第一篇：传感器的应用论文
文献检索与科技论文写作
结 课 作 业
姓名：安 班级： 学号： 滨
2013级本科三班
201315110101
光纤温度传感器的设计
光纤温度传感器的设计
论文分析：
意义：光纤传感技术是一门新兴的应用物理技术，它在石油、通信、化工检测以及各种参量测量方面具有许多独特的优点，有广阔的应用前景。近年来，光纤技术已逐渐渗透到各研究领域，其应用范围日渐广泛。随着光纤传感系统在国防军事、航空航天、工矿企业、土木建筑、能源环保、生物医学、计算测量、自动控制等各领域的应用，对光纤传感系统的性能也不断提出新的要求。光纤温度传感器特别适用于易燃易爆的工作环境，从而弥补了传统的点温度传感器的不足。主要内容及研究思路：本文从光纤的基础入手，首先介绍了光纤的基础知识，然后结合传感器引入了光纤温度传感器的定义，分类及工作原理。本课题研究的是一种非功能性光纤温度传感器，它是利用高度敏感的双金属片作为感温元件，金属片的变化改变了光纤的通光强度。
目标：光纤温度传感器可以达到不但测温对象广，从监测相对低温的生物过程到监测高温的发动机零件，而且测量准确度、灵敏度高，抗电磁能力强，传输距离远，使用寿命长，价格相对低廉，使用更加经济。今后光纤温度传感器研究方向将会进一步提高传感器的精度、可靠性；提高抗干扰能力、稳定性，并简化器件结构，降低成本。
光纤温度传感器的设计
目 录
第1章 前 言
1.1选题背景及研究意义 1.2光纤传感器国内外研究现状 1.3光纤传感器及其组成与分类 1.4本论文的主要内容 第2章 光纤温度传感器理论 2.1光纤基础知识介绍 2.2热敏元件双金属片工作原理 2.3光纤探头的原理
2.4纤端光场的光强分布函数选取
2.5光纤温度传感器的特点及应用 第3章 光纤温度传感器系统组成与实验步骤 3.1 实验原理
3.2实验主要设备和材料 3.3实验搭建与调试 第4章 实验结果分析
4.1 位移光强曲线的测定及其与理论曲线的对比 4.2 温度光强曲线的测定及出现的问题和解决办法 4.3 测温曲线的选取及传感器测温范围的确定 第5章 结论与展望
5.1 实验结论
5.2光纤温度传感器存在的不足和展望 参考文献 致谢
光纤温度传感器的设计
第1章 前言
1.1 选题背景及研究意义
1.2光纤传感器国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 光纤传感器及其组成与分类
1.4 本论文的主要内容
本文所采用的温度变换器为U型双金属片，依据双金属片的位置随温度的变化而变化的原理，利用双金属片的纵向位置改变来调制光纤探头接收到的光强，从而实现温度对光强的间接调制。与传统的指针式双金属片温度计相比，本传感器具有快速、灵敏、便于实现与计算机接口连接等优点。研究从基本的概念入手。
光纤温度传感器的设计
第2章 光纤温度传感器理论
2.1光纤基础知识介绍
2.1.1 光纤的结构和分类
2.1.2 光纤的传输原理
2.2热敏元件双金属片工作原理
2.2.1 双金属片弯曲机理及其选取
2.2.2 双金属片得到选取及其补偿和调制机理
光纤温度传感器的设计
2.2.3双金属片温度变换对位移的补偿机理及其位移的计算
2.3光纤探头的原理
2.3.1 光纤反射式调制原理及与光强分布的关系
2.3.2 光纤传输信号准共路理论
2.4纤端光场的光强分布函数选取
2.5光纤温度传感器的特点及应用
光纤温度传感器的设计
第3章 光纤温度传感器系统组成与实验步骤
3.1 实验原理
3.2实验主要设备和材料
3.3实验搭建与调试
3.3.1 LED光源I-P特性曲线测试
3.3.2 反射式光纤位移传感实验
3.3.3 光纤温度传感器实验
光纤温度传感器的设计
第4章 实验结果分析
4.1 位移光强曲线的测定及其与理论曲线的对比
4.2 温度光强曲线的测定及出现的问题和解决办法
4.3 测温曲线的选取及传感器测温范围的确定
光纤温度传感器的设计
第5章 结论与展望
5.1 实验结论
5.2光纤温度传感器存在的不足和展望
光纤温度传感器的设计
参考文献
[1]王剑锋,刘红林,张淑琴,余向东,孙忠周,金尚忠,张在宣.基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器及应用[J].光谱学与光谱析,2013,04:865-871.[2]廖国珍,张军,蔡祥,谭绍早,唐洁媛,肖毅,陈哲,余健辉,庞其昌.基于石墨烯的全光纤温度传感器的研究[J].光学学报,2013,07:26-32.[3]宋海峰,龚华平,倪凯,董新永.基于波长与强度双解调的光纤温度传感器[J].光电子.激光,2013,09:1694-1697.[4]李涛,戴玉堂,赵前程.一种新型微结构高灵敏度光纤温度传感器[J].光电子.激光,2014,04:625-630.[5]李强,王艳松,刘学民.光纤温度传感器在电力系统中的应用现状综述[J].电力系统保护与控制,2010,01:135-140.[6]伍铁生,王丽,王哲,刘玉敏,胡署阳,尹丽丹.一种Sagnac干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器[J].中国激光,2012,11:217-221.[7]程继兴,刘霞.一种基于AT89C51的光纤温度传感器的软硬件实现[J].电子测量技术,2012,12:102-107.[8]周广丽,鄂书林,邓文渊.光纤温度传感器的研究和应用[J].光通信技术,2007,06:54-57.[9]张颖,张娟,郭玉静,王庆华.分布式光纤温度传感器的研究现状及趋势[J].仪表技术与传感器,2007,08:1-3+9.[10]方曼.分布式拉曼光纤温度传感器系统及温度分辨率提高的研究[D].电子科技大学,2004.[11]吕宗岩.分布式光纤温度传感器的系统设计[D].燕山大学,2006.[12]匡绍龙,朱学斌.分布式光纤温度传感器原理及其在变电站温度监测中的应用[J].电力自动化设备,2004,09:79-81.[13]徐申翔,刘南生,张华.光纤温度传感器原理及应用[J].南昌大学学报(工科版),2004,04:9-14.[14]刘凡凡.SMS结构光纤温度传感器[D].浙江大学,2013.[15]陈艳,王海燕,张朋,王宁.简述光纤温度传感器的原理及应用[J].传感器世界,2008,12:23-27.[16]邵嫄琴.分布式光纤温度传感器校准中参考温度的研究[D].中国计量学院,2013.[17]沈永行.从室温到1800℃全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器[J].光学学报,2000,01:83-87.[18]虞倩.高精度医用光纤温度传感器的研制及其特性研究[D].中国计量学院,2012.[19]孟庆民.光纤温度传感器用于电力高压开关在线监测的研究[D].东南大学,2005.[20]王喜光.分布式光纤温度传感器信号处理的研究[D].燕山大学,2006.光纤温度传感器的设计
致 谢
第二篇：传感器设计及应用实例论文
压力传感器（压力变送器）的原理及应用
概 述：压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用
1、应变片压力传感器原理与应用
力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。
在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D转换和CPU）显示或执行机构。
它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。
电阻应变片的工作原理
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：
式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）
S——导体的截面积（cm2）
L——导体的长度（m）
我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。来源: http://tede.cn
2、陶瓷压力传感器原理及应用
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。
陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度 >2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
3、扩散硅压力传感器原理及应用
工作原理
被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。来源:www.xiexiebang.com
4、蓝宝石压力传感器原理与应用
利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。
蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC以内），因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。
用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。
表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起）。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。
传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。
5、压电压力传感器原理与应用
压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。
现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。
压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。
压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。
BP01型压力传感器及其在便携式电子血压计中的应用
介绍了德利康公司的BP01型压力传感器的主要性能和参数给出了一个用BP01作传感器组成的便携式电子血压计的实际电路,并对该应用电路的工作原理进行了说明,同时给出了该便携式电子血压计电路的设计和调试方法。概述
BP01 型压力传感器是为监测血压而专门设计的,主要用于便携式电子血压计。它采用精密厚膜陶瓷芯片和尼龙塑料封装,具有高线性、低噪声和外界应力小的特点;采用内部标定和温度补偿方式,从而提高了测量的精度、稳定性以及可重复性,在全量程范围内,精度为±1%,零点失调不大于±300μV。BP01的主要性能参数
BP01的内部等效电路和外形封装如图1所示;表1所列为BP01在电源电压Vs为5.0V、环境温度TA为25℃时的主要性能参数。
BP01的极限参数如下：
·最大工作电压：20VDC;
·最大耐压：1500 mmHg;
·工作温度范围：0～70℃;
·引脚焊接温度（最大值）：250℃（2～4秒）。基于BP01的电子血压计
3.1工作原理
用BP01构成的便携式电子血压计的原理电路如图2所示,它由偏置电源电路（A1、A2）、前置处理电路（A3～A6）、显示电路（A7）和压力传感器（BP01）组成,该血压计的血压测量范围为0～200mmHg,分辨率为0.1mmHg,工作电源为一节9V迭层电池。现将血压计中各主要电路的工作原理分述如下：
a.偏置电源电路
电源电路由带有内置参考电压的双运放LM10组成,A1构成同相放大器,A2构成跟随器,它们的作用是将内置的参考电压放大后用作压力传感器BP01的偏置电压Vs,其Vs的值由下式决定：
Vs=Vref（1+R2/R3）
式中：Vref为LM10的内置参考电压。其值为200mV,将此值连同电路中的R2和R3的值代入上式即可求得偏置电压Vs的值为5V。
b.前置处理电路
前置处理电路由A3～A6四个运算放大器组成,其中A3构成失调偏置电路以对电路失调进行补偿;A5构成跟随器,用于对压力传感器BP01的输出信号进行隔离缓冲;A4、A6构成放大电路,其增益AV由下式决定：
AV=1+（R1/RT）
若忽略失调,前置处理电路的输出电压Vout为：
Vout=2（1+R1/RT）VIN
式中：VIN为压力传感器BP01的输出电压。
c.显示电路
显示电路选用三位半的显示驱动器。工作时,压力传感器BP01的输出经前置处理电路放大后,由显示驱动电路来驱动LCD,以读出测量的血压值。
3.2调试方法
a.零压输出调整
在零压输出时,调整失调电位器RP1,在血压计的显示值为000.0时,即可认为完成了零压输出调整。
b.前置电路增益的调整
压力传感器BP01的满量程输出与偏置电压有一定的关系,当5V偏置时,在200mmHg压力下的输出为10mV,其对应的显示驱动电路的输入为200mV,因此前置电路的增益AV为200mV/10mV,这样,利用前面Av的计算公式即可反推出增益电阻RT的值。
若选取电阻R1为10kΩ,则增益电阻RT应为1.1kΩ。调试时可先用电位器调整输出值,再用万用表测出该电位器的阻值,最后再换成固定电阻。
c.满量程调整
满量程调整时,先在显示电路的输入端加上200mV电压,然后调整电位器RP2,使其读数为199.9mmHg即可。
上调整完成之后,一般应多重复几次,以使显示值可靠地符合精度要求。
3.3元器件的选择
为保证测量精度,上述电路的外围元器件的选择也是一个不容忽视的重要环节。一般情况下,电位器RP1、RP2应选用1%精度的金属膜多圈电位器;电阻应选用1%精度的金属膜电阻器;电容一般选用聚脂薄膜或者云母电容。结束语
在使用压力传感器BP01和其它器件设计便携式电子血压计时,应注意的是：对于不同的偏置电压,其输出也不同,因而前置处理电路的增益应做相应的调整,以满足满量程的不同要求。
第三篇：传感器技术应用概述论文 (作业)
兰州理工大学技术工程学院
传感器与自动检测技术
结课论文
题目：称重传感器在电梯中的应用
学号：11230319
姓名：李永健 班级：电力传动一班
传感器与检测技术结课论文
兰州理工大学技术工程学院
摘要：传感器技术是实现测试和自动控制的重要环节。它的主要特征是能准确地传递和检测出某一形态的信息,并将它转换成另一形态的信息。随着科学技术的迅猛发展,其越来越广泛的应用于科学技术的各个领域。传感器是一种检测装置,是实现自动检测和自动控制的首要环节。它能感受到被测量的信息,将检测感受到的信息,并按照一定的规律转换成可用输出信号,来满足信息的传输、处理、存储、显示、记录以及控制等的要求。在机电一体化的系统中,传感器处系统之首,是机电一体化系统达到高水平的有效保证。随着人类探知领域的不断深入,各种信息的传递速度将越来越快, 处理信息的能力也将越来越强,因此,就要求相对应的信息采集传感技术也要跟上发展的步伐,这也就决定了传感器将越来越被广泛运用、无处不在，同时，传感器也与我们的生活息息相关。
关键词：称重传感器
电梯
应用 一.引言
通过学习和查阅，我发现传感器在现代生产中有着非常普遍的应用，在实际生产过程中传感器配合电脑中控系统可以实时的检测生产中的每一个指标，以便能够实时的做出相应的调整，保证了生产过程中的安全、高效。据初步调查统计，目前在众多大中型商场、酒店、学校、娱乐场所等客流量大的地方都使用了智能电梯。它的普及无疑给人们的生活传感器与检测技术结课论文
兰州理工大学技术工程学院
带来了极大的便利，节省了很多宝贵的时间，可以说，现代智能电梯技术已经相当成熟。但是，据观察发现，电梯在运行效率方面还存在着一些问题，于是提出了改进现代智能电梯的设想。此篇主要讨论称重传感器在电梯中的作用，以及电梯中各个部位传感器类型及其功用。
二.传感器的选择要求
2.1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型
要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。
2．2、灵敏度的选择
通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信传感器与检测技术结课论文
兰州理工大学技术工程学院
号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。
2.3、频率响应特性
传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。
2.4、稳定性
传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器与检测技术结课论文
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传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。
2.5、线性范围
传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
2.6、精度
精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对传感器与检测技术结课论文
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某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
三.称重传感器
3.1称重传感器简介
电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。
由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述。
称重传感器
一、电阻应变片
传感器与检测技术结课论文
兰州理工大学技术工程学院
电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。
设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R = ρL/S（Ω）
1--1 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。
对式（1--1）求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有：
ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2
1--2 用式（1--1）去除式（1--2）得到
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L – ΔS/S
1--3 另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则 Δs = 2πr*Δr，所以
ΔS/S = 2Δr/r
1--4 从材料力学我们知道
Δr/r =-μΔL/L
1--5 其中，负号表示伸长时，半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式（1--4）（1--5）代入（1--3），有: 传感器与检测技术结课论文
兰州理工大学技术工程学院
ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L + 2μΔL/L =（1 + 2μ（Δρ/ρ）/（ΔL/L））*ΔL/L = K *ΔL/L（2--6）
其中
K = 1 + 2μ +（Δρ/ρ）/（ΔL/L）
1--7 式（1--6）说明了电阻应变片的电阻变化率（电阻相对变化）和电阻丝伸长率（长度相对变化）之间的关系。
需要说明的是：灵敏度系数K值的大小是由制作金属电阻丝材料的性质决定的一个常数，它和应变片的形状、尺寸大小无关，不同的材料的K值一般在1.7—3.6之间；其次K值是一个无因次量，即它没有量纲。
在材料力学中ΔL/L称作为应变，记作ε，用它来表示弹性往往显得太大，很不方便
常常把它的百万分之一作为单位，记作με。这样，式（1--6）常写作： ΔR/R = Kε
(1--8)
二、弹性体
弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场（区），使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变枣电信号的转换任务。以称重传感器的弹性体为例，来介绍一下其中的应力分布。
设有一带有肓孔的长方体悬臂梁。
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肓孔底部中心是承受纯剪应力，但其上、下部分将会出现拉伸和压缩应力。主应力方向一为拉神，一为压缩，若把应变片贴在这里，则应变片上半部将受拉伸而阻值增加，而应变片的下半部将受压缩，阻值减少。下面列出肓孔底部中心点的应变表达式，而不再推导。
ε =（3Q（1+μ）/2Eb）*（B（H2-h2）+bh2）/（B（H3-h3）+bh3）
2--9 其中：Q--截面上的剪力；E--扬氏模量：μ—泊松系数；B、b、H、h—为梁的几何尺寸。
需要说明的是，上面分析的应力状态均是―局部‖情况，而应变片实际感受的是―平均‖状态。
三、检测电路
检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优点，如可以抑制温度变化的影响，可以抑制侧向力干扰，可以比较方便的解决称重传感器的补偿问题等，所以惠斯登电桥在称重传感器中得到了广泛的应用。因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高，各臂参数一致，各种干扰的影响容易相互抵销，所以称重传感器均采用全桥式等臂电桥。
3.2称重传感器工作原理
负荷传感器是称重传感器、测力传感器的统称，用单项参数评价它的计量特性。
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电阻应变式称重传感器主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。电信号经处理后以数字形式显示出被测物的质量。电阻应变式称重传感器的称量范围为几十克至数百吨，计量准确度达1/1000～1/10000，结构较简单，可靠性较好。大部分电子衡器都使用这种传感器。电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体弹性元件，敏感梁在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片转换元件也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化增大或减小，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号电压或电流，从而完成了将外力变换为电信号的过程。在测量过程中，重量加载到称重传感器的弹性体上会引起塑性变形。电阻应变式称重传感器的工作过程应变正向和负向通过安装在弹性体上的应变片转换为电子信号。最简单的弯曲梁称重传感器只有一个应变片。通常，弹性体和应变片通过多种方式来结合，类似外壳密封部件等来保护应变片。
称重传感器在选用时要考虑到很多因素，实际的使用当中我们主要从下列几个因素考虑。称重传感器的量程根据你的用途，称重传感器的量程选择可依据秤的最大称量值、选传感器与检测技术结课论文
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用传感器的个数、秤体自重、可产生的最大偏载及动载因素综合评价来决定。一般来讲，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但是在实际的使用当中，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。其次称重传感器的准确度等级包括传感器的非线性、蠕变、重复性、滞后、灵敏度等技术指标。在选用的时候不应该盲目追求高等级的传感器，应该考虑电子衡的准确度等级和成本。一般情况下，选用传感器的总精度为非线性、不重复性和滞后三项指标的之和的均方根值略高于秤的精度。称重传感器形式的选择主要取决于称重的类型和安装空间，保证安装合适，称重安全可靠；另一方面要考虑厂家的建议。对于传感器制造厂家来讲，它一般规定了传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构形式、弹性体的材质等。
四.称重传感器在电梯中的功用
智能电梯为在楼宇中的作用是非常大的，为人们的生活提供了很大的便利。智能电梯中应用的传感器是非常多的，比如称重传感器，光电传感器等。以下主要说明一下称重传感器在智能电梯中的作用，智能电梯中安装了称重传感器装置更加保证了电梯的安全运行。
电梯上一般应用称重传感器为桥式称重传感器和轮辐传感器与检测技术结课论文
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式称重传感器，它们应用的特点主要区分在安装方式上。而他们的工作原理都是一样，由称重传感器将重量转换成电信号经传输电缆与控制仪连接，经控制仪求和放大器、A/D 转换器、单片机运算，实现电子称重。当轿厢内的重量达到或超过设定值的95%、102%时，控制仪内满载、超载继电器分别动作，与电梯控制系统连接，使电梯安全、可靠的运行。
控制仪正常工作后，每月应观察仪器是否工作正常：观察控制仪数码管显示是否随载荷变化而变化，每隔三个月(90天)控制仪按照以下步骤需要做一次检查保养。首先就是必须检查称重传感器安装螺栓是否有松动，将称重传感器安装螺栓紧固。
2、检查控制仪超载功能：方法一：将电梯停靠底层，将控制仪侧称重传感器连接线拔下，控制仪作一次清零操作，然后将称重传感器与控制仪连接好，应显示超载以上，如果显示低于超载值，加入适当的重量，使控制仪显示超载以上，此时检查是否输出超载信号。方法二：将电梯停靠底层，控制仪断电，检查电梯是否接收到超载信号。以上两种方法只要有一种方法检查出超载信号正常即可。
3、以上两个步骤检查正常之后，需要将电梯停到底层，作一次清零操作。
4、将电梯放入一定的载荷检查控制仪显示是否在正常范围之内，例如800公斤的电梯，放入100公斤重物，因摩擦因素，控制仪数码管应显示在8%～14%之间，证明控制仪正常。如不在此范围内，应按照说明书调试步骤传感器与检测技术结课论文
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进行修正。不难看出智能电梯的称重传感器是相当的重要，称重传感器的性能决定了电梯的性能以及安全。
智能电梯为在楼宇中的作用是非常大的，为人们的生活提供了很大的便利。智能电梯中应用的传感器是非常多的，比如称重传感器，光电传感器等。大家对于传感器在智能电梯中发挥着什么作用都了解过吗？今天小编就来为大家主要说明一下称重传感器在智能电梯中的作用，智能电梯中安装了称重传感器装置更加保证了电梯的安全运行。
电梯上一般应用称重传感器为桥式称重传感器和轮辐式称重传感器，它们应用的特点主要区分在安装方式上。而他们的工作原理都是一样，由称重传感器将重量转换成电信号经传输电缆与控制仪连接，经控制仪求和放大器、A/D 转换器、单片机运算，实现电子称重。当轿厢内的重量达到或超过设定值的95%、102%时，控制仪内满载、超载继电器分别动作，与电梯控制系统连接，使电梯安全、可靠的运行。
控制仪正常工作后，每月应观察仪器是否工作正常：观察控制仪数码管显示是否随载荷变化而变化，每隔三个月(90天)控制仪按照以下步骤需要做一次检查保养。首先就是必须检查称重传感器安装螺栓是否有松动，将称重传感器安装螺栓紧固。
2、检查控制仪超载功能：方法一：将电梯停靠底层，将控制仪侧称重传感器连接线拔下，控制仪作一次清零操作，然后将称重传感器与控制仪连接好，应显示超载传感器与检测技术结课论文
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以上，如果显示低于超载值，加入适当的重量，使控制仪显示超载以上，此时检查是否输出超载信号。方法二：将电梯停靠底层，控制仪断电，检查电梯是否接收到超载信号。以上两种方法只要有一种方法检查出超载信号正常即可。
3、以上两个步骤检查正常之后，需要将电梯停到底层，作一次清零操作。
4、将电梯放入一定的载荷检查控制仪显示是否在正常范围之内，例如800公斤的电梯，放入100公斤重物，因摩擦因素，控制仪数码管应显示在8%～14%之间，证明控制仪正常。如不在此范围内，应按照说明书调试步骤进行修正。不难看出智能电梯的称重传感器是相当的重要，称重传感器的性能决定了电梯的性能以及安全。
五.总结
随社会的快速发展，自动化应用技术距离我们的生活也越来越近，这也离不开传感器技术发展，这些技术的发展就需要我们这一代进行进一步的高端化研究，这样我们的生活才会更加的方便,因此，做为一名当代大学生，我们更应该好好学习，为社会发展贡献我们的力量，为实现“中国梦”而不懈奋斗！
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第四篇：传感器应用总结
传感器应用总结
信息社会高速发展的今天，人们对信息的提取、处理、传输以及综合等要求愈加迫切。作为信息提取的功能器件——传感器同人们的关系越来越密切。小到智能手机，大到地震海啸预警，传感器广泛应用于社会发展及人类生活的各个领域。传感器种类繁多，其原理也各种各样。传感技术是一门知识密集型技术，它与许多学科相关，传感器技术已经成为各个应用领域，特别是电子信息工程、电气工程、自动控制工程、机械工程等领域中不可缺少的技术。传感技术与信息技术、计算机技术并列称为支撑现代信息产业的三大支柱。下面，我将对所学传感器的应用做一个简要的总结。
传感器是在非电量测量中，能够实现非电量转化为电量的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需要加辅助电源。（如图1）在自动检测和自动控制环节，传感器是必不可少的，没有传感器对数据的精确测量，必然不会实现对信号的控制及显示。因此，传感器在工业生产以及日常生活中应用广泛。非电量 敏感元件
非电量
传感元件
电量
转换电路
电量 热电偶传感器
图1
1.1 N型热电偶在主蒸汽温度测量中的应用
近年来，N型热电偶在火电厂得到了广泛的应用。N型热电偶在中子辐射环境下具有良好的稳定性, 是因为N型热电偶去除了易蜕变元素Mn、Co等。因此,N型热电偶具有很好的耐核辐射的能力。在一个机组主蒸汽管道上放一个温度保护套管，将N型热电偶放入其内部，测量的温度将其转化为电动势，通过控制电动势来控制温度。
1.2 热电偶对爆炸产物的热响应应用
在炸药的爆炸过程中，温度变化极快，数值极高，且为非稳态传热，冲击波的传播速度远大于热流的传播速度，热电偶技术的迅速发展为研究瞬态热作用提供了简便可靠的测试方法。热电偶温度传感器将温度信号转换为电压信号，经直 流电压放大器放大后通过A/D 转换电路将模拟信号转换为数字信号。采集系统将给出电压值，其变化反映热电偶温度值的变化。数据采集后对信号加以滤波处理，然后根据分度表进行温度转换。
1.3 薄膜热电偶传感器测高温物体表面温度
薄膜热电偶(T F T C)作为固体表面温度传感器具有许多优点，其很小的质量使其对表面热传导的干扰极小，对于大多数实际测量而言，被测点的这一热变化是微乎其微的；由于厚度仅为1um 的薄膜对于多数对流换热应用来说尺寸很小，所以薄膜热电偶与被测表面之间的对流换热变化也极其微小。另一方面，由于自身构造上的特点，薄膜热电偶传感器可以贴在某些需要测量温度但又不方便直接测温的物件上。压电传感器
2.1 车辆行驶称重
压电传感器检测经过轮胎施加到传感器上的压力，产生成正比的模拟电压、信号,输出压力信号的周期与轮胎停留在传感器上的时间相同。每当一个轮胎经过传感器时，传感器就会产生一个新的电子脉冲,压电传感器在行驶中称重(WMI)的检测原理是对受力产生的信号积分。2.2 实现超声振动系统的频率自动跟踪
在振动系统设计中加入压电传感片，压电传感片保持与系统谐振。由于压电效应，谐振时压电传感片两端会产生电荷，形成感应电压。这种电压大小与振动强弱成正比，通过检测电压值就能知道振动幅值的大小。感应电压最大值的频率点即为系统谐振点，通过搜寻感应电压最大值就能实现频率自动跟踪。2.3 环境监测
2.3.1压电石英晶体微天平(QCM)压电传感器
当一层外来物沉积于石英晶体表面时,晶体的表面质量增加,从而引起谐振频率的变化。
2.3.2 表面声波(S∧W)压电传感器
S∧W压电传感器是利用表面声波原理实现质量测定的。当ST切型石英晶体中电极的交叉阵列产生局部形变时,后者以机械波传递至接受器阵列,发出的波与任何表面材料的相互作用均能改变S∧W的速度和振幅,于是能定量测定沉 积物的质量。
2.4 确保刀具工作在安全振幅范围内
通过压电传感片返回的电压值大小,系统可以推算出刀具的工作振幅。预先设定安全振动幅值,限制输出功率的大小,就能起到保护刀具的作用。实际采用这种措施以后,刀具的工作寿命得到明显提高。这主要是因为刀具刀齿造成应力高度集中,如不限制振幅,空载或轻载时刀具振幅过大,刀齿的应力超过了安全许可界限,在超高周疲劳情况下很快就达到疲劳极限,引起刀具断裂。电阻传感器
3.1应变式压力传感器
这种传感器可以测量气体或液体压力。当气体或液体压力作用在薄板承压面上时，薄板变形，粘贴在另一面的电阻应变片随之变形，并改变阻值。这时测量电路中电桥平衡被破坏，产生输出电压。此外，它还可以用来制造测量高度、密度、速度的仪表。应变式压力传感器常见的结构有筒式、膜片式和组合式等。3.2 应变式加速度传感器
这种传感器的基本结构由悬臂梁、应变片、质量块、机座外壳组成。悬臂梁（等强度梁）自由端固定质量块，壳体内充满硅油，产生必要的阻尼。当壳体与被测物体一起作加速度 a 运动时，质量块因为在惯性作用下保持相对静止，从而给悬臂梁一个与运动方向相反的作用力，使梁体发生形变，粘贴在梁上的应变片阻值发生变化，电桥平衡被破坏，电桥输出电压。通过测量阻值的变化求出待测物体的加速度。3.3 热电阻式温度传感器 3.3.1 金属热电阻传感器
对于金属导体而言，在一定的温度下，物质的电阻随电阻率的变化而变化，可以把温度对电阻率的影响反映到电阻上，即温度变化会导致电阻变化，从而测出温度变化。
3.3.2 半导体热电阻传感器
半导体是一种晶态固体，其原子结构较为特殊，外层的电子运动时既不像金属导体那样容易脱离原轨迹，也不像绝缘体那样束缚的很紧，这就决定了它的导电特性介于金属导体和绝缘体之间。其导电机理与材料内价电子以及掺人的杂质 有关。电阻取决于掺杂的种类和浓度，并随温度而变化，通过测量电阻的变化而得到温度的改变。电感式传感器
4.1 自感式传感器
自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变的原理制成的，用来测量位移。自感式传感器主要有闭磁路变隙式和开磁路螺线管式，它们又都可以分为单线圈式与差动式两种结构形式。
线圈的自感量等于线圈中通入单位电流所产生的磁链数，只要被测非电量能够引起空气隙长度或等效截面积发生变化，线圈的电感量就会随之变化。自感式传感器的测量电路用来将电感量的变化转换成相应的电压或电流信号，以便供放大器进行放大，然后用测量仪表显示或记录。自感式传感器用于测量位移，还可以用于测量振动、应变、厚度、压力、流量、液位等非电量。4.2 差动变压器式传感器
差动变压器式传感器是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出，这样二次电压的相位和零点残余电压都不必考虑。
差动整流电路同样具有相敏检波作用，两组（或两个）整流二极管分别将二次线圈中的交流电压转换为直流电，然后相加。由于这种测量电路结构简单，不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响，且具有分布电容小和便于远距离传输等优点，因而获得广泛的应用。但是，二极管的非线性影响比较严重，而且二极管的正向饱和压降和反向漏电流对性能也会产生不利影响，只能在要求不高的场合下使用。
一般经相敏检波和差动整流后的输出信号还必须经过低通滤波器，把调制的高频信号衰减掉，只允许衔铁运动产生的有用信号通过。
差动变压器不仅可以直接用于位移测量，而且还可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、压力、张力、比重和厚度等。4.3 涡流式传感器
根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，这种现 象称为电涡流效应。
根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小、灵敏度高、频率响应宽等特点，应用极其广泛。
线圈阻抗的变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。
而电涡流效应既与被测体的电阻率ρ、磁导率μ以及几何形状有关，又与线圈几何参数、线圈中激磁电流频率有关，还与线圈与导体间的距离x有关。因此，传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为Z=F（ρ，μ，R，x）。
涡流式传感器的特点是结构简单，易于进行非接触的连续测量，灵敏度较高，适用性强。利用位移x作为变换量，可以做成测量位移、厚度、振幅、振摆、转速等传感器，也可做成接近开关、计数器等。利用材料电阻率作为变换量，可以做成测量温度，材质判别等传感器。利用导磁率作为变换量，可以做成测量应力，硬度等传感器；利用变换量x、、等的综台影响，可以做成探伤装置。电容传感器
5.1电容式位移传感器
电容式位移传感器可以实现非接触测量，用来测量各种导电材料的间隙、长度、尺寸或位置、振动位移等。CapaNCD(非接触电容位移传感器)测量原理的基础在于理想平板电容的构成，两个平板电极由传感器和相对应的被测体组成，当恒定的交流电加在传感器电容上时，传感器产生的交流电压与电容电极之间的距离成正比，交流电压经检波器，与一个可设置的补偿电压叠加，经放大，作为模拟信号输出。capaNCDT610是一个精密的单通道系统,它由电容位移传感器，传感器电缆和处理信号的前置器组成，用户可以在现场用二点线性化方法校准。这种传感器的特点是工作时无磨损，免维修、对被测体没有作用力、具有高的零点稳定性和精度、与被测体导电性能以及导电性能变化无关而且几乎不受温度影响。capaNCDT610可输出0～10V的电压，在牺牲精度的情况下，测量范围还可 以扩大2～3倍。5.2电容式物位传感器
电容式物位传感器有两个导电极板(通常把容器壁作为一个电极)，由于电极间是气体、液体或固体而导致静电容发生变化，因而可以敏感物位。它的敏感元件有三种形式,即棒状、板状和线状,其工作温度、压力主要受绝缘材料的限制。电容式物位传感器可以采取微机控制，实现自动调整灵敏度,并具有自诊断功能,同时能够检测敏感元件的破损、绝缘性的降低、电缆和电路的故障等，并可以自动报警，实现高可靠性的信息传递。由于电容式传感器无机械可动部分，且敏感元件简单，操作方便，是目前应用最广的一种物位传感器。5.3固态电容式指纹传感器
传感器技术的发展，人们利用电容式传感器对指纹进行识别，从而识别人的身份，可靠性大大提高，广泛应用于养老金领取、人事工资管理、银行柜员身份确认等很多场合。目前市场上有两种固态指纹传感器，第一种是单次触摸型传感器，要求手指在采集区进行可靠的触摸；第二种则需要用手指在传感器表面擦过，传感器会采集一套特定的数据进行快速分析和认证。这两种指纹传感器都是利用指纹中凸起的部分置于传感器电容像素电极时电容量会有所增加，从而通过检测增加的电容来进行数据采集的。目前这两种指纹传感器都得到了广泛的应用。
6光电传感器
6.1 烟尘浊度监测仪
为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
6.2感烟传感器(火灾报警器的一部分)由红外发光二极管及光电三极管组成，但二者不在同一平面上(有一定角度)。在无烟状态时，光电三极管接收不到红外线；当发生火灾时，产生大量烟雾，烟雾粒子进入感烟传感器时，由于红外线受烟雾粒于折射作用，光电三极管接收到红外线，给出烟雾报警信号。6.3 光控大门
光控大门需要要用到一种电子元件——干簧继电器，它由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成。当线圈内有电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成连接状态，线圈内没有电流时，磁场消失，瓷片在弹力的作用下，回复到分离状态。把光敏电阻装在大门上汽车灯光能照到的地方，把带动大门的电动机接在干簧管的电路中，那么夜间汽车开到大门前，灯光照射光敏电阻时，干簧继电器接通电动机电路，电动机带动，大门打开。6.4 液位检测
在液体未升到发光二极管及光电三极管平面时，红外发光二极管发出的红外线不会被光电三极管接收；当液位上升到发光二极管及光电三极管平面时，出于液体的折射，光电三极管接收到红外信号由此获得液位信号。6.5电影放音
拍摄电影时的配音，是把声音信号转换为光信号，用明暗不同的条纹记录在胶片边缘的声带上。在放映电影时，光源发出的光通过移动的声带后发生了强弱的变化，并被光电管所接收，光电管把强弱变化的光相应地转变为强弱变化的电流，经放大器放大后，由扬声器放出声音。6.6 转速测量
在工业生产中，对转速的检测应用的非常多，尤其是在电机控制领域，将光电传感器应用到转速测量里是运用将转速变换成光通量的变化，再经过光电元件转换成电量的变化即可得到转速的原理。
首先在被测的转动轴上装上光电编码器，它是由光栅盘和光电检测装置组成，编码器随轴转动，当光线通过编码器的夹缝时，光电检测装置就会产生一个电脉冲，转轴连续转动，光电元件就输出一列与转速成正比的电脉冲数。在孔X或齿Y数一定时，脉冲数就和转速成正比。如果调制盘上的孔数为x，测量的时间为t 秒，脉冲数为N，此时被测转速为n(r/min)为：n=60N/xt。
7霍尔传感器
7.1 霍尔式汽车点火器
这种点火器与传统点火器不同,具有点火能量高、高速点火可靠、故障率低、耗油省等优点。霍尔式电子点火系统主要由点火信号发生器、电子点火组件、点火线圈、点火开关和蓄电池等组成。点火信号是由分电器中的霍尔传感器提供的。将开关型霍尔传感器固定在分电器外壳内侧，当分电器的转轴转动时,就带动叶片一起转动，叶片里面有磁铁,且叶片上开有窗口,因此霍尔器件所处磁场的磁场强度大小是突变的，其输出电压也突变,输出为脉冲信号。当汽车气缸中的活塞运行到达上止点时，霍尔电路输出低电平，从而改变了电流方向而流入霍尔电路，故晶体管截止。储存在电感中的磁能就在电路中振荡起来,形成200V以上的交流电压。此电压经点火线圈升压后产生高压电送至相应气缸的火花塞产生电火花，点燃气缸中的燃油。随着汽车发动机旋转,上述过程周而复始。7.2磁场的测量
由霍尔效应可知，当控制电流I0保持不变时,霍尔电势UH与所感受到的磁感应强度B成比例关系，所以，霍尔传感器所处位置的磁感应强度不同,输出的电压值就不同。根据输出电压的大小可测出磁感应强度的值。将霍尔传感器放置在不同的位置，由于磁感应强度不同，将输出不同的电压信号。7.3位移的测量
霍尔电势与位移量x成线性关系，并且霍尔电势的极性反映了元器件位移方向。同时还表明,当x=0时，U=0。利用这一特点可把作微量移动的物体与霍尔传感器固定在一起，当物体在均匀变化的磁场中相对B=0的位置(磁场的中心)发生x的位移量时霍尔传感器输出一定的电压信号,根据信号的大小和方向可测出物体移动的大小和方向。7.4不等位电势测量
测量不等位电势时,按照不等位电势的概念进行,使得霍尔元件位于同极性相对放置两块永久磁钢的正中间,不使用电气零位(RW1为零),直接测量霍尔元件的输出电压,约40mV。
第五篇：传感器原理及应用结课论文
《传感器原理及应用》
结课论文
学院: 专业: 姓名: 学号: 指导教师:
1.传感器的地位和作用
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。它是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
在生活中人的五官分别产生视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉，但是在研究自然界的现象和规律及生产活动中，人的五官运动不够，这就需要传感器来检测人们的器官所不能感知的现象。人们把与人的“五官”相似的部分称为“电五官”。
现代科学技术使人类社会进入了信息时代，来自自然界的物质信息都需要通过传感器进行采集才能获取。如图1-1所示，人们把电子计算机比作人的大脑，把传感器比作人的五种感觉器官，执行器比作人的四肢。尽管传感器与人的感觉器官相比还有许多不完善的地方，但传感器在诸如高温、高湿、深井、高空等环境及高精度、高可靠性、远距离、超细微等方面所表现出来的能力是人的感官所不能代替的。传感器的作用包括信息的收集、信息数据的交换及控制信息的采集三大内容
1.1传感器的应用有以下几个方面
1)传感器在工业检测和自动控制系统中的应用
在石油、化工、电力、钢铁、机械等工业生产中需要及时检测各种工艺参数的信息，通过电子计算机或控制器对生产过程进行自动化控制，如下图所示，传感器是任何一个自动控制系统必不可少的环节。
2)传感器在汽车中的应用
目前，传感器在汽车上不只限于测量行驶速度、行驶距离、发动机旋转速度以及燃料剩余量等有关参数，而且在一些新设施中，如汽车安全气囊、防滑控制等系统，防盗、防抱死、排气循环、电子变速控制、电子燃料喷射等装置以及汽车“黑匣子”等都安装了相应的传感器。美国为实现汽车自动化，曾在一辆汽车上安装了90多只传感器去检测不同的信息。
3)传感器在家用电器中的应用
现代家庭中，用电厨具、空调器、电冰箱、洗衣机、电子热水器、安全报警器、吸尘器、电熨斗、照相机、音像设备等都用到了传感器。
4)传感器在机器人中的应用
在生产用的单能机器人中，传感器用来检测臂的位置和角度； 在智能机器人中，传感器用作视觉和触觉感知器。在日本，机器人成本的二分之一是耗费在高性能传感器上的。
5)传感器在医学中的应用
在医疗上，应用传感器可以准确测量人体温度、血压、心脑电波，并帮助医生对肿瘤等进行诊断
6)传感器在环境保护中的应用
为了保护环境,研制用以监测大气、水质及噪声污染的传感器,已被世界各国所重视。
7)传感器在航空航天中的应用
飞机、火箭等飞行器上，要使用传感器对飞行速度、加速度、飞行距离及飞行方向、飞行姿态进行检测。
8)传感器在遥感技术中的应用
在飞机及卫星等飞行器上，利用紫外、红外光电传感器及微波传感器来探测气象、地质等信息。在船舶上，利用超声波传感器进行水下探测。
9)传感器在军事方面的应用
利用红外探测可以发现地形、地物及敌方各种军事目标。红外雷达具有搜索、跟踪、测距等功能，可以搜索几十到上千千米的目标。红外探测器在红外制导、红外通信、红外夜视、红外对抗等方面也有广泛的应用。
传感器技术不仅对现代化科学技术、现代化农业及工业自动化的发展起到基础和支柱的作用，同时也被世界各国列为关键技术之一。可以说“没有传感器就没有现代化的科学技术，没有传感器也就没有人类现代化的生活环境和条件”，传感器技术已成为科学技术和国民经济发展水平的标志之一。
2.压力传感器及其应用
压力传感器是将压力转换为电信号输出的传感器。通常把压力测量仪表中的电测式仪表称为压力传感器。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件(或应变计)组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体。
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。一般普通压力传感器的输出为模拟信号，模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。而通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。
压力传感器是使用最为广泛的一种传感器。传统的压力传感器以机械结构型的器件为主，以弹性元件的形变指示压力，但这种结构尺寸大、质量重，不能提供电学输出。随着半导体技术的发展，半导体压力传感器也应运而生。其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好。特别是随着MEMS技术的发展，半导体传感器向着微型化发展，而且其功耗小、可靠性高。压力传感器在安全控制系统中经常应用，主要针对的领域是空压机自身的安全管理系统。在安全控制领域有很多传感器应用，压力传感器作为一种非常常见的传感器，在安全控制系统中应用也不足为奇。
在安全控制领域应用一般从性能方面来考虑，从价格上的考虑，还有从实际操作的安全性方便性来考虑，实际证明选择压力传感器的效果非常好。压力传感器利用机械设备的加工技术将一些元件以及信号调节器等装置安装在一块很小的芯片上面。所以体积小也是它的优点之一，除此之外，价格便宜也是它的另一大优点。在一定程度上它能够提高系统测试的准确度。在安全控制系统中，通过在出气口的管道设备中安装压力传感器来在一定程度上控制压缩机带来的压力，这算是一定的保护措施，也是非常有效的控制系统。当压缩机正常启动后，如果压力值未达到上限，那么控制器就会打开进气口通过调整来使得设备达到最大功率。
3.谐振式传感器
谐振式传感器是指利用谐振原理将被测量变化转换成谐振频率变化的传感器。基于谐振技术的谐振式传感器，自身为周期信号输出（准数字信号），只用简单的数字电路即可转换为微处理器容易接受的数字信号。谐振式传感器的重复性、分辨率和稳定性等非常优良，又便于和微处理器直接结合组成数字控制系统，是当今人们研究的重点。
3.1谐振式传感器的优点与应用
谐振式传感器具有体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等优点。主要用于测量压力，也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。
3.2谐振式传感器的特征优势
相对其它类型的传感器，谐振式传感器的本质特征与独特优势是：
① 输出信号是周期的，被测量能够通过检测周期信号而解算出来。这一特征决定了谐振式传感器便于与计算机连接，便于远距离传输；
② 传感器系统是一个闭环结构，处于谐振状态。这一特征决定了传感器系统的输出自动跟踪输入；
③ 谐振式传感器的敏感元件即谐振子固有的谐振特性，决定其具有高的灵敏度和分辨率；
④ 相对与谐振子的振动能量，系统的功耗是极小量。这一特征决定了传感器系统的抗干扰性强，稳定性好
3.3谐振式传感器的种类
按谐振元件的不同，谐振式传感器可分为振弦式、振筒式、振梁式、振膜式和压电谐振式等。
（1）振弦式传感器
以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小,通过相应的测量电路,就可得到与拉力成一定关系的电信号。振弦的固有振动频率f与拉力T的关系为，式中l为振弦的长度，ρ为单位弦长的质量。振弦的材料与质量直接影响传感器的精度、灵敏度和稳定性。钨丝的性能稳定、硬度、熔点和抗拉强度都很高,是常用的振弦材料。此外,还可用提琴弦、高强度钢丝、钛丝等作为振弦材料。振弦式传感器由振弦、磁铁、夹紧装置和受力机构组成。振弦一端固定、一端连接在受力机构上。利用不同的受力机构可做成测压力、扭矩或加速度等的各种振弦式传感器。（2）振筒式传感器
以振动的金属薄圆筒为敏感元件的谐振式传感器。振筒的固有振动频率决定于筒的形状、大小、材料的弹性模量、筒的应力和周围介质的性质。被测参量的变化使得筒的某一物理特性被改变，从而改变了筒的固有振动频率，通过测量筒的振动频率即可达到测量被测参量的目的。振筒式传感器已经发展到较高水平，主要用于测量气体压力和密度等（3）振梁式传感器
以弹性梁为敏感元件的谐振式传感器。振梁的固有振动频率随它两端所受的力而变化，通过相应的测量电路就可获得与被测力成一定关系的频率信号。振梁一般连接于弹性受力机构上以感受被测压力。振梁式传感器用于测量静态或缓变压力。（4）振膜式传感器
以圆形恒弹性合金膜片为敏感元件的谐振式传感器。膜片的固有振动频率随膜片上所受压力的变化而变化，通过相应的测量电路就可获得与被测压力成一定关系的频率信号。振膜式传感器广泛用于压力测量，它由空腔、压力膜片、振动膜片、激励线圈、拾振线圈和放大振荡电路组成。在空腔受压力影响时,压力膜片即发生变形,装在压力膜片支架上的振膜则因支架角度改变而发生刚度变化。膜片的振动频率取决于振膜的刚度、压力膜片和支架的刚度。在振膜的两侧分别放置激励线圈和拾振线圈。工作时，激励线圈接通交变电流而使膜片产生振动，拾振线圈则将所感应的振动信号送往放大振荡电路，该信号经放大后又正反馈给激励线圈，使振膜保持它固有频率的振动。激励线圈和拾振线圈还可以用两个压电元件代替，其结构也可做成使振膜直接感受被测压力。作为拾振器的压电元件利用正压电效应将振动信号送往放大器，该信号经放大后又正反馈到作为激振器的压电元件，利用逆压电效应产生振动激励以维持膜片的振动。为提高稳定性，压电元件的固有振荡频率应远离振膜的固有振荡频率，并设置高频衰减网络抑制高频振荡。
3.4谐振式传感器设计要点
（1）谐振子的选择及其振动特性（即振动模态，包括谐振频率和振型）的分析、计算，确定谐振子的实际结构、参数及所敏感的振动特征参数。这部分工作的核心是建立谐振式传感器的模型，优化出一个高Q值、高灵敏度的谐振子；
（2）检测源、激励源的选择以及谐振子的配合问题。主要包括它们与谐振子的相对位置的选择与激励能量大小的确定；
（3）检测信号的接收、处理、转换及按幅相条件设计的。对于灵敏频率的谐振式传感器要在满量程内综合考虑，而敏感幅值比、相位差的谐振式传感器要合理设计出“双闭环”系统，并选择好参考位置。
（4）引入恰当的补偿机制，解算检测信号，给出被测量。
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