测控系统与传感器

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  摘 要:现代化的生活充满了测控技术仪器,大到飞机汽车,小到电脑钟表,全是测控系统的应用。测控简单来说就是测量和控制,像温控装置、测房间的温度、发信号控制他制冷、持续检测,直到温度达到你的设定值,在发信号停止制冷,类似的云云..在这些测控系统中传感器是必不可少的一部分。生活中的测控系统传感器是一种检测装置,能接受外界(温度、压力、光照、湿度等变化)被测模拟量根据一定形式转换为另一种信号比如电信号,用来获取、加工等操作。因为传感器附带的点信号时很小的,不能用来控制执行机构去运作,因此传感器往往需要接放大电路等将信号进行放大功能的电路,传统的传感器将采集的信号接入信号放大电路后,将足够大电信号送到执行机构例如计算机,电机等。
  关键词:传感器;应用
  1 电阻式温度传感器
  电阻式温度传感器运行原理是温度变化会导致电子热运动,从而导致电阻阻值改变。热电阻使用容易提纯且性质稳定的金属制成,因此该传感器抗干扰能力强、测量准确度高、与热电偶相比,输出反应比较快等优点,因此适合做成高准确度的测控机构。它的不足是刚度低,抗振动比不上热电偶、温度测量上限不高。
  2 光电传感器
  光电传感器是以光敏器件作为检测元件,将光信号转换为电信号的装置。用这种传感器进行测控时,只需将其非电量转换为光信号即可。它被广泛用于物位、速度、位移、温度、白度、压力以及一些机械量、几何量的测量与自动控制、电子计算机、智能机器人等,是目前应用最广泛的传感器之一。
  光敏器件是利用物质的光电效应,将光量转换为电量的一种变换器件。它的发展迅速,品种繁多,常见的有光敏电阻、光电二级管、光电三级管、光电耦合器、硅光电池和光控晶闸管等。
  2.1光电导效应
  电阻导体在光照下,它的阻值会变小。用这种原理制成的导体称作光敏电阻。光敏电阻本身有很多优点:反应时间快、能在较宽的一段波长里响应等,但是光敏电阻本身不是电源器件,只能外部给予供电,才能工作。
  2.2光敏电阻的应用
  光电传感器在许多方面有着广泛的应用。比如,天花板上安装的烟雾式火灾报警器。当烟雾上升时,报警器接收的光照就变弱,此时光电传感器就可检到测烟的浓度,当烟到达一定火灾浓度时报警器上的蜂鸣器就会发出警报。
  2.3光电液位检测
  在一个透明玻璃容器外壁安装一个发光二极管,与之相对称外壁同一水平面另一侧安装一个光敏三极管,发光二极管发射的光正对光敏三极管,在液面未升至发光二极管所在的平面时,光敏三极管能接收到足够的光,当液面升至光敏三极管缩在平面时,由于液面的液体的折射的影响,光敏三极管接受红外信号将改变,随着液位的变化,光敏三极管接受到的光强也发生变化。
  3 光纤传感器
  光纤传感器是一种带有一定折射率用来作为光传输介质的细丝通道,光纤由两种折射率不同的材料组成,折射率较大的一层材料包裹着里面折射率较小的透光材料。光在光纤里的传输是利用光的全放射定理,光以一定的入射角进入一端发生折射后就在两种不同介质的界面发生全放射。光纤传感器分两种,一种是功能型光纤传感器,即光纤本身作为采集信号的载体也负责传输信号;而另一种非功能型光纤传感器,顾名思义就是光纤本身不用来采集信号,只负责传输,不负责采集信号。
  4 压电传感器
  4.1压电效应
  压电效应就是某些电解质在受到一定的力作用下,表面产生电荷,外力撤去后,表面电荷也消失。
  4.2压电材料
  压电材料目前有三种:单晶体、多晶体以及压电陶瓷压电聚合物PVDF。
  4.3压电电缆的应用
  在公路下横向埋两根平行的压电电缆,压电电缆输出端接在计算机上,用来检测压电电缆传输过来的电压信号。当一辆车行驶过来的时候,车的前轮率先压倒一根压电电缆,压电电缆就会产生两个电压信号,根据这两个信号传输过来的时间差,就可以算出这辆车两前轮之间的宽度。另外,压电电缆还可以测量行驶车辆的行驶速度,当前轮压过第二根压电电缆的时候,压电电缆就会产生两个电压信号传输给计算机,在计算机上拟合成一个电压关于时间的函数图像,根据前轮先后压过两根电缆的时间差,就可以算出这辆车的行驶速度,所以该方法可以用来检测高速公路段的车辆超速,便于交通管制,以及是否闯红灯地检测等等。
  5 电感式传感器
  5.1气隙式传感器
  气隙式传感器是属于自感式传感器一类所以它的工作原理是自感。他的优点是采集的电信号排除了许多干扰,而且本身的信号比其他一般的电感式传感器要强,因此在设计电路的时候,对后面运放电路的增益倍数要求不需要很苛刻。另外,传感器本身采集的信号的噪声比较小,输出信号本身稳定性也高,电路设计时可以不用考虑噪声的滤除。它的不足就是线性度较差,因为我们希望他工作在一个线性的范围内,所以它的测量范围有限。
  5.2变截面型传感器
  变截面型同样利用自感原理进行工作,由于他的工作线性度比气隙式传感器要好得多,在一个的测量范围内,都能保持良好的线性度,而且制造容易,但是相比于气隙式传感器它的反应慢。
  5.3电感式传感器的应用
  电感式传感器可以测量的物理量有很多例如加速度、压力、频率等。此外,电感式传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示,在机械测控系统有广泛的应用。
  结束语
  生活中有许多测控系统,而作为一个完整测控系统中必不可少的一部分,传感器直接影响到整个测控系统的灵敏度,精度。在一些实际生产和检测的中影响产品的生产效率,提高产品的合格率,提升产品品质。随着测控系统的发展,测控系统也逐渐成熟,一个良好的测控系统,必然存在不同种类的传感器,以满足各种信号的调控。
  参考文献
  [1] 唐文彦. 传感器[J]. 普通高等教育. 2014(1):102-115.
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