，應(yīng)將CS01與被測(cè)物品緊密地粘貼在一起。圖12-12CS01模塊的典型應(yīng)用電路12.2.2ND.1全向震動(dòng)傳感器

ND.1是一種全方位震動(dòng)傳感集成器件，該器件采用全電子固態(tài)檢測(cè)方式，因而具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠、一致性好、不受環(huán)境溫度影響等特點(diǎn)。ND.1可用于檢測(cè)門窗、保險(xiǎn)柜、汽車、自行車、摩托車等物體的狀態(tài)。當(dāng)物體被撞擊、敲砸、牽動(dòng)、吊起時(shí)，ND.1傳感器將檢測(cè)到的震動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部電路處理后輸出端將輸出控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路或其他后續(xù)電路工作。ND.1對(duì)周圍環(huán)境的聲音信號(hào)不產(chǎn)生反應(yīng)。

ND-1的外形及引腳排列如圖12-13所示，其主要特性參數(shù)為：工作電壓為1.5～12V；靜態(tài)電流不大于2.5mA；靈敏度為0.1g；檢測(cè)方向?yàn)槿轿唬还ぷ鳒囟确秶?30℃～+60℃之間。

ND.1傳感器的典型應(yīng)用電路如圖12-14所示。R為外接靈敏度調(diào)節(jié)電阻，可在100～470KΩ之間選用，阻值越大，靈敏度越高。R電阻也可以不接，此時(shí)ND一1傳感器的靈敏度為最高。C為延時(shí)控制電容，C的容量越大，延時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，可根據(jù)需要選擇，一般取值為4．7～10μF。當(dāng)敲擊、震動(dòng)或晃動(dòng)物體時(shí)，ND.1的③腳將輸出高電平（平時(shí)為低電平）。該高電平使VT導(dǎo)通，繼電器K1得電吸合，其常開觸點(diǎn)K1-1閉合，驅(qū)動(dòng)后續(xù)報(bào)警電路工作。圖12-14ND.1傳感器的典型應(yīng)用電路圖12-13ND-1的外形及引腳排列圖12-14ND.1傳感器的典型應(yīng)用電路12.2.3T968一體化微震動(dòng)傳感模塊

T968是一種微震動(dòng)傳感集成器件，它具有靈敏度高、工作可靠、使用方便、可根據(jù)需要對(duì)靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，適合用在門窗、展柜等許多場(chǎng)合作為震動(dòng)報(bào)警裝置。T968采用塑料殼封裝，有3個(gè)導(dǎo)線輸出端，其外形如圖12-15所示。圖12-15T968的外形

T968的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)由震動(dòng)傳感器、靈敏度調(diào)節(jié)電路、放大器、比較器、電源及指示電路等組成。傳感器能全方位檢測(cè)到微弱的震動(dòng)，無死角，且可根據(jù)需要隨時(shí)對(duì)靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)。震動(dòng)探測(cè)輸出的是正極性高電平信號(hào)，可直接與半導(dǎo)體三極管、晶閘管以及數(shù)字邏輯電路接口。傳感器的主要參數(shù)為：工作電壓為5～12V；靜態(tài)電流不大于2.5mA；傳輸方式為正極性震動(dòng)脈沖；輸出電平不小于5V；探測(cè)震動(dòng)頻率范圍為100～3000Hz。采用T968組成的震動(dòng)式報(bào)警器電路如圖l2-16所示，該電路主要由T968震動(dòng)傳感器及報(bào)警集成電路KD9561等組成。圖l2-16震動(dòng)式報(bào)警器電路平時(shí)1968的OUT輸出端無電壓輸出，達(dá)林頓三極管VT1處于截止?fàn)顟B(tài)，IC2斷電流不工作，整個(gè)電路處于靜止?fàn)顟B(tài)，無報(bào)警聲發(fā)生。一旦與T968傳感器接觸的物體發(fā)生震動(dòng)異常情況，震動(dòng)波就會(huì)被T968拾取，經(jīng)放大、比較等電路處理后，從IC1的輸出端OUT輸出高電平。該高電平經(jīng)VD1使C1迅速充電至VT1的開門電平，VT1則從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，IC2得電工作，揚(yáng)聲器B就會(huì)發(fā)出響亮的報(bào)警聲響。電路報(bào)警后，若與傳感器IC1接觸的物體停止震動(dòng)，因C1儲(chǔ)存的電荷通過R1向VT1的基極泄放，仍使VT1能維持導(dǎo)通，所以報(bào)警不會(huì)立即停止，而要延遲一段時(shí)間。如果傳感器IC1仍處于震動(dòng)狀態(tài)，則報(bào)警聲長(zhǎng)鳴不息。延遲時(shí)間主要由C1R1的時(shí)間常數(shù)確定，通過調(diào)節(jié)R1便可調(diào)整延遲時(shí)間的長(zhǎng)短。由于6V電壓對(duì)于IC2來說顯得高了一些，所以，電路中設(shè)置了由VD2、R2、C2組成的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路，輸出3V電壓，供IC2使用。

12.2.4XDZ-01微型震動(dòng)模塊

XDZ-0l是一種高靈敏度片狀震動(dòng)集成器件，可作為各種報(bào)警器的傳感頭安裝于門窗、車輛及其他場(chǎng)合，也可用于自動(dòng)控制裝置上。XDZ-01具有以下特點(diǎn)：圖12-17外形尺寸及引腳排列①具有極高的靈敏度，可檢測(cè)出極微弱的震動(dòng)波。②抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境中的聲響無反應(yīng)。③具有極強(qiáng)的抗沖擊強(qiáng)度，可在各種強(qiáng)烈震動(dòng)條件下工作。④防水能力強(qiáng)，能適應(yīng)高濕度工作環(huán)境。⑤性能穩(wěn)定，安裝方便。⑥體積小，重量輕。⑦工作電壓低，功耗小，適合長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)。

XDZ=01的典型應(yīng)用電路如圖12-19所示：使用時(shí)將傳感器模塊的黃銅面緊密貼在桌面或玻璃上，粘貼劑可選用502膠，也可使用乳膠，但會(huì)使靈敏度降低。當(dāng)對(duì)桌面或玻璃進(jìn)行敲擊時(shí)，XDZ-01就會(huì)被觸發(fā)，輸出的高電平使三極管VT導(dǎo)通，繼電器K1得電吸合，其常開觸點(diǎn)K1-1閉合，使后續(xù)報(bào)警電路工作。十幾秒后電路又進(jìn)入守機(jī)狀態(tài)。圖12-19XDZ=01的典型應(yīng)用電路12.2.5ZZ-9907智能震動(dòng)集成傳感器

ZZ-9907是一種智能震動(dòng)集成傳感器。該傳感器的輸出必須滿足兩個(gè)條件：一是必須有人接觸到外接金屬觸摸電極板；二是與此同時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)。因此，ZZ-9907特別適用于防盜報(bào)警裝置。

ZZ-9907的封裝外形及引腳功能見圖12-20所示。

ZZ-9907內(nèi)部設(shè)置有震動(dòng)傳感器、放大電路及信號(hào)處理電路，電源電壓為6V。當(dāng)有人體接觸到外接金屬觸摸電極板且產(chǎn)生震動(dòng)時(shí)，其輸出端可輸出控制信號(hào)。圖12-21所示的是采用ZZ-9907智能震動(dòng)集成傳感器組成的防盜報(bào)警電路，圖中M為外接金屬觸摸電極板。當(dāng)盜賊行竊觸摸到M的同時(shí)進(jìn)行敲擊時(shí)，ZZ-9907同時(shí)接收到人體產(chǎn)生的雜波感應(yīng)電壓及震動(dòng)信號(hào)，從③腳會(huì)輸出控制信號(hào)。該信號(hào)使VT導(dǎo)通，有源蜂鳴器B得電工作，發(fā)出報(bào)警聲響。也可以將輸出的控制信號(hào)采用無線電發(fā)射模塊遠(yuǎn)距離傳送，做成無線遠(yuǎn)距離防盜報(bào)警裝置。圖12-20ZZ-9907的封裝外形及引腳功能圖12-21采用ZZ-9907智能震動(dòng)集成傳感器組成的防盜報(bào)警電路12.3電流、電壓測(cè)量12.3.1電流測(cè)量集成電路利用電流測(cè)量集成電路芯片（或稱集成電流傳感器）能實(shí)現(xiàn)交、直流電流的在線監(jiān)測(cè)、信號(hào)轉(zhuǎn)換以及信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。電流測(cè)量集成電路芯片分交流、直流兩種類型。交流電流測(cè)量集成電路是利用霍爾效應(yīng)制成的半導(dǎo)體傳感器，直流電流測(cè)量集成電路則是依靠?jī)?nèi)置非感應(yīng)式電流傳感電阻來檢測(cè)電流的，二者都包含了信號(hào)調(diào)理器，能將線路電流轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，適配數(shù)字電壓表（DVM）準(zhǔn)確測(cè)量線路電流。（A）．ACS750型交流電流測(cè)量集成電路芯片

ACS750是美國(guó)快捷微系統(tǒng)公司(AllegroMicroSystems．Inc．)新推出的由精密線性霍爾集成電路構(gòu)成的隔離式電流傳感器。ACS750分ACS750ILCA-075、ACS750ECA-100兩種產(chǎn)品，二者可檢測(cè)的最大電流分別為±75A(150℃)、±100A(85℃)。它適用于汽車及工業(yè)系統(tǒng)中的電流檢測(cè)、電機(jī)控制、過程控制、伺服系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換、電池監(jiān)控、過電流保護(hù)等領(lǐng)域。一、ACS750型集成電流傳感器的性能特點(diǎn)(1)ACS750屬于工作在開環(huán)狀態(tài)下的精密線性霍爾集成電路，內(nèi)含霍爾元件和信號(hào)調(diào)理器，其輸出電壓與一次側(cè)電流成正比，可直接配數(shù)字電壓表測(cè)量電流。(2)輸出電壓靈敏度為19.75mV／A，輸出阻抗為1Ω(均為典型值)。采用5V電源時(shí)的靜態(tài)輸出電壓為2.5V。ACS750LCA-075和ACS750ECA-100的非線性失真分別為1.3％、2．4％，在25℃環(huán)境溫度下的滿量程精度分別為±1.0％、2.0％。ACS750LCA-075在－40～+85℃溫度范圍內(nèi)的滿量程精度為±2.4％，ACS750ECA-100在－40～+85℃范圍內(nèi)的滿量程精度為±4.9％。(3)具有自校準(zhǔn)和電流隔離功能，使用時(shí)不需要對(duì)增益及偏移量進(jìn)行微調(diào)。超低功耗，其一次側(cè)的電流檢測(cè)電阻僅為120μΩ，即使測(cè)量100A的大電流，所產(chǎn)生的功耗僅為12mW。(4)采用+5V電源供電，電源電壓的允許范圍是+4.5～+5.5V。電源電流的典型值為7mA，最大不超過10mA。二、ACS750型集成電流傳感器的原理與應(yīng)用

ACS750的外形如圖12-22所示。Ucc、GND分別為電源端和地。Uo為電壓輸出端。Ip+與Ip一為一次側(cè)引腳，測(cè)量電流時(shí)這兩腳應(yīng)串入被測(cè)線路中。ACS750的內(nèi)部電路框圖及典型應(yīng)用如圖12-23所示。芯片中包含一次側(cè)的電流檢測(cè)電阻RSENSE、二次側(cè)的霍爾元件、自動(dòng)補(bǔ)償電路、前置放大器(A1)、濾波器和輸出電流放大器(A2)。開環(huán)霍爾電流傳感器是由磁心和放置在磁心開口空氣隙上的霍爾元件所組成的。當(dāng)載流導(dǎo)線穿過磁心中心孔時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)與導(dǎo)線電流成比例的磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)被磁心所集中并被霍爾元件檢測(cè)到。ACS750含有溫度補(bǔ)償電路，它輸出一個(gè)經(jīng)過校正的電壓，在輸出端與地之間可接一塊10V量程的3?位交流數(shù)字電壓表(DVM)。在不同溫度下，一次側(cè)電流與輸出電壓的關(guān)系曲線如圖12-24所示。該圖分別繪出了當(dāng)環(huán)境溫度分別為25℃、85℃和150℃時(shí)的三條曲線。由圖可見，在－80～+80A的測(cè)量范圍內(nèi)這三條曲線基本重合，并且Uo與I呈線性關(guān)系。圖12-22ACS750外形圖12-23ACS750的內(nèi)部電路框圖及典型應(yīng)用圖12-24不同溫度下，一次側(cè)電流與輸出電壓的關(guān)系曲線（B）．MAX471／472型直流電流測(cè)量集成電路芯片

MAX471和MAX472是美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的兩種精密集成直流電流傳感器，其同類產(chǎn)品還有MAX4072、MAX4373一MAX43780它們可應(yīng)用于電池供電系統(tǒng)、電池充電器、電源管理系統(tǒng)及筆記本電腦中。一、MAX471／472的工作原理1．MAX471／472的性能特點(diǎn)(1)MAX47l／472均屬于精密電流傳感器，適合檢測(cè)3A以下的直流電流，在高溫條件下測(cè)量精度為±2％。在電流輸出端與地之間接一只電阻即可獲得輸出電壓，再通過數(shù)字電壓表測(cè)量線路電流。二者的區(qū)別是MAX471有內(nèi)置的電流傳感電阻及增益電阻，量程固定為3A，電流增益比(即輸出電流與線路電流的比例系數(shù)Iout／I為0.500μA／A，并且允許將多片MAX471并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)量程擴(kuò)展。MAX472則是依靠外部電流傳感電阻和增益電阻來設(shè)定量程的，因此量程不受3A限制，使用也更加靈活。(2)利用極性端（SIGN）輸出電平的高低能反映線路電流的方向，進(jìn)而判定電池充、放電狀態(tài)，對(duì)電池充電器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。(3)響應(yīng)速度快，當(dāng)線路電流在100mA～3A范圍內(nèi)變化時(shí)，響應(yīng)時(shí)間僅為15μs。(4)電源電壓范圍寬、低功耗。電源電壓的允許范圍是3～36V。（a）MAX471（b）MAX472圖12-25MAX471／472的引腳排列2．MAX471／472的工作原理

MAX471／472的引腳排列分別如圖12-25(a)、(b)所示。二者的顯著區(qū)別是．MAX471內(nèi)含傳感電阻和增益電阻，有兩對(duì)RS+、RS-端，它沒有電源端(Ucc)，但可用RS+端來代替Ucc端。SHDN為掉電控制端，常態(tài)下該端應(yīng)接地(GND)，接高電平時(shí)芯片進(jìn)入掉電模式，電源電流迅速降至1.5μA。兩對(duì)RS+和RS-分別為內(nèi)部傳感電阻的正、負(fù)端。SIGN為極性端(集電極開路輸出)，當(dāng)線路電流從RS+端流向RS-端時(shí)，SIGN端輸出高電平；反之，電流從RS-端流向RS+端時(shí)，SIGN端輸出低電平，由此可判定線路電流的方向。OUT為電流輸出端，IOUT與線路電流成比例關(guān)系，該端的輸出阻抗為3MΩ，只要在IOUT端與地之間接一只2KΩ電阻，就能使MAX471的輸出電壓比例系數(shù)為1V／A。圖12-25(b)中的RG1、RG2均為增益電阻引出端，所接的外部增益電阻為RG1、RG2，二者分別接電池和負(fù)載，并且要求RG1=RG2。NC為空腳。二、MAX471／472的典型應(yīng)用1．MAX471的典型應(yīng)用由MAX471構(gòu)成±3A電流監(jiān)測(cè)儀的電路如圖12-27所示。圖中，E為+3～+36V電源或電池組。不用掉電功能時(shí)需要將SHDN端接地。R1為SIGN端的上拉電阻，可接5V邏輯電源。從SIGN端輸出的信號(hào)經(jīng)過晶體管VT（JE9013)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED，作為充、放電狀態(tài)指示。充電時(shí)LED發(fā)光，放電時(shí)LED熄滅。

R2為基極限流電阻，R3為L(zhǎng)ED的限流保護(hù)電阻，R4是輸出電阻。滿量程為10V的直流數(shù)字電壓表(DVM)并聯(lián)在R4兩端。該儀表滿量程電流值被限定為3A，儀表能自動(dòng)顯示線路電流的正、負(fù)極性。圖12-27MAX471構(gòu)成±3A電流監(jiān)測(cè)儀2．MAX472的典型應(yīng)用

MAX472的典型應(yīng)用電路如圖12-28所示。Ucc端接負(fù)載或充電器，亦可接電源或電池組。RG1和RG2為外部增益電阻。R1、Rout分別為上拉電阻及輸出電阻。圖12-28MAX472的典型應(yīng)用電路12.3.2電壓測(cè)量集成電路便攜式電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展，不僅促使電池業(yè)不斷開發(fā)出各種新型電池以滿足配套的要求，相應(yīng)地也促使了集成電路的發(fā)展，開發(fā)出各種與電池有關(guān)的專用集成電路，如電池充電集成電路、電池保護(hù)集成電路及電壓檢測(cè)器集成電路等。電壓檢測(cè)器集成電路除了用于電池電壓的檢測(cè)外，還可應(yīng)用到許多場(chǎng)合，如微處理復(fù)位電路、控制電路及儀表顯示電路等。（A）．AN051A電壓測(cè)量集成電路芯片

AN05lA是一種集成電壓檢測(cè)器件，它具有以下特點(diǎn)：①采用CMOS工藝制造，功耗低。②工作電壓范圍寬，靈敏度高。③檢測(cè)電壓分擋細(xì)，可滿足不同用戶的需要。

AN051A的用途很廣，除了應(yīng)用于微型計(jì)算機(jī)復(fù)位外，也可廣泛用于電池電壓檢測(cè)、備用電源電壓檢測(cè)、電源故障監(jiān)測(cè)等場(chǎng)合。它還可以擴(kuò)展應(yīng)用范圍，如控制電路、儀表顯示電路等。1．電池低電壓指示電路電池低電壓指示電路如圖12-30所示。該電路主要用于便攜式電子產(chǎn)品中電池的低電壓檢測(cè)，以防止電池過放電造成對(duì)電池的損害。表12-1列出了便攜式電子產(chǎn)品中常用電池低電壓指示電路的有關(guān)參數(shù)，供選用AN051A型號(hào)時(shí)參考。當(dāng)電池電壓下降到檢測(cè)電壓以下時(shí)，AN051A輸出低電平，發(fā)光二極管LED被點(diǎn)亮，提醒人們電池應(yīng)充電了。R為限流電阻，可按表12-1給出的值選用。AN051A負(fù)載電路LEDER123圖12-30電池低電壓指示電路下面介紹一些AN051A的典型應(yīng)用電路。2．電池低電壓關(guān)閉電源電路電池低電壓關(guān)閉電源電路如圖12-31所示。該電路可以在電源電壓下降4％時(shí)關(guān)閉電源，以防止邏輯負(fù)載電路中的邏輯電平產(chǎn)生混亂而影響電路的性能。電路中的IC2為輸出電壓為5V的低壓差穩(wěn)壓集成電路STP11250。IC1為檢測(cè)電壓為5.2V的AN05lA產(chǎn)品。當(dāng)電池電壓由6V降到5.2V時(shí)，IC1輸出低電平，該低電平加在IC2的SHDN控制端，使IC2關(guān)閉而無電壓輸出。同時(shí)發(fā)光二極管LED也被點(diǎn)亮，表示電池電壓過低，說明該充電了。

圖12-31電池低電壓關(guān)閉電源電路3．簡(jiǎn)易恒壓充電電路圖12-32所示的是利用AN051A組成的簡(jiǎn)易恒壓充電電路，可對(duì)兩節(jié)鎳鎘或鎳氫電池充電。當(dāng)電池電壓低于2.8V時(shí)，IC1輸出低電平，使VT1截止，繼電器K1不吸合，其常閉觸點(diǎn)K1-1處于閉合狀態(tài)，+5V電源經(jīng)R2向電池充電。當(dāng)電池電壓充電到2.8V時(shí)，IC1的①腳呈高阻抗。VT1導(dǎo)通，繼電器K1吸合，其常閉觸點(diǎn)K1-1斷開，+5V電源經(jīng)R1和R2進(jìn)行涓流充電，充電電流為5mA。該電路也可對(duì)3節(jié)、4節(jié)鎳鎘、鎳氫電池充電，但I(xiàn)C1相應(yīng)的檢測(cè)電壓為4.2V及5.7V，R1、R2也要作相應(yīng)的調(diào)整。

圖12-32簡(jiǎn)易恒壓充電電路4．提高檢測(cè)電壓電路

AN05lA的最大檢測(cè)電壓為6V，但一些便攜式電子產(chǎn)品使用的工作電壓卻很高，有的為9V或12V，有的達(dá)到15～24V。碰到這種情況，便可采用圖12-33及圖12-34所示的電路加以解決。圖12-33采用分壓法提高檢測(cè)電壓的電路圖12-34采用串接穩(wěn)壓二極管提高檢測(cè)電壓的電路5．過壓保護(hù)電路過壓保護(hù)電路如圖12-35所示。電路中IC采用開漏輸出型電壓檢測(cè)器AN051A，檢測(cè)電壓為6V，VD1采用9.1V額定值的穩(wěn)壓二極管，這樣IC提高后的檢測(cè)電壓為

VDET1=VZ+VDET=9.1V+6V=15.1V圖12-35過壓