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传感器的定义和分类 一、传感器的定义 信息处理技术取患上的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展,都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已在测量和控制体系中患上到了广泛的应用。随着这些体系能力的增强,作为信息采集体系的前端单元,传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化体系和机器人技术中的关键部件,作为体系中的一个结构构成,其重要性变患上越来越明显。 最意义广泛地来说,传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为:“传感器是测量体系中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是:“传感器是包括承载体和电路毗连的敏感元件”,而“传感器体系则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器体系的一个构成部分,它是被测量信号输入的第一道儿关口。 传感器体系的原则框图示于图1-1,进入传感器的信号幅度是很小的,而且混杂有干扰信号和噪声。为了方便随即的处理过程,首先要将信号整形成具有最佳特性的波形,有时候还需要将信号线性化,该工作是由放大器、滤波器以及其它一些模拟电路完成的。在某些情况下,这些电路的一部分是和传感器部件直接相邻的。成形后的信号随即转换成数字信号,并输入到微处理器。 德国和俄罗斯学者认为传感器应是由二部分构成的,即直接感知被测量信号的敏感元件部分和初始处理信号的电路部分。按这种理解,传感器还包含了信号成形器的电路部分。 传感器体系的性能主要决定于于传感器,传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类传感器:有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种,不需要外接的能源或激励源(参阅图1-2(a))。 有源(a)和无源(b)传感器的信号流程 无源传感器不能直接转换能量形式,但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能 传感器承担将某个对象或过程的特别指定特性转换成数量的工作。其“对象”可所以固体、液体或气体,而它们的状态可所以静态的,也可所以动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以经由过程多种方式检验测定。对象的特性可所以物理性质的,也可所以化学性质的。按照其工作道理,传感器将对象特性或状态参数转换成可标定的电学量,然后将此电信号分散出来,送入传感器体系加以评测或标示。 各类物理效应和工作机理被用于制作差别功能的传感器。传感器可以直接接触被测量对象,也可以不接触。用于传感器的工作机制和效应类型不断增加,其包含的处理过程日益完美。 常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟: 光敏传感器——视觉 声敏传感器——听觉 气敏传感器——嗅觉 化学传感器——味觉 压敏、温敏、流体传感器——触觉 与当代的传感器相比,人类的感觉能力好患上多,但也有一些传感器比人的感觉功能优胜,例如人类没有能力感知紫外或红外线辐射,感觉不到电磁场、无色无味的气体等。 对传感器设定了很多技术要求,有一些是对所有类型传感器都合用的,也有只对特别指定类型传感器合用的特殊要求。针对传感器的工作道理和结构在差别场合均需要的基本要求是: 高灵敏度 抗干扰的稳定性(对噪声不敏感) 线性 容易调节(校准简易) 高精度 高靠患上住性 无迟滞性 工作生存的年限长(耐用性) 可反复性 抗老化 高响应速度 抗环境影响(热、振动、酸、碱、空气、水、尘埃)的能力 选择性 安全性(传感器应是无污染的) 互换性 低成本 宽测量范围 小尺寸、重量轻和高强度 宽工作温度范围 二、传感器的分类 可以用差别的观点对传感器举行分类:它们的转换道理(传感器工作的基本物理或化学效应);它们的用途;它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。 根据传感器工作道理,可分为物理传感器和化学传感器二大类 传感器工作道理的分类物理传感器应用的是物理效应,诸如压电效应,磁致伸缩征象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那一些以化学吸附、电化学反应等征象为因果瓜葛的传感器,被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 有些传感器既不能划分到物理类,也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理道理为基础运作的。化学传感器技术问题较多,例如靠患上住性问题,规模出产的可能性,价格问题等,解决了这类难题,化学传感器的应用将会有巨大增长。 常见传感器的应用范畴和工作道理列于表1.1。 按照其用途,传感器可分类为: 压力敏和力敏传感器 位置传感器 液面传感器 能耗传感器 速度传感器 热敏传感器 加速度传感器 射线辐射传感器 振动传感器 湿敏传感器 磁敏传感器 气敏传感器 真空度传感器 生物传感器等。 以其输出信号为标准可将传感器分为: 模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。 膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。 开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特别指定的阈值时,传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。 在外界因素的作用下,所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那一些对外界作用最敏感的材料,即那一些具有功能特性的材料,被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类: (1)按照其所用材料的种别分 金属 聚合物 陶瓷 混淆物 (2)按材料的物理性质分 导体 绝缘体 半导体 磁性材料 (3)按材料的晶体结构分 单晶 多晶 非晶材料 与采用新材料紧密相关的传感器开发工作,可以归纳为下述三个标的目的: (1)在已知的材料中摸索新的征象、效应和反应,然后使它们能在传感器技术中患上到实际施用。 (2)摸索新的材料,应用那一些已知的征象、效应和反应来改进传感器技术。 (3)在研究新型材料的基础上摸索新征象、新效应和反应,并在传感器技术中加以具体实施。 现代传感器制造业的进展决定于于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋向是和半导体以及媒质材料的应用密切接洽瓜葛的。表1.2中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。 按照其制造工艺,可以将传感器区分为: 集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器 集成传感器是用标准的出产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。 薄膜传感器则是经由过程沉积在媒质衬底(基板)上的,相应敏感材料的薄膜形成的。施用混淆工艺时,同样可将部分电路制造在此基板上。 厚膜传感器是利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然落伍行热处理,使厚膜成形。 陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)出产。 完成适当的豫备性操作之后,已成形的元件在高温中举行加热使黏结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有很多共同特性,在某些方面,可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。 每种工艺技术都有自已的优点和不足。由于研究、开发和出产所需的资本投入较低,以及传感器参数的高稳定性等原因,采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。 传感器选用原则 现代传感器在道理与结构上千差万别,如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器,是在举行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就能够确定了。测量结果的成败,在很大程度上决定于于传感器的选用是不是合理。 1)根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要举行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种道理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,纵然是测量同一物理量,也有多种道理的传感器可供选用,哪一种道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施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,国产还是入口,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)灵敏度的选择 通常,在传感器的线性范围内,但愿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号的值才比较大,有帮助于信号处理。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,也会被放大体系放大,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标的目的性的。当被测量是单向量,而且对其标的目的性要求较高,则应选择其它标的目的灵敏度小的传感器;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。 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,但愿延迟时间越短越好。 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,机械体系的惯性较大,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 4)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。以意见上讲,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不是满足要求。 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。 5)稳定性 传感器施用一段时间后,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,主如果传感器的施用环境。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,应对其施用环境举行调查,并根据具体的施用环境选择合适的传感器,或采取适当的办法,减小环境的影响。 传感器的稳定性有定量指标,在超过施用期后,在施用前应重新举行标定,以确定传感器的性能是不是发生变化。 在某些要求传感器能长期施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,要能够禁受住长时间的考验。 6)精度 精度是传感器的一个重要的性能指标,它是瓜葛到全般测量体系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全般测量体系的精度要求就能够,不必选患上过高。这样就能够在满足同一测量目的的诸多传感器入选择比较便宜和简略的传感器。 如果测量目的是定性分析的,选用反复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;若是为了定量分析,必须获患上精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。 对某些特殊施用场合,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施用要求。 在科学技术中的应用 科学技术可以说是由测量开始到测量竣事。其测量目的是要获患上关于研究对象的物理或化学性质的信息。 今朝传感器的四个科研标的目的如下: 1.更高精度的测量 很多基础科学研究的障碍,首先就在于信息的获取存在着坚苦,而一些新机理和高灵敏度检验测定传感器的出现,就会导致该范畴内技术上的突破。如利用约瑟夫逊效应器件,不仅解决了10-13T的超弱磁场的检验测定,同时还解决了对10-13T、10-17V、10-12A、10-23J等物理量的高精度测量。这对于多种基础科学研究和精密计量产生了巨大的影响。 2.高速度的测量 在某些传统的科学研究中要施用专用设备,经过一定物理,化学过程才能检验测定到数据。传感器正越来越多在取代着这些设备,不但施用方便,而且获取数据的速度更快了,特别对于某些在室外试验的课题,更是火急需要传感器来解决她们的检验测定需求。 3.分布参量的测量 在传统的研究中,要对电场、磁场、温度场、流速分布等举行描绘是极为复杂的。现在可以利用在场中分布的一些微小型传感器掏出信息,经由过程计算机方便快速地将各类场的状态直观地预示在研究者的面前,这样就可使实验结果或工程计算更精确、省时。 4.难以关于区域的测量 利用传感器可以获取人类无法进入某种环境的区域的各类信息。如人类利用太空飞船上的传感器采集太空及外星球上的各类信息。也可利用传感器去采集深海底部的各类信息,以及采集各类危害人类生命或健康的区域的各类信息。 工业过程控制中的应用 人类要改造自然,首先就遇到要控制、操纵及管理某些物质过程的问题。为了提高效率,并将自己从反复性活动中解放出来,深入到自己无法接触的环境中去,人们一直在为制造自行控制的机器而奋斗着。要使成为事实控制过程就离不开信息的获取,也就离不开传感器。以冶金工业过程控制为例,其自动化水平关键 决定于于计算机与传感器,而时下计算机已具备了足够的承担能力。因此,是不是能获取准确信息的传感器对冶金工业自动化体系,就显患上更为重要了。 在冶金工业操作过程当中需检验测定的信息,大约有如下四类: 1.操作控制所需信息 燃结设备中加热使黏结层内的温度及其分布; 燃烧室及碳化室温度; 铁水、钢水温度及其成分; 炼焦中成焦过程的逸出气体; 炼铁过程当中入炉粒度; 焦矿层厚; 风口支管煤量; 炼钢过程带渣出钢; 连铸过程的结壳厚度; 板、带轧机的钢带头部形状、钢板全部形状及轧辊形状。 2.设备诊断类信息 加热使黏结台风量分布; 焦炉废气、煤尘浓度; 高炉炉墙及炉底侵蚀状态; 连铸的辊间距; 结晶器的倒锥度。 3.安全及自动化信息 原料场堆取料机的防撞; 对地距离及方位。 4.质量信息 加热使黏结矿成分; 碱度; 硅、硫含量; 钢水中的碳、磷、氧、氮含量; 炉外精炼的全元素分析; 型钢尺寸; 钢板涂油层厚; 钢板缺陷; 线材椭圆度。 可以看出,一个产品在制造过程当中所需检验测定的信息量是极为丰富的,而对应于一个信息就需有一种若干个传感器去采集。由此看出在工业过程控制中,传感器是有着举足轻重的地位的。 工业监测中的应用 对于各类工业产品,要想在技术和质量上大幅度提高,必须发展计测技术。如要制造一台高级精密机械,就必需对它们的零部件举行高精度加工。如一根钢料零件,要求尺寸误差达到0.01mm以下。因为料坯经车刀高速磨削,当即达到高温,使零件产生热膨胀,当加工完成后,由于对每一个工件检验测定的时间有误差,零件冷却程度不一,所以零件温度不纯粹相同。这就使加工精度落空意义。当利用传感器及微机前进履态监控,零件温度设定在20℃作为基准,把加工时测出的零件的温度输入计算机,则计算机将给出在该温度下合格的尺寸数据,,利用这种在线检验测定程控,就可保证加工精度。同样还可对车刀受力大小、振动状态、受冲击力大小举行控制。又例如在农业工厂中,要研制一种能够在较小面积上高速培育和收获某种作物的体系,那么这种体系就应该具有种子或幼苗进入体系后,能够提供最适宜的温度、水分、肥料、光照、湿润程度、空气成分等功能。为此就必须采用便于测量温度、水分、肥料、CO2、O2等种种参数的传感器。 医疗诊断技术中的应用 在人类的活动中,医疗工作是最普及的活动之一,因为它与每一个人的健康相接洽。以往的医疗工作在促进健康、早期发现、早期疗治疾病等方面发挥了巨大作用。对一个病人的疗治,首先必须掌握病人健康状况的各类信息,信息越全面、越准确,则对诊断越有帮助。 今朝,电子技术已进入医学范畴。医学与电子学的结合,称为医用电子学(ME)。今朝已实用化的ME机器主要有: 心电图机; 电子血压计; 脑电图机; 肌电图机; 血液分析装置; 医用身体的温度记录器; 超引起听觉的振动波CT装置; X线CT装置; 人工脏器;假肢等。 在以上各类装置中,传感器都起着重要作用。时下已施用的各类医用传感器实例列于下表。 标定量传感器标定对象例子 温度热敏电阻器半导体红外线检验测定仪身体的温度身体表面温度分布消化器官内部温度 压力椭圆计差动变压器半导体椭圆计光导纤维传感器静脉血压胸腔内压膀胱内压动脉血压分娩时子宫内腔压 速度及流量电磁流量计探针超引起听觉的振动波探测器热敏电阻器差压型气流速计热线型气流速计超引起听觉的振动波气流速计动静脉内血流速度心跳动量体腔内血管流量呼气吸气速度吸气流量 振动半导体椭圆计压电传感器光传感器脉波心脏跳动波心音胎儿心音 电位差银-卤化银电极心电肌电脑电 成分呼出气体传感器呼出气体 随着医用电子学的前进,医生们靠经验判断的时代已将成为过去。最明显的以中医为例。中医的诊断,主要依靠“望、闻、问、切”四种方法获取患者的信息,举行综合、丰富的临床经验予以诊断。那么这四种经验可否量化呢?按照今朝科技水平是有望做到的。如 “切”,医生靠号脉,而按今朝传感技术水平,纯粹可以制做出一台高分辨率的脉息仪来。利用脉息仪可以对每类病理差别的脉搏形态(脉强、脉频、脉搏波形)举行归类,找出特征,存入专家体系,今后就可将每位病人的脉息经由过程专家体系予以辨认,对于“望”,则可将病人脸部病态(眼球光泽、脸部血色、嘴角、眉尾、眼角儿的位移)归类,找出特征,亦输入专家体系,这可经由过程光传感器及计算机成像技术予以使成为事实。“闻”与“问”则可经由过程规范化的问答由传感器输入专家体系予以辨认,这样一来,一台中医诊断机器就可将信息综合,给病人以诊断确实。 汽车行业中的应用 现代的“汽车”观念正发生着巨大的变化,正向着能满足人类需求的安全、舒适、方便、无污染的标的目的发展。 汽车由人驾驶并在道路上行驶。这样,人-车-道路三位一体,便构成了一个有机的、完整的汽车交通体系。为了适应现代观念的要求,就必须使汽车及其施用环境智能化、高新技术化。而高新技术对该体系的支持技术之一就是传感器技术。 汽车所需求的信息都是依靠传感器来获取的。那么,汽车对信息的需求今朝都有哪些呢? 车辆本身所需的信息包括检验测定车辆运动状态的信息、检验测定驾驶操纵状态所需的信息、车辆控制所需的信息、运动环境检验测定所需的信息、异常状态监控所需的信息等。 1.车辆运动状态的信息 这类信息包括车速、加速度、回转角儿速度等参数。它们不仅是各类车辆控制基础,且对驾驶员的心理状态和驾驶操纵等都有影响,同时也是驾驶支持体系和各类情报提供体系的重要构成部分。 2.驾驶操纵状态的信息 这类信息包括转向、加速、制动等参数。它是检验测定驾驶员操纵意志以及操纵状态的重要数据。 3.车辆控制的信息 此中包括发动机的控制、变速器的控制、驱动力矩控制、悬架控制、转向控制等各类参数。 4.运动环境检验测定的信息 这里包括行驶环境辨认、空调器功效等参数。 5.异常状态监控的信息 包括单侧车轮制动状态、燃油残留量、轮胎气压等参数。 外界传感器检验测定车辆周围的其它车辆、步行者、障碍物、路面形状和路面湿润状况、气象、外来光等各类各样的信息,通常利用超引起听觉的振动波、电波、光波等举行检验测定。此中,检验测定车辆周围和障碍物的光学参数据有极重要位置,它是图形处理技术的基础。 驾驶员处于过度疲劳、瞌睡、饮酒、急病等状态时,危险时刻会随时发生。此中瞌睡直接导致的交通事故比率很高,所以即时检验测定出驾驶员的异常状况是很是重要的。通常可经由过程检验测定驾驶员的脑波、眼球运动、皮肤电位、心跳及呼出气体等方法来确定驾驶员的生理状态。也可经由过程驾驶操纵动作来判别。 位置测量是向车辆提供交通情报办事以及使成为事实自动驾驶的基础。它包括利用车载传感器测量绝对位置和利用激光、超引起听觉的振动波、红外线等传感器举行近距离的相对位置测量,如车间距、与障碍物间距等。 环境监测中的应用 随着科学技术的不断前进,人们创造经济繁荣场合排场和增加财富的同时,也大量地消耗着石化燃料及产生出新的污染物质。这些物质对人的身体有着明显的毒性和致癌性。因此,国际上工业发达的国家都制订了相应的环境保护法规,加强了对环境的控制和监测,我国也不例外。对环境的监控主要包括大气污染、水质污染及噪声等几个方面。 1.传感器用于水质的监测 水是人类生存环境的重要构成部分,是糊口和出产必不可少的重要资源。本世纪下半叶,随着各类自然资源的滥开滥用,环境污染越加严重,出产和糊口排出大量污水,含有诸多有害因素,正严重危害着人类的健康。因此,对水质的监控已受到人类的足够重视,水质监测用传感器正在快速被推广应用。 按有关标准,今朝对水质监测的指标约有四十多项,此中约有90%的项目都可或将可以用传感器 来使成为事实监测。在传统的监测方法中常施用天平、离子选择电极及PH计、电导仪、紫外-可见光光度计、原子吸收分光光度计、冷原子吸收测汞仪、气相色谱仪等。此中除离子选择电极外,其余都不舒服合于携带,所以通常对水质的监测都施用采样-保存-标定的过程,因此,我国对水质的检验测定绝大部分是定期定点举行。由于监测手眼成本高,操作者要有较高的技能,并且应具有丰富的经验。因此,火急需要施用方便、价廉的监测用传感器。从今朝的进展看,光纤传感器、生物传感器、原膜微型电极这三类传感器正在或将要在水质监测中发挥应有的作用。此中,已实用的光纤传感器有光纤PH传感器、光纤离子传感器、光纤化合物检验测定器、光纤浊度传感器等;生物传感器有免疫传感器、酶传感器、微生物传感器、药物传感器等;厚膜微型电极有检验测定氨、氯和溶解氧的微型电极和检验测定重金属(Cu、Pb、Cd、Hg、Ag等)的微型电极。 2.传感器用于大气检验测定与控制 今朝检验测定大气中主要的有毒有害气体的方法是:①施用适当的吸收液试样与大气中的被测成分发生反应,根据反应结果产生的电导率的变化(SO2)、色彩程度(NOX、氧化剂)、离子浓度(氟化合物)的增加等来标定;②根据红外线吸收的程度来测量(CO);③利用气体色层分散法,分散各类成分后,根据氢焰的电导率增加程度来举行测量(碳化氢)等。上述这些方法都需采用大型分析设备,不但造价高,而且操作复杂。今朝在线检验测定装置及一系列新的检验测定使命,都需要采用大量新式传感器。这些传感器的应用可分两类:一类作为测量用,该类今朝多数采用光纤传感器及电化学传感器来定量检验测定大气中有毒有害气体;一类作为控制与报警,今朝一般采用光传感器及半导体氧化物传感器,用来举行报警与控制。 生态控制及其相关行业中的应用 中国是一个农业大国,大部分人口还工作和散住在农村。今朝,一个用科技改造传统农业的高潮正在兴起,畜牧业、渔业、林业也在快速发展,并提高新技术含量。由于农、林、牧、渔业的发展,随之而来的农产品储存、保鲜、深加工业也会有较大的发展,在这些行业的发展中,离不开动植物的生态控制及加工业的产品质量与出产效率的控制。这些控制都离不开传感器,如大棚作物生态监控需测养料PH值、CO与O2含量、温度、湿润程度等参数及举行杀虫药检验。畜牧养殖圈棚及渔塘环境监控需测温度、湿润程度、CO、O2及其它有毒害的气体的含量。林区火警体系需检验测定温度、烟雾、风速、风向等参数。粮食仓储又需测温度、湿润程度、空气流量等参数,这是未来传感器的又一潜在市场。 传感器在国防建设中的应用 高技术兵器发展的主要特征是电子化,其核心技术则是传感器技术和计算机技术。在战场上一方面靠外部传感器快速发现与精确标定敌方目标,并经由过程计算机控制火炮,快速精确地击中目标;另一方面,靠各类内部传感器,标定火控体系、发动机体系等各部位的各类参数,经由过程计算机控制,用以保证兵器本身处于最佳状态,发挥最大效能。 1.传感器在航天航空方面的应用 传感器在航天方面有四种用途,即:提供航天器工作信息,起诊断作用;判断各分体系间工作的协调性,验证设计方案;提供总和系自检所需信息,为批示员提供依据;提供各分体系和整机内部的检验测定数据,验证设计的正确性。 美国航天飞机上施用的传感器约有100多种4000多个。俄罗斯大型运载火箭、载人飞船所需的传感器也相应快速增长。其品种多样,如压力、压差、绝对压力、温度、热流、耗量、燃气浓度、媒质成分、疏密程度、湿润程度、应变、摩擦电场、磁场、生物电势等各类信息的传感器。欧洲航天局的阿里安娜火箭在试验阶段所需测量的参数,通例型达到1100个,低温型达到600个。 在军用航空方面,各国都强调空中优势与防御。今朝每架军用飞机需20多种力学量传感器对操纵杆推拉力、起着陆冲击力、发动机推动力、救护装置弹射力、进气管压力场的分布及动态中各类压力、振动、加速度、角加速度、位移等参量举行测量,还需要测量过载和燃油、飞行员呼吸气流量等参数,检验测定机舱内含氧量、舱内烟雾报警,机械火控体系的红外、隐形用的传感器等。 2.传感器在主战坦克中的应用 坦克的电子化是衡量坦克进步前辈性的一个重要标记,其传感器主要有:①发动机体系中施用的有绝对压力、速度、流量、温度、氧分压传感器等,用来监测、控制发动机,从而使坦克达到加速快、控制自如,以 最少能耗保证最大的动力;②火力体系中施用的有倾侧、药温及环境温度、压力、风向、风速传感器等,以保证火力体系自动瞄准目标,并根据火炮及外界环境条件及时修正;③妨碍诊断体系主要需要温度、压力、压差、转速、扭矩等传感器,对战车群体举行妨碍诊断;④红外传感器是主战坦克中保证全天候作战能力的热成像仪的关键部件。 ⒊传感器在舰船上的应用 现代舰船装备的传感器群中包括压力、位置、速度、扭矩、流量、偏航速度等。每万吨级施用温度传感器达150多个,压力传感器150多个。吨位越大,用量越多。在猎雷灭雷兵器技术装备中施用声、磁、光、电传感器。另外,为了解自然环境对体系性能的影响,需要配备监测自然环境参数的各类传感器。以主动声纳为重点的舰艇传感器,是保障兵器实施有效攻击的先决条件之一。因此,由压电材料制成的声纳在舰艇上也是不可缺少的。 ⒋地面战场警戒体系的应用 该体系能及时准确检验测定、定位、分类辨认和实时报告所有入侵人员和兵器装备、车辆的活动情况。如美国的REMBASS体系由三个分体系构成:传感器分体系、传道输送分体系(转发器)如监测分体系(监测仪),该体系采用了地震/声、红外、磁、压力、应变等传感器采集信息。 ⒌军用机器人方面的应用 在未来的战场上,机器人将会代替士兵去做很多坚苦的工作。它可以在沙漠和丛林中行走,可以穿越阵线到敌落伍行侦察、布雷及运送物资的工作。机器人能够在人难以忍受的环境中,或在危险的情况下去执行使命。军用机器人需配备的传感器见图1。 ⒍在军事化学器材方面的应用 一些国家为了对付可能施用的化学兵器,筹办了大量的防毒遮挡面部的东西、防护服、防护帐篷。同时也筹办了大量的化学侦察器材。如美国已有了微型毒剂报警器、微型芥子气报警器,还有XM21型遥感式毒剂报警器等。 生物传感器基础入门 生物传感器的基本概念: 生物传感器是用生物活性材料(酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等)与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科,是发展生物技术必不可少的一种进步前辈的检验测定方法与监控方法,也是物质分子水平的快速、微量分析方法。在未来21世纪常识经济发展中,生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点,在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析(包括生物药物研究开发)、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。各类生物传感器有以下共同的结构:包括一种或数种相关生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器(传感器),二者组拼凑,用现代微电子和自动化仪表技术举行生物信号的再加工,构成各类可以施用的生物传感器分析装置、摄谱仪和体系。 生物传感器的道理: 待测物质经廓张作用进入生物活性材料,经分子辨认,发生生物学反应,产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号,再经二次仪表放大并输出,即可知道待测物浓度。 生物传感器的特点: (1)采用固定化生物活性物质作催化剂,价值昂贵的试剂可以反复多次施用,克服了过去酶法分析试剂费用高和化学分析繁琐复杂的错误错差。 (2)专一性强,只对特别指定的底物起反应,而且不受颜色、浊度的影响。 (3)分析速度快,可以在一分钟患上到结果。 (4)准确度高,一般相对误差可以达到1% (5)操作体系比较简略 ,容易使成为事实自动分析 (6)成本低,在连续施历时,每例标定仅需要几分钱人民币。 (7)有的生物传感器能够靠患上住地指示微生物培养体系内的供氧状况和副产物的产生。在产控制中能患上到很多复杂的物理化学传感器综互助用才能获患上的信息。同时它们还指明了增加产物患上率的标的目的。 生物传感器的种类: (1)按照其感受器中所采用的生命物质分类, 可分为:微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等。 (2)按照传感器器件检验测定的道理分类 ,可分为:热敏生物传感器、场效应管生物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、引起听觉的振动波道生物传感器、酶电极生物传感器、介体生物传感器等。 (3)按照生物敏感物质相互作用的类型分类, 可分为亲和型和代谢型两种。 生物传感器的研究近况及应用 一、 引言 从1962年,Clark和Lyons最先提出生物传感器的设想距今已有40 年。生物传感器在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面患上到了深度重视和广泛应用。在最初15年里,生物传感器主如果以研制酶电极制作的生物传感器为主,但是由于酶的价格昂贵并不够稳定,因此以酶作为敏感材料的传感器,其应用受到一定的限制。 近些年来,微生物固定化技术的不断发展,产生了微生物电极。微生物电极以微生物活体作为分子辨认元件,与酶电极相比有其独到之处。它可以克服价格昂贵、提取坚苦及不稳定等弱项。这个之外,还可以同时利用微生物体内的辅酶处理复杂反应。而今朝,光纤生物传感器的应用也越来越广泛。而且随着聚合酶链式反应技术(PCR)的发展,应用PCR的DNA生物传感器也越来越多。 二、 研究近况及主要应用范畴 1、 发酵工业 各类生物传感器中,微生物传感器最合适发酵工业的标定。因为发酵过程当中常存在对酶的干扰物质,并且发酵液往往不是清澈透明的,不合用于光谱等方法标定。而应用微生物传感器则极可能消除干扰,并且不受发酵液混浊程度的限制。同时,由于发酵工业是大规模的出产,微生物传感器其成本低设备简略的特点使其具有极大的优势。 (1). 原材料及代谢产物的标定 微生物传感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的标定,代谢产物如头孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇类、青霉素、乳酸等的标定。测量的道理基本上都是用合适的微生物电极与氧电极构成,利用微生物的同化作用耗氧,经由过程测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量,从而达到测量底物浓度的目的。 在各类原材料中葡萄糖的标定对过程控制尤其重要,用荧光假单胞菌(Psoudomonas fluorescens)代谢消耗葡萄糖的作用,经由过程氧电极举行检验测定,可以估计葡萄糖的浓度。这种微生物电极和葡萄糖酶电极型相比,标定结果是类似的,而微生物电极灵敏度高,反复实用性好,而且不必施用昂贵的葡萄糖酶。 当乙酸用作碳源举行微生物培养时,乙酸含量高于某一浓度会抑制微生物的生长,因此需要在线标定。用固定化酵母(Trichosporon brassicae),透气膜和氧电极构成的微生物传感器可以标定乙酸的浓度。 这个之外,还有用大肠杆菌(E.coli)组合二氧化碳气敏电极,可以构成标定谷氨酸的微生物传感器,将宁檬酸杆菌完整细胞固定化在胶原蛋白膜内,由细菌—胶原蛋白膜反应器和组合式玻璃电极构成的微生物传感器可应用于发酵液中头孢酶素的标定等等。 (2). 微生物细胞总数的标定 在发酵控制方面,一直需要直接标定细胞数量的简略而连续的方法。人们发现在阳极表面,细菌可以直接被氧化并产生电流。这种电化学体系已应用于细胞数量的标定,其结果与传统的菌斑计数法测细胞数是相同的[1]。 (3). 代谢试验的判定 传统的微生物代谢类型的判定都是根据微生物在某种培养基上的生长情况举行的。这些实验方法需要较长的培养时间和专门的技术。微生物对底物的同化作用可以经由过程其呼吸活性举行标定。用氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性。因此,可以用微生物传感器来标定微生物的代谢特征。这个体系已用于微生物的简略判定、微生物培养基的选择、微生物酶活性的标定、废水中可被生物降解的物质估计、用于废水处理的微生物选择、活性污泥的同化作用试验、生物降解物的确定、微生物的保存方法选择等[2]。 2、 环境监测 (1). 生化需氧量的标定 生化需氧量(biochemical oxygen demand –BOD)的标定是监测水体被有机物污染状况的最常用指标。通例的BOD标定需要5天的培养期,操作复杂、反复性差、耗时耗力、干扰性大,不宜现场监测,所以火急需要一种操作简略、快速准确、自动化程度高、合用广的新方法来标定。今朝,有研究人员分散了两种新的酵母菌种SPT1和SPT2,并将其固定在玻璃碳极上以构成微生物传感器用于测量BOD,其反复性在±10%以内。将该传感器用于测量纸浆厂污水中BOD的标定,其测量最小值可达2 mg/l,所历时间为5min[3]。还有一种新的微生物传感器,用耐高渗透压的酵母菌种作为敏感材料,在高渗透压下可以正常工作。并且其菌株可长期干燥保存,浸泡后即恢复素性,为海水中BOD的标定提供了快捷简便的方法[4]。 除了微生物传感器,还有一种光纤生物传感器已研制出来用于标定河水中较低的BOD值。该传感器的反应时间是15min,最适工作条件为30°C,pH=7。这个传感器体系几乎不受氯离子的影响(在1000mg/l范围内),并且不被重金属(Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+)所影响。该传感器已应用于河水BOD的标定,并且获患上了较好的结果[4]。 现在有一种将BOD生物传感器经过光处理(即以TiO2作为半导体,用6 W灯照射约4min)后,灵敏度大大提高,很合用于河水中较低BOD的测量[5]。同时,一种紧凑的光学生物传感器已发展出来用于同时测量多重样品的BOD值。它施用三对发光二极管和硅光电二极管,假单胞细菌(Pseudomonas fluorescens)用光致交联的树脂固定在反应器的底层,该测量方法既快速又简便,在4℃下可施用六周,已用于工厂废水处理的过程当中[5]。 (2). 各类污染物的标定 常用的重要污染指标有氨、亚硝酸盐、硫化物、磷酸盐、致癌物质与致变物质、重金属离子、酚类化合物、表面活性剂等物质的浓度。今朝已研制出了多种测量各类污染物的生物传感器并已投入实际应用中了。 测量氨和硝酸盐的微生物传感器,多是用从废水处理装置中分散出来的硝化细菌和氧电极组合构成。今朝有一种微生物传感器可以在黑暗和有光的条件下测量硝酸盐和亚硝酸盐(NOx-),它在盐环境下的测量使患上它可以不受其它种类的氮的氧化物的影响。用它对河口的NOx-举行了测量,其效果较好[6]。 硫化物的标定是用从硫铁矿附近酸性土壤中分散筛选患上到的专性、自养、好氧性氧化硫硫杆菌制成的微生物传感器。在pH=2.5、31℃时一周测量200余次,活性保持不变,两周后活性降低20%。传感器生存的年限为7天,其设备简略,成本低,操作方便。今朝还有用一种光微生物电极测硫化物含量,所用细菌是Chromatium.SP,与氢电极毗连构成[7]。 最近科学家们在污染区分散出一种能够发荧光的细菌,此种细菌含有荧光基因,在污染源的刺激下能够产生荧光蛋白,从而拍发荧光。可以经由过程遗传工程的方法将这种基因导入合适的细菌内,制成微生物传感器,用于环境监测。现在已将荧光素酶导入大肠杆菌(E.coli)中,用来检验测定砷的有毒化合物[8]。 水体中酚类和表面活性剂的浓度标定已有了很大的发展。今朝,有9种革兰氏阴性细菌从西西伯利亚石油盆地的土壤中分散出来,以酚作为唯一的碳源和能源。这些菌种可以提高生物传感器的感受器部分的灵敏度。它对酚的监测极限为5 ´10-9mol。该传感器工作的最适条件为:pH=7.4、35℃,连续工作时间为30h[9]。还有一种假单胞菌属(Pseudomonas rathonis)制成的测量表面活性剂浓度的电流型生物传感器,将微生物细胞固定在凝胶(琼脂、琼脂糖和海藻酸钙盐)和聚乙醇膜上,可以用层析试纸GF/A,或者是谷氨酸醛引起的微生物细胞在凝胶中的交联,长距离的保持它们在高浓度表面活性剂检验测定中的活性和生长力。该传感器能在测量竣事后很快的恢复敏感元件的活性[10]。 还有一种电流式生物传感器,用于标定有机磷杀虫剂,施用的是人工制造酶。利用有机磷杀虫剂水解酶,对硝基酚和二乙基酚的测量极限为100´10-9mol,在40℃只要4min[11]。还有一种新发展起来的磷酸盐生物传感器,施用丙酮酸氧化酶G,与自动体系CL-FIA台式电脑结合,可以检验测定(32~96)´10-9mol的磷酸盐,在25°C下可以施用两周以上,反复性高[12]。 最近,有一种新型的微生物传感器,用细菌细胞作为生物构成部分,标定地表水中壬基酚(nonyl-phenol etoxylate --NP-80E)的含量。用一个电流型氧电极作传感器,微生物细胞固定在氧电极上的透析膜上,其测量道理是测量毛孢子菌属(Trichosporum grablata)细胞的呼吸活性。该生物传感器的反应时间为15~20min,生存的年限为7~10天(用于连续标定时)。在浓度范围0.5~6.0mg/l内,电信号与NP-80E浓度呈线性瓜葛,很合适于污染的地表水中分子表面活性剂的检验测定[13]。 除此之外,污水中重金属离子浓度的标定也是不容忽视的。今朝已成功设计了一个完整的,基于固定化微生物和生物体发光测量技术上的重金属离子生物有效性标定的监测和分析体系。将弧菌属细菌(Vibrio fischeri)体内的一个操纵子在一个铜引诱启动子的控制下导入产碱杆菌属细菌(Alcaligenes eutrophus (AE1239))中,细菌在铜离子的引诱下发光,发光程度与离子浓度成正比。将微生物和光纤一起包埋在聚合物基质中,可以获患上灵敏度高、选择性好、测量范围广、储藏稳定性强的生物传感器。今朝,这种微生物传感器可以达到最低测量浓度1´10-9mol[14]。 还有一种专门测量铜离子的电流型微生物传感器。它用酒娘酵母(Saccharomyces cerevisiae)重组菌株作为生物元件,这些菌株带有酒娘酵母CUP1基因上的铜离子引诱启动子与大肠杆菌lacZ基因的融合体。其工作道理,首先是CUP1启动子被Cu2+引诱,随即乳糖被用作底物举行测量。如果Cu2+存在于溶液中,这些重组体细菌就能够利用乳糖作为碳源,这将导致这些好氧细胞需氧量的改变。该生物传感器可以在浓度范围(0.5~2)´10-3mol范围内标定CuSO4溶液。今朝已将各类金属离子引诱启动子转入大肠杆菌中,使患上大肠杆菌会在含有各类金属离子的的溶液中出现发光反应。根据它发光的强度可以标定重金属离子的浓度,其测量范围可以从纳摩尔到微摩尔,所需时间为60~100min[15][16]。 用于测量污水中锌浓度的生物传感器也已研制成功,施用嗜碱性细菌Alcaligenes cutrophus,并用于对污水中锌的浓度和生物有效性举行测量,其结果令人满意[17]。 估测河口出水流污染情况的海藻传感器是由一种螺旋海藻属蓝细菌( cyanobacterium Spirlina subsalsa)和一个气敏电极构成的。经由过程监测光互助用被抑制的程度来估测由于环境污染物的存在而引起水的毒性变化。以标准天然水为媒质,对三种主要污染物(重金属、除草剂、氨基甲酸盐杀虫剂)的差别浓度举行了标定,均可监测到它们的有毒反应,反复性和再素性都很高[18]。 近出处于聚合酶链式反应技术(PCR)的迅猛发展及其在环境监测方面的广泛应用,不少科学家开始入手于将它与生物传感器技术结合应用。有一种应用PCR技术的DNA压电生物传感器,可以标定一种特殊的细菌毒素。将生物素酰化的探针固定在装有链酶抗生素铂金表面的石英晶体上,用1´10-6mol的盐酸可以使循环式测量在同一晶体表面举行。用细菌中提取的DNA样品举行同样的杂交反应并由PCR放大,产物为气单胞菌属(Aeromonas hydrophila)的一种特殊基因片段。这种压电生物传感器可以辨别样品中是不是含有这种基因,这为从水样中检验测定是不是含带有这种病原的各类气单胞菌提供了可能[19]。 还有一种通道生物传感器可以检验测定浮游植物和水母等生物体产生的腰鞭毛虫神经器官毒素等毒性物质,今朝已能够测量在一个浮游生物细胞内含有的极微量的PSP毒素[20]。DNA传感器也在快速的患上到应用,今朝有一种小型化DNA生物传感器,能将DNA辨认信号转换为电信号,用于测量水样中隐孢子和其它水的源头传染体。该传感器着重于改进核酸的辨认作用和加强该传感器的特异性和灵敏性,并寻求将杂交信号转化为有用信号的新方法,今朝研究工作为辨认装置和转换装置的一体化[21]。 微藻素是一种从蓝藻细菌引起的水华中产生的细菌肝毒素,一种固定有表面细胞质粒基因组的生物传感器已制患上,用于测量水中微藻素的含量,它直接的测量范围是50~1000 ´10-6g/l[22]。 一种基于酶的抑制性分析的多重生物传感器用于测量毒性物质的设想也已提出。在这种多重生物传感器中,应用了两种传导器—对pH敏感的电子晶体管和热敏性的薄膜电极,以及三种酶—硝酸铵酶、乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶。该生物传感器的性能已患上到测试,效果较好[23]。 除了发酵工业和环境监测,生物传感器还深入的应用于食品工程、临床医学、军事及军事医学等范畴,主要用于测量葡萄糖、乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、硝酸铵、抗生素、谷氨酸等各类氨基酸,以及各类致癌和致变物质。 总之,常用的微生物电极和酶电极在各类应用中各有其优胜之处。若容易获患上稳定、高活性、低成本的游离酶,则酶电极对施用者来说是最理想的。相反的,若生物催化需经过复杂途径,需要辅酶,或所需酶不宜分散或不稳定时,微生物电极则是更理想的选择。而其它各类形式的生物传感器也在蓬焕发展中,其应用也越来越广泛。随着固定化技术的进一步完美,随着人们对生物体认识的不断深入,生物传感器必将在市场上开辟出一片新的天地。 传感器在设施农业中的应用 我国虽然是农业大国,但要解决十二亿人口的吃饭问题还是个值患上重视的问题。这个问题的 解决关键在于提高农业出产效益和增强抗灾能力。随着科学技术的不断发展,时下设施农业 (又称工厂化农业)已成为解决上述关键问题的一种农业新兴产业。设施农业是借助温室及其 配套装置来调节和控制作物出产环境条件的新农业出产方式,是农业摆脱自然制约的有效手 段,是对通例农业的革命性发展,是高产、高效、优质和技术密集型的农业。最近几年来,国外 如以色列、荷兰等国在设施农业中研究和出产方面已达到很高水平。我国最近几年来,塑料大棚和日光温室为主体的设施农业正快速发展,但与国外相比,普遍存在科技含量低、劳动强度大、出产水平和效益低下。因此,火急需要技术改进,以提高我国设施农业的群体水平。 要使成为事实高水平的设施农业,关于到关键技术中信息获取手眼是最重要的关键技术之一。因此 ,开发性能价格比高的设施农业用传感器是当务之急。作为传感器技术新世纪的发展标的目的, 本人认为把重视传感器在设施农业中的应用是势在必行的,这也是促进传感器产业化的重途径之一。 设施农业用传感器的品种较多,按其检验测定参数分数,主要有以下几种: (1)温度和湿润程度:作物的生长与温度和湿润程度有密切瓜葛,塑料大棚的控制参数中,温度与湿 度检验测定、控制是主要参数之一。 (2)土壤干燥度:作物生长需要水份,在设施农业中如何灌水,做到既不影响作物生长又不 浪费水资源是至关重要的问题。土壤干燥度的检验测定,需要用干燥度传感器。今朝较广泛采用 的干燥度传感器是由负压传感器与陶瓷过滤管构成的。 (3)CO2:农作物生长发育离不开光互助用,而光互助用又与CO2有关,所以控制CO2的 浓度,有帮助于作物的生长发育。 (4)光照度:设施农业中,采用栽培管理自动化体系其光源纯粹为人工光,而不消太阳光, 采用光传感器来检验测定和控制光照强度,使作物可以患上到均匀一致的光照。 (5)土壤养料:土壤养料依赖于施肥,合理施肥不仅可以提高作物产量,而且可以避免过施 肥而造成不必要的损失。土壤养料的标定包括土壤有机质、pH值、氮、磷、钾以及交换性钙 和镁的检验测定。土壤养料标定,广泛采用离子、生物传感器。 由于设施农业用传感器是在体系中发挥作用,因此传感器的性能必须符合以下要求: (1)长期稳定性好 农业设施用传感器的施用环境比工业更很坏,如高温、高湿。因此传感 器长期稳定性要更高,需要解决关于传感器稳定性的关键技术包括材料、工艺等。 (2)能适应体系要求 设施农业的实质是使成为事实人为调节和控制作物生长环境条件,是经由过程一 个闭环体系来使成为事实的。因此传感器的性能都应该与控制体系相适应。尤其是传感器的长距离 布点、传感器灵敏度的一致性、传感器的响应时间等,这样才能使体系真正做到快速反应和 调节控制环境的高效工作。 (3)优良的性能价格比 由于用量较大,因此必须要求其价格较低价,否则难于推广。 由于我国农业现代化水平较低,设施农业刚开始走,因此为了设施农业的发展,必须从传感器 出产过程当中挖潜,尽量降低成本,以满足性价比要求。 这个新的应用范畴开发的策略,本人认为应该是在充实调动传感器出产企业的积极性的同时,又要防止一哄而上,低水平的反复。因此,电子敏感行业协会,应该有一个同一的规划,举行宏观调节控制,使设施农业用的传感器开发循序渐进,有条不紊地持续发展。 “九五”计划中,“工厂高效农业工程”已列入国家重点工程项目,并已启动实施。21世纪必将全面推广,传感器技术学术界和产业界应抓住这良好的机遇,把传感器在设施农业中的 应用作为主要办事范畴之一,这既能促进我国农业水平的提高,又能促进传感器产业化 自身的发展。 气体传感器在气体走漏事故处置中的应用 随着石油化学工业的发展,易燃、易爆、有毒气体的种类和应用范围都患上到了增加。这些气体在出产、运输、施用过程当中一朝发生走漏,将会引发中毒、火警甚至爆炸事故,严重危害人民的生命和财产安全。由于气体本身存在的廓张性,发生走漏之后,在外部风力和内部浓度梯度的作用下,气体会沿地表面廓张,在事故现场形成燃烧爆炸或毒害危险区,扩大危害区域。例如,1995年7月,四川省成都市化工总厂液氯车间发生氯气走漏,当场造成3人死亡,6人受伤,仅约一小时左右,市区范围数十平方公里范围内都能闻到刺激性的氯气味。因此,这类事故具有突发性强、廓张快速、救援高难、危害范围广等特点。一朝发生气体走漏事故,必须尽快采取相应办法举行处置,才能将事故损失降低到最低水平。及时靠患上住地探测空气中某些气体的含量,及时采取有效办法举行调停,采取正确的处置方法,减少走漏引发的事故,是避免造成重大财产和人员伤亡的必要条件。这就对气体的检验测定和监测设备提出了较高的要求。作为一种重要的气体探测器,气体传感器最近几年来患上到了很大的发展。气体传感器的发展使患上其应用越来越广泛。本文介绍了气体传感器的发展情况及在气体走漏事故处置中的应用前景。 1 气体传感器 国外从30年代开始研究开发气体传感器。过去气体传感器主要用于煤气、液化石油气、天然气及矿井中的瓦斯气体的检验测定与报警,今朝需要检验测定的气体种类由原来的还原性气体(H2,C4H10,CH4)等扩展到毒性气体(CO,NO2,H2S,NO,NH3,PH3)等。 气体传感器种类繁多。按所用气敏材料及气敏特性差别,可分为半导体式、固体电解质式、电化学式、接触燃烧式、高分子式等。 1.1 半导体气体传感器 这种传感器主要施用半导体气敏材料。打从1962年半导体金属氧化物气体传感器问世以来,由于具有灵敏度高、响应快等优点,患上到了广泛的应用,今朝已成为世上产量最大、施用最广的传感器之一。按照检验测定气敏特征量方式差别分为电阻式和非电阻式两种。 电阻式半导体气体传感器是经由过程检验测定气敏元件随气体含量的变化情况而工作的。主要施用金属氧化物陶瓷气敏材料。随着最近几年来复合金属氧化物、混淆金属氧化物等新型材料的研究和开发,大大提高了这种气体传感器的特性和应用范围。例如:WO3气体传感器可检验测定NH3的浓度范围为5 ppm～50 ppm,ZnO-CuO气体传感器对200 ppm的CO很是敏感。 非电阻式半导体气体传感器是利用气敏元件的电流或电压随气体含量而变化的道理工作的。主要有MOS二极管式和结型二极管式,以及场效应管式气体传感器。检验测定气体大多为氢气、硅烷等可燃气体。 1.2固体电解质气体传感器 固体电解质气体传感器施用固体电解质气敏材料做气敏元件。其道理是气敏材料在经由过程气体时产生离子,从而形成电动势,测量电动势从而测量气体浓度。由于这种传感器电导率高,灵敏度和选择性好,患上到了广泛的应用,几乎打入了石化、环保、矿业等各个范畴,仅次于金属氧化物半导体气体传感器。如测量H2S的YST-Au-WO三、测量NH3的NH+4CaCO3等。 1.3接触燃烧式气体传感器 可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式两种。其工作道理是:气敏材料在通电状态下,可燃性气体氧化燃烧或在催化剂作用下氧化燃烧,产生的热能使电热丝升温,从而使其电阻值发生变化,测量电阻变化从而测量气体浓度。这种传感器只能测量可燃气体,对不燃性气体不敏感。例如,在Pt丝上涂敷活性催化剂Rh和Pd等制成的传感器,具有广谱特性,即可以检验测定各类可燃气体。接触燃烧式气体传感器在环境温度下很是稳定,并能对爆炸下限的绝大多数可燃性气体举行检验测定,普遍应用于石油化工厂、造船厂、矿井隧道、浴室、厨房等处的可燃性气体的监测和报警。 1.4 高分子气体传感器 利用高分子气敏材料的气体传感器最近几年来患上到了很大的发展。高分子气敏材料在遇到特别指定气体时,其电阻、介电常数、材料表面引起听觉的振动波传播速度和频率、材料重量等物理性能发生变化。主要有酞菁聚合物、LB膜、苯菁基乙炔、聚乙烯醇-磷酸、聚异丁烯、氨基１０月１日烷基硅烷等。高分子气敏材料由于具有易操作性、工艺简略、常温选择性好、价格低价、易与微结构传感器和声表面波器件相结合,在毒性气体和食品鲜度等方面的检验测定中具有重要作用。根据所用材料的气敏特性,这类传感器可分为:经由过程测量气敏材料的电阻来测量气体浓度的高分子电阻式气体传感器;根据气敏材料吸收气体时形成浓差电池,测量电动势来确定气体浓度的浓差电池式气体传感器;根据高分子气敏材料吸收气体后引起听觉的振动波在材料表面传播速度或频率发生变化的道理制成的声表面波气体传感器;以及根据高分子气敏材料吸收气体后重量变化而制成的石英振子式气体传感器等。高分子气体传感器具有对特别指定气体分子灵敏度高,选择性好,且结构简略,能在常温下施用,可以补充其它气体传感器的不足。 2 气体传感器的发展标的目的 今朝,国表里对新的气敏材料和气体传感器的研究很是活跃,其主要研究和发展标的目的主要集中在以下几点: 首先,开发新的气敏材料。主要办法是在传统的半导体气敏材料SnO,SnO2,Fe2O3中掺杂一些元素,今朝有很多这方面的研究报道;其次是研制和开发复合型和混淆型半导体气敏材料和高分子气敏材料,使这些材料对差别气体具有高灵敏度、高选择性、高稳定性。 另外,开发新的气体传感器,应用新材料、新工艺和新技术,对气体传感器的机理做进一步研究,使传感器更加微型化和多功能化,并具有性能稳定、施用方便、价格低价等特点。 同时,进一步采用计算机技术使成为事实气体传感器的智能化。气体传感器和计算机技术相结合,出现了智能气体传感器--电子鼻。国表里已成功开发了辨别和检验测定食品、香料等的电子鼻。研制开发新型仿生气体传感器-仿生电子鼻是未来气体传感器发展的主要标的目的。 3 气体传感器在气体走漏事故处置中的应用 3.1用于可燃气体监测量报告警 今朝,气敏材料的发展使患上气体传感器的灵敏度高、性能稳定、结构简略、体积小、价格便宜,并提高了传感器的选择性和敏感性。现有的燃气报警器,多采用氧化锡加贵金属催化剂气敏元件,但选择性差,并且因催化剂中毒而影响报警的准确性。半导体气敏材料对气体的敏感性与温度有关。常温下敏感度较低,随着温度的升高,敏感度增加,在一定温度下达到峰值。由于这些气敏材料在需要在较高温度下(一般大于100℃)达到敏感度最好,这不仅要消耗分外的加热功率,还会引发火警。 气体传感器的发展解决了这一问题。例如,氧化铁系气敏陶瓷所制的气体传感器,不需要添加贵金属催化剂就可造成灵敏度高、稳定性好、具有一定选择性的气体传感器。降低半导体气敏材料的工作温度,大大提高它们在常温下的灵敏度,使其能在常温下工作。今朝,除了常用的单一金属氧化物陶瓷外,又开发了一些复合金属氧化物半导体气敏陶瓷和混淆金属氧化物气敏陶瓷。 将气体传感器安装在易燃、易爆、有毒有害气体的出产、储运、施用等场所中,及时检验测定气体含量,及早发现走漏事故。并将气体传感器与保护体系联动,使保护体系在气体到达爆炸极限前动作,将事故损失控制在最低。同时,气体传感器的小型化和价格的降低,使之进入家子成为可能。 3.2 在气体检验测定及事故处置中的应用 3.2.1检验测定气体种类及特性 在气体走漏事故发生后,事故处置将围绕采样检验测定、确定警戒区域、组织危险区域内群众撤离、抢救中毒人员、堵漏、洗消等方面展开。举行处置的第一个方面应该是尽量减少走漏对人员的伤害,这就要求了解走漏气体的毒性。气体的毒性指走漏使物质能够扰乱人们机体的正常反应,故而降低人在事故中制订对策和减轻伤害的能力。美国消防协会将物质的毒性分为以下几类: NH=0 火警时除一般可燃物危险外,短期接触没有其它危险的物质。 NH=1 短期接触可引起刺激,致人轻微伤害的物质。 NH=2 高浓度或短期接触可致人暂时落空能力或残留伤害。 NH=3 短期接触可致人严重的暂时或残留伤害。 NH=4 短暂接触也能致人死亡或严重伤害。[ZK)] 注:以上毒性系数N\-H值只是用来暗示人的身体受害的程度,不能用于工业卫生和环境的评价。 由于有毒气体可经由过程人的呼吸体系进入人的身体造成伤害,在处置有毒气体走漏事故时的安全防护必须快速完成。这就要求事故处置人员在到达事故现场后,在最短的时间内能够了解气体的种类、毒性等特性。 将气体传感器阵列与计算机技术相结合,构成智能气体探测体系,能够做到快速准确辨认气体种类,从而测出气体的毒性。智能气体传感体系由气敏阵列、信号处理体系和输出体系构成。采用多个具有差别敏感特性的气敏元件构成阵列,利用神经器官网络模式辨认技术对混淆气体举行气体辨认和浓度监测。同时,将常见有毒、有害、易燃气体的种类、性质、毒性输入计算机,并根据气体的性质编制事故处置预案输入计算机。当走漏事故发生后,智能气体探测体系将按下面程序工作: 进入现场→吸附气体样品→气敏元件产生信号→计算机辨认信号→计算机输出气体种类、性质、毒性及处置方案 由于气体传感器的灵敏度较高,在气体浓度很低的时候就能够举行检验测定,而不必深入事故现场,以避免不了解情况而造成不必要的伤害。施用计算机处理,以上过程可以快速完成。这样,可以快速准确地采取有效的防护办法,实施正确的处置方案,将事故损失降低到最低程度。另外,由于体系中存储常见气体的性质及处置预案等信息,如果知道走漏事故中气体的种类,可直接在这套体系中查询气体性质和处置方案。 3.2.2寻找走漏点 当走漏事故发生后,快速寻找走漏点,采取适当的堵漏办法是防止事故进一步扩大的必要条件。在有些情况下,由于管线较长、容器较多、走漏点较隐蔽等原因,特别是走漏较轻时,走漏点的寻找比较坚苦。由于气体的廓张性,气体从容器或管线中走漏出以后,在外部风力和内部浓度梯度的作用下,开始向四周廓张,即离走漏点越近,气体的浓度越高。根据这一特点,施用智能气体传感器可解决这一问题。与检验测定气体种类的智能传感体系差别的是,这种体系的气敏阵列选用若干敏感性部分重叠的气敏元件构成,使传感体系对某一种气体的敏感性增强,利用计算机处理气敏元件的信号变化,可以很快检验测定出气体的浓度变化,然后根据气体浓度变化找到走漏点。 今朝,气敏元件集成化使传感器体系的微型化成为可能。例如,日本松下公司研制的一种集成化超微粒传感器,可探测氢气、甲烷等气体,集中在2 mm见方的硅片上。同时,计算机技术的发展可以使这种体系的探测速度更快。因此,可以开发小型易于携带的智能传感器体系。将这一体系和合适的图像辨认技术相结合,利用遥感技术可以使它自动进入隐蔽空间、有毒有害等人员不宜进入的地点工作,查找走漏点的位置。 4 竣事语 开发新的气体传感器,特别是开发和完美智能气体传感体系,使之可以在气体走漏事故中起到报警、检验测定、辨认、智能决策等方面的作用。大大提高气体走漏事故处置的工作效率和安全性,对于控制事故损失具有重要的作用。现在,气体传感器的研究和开发很是活跃,新的气敏材料不断出现,气体传感器的智能化总患上到了一定发展。信赖在有关科研人员的不断努力下,将会有技术更加成熟的智能气体传感体系,在气体走漏事故处置中的应用将会更加广泛。 硅色敏传感器应用设计 硅色敏传感器道理及分类 基本道理 自然界有各类各样的颜色,在所有颜色中,除鸟类羽毛由于干涉而产生颜色外,物体对光的选择吸收是产生颜色的主要原因。在色料(包括颜料、染布材料、油漆等)制造业中,都是制造具有选择吸收性能的色素,色料本身不是光源,她们只能将入射光选择地吸收或选择地反射,使透射光或反射光带色彩。根据这一道儿理,人们在单晶硅或非晶硅材料上制造两个、三个甚至四个PN结,利用差别结深的PN结对差别颜带颜色的光吸收系数的差异举行颜色辨认。此中,具有三个以上PN结的元件可以同时测患上三刺激值,原则上可以患上到所有待测色,称为全色色敏传感器。Texas Advanced Optoelectronic Solutions公司(Taos)的集成化光电传感器属于这种器件,这种传感器具有板上信号处理和颜色滤镜功能。所有三个传感器均成立在带沉积滤色镜的光-电压转换器平台上,每一个传感器设计用于检验测定三基色中的一种:即红色、蓝色和绿色;在颜色测量应用中,可以把颜色分散成它的RGB成分;拥有两个PN结的元件是一种单色传感器,由两个纵向迭加、结深差别的PN结构成,以体材料为滤光片,差别波长的入射光在深、浅PN结所产生的两个光电流的比值与波长有近似的线性瓜葛。这种色敏传感器不能同时测量颜色的三刺激值,但经由过程电流比可以探测单带颜色的光,也可以区分两个差别光谱构成的复带颜色的光,即色差辨别。日本Sharp公司的PD150和PD151以及国内武汉大学半导体厂出产的CS-1色敏传感器都属于这种传感器。 信号处理 硅色敏传感器的应用电路比一般光信号探测电路要复杂。对全色色敏传感器而言,应用电路模人格化修辞方式眼的三刺激值特性,用光电积分效应直接测量颜色的三刺激值,由于用到滤光片,应该对其光谱响应举行修正,使它与国际照明委员会(CIE)标准观察者相一致,同时对照明光源举行滤色修正,使它符合标准照明体的相对光谱功率分布。应用电路总的光学条件应符合卢瑟(Luther)条件: KNS(λ)τN(λ)γ(λ)= S0(λ)N(λ) 式中,NX、Y、Z; S(λ)—应用电路所用的标准光源光谱功率分布;S0(λ) —选定的标准照明体光谱功率分布;τN—三种滤色修正器的光谱透射比;N(λ)—标准观察者光谱三刺激值;γ(λ)—应用电路的光谱灵敏度;KN—比例系数。 双PN结色敏传感器常用于对两个物体的色差举行判断,它的信号处理电路常采用模拟放大电路,A/D转换以及单片机处理电路。 “倒罐”辨认分拣体系设计 在饮料包装行业(马口铁三片罐出产线)中,由于某种原因可能会产生所谓“倒罐”(饮料罐上下倒置),为防止“倒罐”,可在马口铁三片罐出产线上加装分拣体系。下面简要介绍该分拣体系的开发过程。 信号采集处理 分拣体系的信号采集主要依靠色敏传感器,因为饮料罐上部与下部的颜色是不相同的,根据上部与下部的颜色值的变化能分清是不是发生了“倒罐”。由于只要求分拣体系能分辨颜色值的变化,而对饮料罐真实的颜色标定没有具体要求。因此可采用双PN结色敏传感器对饮料罐举行颜色辨认。色敏传感器选用了武汉大学半导体工厂出产的CS-1色敏传感器,具体的颜色测量方式有三种:直接式、透射式、反射式,考虑到体系用在马口铁三片罐出产线上,所以施用反射式测量方式。信号采集电路道理图如图1所示。 图中CS-1色敏传感器中的两个光敏部分PD1和PD2毗连在两只运算放大器IC1、IC2的反相输入端,即将运算放大器做电流输入型施用。毗连在IC1、IC2的反相输入端与输出端之间的D1和D2两只二极管用作对数变换元件,在工作时它们并不改变PD1和PD2的短路电流的性质,因此可能在入射功率的宽广范围内稳定地标定光的波长,也即测知物体的颜色或光的颜色。IC3为一差动放大器,用于使成为事实对两个输入电压(即IC1、IC2的输出电压)的减法运算。该信号采集电路的输出电压Vo(λ)与差别颜色的波长之间的瓜葛可用下式暗示 Vo(λ)= Vo[lgISC2(λ)—lgISC1(λ)]R2/ R1 式中Vo为常数,Isc1、Isc2分别为IC1、IC2输入电流。此中,测色电压Vo(λ)与波长的瓜葛如图2所示,显然,只要测出输出电压Vo(λ),就可根据输出电压与光的波长的对应值标定其颜色波长。 体系总体设计 分拣体系的核心是单片机体系的设计,它的结构如图3所示。 体系的工作道理是:经由过程键盘电路设定光源的发光大小,调整色敏传感器的工作点,举行颜色标定时,须对信号采集电路的信号输出大小举行计算,患上出被测饮料罐的颜色值,把所测的颜色值同单片机中的饮料罐颜色值举行比较,患上到它们之间最相关的值,确定所测值的颜色。如果产生所谓“倒罐”,体系预示报警信号,同时可提交传送带可编程控制器(可由键盘设定是不是施用该功能)或驱动气动执行机构。 分拣体系电路由以下几部分构成: 体系单片机—选用Intel8031,8位单片微型计算机,最小体系由EPROM和地址锁存器构成。EPROM采用2764,所有的检验测定程序均固化在此中,地址锁存器采用74LS373,它使EPROM与CPU之间地址总线与数据总线分时复用。 A/D转换——施用7135A/D转换器,精密电压基准源采用MC1403。 程序存储扩展—主要完成程序的存储和运行。 通信—使成为事实出产线中的可编程控制器与8031通信的中间媒介功能。 扩展键盘、预示、输出控制电路—采用8155来扩展I/O接口,并能同时完成预示、编码键盘、输出控制功能。 软件体系设计 软件主要用汇编语言编写而成。由基本测色道理可知,单片机体系主要数据处理内容有线性化处理、光源发光率修正、颜色辨认。颜色辨认经由过程列颜色值表,然后,由查表程序查患上实际颜色,送预示器预示(提交传送带可编程控制器、驱动气动执行机构)。软件可分为四个模块; 主程序:主程序流程图如图4所示。程序开始对体系举行初始化,开中断后,由于采样为高级中断,所以先判断A/D转换竣事与否,然落伍行颜色辨认的主要数据处理,即线性化处理,光源发光率修正,所患上颜色数字量进入查表程序,最后将颜色值送预示或键盘处理程序。 中断处理程序:包括采样程序和键处理程序。 处理程序:包括线性化处理、光源发光率修正值查取、颜色值的判断与控制信号输出。 附带加上程序:包括键处理程序,预示程序。 结语 现代化工业出产由于应用场合越来越多、越来越复杂,所以对更精密、更靠患上住的传感器的需求也越来越大,此中颜色检验测定和颜色变化的辨认等就是此中比较复杂的应用之一。我们提出的解决方案采用8031单片机为主设计,硬件电路结构简略、软件设计灵活、速度快,电路设计采用了防震、屏蔽、合理布线等办法,经仿真调试证明体系硬、软件设计合理,运行稳定靠患上住。在应用方面,该体系除用在饮料包装行业(马口铁三片罐出产线)中检验测定“倒罐”外,其它如化妆品装瓶包装出产线、食品包装膜切割包装出产线等都可直接施用该体系。 汽车传感器应用近况(转) 汽车传感器作为汽车电子控制体系的信息源,是汽车电子控制体系的关键部件,也是汽车电子技术范畴研究的核心内容之一。今朝,一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器,而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。据报道,2000年汽车传感器的市场为61.7亿美元(9.04亿件产品),到2005年将达到84.5亿美元(12.68亿件),增长率为6.5%(按美元计)和7.0%(按产品件数计)。汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制体系、底盘控制体系、车身控制体系和导航体系中。 发动机控制体系用传感器 发动机控制体系用传感器是全般汽车传感器的核心,种类很多,包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元(ECU)提供发动机的工作状况信息,供ECU对发动机工作状况举行精确控制,以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和举行妨碍检验测定。 由于发动机工作在高温(发动机表面温度可达150℃、排气歧管可达650℃)、振动(加速度30g)、冲击(加速度50g)、潮湿(100%RH,-40℃-120℃)以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥垢染的很坏环境中,因此发动机控制体系用传感器耐很坏环境的技术指标要比一般工业用传感器高1-2个数量级,此中最关键的是测量精度和靠患上住性。否则,由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制体系难以正常工作或产生妨碍。 1.温度传感器 温度传感器主要用于检验测定发动机温度、吸入气身体的温度度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度用传感器有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式三种主要类型。三种类型传感器各有特点,其应用场合也略有区别。线绕电阻式温度传感器的精度高,但响应特性差;热敏电阻式温度传感器灵敏度高,响应特性较好,但线性差,适应温度较低;热偶电阻式温度传感器的精度高,测量温度范围宽,但需要配合放大器和冷端处理一起施用。 已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器(通用型-50℃～130℃,精度1.5%,响应时间10ms;高温型600℃～1000℃,精度5%,响应时间10ms)、铁氧体式温度传感器(ON/OFF型,-40℃～120℃,精度2.0%)、金属或半导体膜气温传感器(-40℃～150℃,精度2.0%、5%,响应时间20ms)等。 2.压力传感器 压力传感器主要用于检验测定气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、气缸内压、油压等。吸气负压式传感器主要用于吸气压、负压、油压检验测定。汽车用压力传感器应用较多的有电容式、压阻式、差动变压器式(LVDT)、表面弹性波式(SAW)。 电容式压力传感器主要用于检验测定负压、液压、气压,测量范围20～100kPa,具有输入能量高,动态响应特性好、环境适应性好等特点;压阻式压力传感器受温度影响较大,需要另设温度补偿电路,但适应于大量出产;LVDT式压力传感器有较大的输出,易于数字输出,但抗干扰性差;SAW式压力传感器具有体积小、质量轻、功耗低、靠患上住性高、灵敏度高、分辨率高、数字输出等特点,用于汽车吸气阀压力检验测定,能在高温下稳定地工作,是一种较为理想的传感器。 3.流量传感器 流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。空气流量的测量用于发动机控制体系确定燃烧条件、控制空燃比、起动、焚烧等。空气流量传感器有旋转翼片式(叶片式)、卡门涡旋式、热线式、热膜式等四种类型。旋转翼片式(叶片式)空气流量计结构简略,测量精度较低,测患上的空气流量需要举行温度补偿;卡门涡旋式空气流量计无可动部件,反映灵敏,精度较高,也需要举行温度补偿;热线式空气流量计测量精度高,无需温度补偿,但易受气体脉动的影响,易断丝;热膜式空气流量计和热线式空气流量计测量道理同样,但体积少,合适大批量出产,成本低。空气流量传感器的主要技术指标为:工作范围0.11～103立方米/min,工作温度-40℃～120℃,精度≤1%。 燃料流量传感器用于检验测定燃料流量,主要有水轮式和循环球式,其动态范围0～60kg/h,工作温度-40℃～120℃,精度±1%,响应时间小于10ms。 4.位置和转速传感器 位置和转速传感器主要用于检验测定曲轴转角儿、发动机转速、节气门的开度、车速等。今朝汽车施用的位置和转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等,其测量范围0°～360°,精度±0.5°以下,测弯曲角达±0.1 。 车速传感器种类繁多,有敏感车轮旋转的、也有敏感动力传动轴转动的,还有敏感差速从动轴转动的。当车速高于100km/h时,一般测量方法误差较大,需采用非接触式光电速度传感器,测速范围0.5～250km/h,反复精度0.1%,距离测量误差优于0.3%。 5.气体浓度传感器 气体浓度传感器主要用于检验测定车体内气体和废气排放。此中,最主要的是氧传感器,实用化的有氧化锆传感器(施用温度-40℃～900℃,精度1%)、氧化锆浓差电池型气体传感器(施用温度300℃～800℃)、固体电解质式氧化锆气体传感器(施用温度0℃～400℃,精度0.5%),另外还有二氧化钛氧传感器。和氧化锆传感器相比,二氧化钛氧传感器具有结构简略、轻巧、便宜,且抗铅污染能力强的特点。 6.爆震传感器 爆震传感器用于检验测定发动机的振动,经由过程调整焚烧提前角控制和避免发动机发生爆震。可以经由过程检验测定气缸压力、发动机机体振动和燃烧噪声等三种方法来检验测定爆震。爆震传感器有磁致伸缩式和压电式。磁致伸缩式爆震传感器的施用温度为-40℃～125℃,频率范围为5～10kHz;压电式爆震传感器在中心频率5.417kHz处,其灵敏度可达200mV/g,在振幅为0.1g～10g范围内具有良好线性度。 底盘控制用传感器 底盘控制用传感器是指用于变速器控制体系、悬架控制体系、动力转向体系、制动防抱死体系等底盘控制体系中的传感器。这些传感器尽管分布在差别的体系中,但工作道理与发动机中相应的传感器是相同的。而且,随着汽车电子控制体系集成化程度的提高和CAN-BUS技术的广泛应用,同一传感器不仅可以给发动机控制体系提供信号,也可为底盘控制体系提供信号。 自动变速器体系用传感器主要有:车速传感器、加速踏板位置传感器、加速度传感器、节气门位置传感器、发动机转速传感器、水温传感器、油温传感器等。制动防抱死体系用传感器主要有:轮速传感器、车速传感器;悬架体系用传感器主要有:车速传感器、节气门位置传感器、加速度传感器、车身高度传感器、标的目的盘转角儿传感器等;动力转向体系用传感器主要有:车速传感器、发动机转速传感器、转矩传感器、油压传感器等。 车身控制用传感器 车身控制用传感器主要用于提高汽车的安全性、靠患上住性和舒适性等。由于其工作条件不象发动机和底盘那么很坏,一般工业用传感器稍加改进就能够应用。主要有用于自动空调体系的温度传感器、湿润程度传感器、风量传感器、日照传感器等;用于安全气囊体系中的加速度传感器;用于门锁控制中的车速传感器;用于亮度自动控制中的光传感器;用于倒车控制中的超引起听觉的振动波传感器或激光传感器;用于保持车距的距离传感器;用于消除驾驶员盲区的图象传感器等。 导航体系用传感器 随着基于GPS/GIS(全球定位体系和地理信息体系)的导航体系在汽车上的应用,导航用传感器这几年患上到快速发展。导航体系用传感器主要有:确定汽车行驶标的目的的罗经传感器、陀螺仪和车速传感器、标的目的盘转角儿传感器等。 汽车传感器发展趋向 由于汽车传感器在汽车电子控制体系中的重要作用和快速增长的市场需求,世界各国对其意见研究、新材料应用和新产品开发都都很是重视。未来的汽车用传感器技术,总的发展趋向是微型化、多功能化、集成化和智能化。 微型传感器基于从半导体集成电路技术发展而来的MEMS (微电子机械体系),微型传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一快芯片上,由于具有体积小、价格便宜、便于集成等特点,可以明显提高体系测试精度。今朝该技术一天一天慢慢地成熟,可以制作各类能敏感和检验测定力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于基于MEMS技术的微型传感器在降低汽车电子体系成本及提高其性能方面的优势,它们已开始逐步取代基于传统机电技术的传感器。 多功能化是指一个传感器能检验测定2个或者两个以上的特性参数或者化学参数,从而减少汽车传感器数量,提高体系靠患上住性。 集成化是指利用IC制造技术和精细加工技术制作IC式传感器。 智能化是指传感器与大规模集成电路相结合,带有CPU,具有智能作用,以减少ECU的复杂程度,减少其体积,并降低成本。 总之,随着电子技术的发展和汽车电子控制体系应用的日益广泛,汽车传感器市场需求将保持高速增长,微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器,成为汽车传感器的主流。 基于零磁通道理的高精度小电流传感器的研究(转) 摘要:分析了零磁通电流互感器的道理,提出了一种用超微晶合金做铁芯,增加自适应动态电子电路,使成为事实小电流传感器的“动态零磁通”的新方法。 关键词:小电流传感器; 零磁通; 误差 引言: 用电流传感器作为电气设备绝缘在线检验测定体系的采样单元,已患上到业内人士的共识。今朝,电流传感器有多种类型,如霍尔传感器、无磁芯电流传感器、高导磁非晶合金多谐振荡电流传感器、电子自旋共振电流传感器等。由于电力体系施用环境的特殊性,很多传感器存在自身的局限性。今朝应用于电力体系的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作道理的,从采样方式上分,这类传感器主要有直接 串入式、钳式、闭环穿芯式三种。为保证采样的准确性,使输出、输入信号间的比值差和相角差尽量小,研究人员采用的误差补偿方法有:短路有源补偿法、纯电阻误差补偿法、二次阻抗纯粹补偿法、自平衡电子补偿法等。大量的研究试验表明,基于“零磁通道理”的小电流互感器更合适电力体系绝缘在线检验测定的要求。本文所述小电流传感器即是以此为基本道理,加上自适应动态跟踪电子电路的应用,使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强的优点。 电力体系绝缘在线检验测定对电流传感器的基本要求电力体系绝缘在线检验测定体系长期工作在强电磁场环境中,且多为户外环境。作为其采样输入端,小电流传感器必须能高精度、高稳定性地完成采样工作。然而,由于被采信号小,它极易受电磁场、温度、湿润程度等因素的干扰影响。为了能在电力体系强噪声干扰环境下准确采样,用于在线检验测定的小电流传感器应满足以下条件: 采样范围在几百μA级至几mA级。灵敏度高,输出能灵敏反应输入量的微小变化;输出信号尽可能大。 在测量范围内线性度好,输出波形不畸变,输出信号与被测信号间的比值差、角差小,并且其差值稳定,不随温度等因素的变化而变化。 抗干扰能力强,电磁兼容性好。 电流互感器的“零磁通道理” 穿芯式小电流互感器的道理如下: 设I1为小电流互感器一次侧电流,I2为二次侧电流,I0为激磁电流。N1、N2分别为一、二次绕组匝数。因此,该小电流互感器的磁势平衡方程为: I1N1+I2N2= -I0N1 当激磁安匝I0N1为零时,I1N1=-I2N2即付边安匝变化能纯粹反映原边安匝变化,误差为零。一般称I0N1为绝对误差,I0N1/I1N1为相对误差。 电流互感器的误差为复数误差,可用比值差f和角差δ暗示。 ε=-I0N1/I1N1=f+jδ 式中f=(I2N2/I1N1)/I1X100%,δ为I2逆时针180°后与I1的夹角。 由此可见,由于I0N1的存在,使I2N2与I1N1存在角差δ和比值差f。若I0=0,则激磁磁势为0,误差为零。此时的铁芯处于“零磁通”状态,它工作于磁化曲线的肇始段(线性段)。这时,电流互感器输出波形就不会畸变,保持良好的线性度。此即为“零磁通道理”。因此,若能使互感器铁芯始末处于零磁通状态,就能从根本上消除电流互感器的误差。 但是,由互感器的工作道理可知,靠互感器自身是不可能使成为事实零磁通的,必须靠外界条件的补偿或调整。为此,采用动态平衡电子电路对其前进履态调整,使铁芯始末处于“动态零磁通状态”。 小电流传感器的道理 设ND为检验测定绕组,D为动态检验测订单元,G为产生二次电流的有源网络。本回路的磁势平衡方程为: I1N1+I2N2+IDND = —I0N1 I1产生的激磁磁通在ND两端产生感应电势,并加到动态检验测订单元D的输入端,经由过程G产生二次电流I2提供给二次绕组,I2所产生的磁通对铁芯去磁,使铁芯达到磁势平衡。因此,理想状态时,该传感器的二次绕组电流I2全部由有源网络G供给,而不从感应电势取电流。D高速动态检验测定ND两端的电势差,当电势差足够小(近似为零的允许值)时,铁芯中的磁通即近似为零磁通。若检验测定值偏离允许值,G则自动高速调整。如此高速跟踪调整,使铁芯能始末保持在逼近零磁通状态,传感器达到较高的精度。 5、误差分析 电流传感器的误差包括容性误差、磁性误差以及检验测定调整电子电路的灵敏度误差三部分。所谓容性误差,是指各侧线圈本身和线圈之间的容性走漏电流所造成的测量误差。对工频信号来说,当N2〈1000时,这项误差可控制在10-5以内。本装置由于一、二次绕组匝数均很小,容性误差可以不计。检验测定绕组虽然匝数相对较多,但其电位差动态逼近零,所以,其容性误差仍可忽略。 经过前述高速动态调整后,I0→0,铁芯逼近零磁通,磁性误差很小。但事实上,纯粹的零磁通状态是达不到的,铁芯中必须有一点微弱的磁通才能使G输出I2,这就使磁性误差仍然存在。 从本传感器磁势平衡方程可见,磁性误差主要由两部分构成:一是由I0 带来的残存磁势引起的误差,另一部分是由检验测定绕组ID带来的附带加上磁势引起 的误差,即: ε=(I0N1/I2N2)+(IDND/I2N2)=(108 EDl/222μ0NDSI2N2)+(EDND/RiI2N2) 此中:ED为ND的感应电势,l为磁路长度,S为铁芯剖面积,μ0为铁芯初始磁导率,Ri为检验测订单元输入阻抗。由此可见,降低磁性误差一是应选择μ0值较高的铁芯和合适的检验测定绕组匝数,本传感器选择了μ0为6 X 104的超微晶铁芯,ND为100~500匝;二是要有较大的检验测订单元输入阻抗。ED和I2可经由过程有源动态平衡网络控制在所需范围内。 除此之外,还需施用高导电、高导磁材料做屏蔽以消除电磁场的干扰。可用超微晶合金作磁屏蔽材料。 6 结论 小电流传感器在施用超微晶做铁芯,采取有源电子电路网络与副边绕组直接相连,构成自适应动态调整回路后,可使小电流传感器的测量精度有较大幅度的提高,同时保持高稳定度。 新型传感器研发呈现的五大特点(转) automation 当当代界发达国家对传感器技术发展极为重视,视为关于国家安全、经济发展和科技前进的关键技术之一,将其列入国家科技发展战略计划之中。因此,最近几年来传感技术快速发展,传感器新道理、新材料和新技术的研究更加深入、广泛,传感器新品种、新结构、新应用不断涌现、层出不穷。 微型化速度加快 值患上特别关注的是最近几年来随着集成微电子机械加工技术的一天一天地走向成熟,传感器制作技术进入了一个展新阶段。微电子技术和微机械技术相结合,器件结构从二维到三维,使成为事实进一步微型化、微功耗,并研究把传感器送入人的身体,进入血管,研究称分子的重量和DNA基因突变的微型传感器等。 功能一天一天慢慢地完美 随着集成微光、机、电体系技术的快速发展以及光导、光纤、超导、纳米技术、智能材料等新技术的应用,进一步使成为事实信息的采集与传道输送、处理集成化、智能化,更多的新型传感器将具有自检自校、量程转换、定标和数据处理等功能,传感器功能患上到进一步增强和完美,性能进一步提高,更加灵敏、靠患上住。 生物、化学传感器研究速度加快 新世纪中,全世界范围内对生命科学的研究加速,对人类生存的环境更加重视。新型生物传感器和化学传感器的研究和开发已成为重点和热点。 为了人类的健康,今朝正在研发多种DNA传感器、蛋白质芯片、细胞芯片以及集成化的实验室芯片(LabonChip)或称微全分析体系(μTAS);研发监测大气污染、水质污染所急需的各类新型传感器,以取代今朝笨重、烦琐的检验测定体系。 商品化、产业化前景广阔 在新型传感器的研究开发同时,注意新型材料、设计方法、出产工艺、测试技术和配套仪表等基础技术的同步发展,更加注重实用化,从而保证了成果转化和产业化的速度更快。 创新性更加突出 新型传感器的研究和开发由于开展时间短,往往尚不成熟,因此蕴藏着更多的创新机会,竞争也很激烈,成果也具有更多的常识产权。所以加速新型传感器的研究、开发、应器具有更大意义。 新型传感器研发的重点---基于MEMS技术的新型微传感器 微传感器(尺寸从几微米到几毫米的传感器总称)特别是以MEMS(微电子机械体系)技术为基础的传感器已逐步实用化,这是今后发展的重点之一。 微机械设想早在1959年就被提出,其后逐渐显出采用MEMS技术制造各类微型新型传感器、执行器和微体系的巨大替力。这项研发在工业、农业、国防、航空航天、帆海、医学、生物工程、交通、家子办事等各个范畴都有巨大的应用前景 湿润程度传感器的发展趋向(转) automation 在工农业出产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,经常需要对环境湿润程度举行测量及控制。但在通例的环境参数中,湿润程度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿润程度计或毛发湿润程度计来测量湿润程度的方法,早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿润程度要比测量温度复杂的多,温度是个独立的被测量,而湿润程度却受其它因素(大气压强、温度)的影响。这个之外,湿润程度的标准也是一个难题。国外出产的湿润程度标定设备价格十分昂贵。 最近几年来,国表里在湿润程度传感器研发范畴取患上了长足前进。湿敏传感器正从简略的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检验测定的标的目的快速发展,为开发新一代湿润程度/温度测控体系创造了有帮助条件,也将湿润程度测量技术提高到新的水平。 1 湿敏元件的特性 湿敏元件是最简略的湿润程度传感器。湿敏元件主要电阻式、电容式两大类。 1.1 湿敏电阻 湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿润程度。湿敏电阻的种类很多,例如金属氧化特湿敏电阻、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高,主要错误错差是线性度和产品的互换性差。 1.2 湿敏电容 湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。当环境湿润程度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿润程度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿润程度的滞后量小、便于制造、容易使成为事实小型化和集成化,其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外出产湿敏电容的主厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司出产的SH1100型湿敏电容为例,其测量范围是(1%～99%)RH,在55%RH时的电容量为180pF(典型值)。当相对湿润程度从0变化到100%时,电容量的变化范围是163pF～202pF。温度系数为0.04pF/℃,湿润程度滞后量为±1.5%,响应时间为5s。 除电阻式、电容式湿敏元件之外,还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件(利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率)、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差,在检验测定环境湿润程度时,湿敏元件要长期袒露在待测环境中,很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/icon/jpg.gif" width=16 border=0> 此主题相关图片如下: 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" onmousewheel="return bbimg(this)" style="ZOOM: 80%" alt=按此在新窗口浏览图片 src="http://www.ceclub.cn/cgi-bin/attachment.cgi?forum=95&topic=553&type=.jpg&name=biao_1100521612" onload="javascript:if(this.width>document.body.clientWidth-333)this.width=document.body.clientWidth-333" border=0> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" height=5 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/none.gif" whidth="0"> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" id=followImgbiao_1100521612 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/cat.gif" width=9 loaded="no" nofollow="cat.gif" valign="absmiddle"> 按此查看图片具体信息 正在读取此图片的具体信息,请稍候 ... 2 集成湿润程度传感器的性能特点及产品分类 今朝,国外出产集成湿润程度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司(HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型),Humirel公司(HM1500、HM1520、HF322三、HTF3223型),Sensiron公司(SHT11、SHT15型)。这些产品可分成以下三种类型: 2.1 线性电压输出式集成湿润程度传感器 典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特点是采用恒压供电,内置放大电路,能输出与相对湿润程度呈比例瓜葛的伏特级电压信号,响应速度快,反复性好,抗污染能力强。 2.2 线性频率输出集成湿润程度传感器 典型产品为HF3223型。它采用模块式结构,属于频率输出式集成湿润程度传感器,在55%RH时的输出频率为8750Hz(型值),当上对湿润程度从10%变化到95%时,输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。 2.3 频率/温度输出式集成湿润程度传感器 典型产品为HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外,还增加了温度信号输出端,利用负温度系数(NTC)热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时,其电阻值也相应改变并且从NTC端引出,配上二次仪表即可测量出温度值。 3 单片智能化温度/温度传感器 2002年Sensiron公司在世上率先研制成功SHT11、SHT15型智能化温度/温度传感器,其外形尺寸仅为7.6(mm)×5(mm)×2.5(mm),体积与火柴头相近。出厂前,每只传感器都在温度室中做过精密标准,标准系数被编成相应的程序存入校准存储器中,在测量过程当中可对相对湿润程度举行自动校准。它们不仅能准确测量相对温度,还能测量温度和露点。测量相对温度的范围是0～100%,分辨力达0.03%RH,无上精度为±2%RH。测量温度的范围是-40℃～+123.8℃,分辨力为0.01℃。测量露点的精度”。用户首先从键盘上输入字母“S”,然后输入相应的数字,即可获患上下述结果: 输入数字“1”时,测量并预示出摄氏温度dgC=xx.x; 输入数字“2”时,测量并预示出相对湿润程度%RH=xx.x; 输入数字“3”时,打开加热器,使传感器温度升高5℃; 输入数字“4”时,关闭加热器,使传感器降低温度; 输入数字“5”时,预示露点温度dpC=xx.x。 4 集成湿润程度传感器典型产品的技术指标 集成湿润程度传感器典型产品的主要标详见表1。由表可见,集成湿润程度传感器的测量范围一般可达到0～100%。但有的厂家为保证精度指标而将测量范围限制为10%～95%。设计+3.3V低压供电的湿润程度/温度测试体系时,可选用SHT11、SHT15传感器。这种传感器在测量阶段的工作电流为550μA,平均工作电流为28μA(12位)或2μA(8位)。上电时默认为休眠模式(Sleep Mode),电源电流仅为0.3μA(典型值)。测量完毕只要没有新的命令,就自动返回休眠模式,能使芯片功耗降至最低。这个之外,它们还具有低电压检验测定功能。当电源电压低于+2.45V±0.1V时,状态寄存器的第6位当即更新,使芯片不工作,从而起到了保护作用。 磁传感器的测量电流的应用 概说: 此应用描写了用磁传感器来测量电流的基本道理,并提供了一些方法,以及每种方法的优错误错差。 导论: 测量电流,有很多种方法,最通用的方法是施用阻性分流器,互感器,或磁传感器。 阻性分流器应用欧姆定律:经由过程分流器的电流与分流器两端的电压值成正比,分流器相当于与负载串联。这种方法的优点是:精度高,低偏差,错误错差是无法提供电绝缘和高的温飘。故而短暂的峰值可能烧伤分流器,并可能导致电子元件的过载。 互感器由一个初级线圈和一个次极线圈,包围着一个磁芯构成,初级线圈产生电流,使磁芯感应出磁场,从而使次极线圈产生感应电流,与初级电流成正比, 比例大小由匝数决定。互感器提供了电气绝缘,但只能工作于交流电,并且体积大。 磁传感器则集中了上述两种方法的优点,Honeywell 的磁阻传感器提供了高灵敏度,小体积,固态结构,并可用于非接触传感,提供了电气绝缘,保护了传感器和周围的电子元件,传感器的“置位”和“ 复位”电路,提供了超低的偏差和超低的漂移,其测量的电流带宽可以从直流到2～5MHZ,可合用于大量程电流测量,且动态范围可超过100dB。 大多数情况下,磁场可由安培定律患上出:磁场强度沿着电流流过的路径的积分,就等于电流,即 ∮H ·dL = I(1) ,此中,H 为磁场强度,I 为电流,DL 为电流流经的路线的微分。 对于一个圆形导体,选定固定距离r,则H和dL 始末指向同一标的目的,对于同一个圆,H 值大小一致,既然dL=rdθ,则∫ H∑ dL = H∫rdθ(θ=0~2∏ )磁通量B=uH(u 为恒量),我们可患上到B=(2*10-7I)at/r (3) 例如:l=1amp,r=1cm,则B=20μT 或0.2G。 在一个无限长的导线内,经由过程差别大小电流,产生的磁场情况符合规律,如1 安培时,在离导线中心2cm 时产生的磁场为0.1 高斯。 以上讨论的是一根无限细的导线,如果施用的是一根一定长度的导线,且无圆形剖面,或较长的导线,便很难预先推测固定的磁力线分布。 另外一个无限长的,非圆形剖面的导线的磁场分布的计算类似于一个宽的导体,如导体由5根无限小的导线构成,每两根相邻导线间距1.0mm,每根导线上带有总电流1/5的电流,此导体的磁场分布由这5个导线各自产生的磁场叠加起 来。安培法则的前提是一个无限小的导线,合用于远距离磁场计算,因此,以上的类似不很精确,因为磁场太近乎导体。请注意:测量磁场与导体越远,磁 场分配越成圆形,且越易预先推测, 故而,电流可以看作是无限小的一个点。如果要对有限尺寸(或不规则尺寸)的导体、近距离的磁场计算很是精确,最好是用萨瓦特法则: H =∮(IdLxar/4 πR 2 )=∫s(KxardS/4 πR 2)=∫vol(Jxardv/4 πR 2 ) 此中,dL 是一段无限小的导线带的电流,K 是表面电流疏密程度(A/m),J 是电流疏密程度(A/m2). 以下将介绍包含了一些简略的用Honeywell的磁阻传感器测电流的方法,所有磁场的数据都是以一根导线产生的磁场为起点来近似计算的,所以,首先是根据经验或更进步前辈的磁场分析方法,对这种近似来勘正。 传感器的旋移调节 对于大电流,传感器要求离导线远些,才可以测量导线产生的全部磁场。这里描写的方法是在磁场内旋转传感器。但是,磁场是一个矢量,磁传感器测量的是沿敏感轴的磁场分量。因此,在测量大电流时,传感器经由过程旋转、调节敏感面的位置,来测量全般磁场的一个分量,这样,传感器可以与导线近一些。用此方法测量的一个磁传感器,测量结果(Bm)如下: 假定传感器附近的磁场分布大致均匀,则θ角越接近90℃,传感器对于角度的误差越敏感。例如:传感器安装在10℃倾侧角度时,输出为满输出的98.4%,若安装角度误差±0.5℃,导致输出变化幅度为0.3%,安装的倾侧角为80℃。传感器的输出为满输出的17%,误差达10%。这种方法可以测量大电流导线近处,但误差较大。 导线位置调整,另一个类似的方法是移动导体。当传感器位于坐标(0,0),导线位于(X1,Y1),由于传感器只测量Y 轴分量,公式(3)可以分解为: By =2*10-3*sin(θ-90)/R =-2 * 10-3Ix1/x12 + y12 该公式说明,导线沿X 轴靠近,By 会升高。而沿Y 轴靠近,By 也会升高,但变化量相对大患上多,近似于平方变化。Y轴向对位置更敏感,因为By与y近似反比。 类似的方法,如:施用PCB板,电流流过PCB板一侧,磁传感器放在另一侧,由于导线与传感器都不能只作为一个点考虑,这种方法的可行性需要认证。 匝片和铁芯的施用 电流检验测定,可以用匝片或铁芯来聚磁场。下面提及一些聚磁的典型方法,如上边是一个固态铁芯,下面是一捆匝片。由于薄的材料允许经由过程高频磁场,匝片可以被施用,匝片和铁芯都是由强导磁材料构成。铁的导磁能力是空气的2000 倍,经由过程铁物质,磁场易集中起来。典型的铁芯材料的导磁系数是2000 到100000。磁传感器位于铁芯或匝片的空地中,导线经由过程铁芯或匝片的穿孔中,电流产生的磁场聚集在铁芯中,并经由过程空地内的传感器。 铁芯对于外界磁场干扰的屏蔽功能也大好(如:地球磁场或其它电流产生的杂散磁场),因为,杂散磁场主要集中在作用到匝片或铁芯中,而不是传感器所在的空地中,空地有很强的阻磁功能。 匝片可以看作是有一条空地的矩形圈,空地中放着传感器,杂散磁场集中在匝片上,空地越大,空地上的杂散磁场越小。施用铁芯也是大好的,但尺寸大,且出产复杂。施用铁芯或匝片,对导线位置要求不高,导线直径也没有影响,因为铁芯的导磁性大好。导线也可以绕几匝,以增大磁通,例如:10A 的导线绕5 匝,可以驱动50A 传感器。它们也可以测两根导线电流之间的差值,因为每根导线的磁通会被高导磁物质纯粹传导。这种方法,很合适于测量两个大电流导线的电流差值和导线位置误差大的情况。但是,铁芯或是匝片易产生磁滞,带来了零电流的输出偏置和产品易受热的问题,且磁经由过程大时易饱和,饱和时导磁性能会急骤降落。 闭环电流检验测定 磁传感器也可以工作在闭环体系中,测量范围可进一步扩大,闭环体系中,传感器控制补偿磁场大小,使传感器所在位置的磁场为0。补偿磁场由一设定匝数的线圈产生,因此,此线圈的电流与一次电流产生的磁场成正比,典型情况下,会有一个负载电阻,与线圈串联,产生输出电压。 闭环电流检验测定有一些优点: &S226; 允许大的一次电流,但不会使传感器饱和 &S226; 输出线性度高,且精度高,带宽高 &S226; 高回路增益,使患上器件误差对产品质性格能影响小 &S226; 动态范围大 总之,闭环电流传感是一种精确且有效的测量电流的方法 电流测量的错误错差的解决方案 电流测量也有一些问题,包括杂散磁场的处理,减小偏移量和温飘。 杂散磁场的处理 不可控的杂散磁场会严重影响电流传感器的性能,例如:地球磁场有大约1/2G,占HMC1021的满量程的4%,占HMC1001的满量程的线性段的12.5%。因此,设计传感器时,杂散磁场的作用一定要考虑进去。 一个最简略的去除杂散磁场影响的方法,是施用滤波器,交流耦合可以消除直流影响,地球磁场或附近的直流电,低通滤波可以消除高频部分。杂散磁场的大小千万不能导致磁传感器工作在非线性段,否则会降低电流传感器的性能。如果大的杂散磁场饱和了磁传感器,或杂散磁场的频率和被测的一次电流频率一致时,滤波方法就无效了。高频杂散磁场,可以被抗流器或电感环消除,因为高频会产生抵消磁场变化量的感应电流,这就是磁场的低通滤波器。 另一个方法,是将电流传感器屏蔽于杂散磁场之外,即外加一个高导磁材料做的盒子,且此材料要足够厚,不会被杂散磁场饱和,要特别注意的是:从一次电流产生的磁力线,要在屏蔽材料中,而不是磁传感器附近,这样,传感器要在所有的面都屏蔽,包括被测量的那一面,若设计不当,想要磁场屏蔽的地方,可能会出现磁通聚集的情况。 一个好的方法是利用匝片或铁芯;一来屏蔽杂散磁场,二来电流感应的磁通的集中,有帮助于位置误差,此方法很有效。但是,与杂散磁场的产生物对比起来,此方法的耗材尺寸大且昂贵。 另一种方法,是用两个传感器,使杂散磁场成为共膜信号而被抵消,这种杂散磁场要求在两个传感器上产生相同的影响,且不能使它们工作在非线性区。这种方法很是依赖于杂散磁场的对称性和两个传感器的对称性。有时候也可根据特殊应用,来采取特别方法来消除杂散磁场。例如:有些情况下,在起动阶段、休眠阶段、或周期发生时的杂散磁场的值是已知的,我们可以在这些时间采样,采样结果减掉已知的磁场值的影响。这种方法,比较合适消除直流磁场影响。 传感器偏差的处理 在电流传感中,传感器偏差和温飘是很重要的,磁传感器的结构是4个磁阻构成惠斯通桥,当每一个桥路的阻值变化差别时,就会出现偏差,并导致零点有输出,温飘是由桥路中电阻值随温度的变化率差别所致,漂移对于电流传感器的输出影响很大,这里介绍一些解决的方法。 最有效的方法置位/ 复位*作,这是磁传感器的独特的优点。置位与复位,使传感器产生两个极性相反的输出,置位时,磁阻的磁物质都同一排列成置位状态,复位时,都同一排成相反标的目的。在一次置位/ 复位中,电阻的偏差是同样的,但输出信号极性正好相反,这两个偏差可以在计算中抵消。用置位/ 复位方法,HMC1001和HMC1021的温飘仅为±10ppm/℃,这个数据,远远优于其它竞争技术,其它的磁阻传感器需要外部线圈来执行位置/ 复位*作,但Honeywell 的传感器的晶片上有可直接*作的“带“(属Honeywell 专利)。 结论 有很多测电流的方法,但磁阻传感器有别具一格的优点,Honeywell在磁阻传感器方面有全球领先的优势:尺寸小 、低功耗、表面贴装、绝缘、非接触、超低偏差、高灵敏度、大动态反应,宽波长,测量电流,可从直流到5MHZ交流,这些优点,很是合适于所有电流传感器的设计。 称重传感器的道理及应用 随着技术的前进,由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,使成为事实了对物料的快速、准确的称量,特别是随着微处理机的出现,工业出产过程自动化程度化的不断提高,称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置,从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制,到混淆分配多种原料的配料体系、出产工艺中的自动检验测定和粉粒体进料量控制等,都应用了称重传感器,今朝,称重传感器几乎运用到了所有的称重范畴。 1.高速定量分装体系 本体系由微机控制称重传感器的称重和比较,并输出控制信号,执行定值称量,控制外部给料体系的运转,实行自动称量和快速分装的使命。 体系采用MCS-51单片机和V/F电压频率变换器等电子器件,其硬件电路框图如图1所示,用8031作为中央处理器,BCD拔码盘作为定值设定输入器,物料装在料斗里,其重量使传感器弹性体发生变形,输出与重量成正比的电信号,传感器输出信号经放大器放大后,输入V/F转换器举行A/D转换,转换成的频率信号直接送入8031微处理器中,其数字量由微机举行处理。微机一方面把物重的瞬时数字量送入预示电路,预示出瞬时物重,另一方面则举行称重比较,开启和关闭加料口、放料于箱中等一系列的称重定值控制。 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/icon/jpg.gif" width=16 border=0> 此主题相关图片如下: 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" onmousewheel="return bbimg(this)" alt=按此在新窗口浏览图片 src="http://www.ceclub.cn/cgi-bin/attachment.cgi?forum=95&topic=553&type=.jpg&name=B8CF_1100659434" onload="javascript:if(this.width>document.body.clientWidth-333)this.width=document.body.clientWidth-333" border=0> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" height=5 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/none.gif" whidth="0"> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" id=followImgB8CF_1100659434 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/cat.gif" width=9 loaded="no" nofollow="cat.gif" valign="absmiddle"> 按此查看图片具体信息 正在读取此图片的具体信息,请稍候 ... 图1道理框图 在全般定值分装控制体系中,称重传感器是影响电子秤测量精度的关键部件,选用GYL-3应变式称重测力传感器。四片电阻应变片构成全桥桥路,在所加桥压U不变的情况下,传感器输出信号与作用在传感器上的重力和供桥桥压成正比,而且,供桥桥压U的变化直接影响电子称的测量精度,所以要求桥压很稳定。毫伏级的传感器输出经放大后,变成了0-10V的电压信号输出,送入V/F变换器举行A/D转换,其输出端输出的频率信号加到单片机8031定时器1的计数、输入端T1上。在微机内部由定时器0作计数定时,定时器0的定时时间由要求的A/D转换分辩率设定。 定时器1的计数值反映了测量电压大小即物料的重量。在预示的同时,计算机还根据设定值与测量值举行定值判断。测量值与给定值举行比较,取差值提供PID运算,当重量不足,则接续送料和预示测量值。一朝重量相等或大于给定值,控制接口输出控制信号,控制外部给料设备停止送料,预示测量终值,然后拍发回答令,暗示该袋装料竣事,可举行下袋的装料称重。 图2所示为自动称重和装料装置。每一个装料的箱子或袋子沿传送带运动,直到装有料的电子称下面,传送带停止运动,电磁线圈2通电,电子称料斗翻转,使料全部倒入箱子或袋子中,当料倒完,传送带马达再次通电,将装满料的箱子或袋子移出,并保护传送带接续运行,直到下一次空袋或空箱堵截光电传感器的光源,与此同时,电子称料箱复位,电磁线圈1通电,漏斗给电子秤自动加料,重量由微机控制,当电子秤中的料与给定值相等时,电磁线圈1断电,弹簧力使漏斗门关上。装料体系开始下一个装料的循环。当漏斗中的料和传送带上的箱子足够多时,这个过程可以持续不断地举行下去。必要时,*作人员可以随时停止传送带,经由过程拔码盘输入差别的给定值,然后再启动,即可改变箱或袋中的重量。 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/icon/jpg.gif" width=16 border=0> 此主题相关图片如下: 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" onmousewheel="return bbimg(this)" alt=按此在新窗口浏览图片 src="http://www.ceclub.cn/cgi-bin/attachment.cgi?forum=95&topic=553&type=.jpg&name=B8CF1_1100659478" onload="javascript:if(this.width>document.body.clientWidth-333)this.width=document.body.clientWidth-333" border=0> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" height=5 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/none.gif" whidth="0"> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" id=followImgB8CF1_1100659478 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/cat.gif" width=9 loaded="no" nofollow="cat.gif" valign="absmiddle"> 按此查看图片具体信息 正在读取此图片的具体信息,请稍候 ... 图2自动称重和装料装置 本体系选用差别的传感器,改变称重范围,则可以用到洋灰、食用糖、面粉加工等行业的自动包装中。 2.传感器在商用电子秤中的应用 今朝,商用电子计算价钱秤的施用很是普及,逐渐会取代传统的杆称和机械案秤。电子计算价钱秤在秤台结构上有一个显著的特点:一个相当大的秤台,只在中间装置一个专门设计的传感器来承担物料的全部重图3计算价钱秤内部结构示意图 量,如图3所示。常用的电子计算价钱秤传感器的结构如图4所示,此中图4(a)为双连椭圆孔弹性体,秤盘用悬臂梁端部上平面的两个螺孔紧固;图4(b)为梅花型四连孔弹性体,秤盘用悬臂梁端部侧面的三个螺孔坚固,中间支杆上粘贴补偿用的应变片。这两种形式的传感器,在计算价钱秤中用患上最多。图4(c)为三梁式弯曲弹性体,采样弯曲应力,对重量反应敏感,宜用来制作小称量计算价钱秤。图4(d)为三梁式剪切弹性体,采样中间敏感梁的剪切应力,宜用来制作几百公斤称量范围计算价钱秤。 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/icon/jpg.gif" width=16 border=0> 此主题相关图片如下: 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" onmousewheel="return bbimg(this)" alt=按此在新窗口浏览图片 src="http://www.ceclub.cn/cgi-bin/attachment.cgi?forum=95&topic=553&type=.jpg&name=B8CF2_1100659531" onload="javascript:if(this.width>document.body.clientWidth-333)this.width=document.body.clientWidth-333" border=0> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" height=5 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/none.gif" whidth="0"> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" id=followImgB8CF2_1100659531 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/cat.gif" width=9 loaded="no" nofollow="cat.gif" valign="absmiddle"> 按此查看图片具体信息 正在读取此图片的具体信息,请稍候 ... 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/icon/jpg.gif" width=16 border=0> 此主题相关图片如下: 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" onmousewheel="return bbimg(this)" alt=按此在新窗口浏览图片 src="http://www.ceclub.cn/cgi-bin/attachment.cgi?forum=95&topic=553&type=.jpg&name=B8CF3_1100659563" onload="javascript:if(this.width>document.body.clientWidth-333)this.width=document.body.clientWidth-333" border=0> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" height=5 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/none.gif" whidth="0"> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" id=followImgB8CF3_1100659563 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/cat.gif" width=9 loaded="no" nofollow="cat.gif" valign="absmiddle"> 按此查看图片具体信息 正在读取此图片的具体信息,请稍候 ... 图4计算价钱秤用弹性体结构 用这些复梁型高精度传感器来支承一个大的称重平台,被称重物又可能放置在任何称台的肆意位置上,必然会产生四角示值误差,对图4(a),(b)两种结构形式的传感器,可经由过程锉磨的形式举行角差修正。对图4(c),(d),它有上下两根局部削弱的柔性辅助梁,使传感器对侧向力、横向力和扭转力矩具有很强的抵当能力,可以经由过程锉磨辅助梁的柔性部位来调整传感器的灵敏系数和四角误差。图5为一种商用电子计算价钱秤的电路框图。传感器采用的是图4(b)所示的梅花型四连孔结构,该秤具有置零、自动清除单价、零位自动跟踪、自动去皮、次数累计和金额累计、打印输出等功能,7段绿色荧光数码管预示,施用十分方便。 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/icon/jpg.gif" width=16 border=0> 此主题相关图片如下: 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" onmousewheel="return bbimg(this)" alt=按此在新窗口浏览图片 src="http://www.ceclub.cn/cgi-bin/attachment.cgi?forum=95&topic=553&type=.jpg&name=B8D2_1100659597" onload="javascript:if(this.width>document.body.clientWidth-333)this.width=document.body.clientWidth-333" border=0> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" height=5 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/none.gif" whidth="0"> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" id=followImgB8D2_1100659597 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/cat.gif" width=9 loaded="no" nofollow="cat.gif" valign="absmiddle"> 按此查看图片具体信息 正在读取此图片的具体信息,请稍候 ... 图5电子计算价钱秤的电路框图 图6是采用CHBL3型号S型双连孔弹性体称重传感器制作的便携式家用电子手提秤的道理图,由称重传感器、放大电路、A/D转换和液态晶体预示四部分构成。图中,E为9V的叠层电池,R1-R4是称重传感器的4个电阻应变片,R5、R6与W1构成零点调整电路。当荷重为零时,调节RW1使液态晶体预示屏预示为零。A1,A2为双运放集成电路LM358中的两个单元电路,构成了一个对称的同相放大器,A/D转换器采用ICL7106双积分型A/D转换器,液态晶体预示采用3 1/2液态晶体预示片。该电子秤精度高,简略实用,携带方便。 称重传感器是一种高精度的传感器,必须按划定的规格施用。若不按划定的规格施用,不仅不能发挥称重的作用,而且容易损坏,尤其是绝对不准超过负荷安全值施用。 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/icon/jpg.gif" width=16 border=0> 此主题相关图片如下: 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" onmousewheel="return bbimg(this)" alt=按此在新窗口浏览图片 src="http://www.ceclub.cn/cgi-bin/attachment.cgi?forum=95&topic=553&type=.jpg&name=B8CF4_1100659630" onload="javascript:if(this.width>document.body.clientWidth-333)this.width=document.body.clientWidth-333" border=0> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" height=5 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/none.gif" whidth="0"> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" id=followImgB8CF4_1100659630 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/cat.gif" width=9 loaded="no" nofollow="cat.gif" valign="absmiddle"> 按此查看图片具体信息 正在读取此图片的具体信息,请稍候 ... 图6手提秤的电路框图 对于因温度变化对桥接零点和输出,灵敏度的影响,纵然采用同一批应变片,也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差,所以对要求精度较高的传感器,必须举行温度补偿,解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片,并从外部对它加以适当的补偿。 非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多,一般来说主如果由结构设计决定,经由过程线性补偿,也可患上到改善。 滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料,其特性随温度变化较大,所以称重传感器必须在划定的温度范围内施用。 在露天下施用传感器,还应考虑阳光直射产生的温度影响惠风压的影响。 以上资料为国内今朝称重传感器的基本情况。而今朝较为进步前辈的称重传感器(高频响,高精度,高量程)其工作道理及电气则有很大差别,比如,应用在水下的称重传感器就有天地之别。 传感器的特性 传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应瓜葛。通常把传感器的特性分为两种:静态特性和动态特性。 静态特性是指输入不随时间而变化的特性,它暗示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的瓜葛。 动态特性是指输入随时间而变化的特性,它暗示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 一般来说,传感器的输入和输出瓜葛可用微分方程来描写。意见上,将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时,即可患上到静态特性。因此传感器的静特性是其动特性的一个特例。 传感器除了描写输入与输出量之间的瓜葛特性外,还有与施用条件、施用环境、施用要求等有关的特性。 1 传感器的静特性 传感器的输入-输出瓜葛:输入(外部影响:冲振、电磁场、线性、滞后、反复性、灵敏度、误差因素)—传感器—输出(外部影响:温度、供电、各类干扰稳定性、温漂、稳定性(零漂)、分辨力、误差因素)。 人们总但愿传感器的输入与输出成唯一的对应瓜葛,而且最好呈线性瓜葛。但一般情况下,输入输出不会纯粹符合所要求的线性瓜葛,因传感器本身存在着迟滞、蠕变、摩擦等各类因素,以及受外界条件的各类影响。 传感器静态特性的主要指标有:线性度、灵敏度、反复性、迟滞、分辨率、漂移、稳定性等。 2 传感器的动特性 动特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 很多传感器要在动态条件下检验测定,被测量可能以各类形式随时间变化。只要输入量是时间的函数,则其输出量也将是时间的函数,其间瓜葛要用动特性来说明。设计传感器时要根据其动态性能要求与施用条件选择合理的方案和确定合适的参数;施用传感器时要根据其动态特性与施用条件确定合适的施用方法,同时对给定条件下的传感器动态误差作出估计。总之,动特性是传感器性能的一个重要方面,对其举行研究与分析十分必要。总的来说,传感器的动特性决定于于传感器本身,另一方面也与被测量的形式有关。 (1)规律性的:1)周期性的:正弦周期输入、复杂周期输入;2)非周期性的:阶跃输入、线性输入、其它瞬变输入 (2)随机性的:1)平稳的:多态历经过程、非多态历经过程;2)非平稳的随机过程。 在研究动态特性时,通常只能根据“规律性”的输入来考虑传感器的响应。复杂周期输入信号可以分解为各类谐波,所以可用正弦周期输入信号来代替。其它瞬变输入不及阶跃输入来患上严峻,可用阶跃输入代表。因此,“标准”输入只有三种;正弦周期输入、阶跃输入和线性输入。而经常施用的是前两种。 压力传感器及变送器的静态测量精度与动态精度 压力传感器在测量缓慢变化的信号时,不需要考虑幅频特性和相频特性中的动态误差。其输入输出特性相对意见直线的误差叫测量精度。由于选作参照的工作直线的差别,误差估算也差别。故而一般给出非线性、迟滞、反复性的三项计指标误差,施用者可用之估测总精度水平。一般常用估评法为三项指标的平方和的二次方根,而变送器则由于已将信号标准化,因此最大误差为示值相对基线的最大误差。 压力传感器用于动态压力测量时,可用正弦波压力发生器或落槌装置前进履态压力实校。在没有条件时,可以用经验方法选择传感器。当动态测量精度要求较高时,取传感器的固有频率为被测频率的5～10 倍,要求精度不高时,二者盖3～5倍。 传感器在大坝安全监测中的发展与应用 宁志新 何鹏 摘要:本文论述了在大坝安全监测体系中用于传感、测量、监测的各类自动化摄谱仪及其传感机理、优错误错差、国表里应用近况。最后介绍了最近几年来的进步前辈技术、设备及大坝监测自动化体系的发展标的目的。 关键字:大坝;安全监测;传感器 中图分类号: TP212.9文献标识码:A 一、引言 大坝监测自动化经历了从单台摄谱仪遥测、专用测量装置、集中式数据采集体系到分布式数据采集体系的发展过程,其发展与基于摄谱仪设备的监测体系的发展和前进密切相关,而监测体系的发展是以所有监测元件的迅猛发展为标记的,包括从相关的传感器、测量摄谱仪到转换、处理、存储、打印和分析设备的发展。 众所周知,大坝安全监测摄谱仪是人们了解大坝运行状态的耳目,它要能够在很坏环境下长期稳定靠患上住的检验测定出大坝微小的物理量变化,所以在某些方面(如在测量精度、长期稳定性方面)与其它工业监测行业相比,其要求更高、难度更大。从外部测候的静力水准、正倒锤、激光准直到内部测候的渗压计、沉降计、测斜仪、土体应变计、土压计,其自动化遥测都是成立在高靠患上住性的传感器的基础上。最近几年来,随着大型水坝修建的增多和高新技术的应用,大坝安全监测正向一体化、自动化、数字化、智能化的标的目的发展。 二、变形监测 变形测候主如果监测大坝本身及局部位置随时间的变化,即确定测点在某一时刻的空间位置或特别指定标的目的的位移,可分为水平位移监测和垂直位移监测。今朝,水平位移监测自动化主要采用垂线法、引张线法及真空激光准直法;垂直位移监测自动化有真空激光准直法和静力水准法,最近几年还出现了采用GPS或全站仪使成为事实水平位移监测和垂直位移监测自动化的例子。今朝,在国内工程中施用的新型步进式变形监测摄谱仪 STC-50型坐标仪、SWT50型引张线仪反映效果良好。 1、测垂线坐标仪 随着传感技术前进,遥测垂线坐标发展到CCD式和感应式垂线坐标仪。如采用差动电容感应道理的电容感应式遥测仪,当测点相对于线体垂直标的目的发生位置变化时,则差动电容比值随之发生变化,经由过程测量电容比,测出垂直标的目的的位移。电容感应式坐标仪技术进步前辈、结构简略、测量精度高、长期稳定性好、成本低、防水性能优胜,合用于环境较很坏的大坝。 今朝世上具有研制并出产电容感应式坐标仪能力的国家仅有三个:法国TELEMAC公司研制出产的变磁阻式坐标仪;意大利国家电力局与米兰大学研制、SELL公司出产的TCE/03型变磁阻式坐标仪;我国国家电力公司电力自动化研究所研究院研制出产的电容感应式垂线坐标仪和武汉地震所研制的电磁感应式垂线坐标仪。 2、引张线遥测技术 在直线型坝中用引张线法测量坝体的水平位移,其道理与电容感应式垂线坐标仪相同,区别仅在于测量的标的目的。因其设备简略、测量方便、测量速度快、精度高、成本低而在我国大坝安全监测中起着很重要的作用。 早期安装在坝上的引张线仪,由人工来测读标尺上的水平位移,随着自动化技术的发展,国内已有步进电机光电跟踪式引张线仪、电容感应式引张线仪、CCD式引张线仪及电磁感应式引张线仪。仅南京电力自动化研究院一家在现场安装的遥测引张线仪就达1500套。但由于引张线装置受环境影响较大,尤其是在线体较长和温度变幅较大的情况下,在北方(如丰满、太平哨等工程中)己被真空激光准直所代替;再者就是在采用引张线使成为事实水平位移监测时,要定期查抄线体及补充浮液,从而使“自动化”受到一定程度的限制。 三、遥测静力水准仪 基础沉降、倾侧监测是坝体的重要监测项目。所以要求测量摄谱仪量程小、精度高、长期测量稳定靠患上住,国表里在该范畴都投入了较大的力量,开拍发了技术进步前辈、性能价格比高的产品。 (1)国内出产的电容感应式静力水准仪是与连通管配合用于测量各测点的垂直位移的摄谱仪。当摄谱仪位置发生垂直位移时,经由过程采用屏蔽管接地改变电容的感应长度,以达测量的目的。 (2)武汉地震所研制出产的浮子式静力水准仪是利用差动变压器式位移传感器对垂直位移举行测量的,它在国内施用较多,是一种测量精度和稳定性较好的摄谱仪。该摄谱仪经由过程浮子上的铁芯在传感器的线圈中上下相对移动而测出垂直位移。 (3)步进马达式静力水准仪的工作道理是经由过程步进马达驱动丝杆垂直的上下运动,测出步进马达转动脉冲数以获悉摄谱仪垂直位移的大小。该型摄谱仪由步进马达测针跟踪液面,精度较高;不足之处是存在长期高湿润程度环境下机械传动部件防潮的问题及探针探测液位精度及探针腐蚀的问题。 (4)意大利SIS公司高精度水管式静力水准仪是经由过程涡电流传感器非接触测量浮子的上下移动来使成为事实垂直位移测量的。但由于测量范围小、价格高而未在国内运用。国外还有水管式静力水准仪,是一种利用超声传感器自动测量液位高度变化的摄谱仪。 (5)钢弦式静力水准仪的道理是当发生垂直位移时,圆柱形浮体上下移动,经由过程圆柱体的弦式测力传感器测出浮体上下移动引起的浮力大小的变化而感知测点垂直位移的变化。该摄谱仪测量范围大、测量精度较高、长期稳定性好。 4、激光准直测量技术 真空激光准直体系,是将三点法激光准直和一套适于大坝变形测候特点的动态软毗连电子管道结合起来的体系,又称波带板激光准直。它由发射端设备(用一个激光源)、接管端设备、测点设备、电子管道和真空泵等构成。由于各测点设备均布设在电子管道内,因此不受外界温度、湿润程度等环境条件的影响,测候精度大为提高,还可同时测患上大坝的水平位移和垂直位移。电子管道波带板激光准直可举行三维测量,能在很坏环境下工作,它满足了大坝变形监测及时、快速、准确的要求。国内已有东北勘测设计院科研所、向阳监测技术研究所、西北勘测设计院、电力自动化研究所研制出产了该体系,并已在工程上运用。但该设备也有局限性,即激光设备要求用于直线型、可通视环境,一般安装在直线坝的坝面或水平廊道,对于拱坝、曲线坝则无能为力,所以有待于使成为事实激光转角儿来拓展其应用范围。 5、GPS技术 GPS卫星定位技术已对测量界产生了深刻影响,在国内混凝土坝和土坝变形监测中已开始运用。GPS接收机体积小、测量精度高,合适田野工作,在潮湿、多粉尘、炎热或寒冷的环境下也能长期正常工作。该体系具有全天候、实时、自动化监测等优点,可用于大坝的动态实时位移监测、振动频率测试和安全运营报警体系。GPS运用于隔河岩大坝的变形监测已多年,在 1998年 8月大坝蓄水至150年一遇的洪水水位期间,GPS监测系同一直安全靠患上住的工作,其抗干扰能力强、监测精度高、数据分析处理及时,能够快速反映大坝在超高蓄水下的3-D变形,不仅确保了大坝的安全,也成功地使成为事实了洪水错峰,对防洪减灾起到重大作用。 三、渗流监测 土石坝变形方面出现的问题,如迎水面和下流面的滑坡、塌陷、坝基的滑动等,都是和孔隙水压力变化密切相关的,其发生的原因也多半是由于渗流破坏引起的。因此,渗流监测被认为是土石坝安全监测中的重点。混凝土坝的渗流监测主如果扬压力、渗流量监测。该类摄谱仪对长期稳定性要求较高。 1、弦式摄谱仪 该摄谱仪利用钢弦振动频率随钢丝引力变化的道理,经由过程电磁石激振钢丝,由磁石线圈感应钢弦振动频率获悉钢丝应变。其一般采用入口的钢弦式渗压计,这种摄谱仪直径较小,可以安装在测压管中,测值稳定、精度及灵敏度高、飘移量较小且温度影响可以修正。用测压管举行渗流监测,有两个突出优点: ①人工比测和自动化监测可以同时举行,并可以相互校验; ②万一放置在测压管中的渗压计损坏或性能较差,可举行更换,不会影响接续监测。 美国Geokon公司的振弦式摄谱仪性能较为稳定,4500S系列用于测压管水位监测效果较好,而带通气孔的4500ALV及4580系列振弦式摄谱仪由于自身能平衡大气压,加之精确度较高、稳定性好,可以满足采用量水堰法举行渗漏量监测的需要。 2、压阻传感器 压阻传感器用在硅半导体材料上制成的压敏感电阻作为敏感元件,在水压力作用下使做成桥路的半导体电阻因压阻效应而输出电量,由此测出水压的变化。由于压阻传感器灵敏度高、分辨率高、体积小,所以在大坝工程上的运用步伐逐步加快。国家电力公司电力自动化研究院出产的NYZ型压阻传感器已在多个工程中运用。 三、渗流量仪 水位监测除可采用高精度压力传感器外,国内单位出产的浮子式水位计同样能满足工程需要。监测渗流的摄谱仪有管口渗流量计和多种型式量水堰渗流量仪。量水堰渗流量仪的浮子直接感应堰上的水位变化,进而求出流量。今朝,在工程上应用较多的是电容感应式和步进马达跟踪式量水堰仪。电容感应式量水堰渗流量仪测量范围大、测量精度高、结构简略,靠患上住性高。当然,渗流量测量还可采用其它多种方案,如用高精度微压计举行量水堰水位监测,或采用超引起听觉的振动波流量计等。一些不舒服宜用量水堰测量的渗流量可以采用翻斗式的遥测渗流量计,对于集水井的平均渗流量可采用集水井专用测控装置及配套的水位传感器测量,它能按设定水位自动控制水泵抽水并给出大坝的总渗流量。 4、计算机层析成像技术 计算机层析成像技术(CT:ComputerizedTopography,)指在不破坏物体结构的前提下,根据在物体周边所获取的某种物理量(如波速、X射线光强)的一维投影数据,运用某种算术方法,经由过程计算机处理,重建物体特别指定层面上的二维图像及三维图像的技术。由于其能够定量反映大坝内部材料性质的分布情况和缺陷部位,所以减少了摄谱仪设备的复杂性并提高了大坝的安全度,同时对大坝内部性态检验测定、缺陷搜索和老化判定胜负提供重要依据。所以意大利、日本前后将CT技术用于大坝性态诊断,有效地举行了大坝安全查抄及工程处理效果验证。 四、应力应变及温度监测 经由过程埋设在大坝内部特别指定部位的摄谱仪,如应变计、测缝计、裂缝仪、渗压计、扬压力计、温度计等,对大坝的应力应变、裂缝、渗流渗压及温度等举行持续自动化测候来计算拱坝的径向应力、拱向应力和梁向应力,这对于大坝的安全判定胜负十分重要。今朝差动电阻式摄谱仪(卡尔逊摄谱仪)和弦式摄谱仪广泛地用于混凝土坝的温度、应力应变、渗压等监测中。 1、差动电阻式摄谱仪 利用电阻丝变形与电阻成正比的道理使成为事实的该类摄谱仪因其防潮、长期测量稳定靠患上住、测试方法简略、绝缘要求低、防雷能力强、经济、可兼测温度而在国内患上到了较广泛的运用。针对该类摄谱仪内部电阻低、摄谱仪电阻变差会影响测值等难题,国内工程技术人员创造了5芯摄谱仪测量道理,使患上摄谱仪测量与电阻变差及电缆芯线电阻大小无关,使成为事实了差阻式摄谱仪的自动化监测。 2、光纤传感技术 光纤传感是用光导纤维来感受各类物理量并传送所感受信息的技术。光纤传感器自身不产生幅射、不发热、不产生火花,且不受外界电磁幅射的干扰,可安装在物体的表面或内部,连续地对诸如应变、应力、位移、裂缝、孔隙压力、温度等状况举行监测。它以激光作载波,光导纤维作传道输送路径来感应、传道输送各类信息,可以替代高雷区、强磁场区或潮湿地带的电子摄谱仪。国外利用分布式光纤网络温度测量来确定大坝中的渗漏位置和用分布式光纤传感网络标定坝体混凝土中裂缝大小及位置等方面已有报道,国内在应用意见研究上也有了较快发展,针对大坝监测研究的几种光纤传感体系已获患上专利权。光纤传感器可布设成分布式网络,具有很多传统传感器无法替代的优点: (1)传感和数据通道集为一体,便于构成遥测体系,使成为事实在线分布式监测; (2)测量对象广泛,适于各类物理量的测候; (3)体积小、质量轻、非电毗连、无机械活动件,不影响埋设点物性; (4)通信容量大、速度快、灵敏度高,可远距测量; (5)耐水性、电绝缘好、耐腐蚀,抗电磁干扰; (6)频带宽,有帮助于超高速测量。 三、渗流热监测技术 根据低温和大量渗漏存在接洽,及温度测值和抽水试验所患上到的渗透系数间有大好的负线性相瓜葛数等事实,可以认为温度分布图像可帮助发现渗漏较严重部位,有效使成为事实渗流异常报警。今朝坝体监测中大多安置了测温计,温度测头可放置在结构物或地下一定深度只受气温年变化影响而不受气温短期变化影响处,发现温度异常即可判断存在渗漏。根据能量守恒方程、质量守恒方程、渗流运动方程及初始条件、界限条件、推导出有关计算公式、设计数据计算方法及程序后,就能够把温度测患上数据代入,患上出定量描写坝及地基中的热流和渗流场, 这样经由过程分析温度变化就能较准确地估计其渗透性。此项技术在美、前苏、瑞典等国己成功应用。要在我国大坝监测中推广,重要的是根据具体坝的情况设计出合理的计算公式和数据处理程序软件。 五、环境量监测 环境量监测包括对水位、气温、降雨量等量的监控,比如,用水位计测量大坝的上下水流位、溢流堰水位,用雨量计测量降水量,用温度计测大气干湿温度等。铜电阻温度计或长春气象摄谱仪研究所HBW型铂电阻温度计今朝应用较好,其它环境量监测摄谱仪则可选水利工程部南京水利工程水文自动化研究所的水文摄谱仪,因为该所产品己在国表里200多个工程中患上到应用,已出口美国、澳大利亚等国。 六、监测新进展 随着电子计算机、激光、GPS、空间技术、光纤传感等高技术的发展,一些新的技术和设备引入了大坝监测体系,比如用热梯度面查抄可发现渗漏,用声学装置可发现裂纹,经纬仪在确定自身位置后,可测出水库边坡的系列标高;更为精确的全球定位体系可用于监测位移;远程取景可对暂时无法接近的大坝全貌举行拍摄,也可监测溢洪道或泄洪底孔安全,并对为防止遭受破坏而未经许可不患上进入的附属设施和控制单元举行监测;遥感机器人则可对水下的坝体、进水口和压力管道举行查抄,而无需抽干水库;光导纤维传道输送信号不但可以避免光照影响、电波频率和电磁波的干扰,而且可以对光纤传感器检验测定到的压力和应力分布以及温度在全般长度范围内的变化以高精度传道输送。这个之外,一批应用了新技术的设备也已开始崭露头角,如滑动微分仪、差分仪、延展仪、激光测距仪以及为了测量沥青混凝土心墙变形的磁性摄谱仪等。 七、竣事语 今朝,国表里大坝监测体系随着高新技术的应用,自动化程度有了很大的提高。此中,基于总线结谈判单板结构的测控装置使患上测控体系在监测准确度、稳定性、靠患上住性、通用性及简易性等方面都有了大幅提高。在几何学、物理学、计算机仿真等多学科、多范畴的融合下,大坝测候技术将向一体化、自动化、数字化、智能化的标的目的发展。 参考文献: [1] 吴刚. 大坝安全监测技术及自动化监测摄谱仪、体系的发展[J]. 大坝测候与土木测试, 2001.6 [2] 方卫华, 王润英. 大坝安全监测自动化的近况与瞻望[J]. 水利工程技术监督, 2000.5 [3] 刘智敏, 林文介. 大坝变形监测自动化技术的最新进展[J ]. 桂林工学院学报, 2000.1 [4] 贾嵘, 南海鹏. 大坝渗压自动监测体系[J]. 西安理工大学学报, 1999.4 [5] 方卫华. 试论大坝安全监测自动化的发展标的目的[J]. 四川水利工程发电, 2000.12 [6] 李雷. 我国水库大坝安全监测和管理[J]. 大坝测候与土木测试, 2000.12 Development And Application Of Sensors In Dam Security Monitoring System Abstract: The application of automation instruments forsensing, measuring and monitoringthe dam security are introduced, and their kinds, principle, characteristic and development in the world are also described. Moreover, the advanced technology, equipments in these years and the developing trends of the monitoring system are presented. Keywords:dam;security monitoring;sensor 作者简介: 宁志新:齐齐哈尔大学信息科学与电气工程学院研究生,研究标的目的为计算机控制。 传感器的发展标的目的 1、向高精度发展: 随着自动化出产程度的不断提高,对传感器的要求也在不断提高,必须研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保出产自动化的靠患上住性。今朝能出产万分之一以上的传感器的厂家为数很少,其产量也远远不能满足要求。 2、向高靠患上住性、宽温度范围发展: 传感器的靠患上住性直接影响到电子设备的抗干扰等性能,研制高靠患上住性、宽温度范围的传感器将是永久性的标的目的。提高温度范围历来是大课题,大部分传感器其工作范围都在-20℃～70℃,在军用体系中要求工作温度在-40℃～85℃范围,而汽车锅炉等场合要求传感器的温度要求更高,因此发展新兴材料(如陶瓷)的传感器将很有前途。 三、向微型化发展: 各类控制摄谱仪设备的功能越来越大,要求各个部件体积能占位置越小越好,故而传感器本身体积也是越小越好,这就要求发展新的材料及加工技术,今朝利用硅材料制作的传感器体积已很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的,体积较大、稳定性差、生存的年限也短,而利用激光等各类微细加工技术制成的硅加速度传感器体积很是小、互换性靠患上住性都较好。 4、向微功耗及无源化发展: 传感器一般都是非电量向电量的转化,工作时离不开电源,在野外现场或远离电网的地方,往往是用电池供电或用太阳能等供电,开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展标的目的,这样既可以节省能源又可以提高体系生存的年限。今朝,低功耗损的芯片发展很快,如T12702运算放大器,静态功耗只有1.5µA,而工作电压只需2～5V。 5、向智能化数字化发展: 随着现代化的发展,传感器的功能已突破传统的功能,其输出不再是一个单一的模拟信号(如0～10mV),而是经过微电脑处理好后的数字信号,有的甚至带有控制功能,这就是所说的数字传感器。作者:张剑平 胡萍萍 此文为部分内容,原文名《传感器的发展标的目的及其数字传感器的地位》 新型数字化、网络化传感器在工程中的应用[转帖] 新型数字化、网络化传感器在工程中的应用 传感器是将各类参量送入计算机体系,举行智能监测、控制的最前端。随着科技的发展,数字化、网络 化传感器应用日益广泛,以其传统方式不可比拟的优势渐渐成为技术的趋向和主流。下面,我们结合实际应 用中的要求,浅谈一下数字化、网络化传感器的特点,供大家选型时参考。 一、应用数字化、网络化温度传感器使成为事实电缆沟在线监测 1. 为何要在线监测电缆沟 电缆在日常出产、糊口中随处可见,在电场、工厂、实验室通常将大量的电缆集中在电缆沟中,以方便 布线、维护、美观。随着人们对电的依赖的增长,电缆沟里的电缆越来越多,其火警事故的发生几率也 相应增加。。 以电场为例,随着机组容量的增大,自动化水平相应提高,电缆用量越来越多。一台200MW机组, 各类电缆长达200～300Km。某电厂一期工程2台500Mw超临界参数机组,电缆用量达3000Km。 火力发电厂一朝发生电缆火警,将造成严重损失。今朝在建和运行中的火力发电厂,大多仍采用易 燃电缆,因此,电缆防火问题尤为突出。 国内,据相关资料统计,近20年来,我国火电厂发生电缆火警140多次,共市1986～1992年7年 间竟达75次。有24个电厂发生过两次及以上电缆火警事故,个别电厂达4～6次。70%以上的电缆火警 所造成的损失很是严重,此中2/5的火警事故造成特大损失。1975～1985年间,因电缆着火延燃造成 的重大事故发生60起,造成真接和间接损失达50多亿元。 山西神头发电厂因电缆沟火警烧损设备及抢修费用超过千万元。 1999年红牡丹江第二发电厂因电缆沟火警,导致全厂停电事故,直接、间接损失达近千万元。 除了电场之外,在个大厂矿、科研机构的机房、车间的电缆沟中同样存在着火警隐患。2000年首都 高能物理所的正负电子对撞机监督机房就因电缆沟起火被迫停机,严重影响了科研工作的举行。 美国在1965～1975年统计的3285次电气火警事故中,电线电缆火警事故就占30.5%,直接损失信 4000万美元。 日本曾对电力、钢铁、石油化学、造纸等工厂企业调查,有78%的单位发生过电缆着火,此中危害 程度较大的事故占40%。 经由过程对电场事故的分析,引起电线沟内火警发生的直接原因是电缆中间头长期运行导致老化、氧化, 接触电阻日益增大,造成的电缆头过热烧穿绝缘、最后导致电缆沟内火警的发生。 例一: 辽宁发电厂发生过电缆头过热引起火警,当消防人员毁灭火警后刚要离开现场时电缆头绝 缘击穿,大火复燃,当场烧伤数人,造成群伤事故。 例二:富拉尔基电厂,试验人员查找电缆妨碍时,上午采用了电容击穿法举行查找,中午休息后, 电缆沟内发生了火警,造成重大事故、如配置电缆在线监测体系纯粹可以避免事故。 例三:浑江电厂#2循环水电缆中间头过热,烧损该沟内所有电缆造成被迫停机事故,据了解,上 午有人在距妨碍电缆中间头80多米远的竖井上已嗅到了绝缘烧焦的味道,下午七点钟引发了火警。 例四:红牡丹江第二发电厂1998年6月28日,因一台机的循环水电缆中间头过热引燃该电缆沟里的 全部电缆,造成全厂七台机(装机客量103万千瓦)被迫停机,全厂停电的恶性事故。 例五:上海供电局2001年因电缆中间头过热引起电缆隧道火警,大面积电缆被烧损,导致市区大面 积停电事故。 综上所述,电缆沟内火警的发生主要原因是由于动力电缆中间头发热。根据多次事故分析发现从电 缆头过热到事故的发生,其发展速度比较缓慢、时间较长经由过程电缆在线监测体系纯粹可以防止、杜绝此 类事故的发生。 吉林热电厂多年前就总结出这一经验,利用人工每天举行电缆中间头温度的巡测,根据温度的改变 而分析其运行状况,耗费大量的人力,但避免了多次事故的发生,因此说电缆沟在线监测体系对发电厂 安全运行有看很是重要的意义。 虽然大部分发电厂不惜大量资金早已举行电缆沟的防火封堵及普通消防报警装置,但是电线沟火警 仍有发生,这些办法只能起到电线着火后减轻事故范围的作用.没有从根本上限制减少火警的发生。进 行电缆沟在线监测才是从根本上限制电缆沟内火警发生的有效可行的方法。 2. 传统模拟温度传感器为何不舒服合电缆沟测温 传统的温度测试体系的结构通常为: 每一个传感器的温度值都要经过上述环节进入体系。所以会有如下不足: a) 需要成百上千条信号线(一个电缆沟通常要测200～300个测温点) b) 模拟电压信号在传道输送过程当中易损耗,影响体系精度,且传道输送距离较近。 c) 体系环节多,难于维护。且体系精度易受环境影响不易保证。 d) 价格昂贵。200~300点需要10~20万 3. 新技术的应用使体系更方便 随着科技的发展,数字化、网络化传感器成为了技术的趋向、市场的主流。美国DALLAS公司的DS18B20 数字化、网络化温度传感器采用独特的思路,成功的解决了数字化、网络化与成本之间的矛盾。使 成立施用方便、经济靠患上住的监测体系成为可能。 LTM-8000数字化温湿润程度环境监测体系,采用美国DALLAS公司进步前辈的芯片科技,结合中国的现场情 况,应用智能化现场总线的技术,全般体系中仅有数字信号传道输送,而且传感器、采集模块均可联网, 使体系更靠患上住性、布线更方便。结构如下: 以数字化、网络化传感器为基础的体系的主要特点: a) 线缆少,传感器可经由过程总线串在一起,几十个传感器只用一根3芯线。大大减少了现场线缆,方便 现场布线。 b) 由于传感器输出的就是数字信号,传道输送过程当中没有精度的损失,体系精度可以保证。 c) 体系环节少,由传感器出来直接进入采集器,体系可能发生妨碍的环节少、便于维护。 d) 采用进步前辈的芯片科技、独特概念,以及规模化出产,大大降低了体系成本,提高了靠患上住性。 长英科技的LTM-8000数字化温湿润程度环境监测体系,已在电力体系、石油、钢铁等很多范畴取患上成功的 应用。如: ? 电缆沟温度在线监测及火警预警 ? 高压开关柜温度在线监测 ? 电机及其接线盒温度在线监测 ? 泵及风机的轴承温度在线监测 ? 仓储(粮仓、冷库、油罐)监测 ? 空调与楼宇自控 4. 体系简介 本体系配置分为如下部分: 1. )上位机: 功能: 数据处理及用户界面 硬件要求: 飞跃133/32M DRAM /4.3G以上的兼容机或工控机。 软件 : 可选用组态软件或定制程序 2) 离RS232/485通讯转换器LTM-8520E,带有过压、过流、突波、隔离、雷击保护 3) 场采集模块LTM-8003E 功能:使成为事实两级通讯网络间的联络。一级对上位机RS-485网,LTM-8003模块作为子站;另一 级“一线总线”, LTM-8003模块作为采集中心,测量线缆上的数字化传感器作为子站。 硬件功能:带有过压、过流、突波、隔离、雷击保护 4)温度传感器DS18B20 5. 数字化、网络化温度传感器DS18B20介绍 美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世上第一片支持 “一线总线”接口的温度传 感器。一线总线独特而且经济的特点,施用户可轻松地组建传感器网络,为测量体系的构建引入全新 概念。新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。 DS18B20,测量温度范围为-55°C~+125°C,在-10~+85°C范围内精度为±0.5°C,分辨率0.0625。现场 温度直接以“一线总线”的数字方式传道输送,每颗自带地址,大大减少了体系的电缆数,提高了体系 的稳定性和抗干扰性。 对应与传统概念,这一粒有三个电极的管子同样的传感器相当于传统的:温度传感器+数字化+cpu+总线协议及接 口。 二、简介数字化、网络化湿润程度传感器 美国DALLAS“一线总线”温度传感器DS18X20以其硬件接口简略、性能稳定受到广大客户好评,长英科技 也针对客户的差别需求开拍发一系列产品。但在应用中也发现其通讯协议较为复杂,施用起来不太方便。而 且现场的需求多种多样,DALLAS的产品种类显患上不足,DALLAS毕竟只是一个器件厂商,产品与实际应用的 需求还是有差距。 长英科技依据客户的需求、结合多年的应用经验、采用芯片科技的新技术,在尽量保留DALLAS体系优 点的前提下,尽量弥补其不足。研拍发LTM8901数字化、网络化湿润程度度传感器。 1. 传统湿润程度传感器的不足 传统的湿润程度传感器基本上分为电阻式和电容式。然后经由过程变送器以电压或电流方式毗连到采 集器, 所以: a) 传感器互换性差,以Honeywell 3605L 为例,其每一个传感器附带一张修正表,以便用户 按表修正。互换起来很不方便。 b) 模拟电压信号在传道输送过程当中易损耗,影响体系精度,且传道输送距离较近。 c) 变送器的一般需要分外供电,且对电源精度要求较高,否则影响体系精度。 d) 体系环节多,难于维护。且体系精度易受环境影响不易保证。 e) 精度难以校准,所以精度稍好一点的传感器,价格昂贵。著名的VISSALA的3%精度的 传感器每只要上千元。 f) 每一个传感器到变送器,变送器到采集器至少两条线,多点体系中布线十分坚苦 2. 数字化、网络化湿润程度传感器LTM8901的特点 a) 互换性好,由于采用智能修正技术,传感器可肆意互换。 b) 由于传感器输出的就是数字信号,传道输送过程当中没有精度的损失,体系精度可以保证。而且 传道输送距离较短。 c) 采用低功耗设计,由采集器同一供电,无需分外供电。 d) 体系环节少,由传感器出来直接进入采集器,体系可能发生妨碍的环节少、便于维护。 e) 采用智能修正技术、独特概念,以及规模化出产,大大降低了成本,提高了靠患上住性。 f) 线缆少,传感器可经由过程总线串在一起,十几个传感器只用一根3芯线。大大减少了现场线 缆,方便现场布线。 3. 数字化、网络化湿润程度传感器LTM8901的简介 a) LTM8901应用接线接口 上位机CPU只需有一个双向的I/O引脚,按下面电路毗连,即可与LTM8901通讯。 要求MCU的I/O引脚为OC门输出(或三态输出),同时具有输入功能即可。现今大多数MCU 的I/O脚均有此功能。 b) LTM8901典型特性 工作温度范围:-25℃～+85℃ 湿润程度测量分辨率:0.5%RH 湿润程度测量量程: 1%～99%RH 湿润程度测量精度: ±3.0%RH(典型值) 回差: ±2.0%RH(典型值) 年漂移: ±0.5%RH(典型值) 响应时间: 5s(典型值) 工作电压范围: 4.5～5.5V 外型尺寸: 70×50×25mm3 三、数字化、网络化传感器应用体系结构简介 1.数字化、网络化传感器应用体系结构 通常应用体系由三级网络构成: a)传感器网络,由各类传感器构成,分布区域在200～300米范围内。 b)现场总线网络,由各类总线采集器构成,如:LTM8000系温湿润程度采集模块,分布区域在1000～ 2000米范围内。 c) 局域网和广域网,通常由各类PC及工作站构成,经由过程INTERNET可使成为事实远程监测和控制。 2.数字化、网络化传感器应用体系结构及应用简图 四、其它数字化、网络化传感器和相关产品及应用简介 1. 数字化、网络化计数器DS2423 应用:多表出户方案 特点:只需一条3芯线即可将水、电、煤气等计量表的数据传递给单元采集器。 每一个单元为单芯片设计,比传统RS485联网方式造价低、传统脉冲出户方式布线简略。 2. 数字化、网络化烟感报警器 应用:消防监控 特点:施用电源线传道输送报警信号,多个传感器只需两根线连成网络。 3. 信息扣子DS1991 应用:预付费水表、电表等、泊车管理体系、门禁体系、巡更体系 特点:采用与数字化、网络化传感器同样的网络协议,可方便的与小区智能体系融为一体。 高过载低量程测试传感器的选择比较 一、前言 动态测试范畴中传感器的高过载低量程一直是未能彻底解决的问题,这主如果因为传统工艺传感器固有的特性或工艺不能满足这一特别指定环境的要求。传统的压电传感器由于输出阻抗高,低频特性较差,在高过载后常发生零漂征象,使患上测量数据不能真实重演被测量的动态过程,而传统工艺的压阻和电容传感器虽然在频响方面能满足测试要求,低频漂移较小,但由于制造工艺的原因,也不能较好解决这一测试问题。 现在,MEMS技术的发展为传感器技术的发展提供了一个机会,MEMS加速度传感器尺寸小、质量轻,抗过载能力高、动态响应快,因此,在动态测试范畴将有广阔前景。 二、MEMS传感器的道理、结构、工艺及特点 MEMS加速度计主要由一个悬臂梁构成,梁的一端固定,另一端悬挂一个能感应由加速度产生的作用力的质量块,其结构如图1所示。今朝,已有压阻式、电容式、隧道式、共振式、热形式等几种类型 [1]本文将主要介绍压阻式加速度传感器。 压阻式加速度传感器一般为三层结构:顶层和底座通常为玻璃或硅片,起弥缝和过载保护作用,底座上还有前置放大和各类补偿电路 [2]中间层是用体硅加工工艺加工出的悬臂和质量块,并且,在悬臂上用离子注入工艺制作出应变电阻器,当质量块受到力运动时,电阻器的阻值变化,经由过程惠斯通电桥检出电阻变化量,以此求患上加速度值。 制作传感器的微机械加工技术可分为体微机械加工和表面微机械加工两种。体微机械加工技术是对单晶硅或有表膜的体硅举行腐蚀,从而患上到预期微结构的一种加工技术;而表面微机械加工技术则是对沉积或生长在基片上的多层膜举行加工,患上到各类微机械结构的加工技术。体微机械加工技术中关键的步骤是腐蚀工艺,分为湿法腐蚀和干法腐蚀两种,今朝被广泛施用的是湿法腐蚀工艺,其包括各向同性与各向异性腐蚀。各向同性腐蚀是指在晶片各个标的目的上腐蚀速度相等,可以制作出肆意横向几何形状微细图形结构的方法,而各向异性腐蚀则是与被腐蚀晶片的结构标的目的有关的腐蚀方法,利用遮蔽图形与差别晶面的对准角瓜葛,可以制作出深度达几十微米的差别种三维空间结构,如V型槽、悬臂梁、悬台结构等。 MEMS传感器的特点是有质量块位移限位结构,使质量块在高过载激励下的位移被限制在安全的形变范围内。这个之外,传感器和信号处理电路体系还都采用抗高过载封装技术封装在同一个硅片上。 三、典型应用比较 1、压电传感器在高过载环境下的测量 由于固有缺陷,压电传感器在受到高过载激励后经常出现零位偏移的征象,不能真实重演被测动态过程。图2为采用压电传感器测试的某型号弹丸侵彻40mm钢板的过载曲线,图中曲线在高过载后没有回零,这时,测试所患上的低过载数据已没有意义了。 2、MEMS传感器在高过载环境下的测量 3255是EG&G公司的压阻式硅加速度计,为两片结构,一片为用MEMS制造技术加工的悬臂式加速度传感器,另一片为专用集成电路(ASIC),其包括前置放大、自检与各类补偿电路,两片封装在同一基片上,有 ±50g、±250g、±500g三种量程和20～30倍量程的抗过载能力。 (1)马歇特落槌试验 马歇特锤的道理是用重力对冲击锤加速,使其击打铁质目标,从而产生较大的加速度过载。这个装置可产生200～50000gn、持续时间100～120ms的冲击加速度。现将量程为50gn的MEMS传感器固定在马歇特锤头上,调整使其产生峰值约为30000gn以上的过载值,测试结果如下图所示。图3为第一次冲击后锤头反弹加速度从正到负的过渡过程。图4是反弹后第二次冲击后锤头逐渐稳定的过程,从曲线上可以看到MEMS传感器有大好的归零效果。 (2)引信上膛过载测试 火炮炮弹上膛过载是影响引信靠患上住性和安全性的关键因素之一。上膛过载的测量对引信的设计具有一定的指导意义,选用量程50gn的3255传感器对某火炮炮弹上膛过载举行测试,火炮的膛内发射过载达到23000gn,反复举行了三次发射试验,传感器工作性能正常,在举行第四次试验后失效。图5是用3255传感器测试的某火炮引信上膛的过载曲线。 四、结论 试验表明,传统的压电传感器经常发生高过载后的零位漂移,导致测试的高过载后的数据无效,而MEMS传感器在测试量程和抗过载能力方面性能比较优胜,抗过载能力可以达到测量量程的400倍以上,但这是以靠患上住性为价钱的,比较安全的作法是将过载值控制在量程的100倍以内。 物位传感器及其应用 物位传感器可分两类:一类是连续测量物位变化的连续式物位传感器;另一类是以点测为目的的开关式物位传感器即物位开关。今朝,开关式物位传感器比连续式物位传感器应用患上广。它主要用于过程自动控制的门限、溢流和空转防止等。连续式物位传感器主要用于连续控制和堆栈管理等方面,有时候也可用于多点报警体系中。下面介绍几种实用化的物位传感器及应用。 l、电容式物位传感器 电容式物位传感器有两个导体电极(通常把容器壁作为一个电极),由于电极间是气体、流体或固体而导致静电容的变化,因此可以敏感物位。它的敏感元件有三种形式,即棒状、线状和板状,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用微机控制,使成为事实自动调整灵敏度,并且具有自诊断的功能,同时能够检验测定敏感元件的破损、绝缘性的降低、电缆和电路的妨碍等,并可以自动报警,使成为事实高靠患上住性的信息传递。由于电容式物位传感器无机械可动部分,且敏感元件简略,形状和结构的自由以大,*作方便,因此,它是应用最广的一种物位传感器。 2、浮于自动平衡式物位传感器 这种传感器经由过程检验测定平衡浮子浮力的变化来举行液位的测量。它可以配备微机,使之具有自检、自诊断和远传的功能,利用它可以高精度地测量大跨度的液位。 三、压力式物位传感器 一般采用半导体膜盒结构,利用金属片承受液体压力.经由过程封入的硅油导压传递给半导体应变片举行液位的测量。由于固态压力传感器(压阻电桥式)性能的提高和微处理技术的发展,压力式物位传感器的应用愈来愈广。最近几年来.已研制出了体积小、温度范围宽、靠患上住性好、精度高的压力式物位传感器,同时,其应用范围也不断地开拓。 4、超引起听觉的振动波物位传感器 它是一种非接触式的物位传感器,应用范畴十分广泛。其工作道理是,工作时向液面或粉体表面发射一束超引起听觉的振动波,被其反射后,传感器再接收此反射波。设声速一定,根据引起听觉的振动波往返的时间就能够计算出传吸器到液面(粉体表面)的距离,即测量出液面(粉体表面)位置。其敏感元件有二种,一种是由线圈、磁石和膜构成的,另一种是由压电式磁致伸缩材料构成的。前者产生的是10KHz的超引起听觉的振动波,后者产生的是20~40Khz的超引起听觉的振动波。超引起听觉的振动波的频率愈低,随着距离的衰减愈小,但是反射效率也小。因此,应根据测量范围、物位表面状况和周围环境条件来决定所施用的超引起听觉的振动波传感器。高性能的超引起听觉的振动波物位传感器由微机控制。以紧凑的硬件举行特性调整和功能检验测定。它可以准确地区别信号波和噪声,因此,可以在拌和器工作的任况下测量物位。这个之外,在高温或吹风时也可检验测定物位,特别是可以检验测定高粘度液体和粉状体的物位。 5、激光式物位传感器 它是一种性能优良的非接触式高精度物位传感器。其工作道理与超引起听觉的振动波物位传感器相同,只是把超引起听觉的振动波换成光波。激光束很细,作为物位传感器时,纵然物位表面极其粗糙,其反射波束也不过加宽到20mm,但这仍是激光式物位传感器可以接收的范围内、激光式物位传感器一般采用近红外光。它是把光流发射出的激光利用半透射反射镜处理。一部分作为基准参考信号输入时间变送器,另一部分经由过程半透射反射镜的激光经过光学体系处理成为一定宽度的平行光束照射在物面子上。反射波到达传感器接收部再转换成电信号。因为从照射到接管的时间很短,所以利用取样电路扩大成毫微秒数量级,便于信号处理,举行时间的测量。利用微机举行数据处理,变为数字预示物位值的模拟输出信号,再利用软件检验测定信号的靠患上住件,如果标定体系出现妨碍则报警。这种传感器可应用于钢铁工业连续铸造装置的砂型铁水液位高度测量。同时,它还可以应用于狭窄启齿容器以及高温、高精度的液面检验测定。 这个之外,最近几年来随着高新技术的发展,出现了数字式智能化的物位传感器,它是一种进步前辈的数字式物位测量体系。将其测量部件技术与微处理器的计算功能结合为一体,使患上物位测量仪表至控制仪表成为全数字化体系。数字式智能化物位传感器的综合性能指标、实际测量准确度比传统的模拟式物位传感器提高了3-5倍。总之,随着传感器技术的发展.物位传感器的形式将会多种多样,其形式应以非接触式为研制重点。其发展标的目的是经由过程广泛应用微机等高新电子技术来获患上全面性能的进一步提高,同时还要向着小型化、智能化、多功能化的标的目的发展。 温度传感器选历时需考虑的问题 选择温度传感器比选择其它类型的传感器所需要考虑的内容更多。首先,必须选择传感器的结构,使敏感元件的划定的测量时间之内达到所测流体或被测表面的温度。温度传感器的输出仅仅是敏感元件的温度。实际上,要确保传感器指示的温度即为所测对象的温度,常常是很坚苦的。 在大多数情况下,对温度传感器的选用,需考虑以下几个方面的问题: (1) 被测对象的温度是不是需记录、报警和自动控制,是不是需要远距离测量和传送。 (2) 测温范围的大小和精度要求。 (3) 测温元件大小是不是适当。 (4) 在被测对象温度随时间变化的场合,测温元件的滞后能否适应测温要求。 (5) 被测对象的环境条件对测温元件是不是有损害。 (6) 价格如保,施用是不是方便。 容器中的流身体的温度度一般用热电偶或热电阻探头测量,但当全般体系的施用生存的年限比探头的预计施用生存的年限长患上多时,或者预计会相当频繁地拆卸出探头以校准或维修却不能在容器上启齿时,可在容器壁上安装永久性的热电偶套管。用热电偶套管会显著地延伸测量的时间常数。当温度变化很慢而且热导误差很小时,热电偶套管不会影响测量的精确度,但如果温度变化很快速,敏感元件跟踪不上温度的快速变化,而且导热误差又可能增加时,测量精确度就会受到影响。因此要权衡考虑可维修性和测量精度这两个因素。 热电偶或热电阻探头的全部材料都应与可能和它们接触的流体适应。施用裸露元件探头时,必须考虑与所测流体接触的各部件材料(敏感元件、毗连引线、支撑物、局部保护罩等)的适应性,施用热电偶套管时,只需要考虑套管的材料。 电阻式热敏元件在浸入液体及多数气体时,通常是弥缝的,至少要有涂层,裸露的电阻元件不能浸入导电或污染的流体中,当需要其快速响应时,可将它们用于干燥的空气和有限的几种气体及某些液体中。电阻元件如用在停滞的或慢速流动的流体中,通常需有某种壳体罩住以举行机械保护。 当管子、导管或容器不能启齿或禁止启齿,故而不能施用探头或热电偶套管时,可经由过程在外壁钳夹或固定一个表面温度传感器的方法进和测量。为了确保合理的测量精度,传感器必须与环境大气热隔离并与热辐射源隔离,而且必须经由过程传感器的适当设计与安装使壁对敏感元件的热传导达到到最佳状态。 所测的固体材料可所以金属的或非金属的,任何类型的表面温度传感器都会在某种程度上改变被测物表面或表面下层的材料特性。因此,必须对传感器及其安装方法举行适当的选择以便将这种干扰减到最小程度。理想的传感器应该纯粹用与所测固体相同的材料制造并与材料形成一体,这样测量点或其周围的结构特征就不会以任何方式改变。可用的这类传感器有各类各样,此中包括电阻(薄膜热电阻、热敏电阻)型,也包括薄膜和细导线型的热电偶。用可埋入的简短的传记感器或带螺纹的嵌入件举行表面玉的温度测量,应使埋入的传咸器或嵌入件的外缘与所测材料的外表面平齐。嵌入件的材料应与所测的材料相同,至少要很是相似。施用垫圈式传感器时,必须注意确保垫圈所能达到的温度尽可能接近欲测温度。 温度传感器的选择主如果根据测量范围。当测量范围预计在总量程之内,可选用铂电阻传感器。较窄的量程通常要求传感器必须具有相当高的基本电阻,以便获患上足够大的电阻变化。热敏电阻所提供的足够大的电阻变化使患上这些敏感元件很是合用于窄的测量范围。如果测量范围相当大时,热电偶更合用。最好将冰点也包括在此范围内,因为热电偶的分度表是以此温度为基准的。已知范围内的传感器线性也可作为选择传感器的附带加上条件。 响应时间通常历时间常数暗示,它是选择传感器的另一个基本依据。当要监督贮槽中温度时,时间常数不那么重要。然而当施用过程当中必须测量振动管中的温度时,时间常数就成为选择传感器的决定因素。珠型热敏电阻和铠装露头型热电偶的时间常数相当小,而浸入式探头,特别是带有保护套管的热电偶,时间常数比较大。 动态温度的测量比较复杂,只有经由过程反复测试,尽量接近地模拟出传感器施用中经常发生的条件,才能获患上传感器动态性能的合理近似。 压力传感器的用语解释 压力是工业出产中的重要参数之一,为了保证出产正常运行,必须对压力举行监测和控制。下面是压力传感器选型时常用的用语: 标准压:以大气压为标准暗示的压力大小,大于大气压的叫正压;小于大气压的叫负压。 绝对压:以绝对真空为标准暗示的压力大小。 相对压:对比较对象(标准压)而言的压力大小。 大气压:指大气压力。标准大气压(1atm)相当于高度为760mm水银柱的压力。 真空:指低于大气压的压力状态。1Torr=1/760气压(atm)。 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/icon/gif.gif" width=16 border=0> 此主题相关图片如下: 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" onmousewheel="return bbimg(this)" alt=按此在新窗口浏览图片 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image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" onmousewheel="return bbimg(this)" alt=按此在新窗口浏览图片 src="http://www.ceclub.cn/cgi-bin/attachment.cgi?forum=95&topic=553&type=.gif&name=002_1100660980" onload="javascript:if(this.width>document.body.clientWidth-333)this.width=document.body.clientWidth-333" border=0> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" height=5 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/none.gif" whidth="0"> 0 && image.height>0){if(image.width>=700){this.width=700;this.height=image.height*700/image.width;}}" id=followImg002_1100660980 src="http://www.ceclub.cn/non-cgi/images/cat.gif" width=9 loaded="no" nofollow="cat.gif" valign="absmiddle"> 按此查看图片具体信息 正在读取此图片的具体信息,请稍候 ... 精度:在一定温度(23°C)下,当加零压力和额定压力时,用全标度值去除偏离输出电流划定值(4mA、20mA)的值而患上到的值。单位用%FS暗示。 线性:模拟输出对检验测定压力呈线性变化,但与理想直线相比有偏差。用对全标度值来说百分号来暗示这种偏差的值叫线性。 磁滞(线性):用零电压和额定电压在输出电流(或电压)值间画出理想直线,把电流(或电压)值与理想电流(或电压)值之差作为误差求出来,再求出压力上升时和降落时的误差值。用全标度的电流(或电压)值去除上述差的绝对值的最大值所患上的值即为磁滞。单位用%FS暗示。 磁滞(ON/OFF输出):用压力的全标度值去除输出ON点压力与OFF点压力之差所患上的值既是磁滞。 非腐蚀性气体:指空气中含有的物质(氮、二氧化碳等)与惰性气体(氩、氖等) 。 感器市场分析——红外成像体系 红外成像体系几乎从一诞生就以其强大的技术优势逐步占领了世界军用和商用市场,其在出产加工、天文、医学、法律及消防等方面都患上到了广泛的应用。 红外成像技术主要应用在军事、科学和商业范畴。 在军事应用上,红外技术主要应用在导航体系、探测与搜索、光学成像和目标评估体系中。利用红外探测器能够及时发现危险情况、判别微小目标、探察制导兵器体系,还能及时提供有关受损的反馈信息。这个之外,军事上还利用红外技术辨认敌人的某些伪装,或者是关闭敌人的红外传感器。随着无人驾驶飞机、超高速导弹体系和伪装防御成像等方面的研究进展,红外技术军用市场患上到了更大的发展。 在商业范畴,红外成像技术可应用于修建物热损失检验测定、电气元件妨碍预先推测、电子体系测试、出产过程监控及出产中的临界温度控制等。今朝研究人员正在摸索利用红外技术在积雪中寻找被埋物体(如汽车)、检验测定激光焊接过程当中的热能情况、在边境查抄站用红外送出机自动评估界限控制体系,使成为事实与移动交通东西之间的通信等等。 在科学研究方面,红外成像技术主要用于航空范畴,人工制造卫星和太空飞船上的机载红外传感器监督天气变化、研究植被类型、协助农业规划和地质探测,还可探查海洋中的温度变化。 就世界红外传感器的总体而言,军事和科学应用是红外传感器的第一市场,其高速发展对红外产品的质量也提出了越来越高的要求,对图像清楚度、拍摄距离、 聚焦效果不断提出新的要求。而商业市场则要求红外探测能够使成为事实监督能力强、跟踪与报道快速有效和对信息资源举行存储等功能,为红外技术和热成像开辟了强有力的第二市场。 今朝,军事应用仍主宰着红外市场,预计在将来的一段期间内这种趋向还将持续下去。与此同时,商用红外市场的销售额也正在逐渐增长。很多出产商为降低红外体系单位成本,正在朝着合并其军用和商用出产线的标的目的发展。近几年,方兴日盛的红外技术在商业市场中据有份额的不断增长,也从另一个侧面说明红外技术还具有大量的潜在用户。 红外市场的增长受到多方因素推动。传统上,红外成像系同一般比较庞大、沉重并且价格昂贵。而近几年新技术的诞生、出产过程的改良、军用与商用出产线的互助等诸多因素,促进了更小、更轻和经济上更容易接管的红外器件不断推出。出产成本的降落和技术逐渐成熟使红外技术的出产发展达到了一个新的水平,并涌现出很多新的应用。同时,红外技术也在实践中证明它比光强技术和图像放大技术更具优势。这个之外,将多重超光谱效用和基本的红外技术相结合,也大大增强了红外技术的应用范围。 红外技术良好的性能和最新研究成果的快速商用化也对红外市场的增长起到一定的推动作用。很多商业投资人士逐渐意识到了红外技术的发展潜力,并且在众多的红外技术应用中,摸索合适自己的生存之道。 在市场销售方面,红外成像市场是一个具有较高经济效益的市场,以美国为例,2000年,美国红外成像与红外测温体系的市场销售总额为18.2亿美元,比上一年增长了3%,预计到2008年,总的市场销售额将达到28.2亿美元,年综合增长率达到6.5%。 在市场结构方面,军用和商用市场基真相同,大公司占垄断地位,中小企业瓜分小额市场。例如在美国,Raytheon Systems公司和FLIR Systems公司占绝对的垄断地位,前者占领了美国70%的军用市场和12%的商用市场,而后者则在商用市场以75%的市场据有率独占熬头,另外还有12%的军用市场份额。 有关粉尘传感器的7个问答 1、粉尘传感器属于何种产品? 香烟的烟尘、布绒、扫帚的灰尘、床位的绒状物统称为房屋粉尘。粉尘传感器就是经由过程检验测定光量的变化来感知糊口环境的粉尘(浮游粉尘),并且经由过程电压输出的传感器模块。 2、粉尘传感器采用何种道理? 从窗帘的缝隙透过的光线中可以看到有很多闪亮的粉尘颗粒,经由过程粉尘传感器来统计其颗粒数量。具体来说,就是将标定洁净室微粒的光散乱方式举行了简化,利用到家电产品上。 三、感度为何种程度? 铺6块席～铺8块席的房间中放入3～4支点燃的香烟输出为全打开.抽烟的场合,约0.5支,输出为全打开. 4、粉尘传感器都有那一些用途? 空清机、换气扇、空调器等空调设施的运转控制传感器; 家子、工作室、医院的等待室的环境监控(空气污染程度管理)时施用的传感器。 5、安装时需要注意那一些事变? 因为检验测定道理的要求模块内部发生微弱的上升气流,因此模块的安装要注意上下的放置。另外,为防止外部的强气流从吸排气口涌入模块内部从而扰乱内部的气流,需要在模块上安装外壳或挡板。 6、光学式透镜是不是污染? 在摸块机关设计上考虑到模块内部气流不接触透镜,从而透镜尽可能受不到污染,但是无法保证长期避免。如果透镜受到污染的话,那么感度将受到影响,此时可以将透镜盖打开,用棉棒和水举行擦拭。 (清洗方法) ①首先,用沾水的棉棒擦拭透镜的总和 ②施用干燥棉棒将透镜上的水分擦拭干净. 7、何种产品与此相类似? 家子中施用的空清机,有些产品为了感知烟草的异味从而施用了气体传感器.但是,气体传感器是无法感知室内粉尘的. 物位传感器及其应用 物位传感器可分两类:一类是连续测量物位变化的连续式物位传感器;另一类是以点测为目的的开关式物位传感器即物位开关。今朝,开关式物位传感器比连续式物位传感器应用患上广。它主要用于过程自动控制的门限、溢流和空转防止等。连续式物位传感器主要用于连续控制和堆栈管理等方面,有时候也可用于多点报警体系中。下面介绍几种实用化的物位传感器及应用。 l、电容式物位传感器 电容式物位传感器有两个导体电极(通常把容器壁作为一个电极),由于电极间是气体、流体或固体而导致静电容的变化,因此可以敏感物位。它的敏感元件有三种形式,即棒状、线状和板状,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用微机控制,使成为事实自动调整灵敏度,并且具有自诊断的功能,同时能够检验测定敏感元件的破损、绝缘性的降低、电缆和电路的妨碍等,并可以自动报警,使成为事实高靠患上住性的信息传递。由于电容式物位传感器无机械可动部分,且敏感元件简略,形状和结构的自由 以大,操作方便,因此,它是应用最广的一种物位传感器。 2、浮于自动平衡式物位传感器 这种传感器经由过程检验测定平衡浮子浮力的变化来举行液位的测量。它可以配备微机,使之具有自检、自诊断和远传的功能,利用它可以高精度地测量大跨度的液位。 三、压力式物位传感器 一般采用半导体膜盒结构,利用金属片承受液体压力.经由过程封入的硅油导压传递给半导体应变片举行液位的测量。由于固态压力传感器(压阻电桥式)性能的提高和微处理技术的发展,压力式物位传感器的应用愈来愈广。最近几年来.已研制出了体积小、温度范围宽、靠患上住性好、精度高的压力式物位传感器,同时,其应用范围也不断地开拓。 4、超引起听觉的振动波物位传感器 它是一种非接触式的物位传感器,应用范畴十分广泛。其工作道理是,工作时向液面或粉体表面发射一束超引起听觉的振动波,被其反射后,传感器再接收此反射波。设声速一定,根据引起听觉的振动波往返的时间就能够计算出传吸器到液面(粉体表面)的距离,即测量出液面(粉体表面)位置。其敏感元件有二种,一种是由线圈、磁石和膜构成的,另一种是由压电式磁致伸缩材料构成的。前者产生的是10KHz的超引起听觉的振动波,后者产生的是20~40Khz的超引起听觉的振动波。超引起听觉的振动波的频率愈低,随着距离的衰减愈小,但是反射效率也小。因此,应根据测量范围、物位表面状况和周围环境条件来决定所施用的超引起听觉的振动波传感器。高性能的超引起听觉的振动波物位传感器由微机控制。以紧凑的硬件举行特性调整和功能检验测定。它可以准确地区别信号波和噪声,因此,可以在拌和器工作的任况下测量物位。这个之外,在高温或吹风时也可检验测定物位,特别是可以检验测定高粘度液体和粉状体的物位 5、激光式物位传感器 它是一种性能优良的非接触式高精度物位传感器。其工作道理与超引起听觉的振动波物位传感器相同,只是把超引起听觉的振动波换成光波。激光束很细,作为物位传感器时,纵然物位表面极其粗糙,其反射波束也不过加宽到20mm,但这仍是激光式物位传感器可以接收的范围内、激光式物位传感器一般采用近红外光。它是把光流发射出的激光利用半透射反射镜处理。一部分作为基准参考信号输入时间变送器,另一部分经由过程半透射反射镜的激光经过光学体系处理成为一定宽度的平行光束照射在物面子上。反射波到达传感器接收部再转换成电信号。因为从照射到接管的时间很短,所以利用取样电路扩大成毫微秒数量级,便于信号处理,举行时间的测量。利用微机举行数据处理,变为数字预示物位值的模拟输出信号,再利用软件检验测定信号的靠患上住件,如果标定体系出现妨碍则报警。这种传感器可应用于钢铁工业连续铸造装置的砂型铁水液位高度测量。同时,它还可以应用于狭窄启齿容器以及高温、高精度的液面检验测定。 5、激光式物位传感器 它是一种性能优良的非接触式高精度物位传感器。其工作道理与超引起听觉的振动波物位传感器相同,只是把超引起听觉的振动波换成光波。激光束很细,作为物位传感器时,纵然物位表面极其粗糙,其反射波束也不过加宽到20mm,但这仍是激光式物位传感器可以接收的范围内、激光式物位传感器一般采用近红外光。它是把光流发射出的激光利用半透射反射镜处理。一部分作为基准参考信号输入时间变送器,另一部分经由过程半透射反射镜的激光经过光学体系处理成为一定宽度的平行光束照射在物面子上。反射波到达传感器接收部再转换成电信号。因为从照射到接管的时间很短,所以利用取样电路扩大成毫微秒数量级,便于信号处理,举行时间的测量。利用微机举行数据处理,变为数字预示物位值的模拟输出信号,再利用软件检验测定信号的靠患上住件,如果标定体系出现妨碍则报警。这种传感器可应用于钢铁工业连续铸造装置的砂型铁水液位高度测量。同时,它还可以应用于狭窄启齿容器以及高温、高精度的液面检验测定。 这个之外,最近几年来随着高新技术的发展,出现了数字式智能化的物位传感器,它是一种进步前辈的数字式物位测量体系。将其测量部件技术与微处理器的计算功能结合为一体,使患上物位测量仪表至控制仪表成为全数字化体系。数字式智能化物位传感器的综合性能指标、实际测量准确度比传统的模拟式物位传感器提高了3-5倍。总之,随着传感器技术的发展.物位传感器的形式将会多种多样,其形式应以非接触式为研制重点。其发展标的目的是经由过程广泛应用微机等高新电子技术来获患上全面性能的进一步提高,同时还要向着小型化、智能化、多功能化的标的目的发展。 耐腐蚀水泵，请认准上海龙亚-上海钛龙品牌，O2l-61557O88，O21-6l557288，QQ:l5858l222l。 (责任编辑：admin) |