自动生产线的传感器
自动生产线中的传感器
一、传感器的概念与分类
根据国家标准《传感器通用术语》（GB/T7665-2005），传感器的定义为：“能感受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，通常由敏感元件和转换元件组成”。
传感器的敏感元件用来直接感受被测量，并输出与被测量成某一关系的物理量的元件，其转换元件则把敏感元件的输出信号转换为电信号，如电流、电压。传感器的组成如图1所示。
图1 电量输出的传感器的基本组成
传感器常用的分类方法主要有如下几种：
1）按被测量性质分类，可分为位移、力、速度、温度等传感器。
2）按工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式、霍尔式、光电式、热电偶等传感器。
3）按传感器输出信号的性质分类，可分为数字量（包括开关量输出）传感器和模拟量传感器。
在传感器中，能以非接触方式检测到物体的接近和附近检测对象有无的产品总称为接近传感器或接近开关，接近开关是开关量输出的传感器。其工作原理包括有利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡流的方式、捕捉检测体的接近引起的电容量变化的方式、利用永磁体引导开关的方式等。
此处将不涉及模拟量输出传感器，仅介绍常用接近开关和旋转编码器等数字量传感器。
二、接近传感器
1、磁性开关
磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件，即当舌簧开关处于磁场之中时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁场移开开关后，簧片失磁，触点断开。
在气动系统中，常用磁性开关来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程。只是这些气缸的缸筒要求采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。 在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁
场，在气缸外侧某一位置安装上磁性开关，则可用来检测气缸活塞是否在该位置上，从而实现活塞运动行程的检测。图2给出两个安装在直线气缸上磁性开关。 图2 安装在直线气缸上的磁性开关
图3是带磁性开关气缸的工作原理图。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC 的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。
图3 带磁性开关的气缸工作原理图
在磁性开关上设置的LED 显示用于显示其信号状态，供调试时使用。磁性开关动作时，输出信号“1”，LED 亮；磁性开关不动作时，输出信号“0”，LED 不亮。
磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。
磁性开关有蓝色和棕色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC 输入公共端，棕色引出线应连接到PLC 输入端。磁性开关的内部电路如图4中虚线框内所示。 1、动作指示灯；2、保护电路
3、开关外壳；
4、导线
5、活塞；
6、磁环（永久磁铁）
7、缸筒； 8、舌簧开关
气缸伸出到位检测
气缸缩回到位检测棕色表示“+”蓝色表示“-”
紧定螺栓
棕色线
蓝色线
电气符号图
图4 磁性开关内部电路
2、电容式与电涡流式接近开关
2.1 电容式接近传感器及应用
电容式接近传感器是一个以电极为检测端的静电电容式接近开关，它由高频振荡电路、和具有检波、放大、整形及输出开关量等功能的调理电路组成。平时检测电极与大地之间存在一定的电容量，它成为振荡电路的一个组成部分。当被检测物体接近检测电极时，检测电极电容C发生变化，使振荡电路停止振荡。振荡电路的振荡与停振这两种状态被调理电路转换为开关信号后向外输出。电容式接近传感器工作原理框图以及电气符号图如图5所示。
电气符号图
图5 电容式接近传感器工作原理框图
电容式接近开关理论上可以检测任何物体，即既能检测金属物体，也能检测非金属物体。但当检测过高介电常数物体时，检测距离要明显减小，这时即使增加灵敏度也起不到效果能；此外，电容式接近开关受环境影响较大，使用时应注意抗干扰措施。
2.2 电涡流式接近传感器及使用
电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。电涡流效应是指，当金属物体处于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场这样一种物理效应。如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。
利用这一原理，以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路（包括检波、放大、整形、输出等电路）将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。电感式接近传感器工作原理框图以及电气符号图如图6所示。
图6 电感式接近传感器工作原理框图
常见的电感式接近开关外形有圆柱型、长方体型和U 型等，如图7
所示。
图7 常见的电感式接近开关外形
在接近开关的选用和安装中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线上的传感器可靠动作。安装距离注意说明如图8
所示。
图8 安装距离注意说明
3、光电开关与光纤式接近开关
3.1 光电开关的工作原理及使用
⑴光电开关的基本原理和分类
光电式接近传感器（光电开关）是利用光电效应做成的，用以检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。
光电式接近开关主要由光发射器和光接收器构成。如果光发射器发射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达光接收器的量将会发生变化。光接收器的敏感元件将检测出这种变化，并转换为电气信号，进行输出。大多使用可视光（主要为红色，也用绿电气符号图
色、蓝色来判断颜色）和红外光。
按照接收器接收光的方式的不同，光电式接近开关可分为对射式、反射式和漫射式3种，如图9
所示。
图9 光电式接近开关的类型 ⑵漫射式光电开关
漫射式光电开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不动作；反之若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。图9(b)为漫射式光电接近开关的工作原理示意图。常见的漫射式光电接近开关有园柱形和方形如图10所示。
图10 漫射式光电接近开关外形
3.2 光纤式传感器及使用
光纤传感器也是光电传感器的一种，它由光纤单元、放大器两部分组成。其工作原理示意图如图11所示。投光器和受光器均在放大器内，投光器发出的光线通过一条光纤内部从端面（光纤头）以约60°的角度扩散，照射到检测物体上；同样，反射回来的a) 对射型 b) 漫射型（漫反射型）
c) 回归反射型
(b) 方形漫射式接近开关(a ) 园柱形漫射式接近开关 (c) 方形漫射式接近开关
光线通过另一条光纤的内部回送到受光器。
图11 光纤传感器工作原理
光纤传感器由于检测部（光纤）中完全没有电气部分，抗干扰等耐环境性良好，并且具有光纤头可安装在很小空间的地方，传输距离远，使用寿命长等优点。
光纤传感器是精密器件，使用时务须注意它的安装和拆卸方法。下面以YL239装置上使用的E3Z-NA11型光纤传感器（欧姆龙公司产）的装卸过程为例说明。
⑴ 放大器单元的安装和拆卸。图12给出一个放大器的安装过程。
图12 E3Z-NA11的放大器安装过程
拆卸时以相反的过程进行。注意，在连接了光纤的状态下，不要从DIN 导轨上拆卸。 ⑵ 光纤的装卸
进行连接或拆下的时候，注意一定要切断电源。然后按下面方法进行装卸，有关安装部位见图13。
图13 光纤的装卸示意图
①将1台放大器
本体安装到DIN
导轨上 ②滑动放大器本体，与顶端的夹子对准后，粘紧推倒发出“咔”声 受光元件
投光元件反射光发射光
检测物体 检测电路
光纤头 固定按钮 光纤
光纤插入位置记号
插入位置
固定状态固定解除状态
保护罩
①安装光纤：抬高保护罩，提起固定按钮，将光纤顺着放大器单元侧面的插入位置记号进行插入，然后放下固定按钮。
②拆卸光纤：抬起保护罩，提升固定按钮时可以将光纤取下来。
光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤传感器灵敏度调得较小时，反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；而反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。反之，若调高光纤传感器灵敏度，则即使对反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反射信号。
图14给出了放大器单元的俯视图，调节其中部的8旋转灵敏度高速旋钮就能进行放大器灵敏度调节（顺时针旋转灵敏度增大）。调节时，会看到“入光量显示灯”发光的变化。当探测器检测到物料时，
“动作显示灯”会亮，提示检测到物料。
图14 光纤传感器放大器单元的俯视图
E3Z-NA11型光纤传感器电路框图如图15所示，接线时请注意根据导线颜色判断电源极性和信号输出线，切勿把信号输出线直接连接到电源+24V 端。
图15 E3X-NA11型光纤传感器电路框图
三、旋转编码器及应用
旋转编码器是通过光电转换，将输出至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器，主要用于速度或位置（角度）的检测。一般来说，根据旋转编码器产生脉冲的方式的不同，可以分为增量式、绝对式以及混合式三大类。
1、绝对式光电编码器
绝对式光电编码器通过输出唯一的数字码来表征绝对位置、角度或转数信息。这唯8旋转灵敏度高速旋钮 灵敏度旋钮指示器 定时功能切换开关
动作模式切换开关 入光量显示灯 动作显示灯（橙色）
一的数字码被分配给每一个确定角度。一圈内这些数字码的个数代表了单圈的分辨率。因为绝对的位置是用唯一的码来表示的，所以无需初始参考点。绝对式光电编码器的原理示意图如图16所示。
图16 绝对式光电编码器的原理示意图
图16(a )所示的是一个二进制编码的绝对式光电编码盘，圆盘分为2n 等分（图中为16等分）；并沿径向分成n 圈，各圈对应着编码的位数，称为码道。故图3.4.9(a ) 所示的编码盘是一个4位二进制编码盘，其中透明（白色）的部分为“0”， 不透明（黑色）的部分为“1”。由不同的黑、白区域的排列组合即构成与角位移位置相对应的数码，如“0000”对应“0”号位，“0011”对应“3”号位等。码盘的材料大多为玻璃，也有用金属与塑料的。
应用编码盘进行角位移检测的示意图如图16(b ) 所示，对应码盘每一码道，有一个光电检测元件（图中为4码道光电码盘）。当编码盘处于不同角度时由透明和不透明区域组成的数码信号，由光电元件的受光与否，转换成电信号送往数码寄存器，由数码寄存器即可获得角位移的位置数值。
光电编码盘检测的优点是非接触检测，允许高转速，精度也较高，单个码盘可做到18个码道。其缺点是结构复杂、价格较贵、安装较困难。但由于光电编码盘允许高转速，高精度，且输出为数字量，便于计算机控制，因此在高速、高精度的数控机床中得到广泛应用。
2、增量式光电编码器
增量式旋转编码器通过输出“电脉冲”来表征位置和角度信息。一圈内的脉冲数代表了分辨率。位置的确定则是依靠累加相对某一参考位置的输出脉冲数得到的。当初始上电时，需要找一个相对零位来确定绝对的位置信息。
增量式光电编码器的结构是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形狭缝。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光(a )二进制编码盘 (b )角位移检测原理示意图
栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图17所示；因此，根据脉冲信号数量，便可推知转轴转动的角位移数值。
图17 旋转编码器原理示意图
为了提供旋转方向的信息，增量式编码器通常利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90o。当A相脉冲超前B相时为正转方向，而当B相脉冲超前A相时则为反转方向。Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。如图18所示。
图18 增量式编码器输出的三组方波脉冲
3、增量式编码器用于直线位移检测的实例
YL-335B分拣单元使用了这种具有A、B两相90o相位差的通用型旋转编码器，用于计算工件在传送带上的位置。编码器直接连接到传送带主动轴上。该旋转编码器的三相脉冲采用NPN型集电极开路输出，分辨率500线，工作电源DC12～24V。本工作单元没有使用Z相脉冲，A、B两相输出端直接连接到PLC的高速计数器输入端。
为了检测直线位移量，首先要确定每一个脉冲对应的位移量即脉冲当量，然后PLC 才能根据从高速计数器输入端所采集到的脉冲数计算总的位移量。
分拣单元主动轴的直径为d=43 mm,则减速电机每旋转一周，皮带上工件移动距离L=π?d =3.14×43=136.35 mm。故脉冲当量μ为μ=L/500≈0.273 mm。按如图19所示的安装尺寸，当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器约发出430个脉冲；移至第一个推杆中心点时，约发出614个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出963个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出1284个脉冲。
图19 传送带位置计算用图
应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。实际上各种误差因素不可避免，例如传送带主动轴直径（包括皮带厚度）的测量误差，传送带的安装偏差、张紧度，分拣单元整体在工作台面上定位偏差等等，都将影响理论计算值。因此理论计算值只能作为估算值。脉冲当量的误差所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增大而迅速增加，甚至达到不可容忍的地步。因而在分拣单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。
一种测试方法的步骤如下：
① 分拣单元安装调试时，必须仔细调整电动机与主动轴联轴的同心度和传送皮带的张紧度。调节张紧度的两个调节螺栓应平衡调节，避免皮带运行时跑偏。传送带张紧度以电动机在输入频率为1Hz 时能顺利启动，低于1Hz 时难以启动为宜。测试时可把变频器设置为Pr.79 =1 ，Pr.3 =0 Hz，Pr.161 =1；这样就能在操作机板进行启动/停止操作，并且把M 旋钮作为电位器使用进行频率调节。
② 安装调整结束后，变频器参数设置为：
Pr.79 = 2（固定的外部运行模式）， Pr.4=25Hz（高速段运行频率设定值）
③ 编写图20所示的程序，编译后传送到PLC 。
底板 350.5
263
167.5
117.5旋转编码器 进料导向器
联轴器
减速电机
图20 脉冲当量现场测试程序
④ 运行PLC程序，并置于监控方式。在传送带进料口中心处放下工件后，按启动按钮启动运行。工件被传送到一段较长的距离后，按下停止按钮停止运行。观察监控界面上C251的读数，将此值填写到表5-13的“高速计数脉冲数”一栏中。然后在传送带上测量工件移动的距离，把测量值填写到表中“工件移动距离”一栏中；把监控界面上观察到的高速计数脉冲值，填写到“高速计数脉冲数”一栏中，则脉冲当量μ计算值=工件移动距离/高速计数脉冲数，填写到相应栏目中。
表5-13脉冲当量现场测试数据
⑤ 重新把工件放到进料口中心处，按下启动按钮即进行第二次测试。进行三次测试后，求出脉冲当量μ平均值为：μ=（μ1+μ2+μ3）/3=0.2576。
按如图5-9所示的安装尺寸重新计算旋转编码器到各位置应发出的脉冲数：当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器发出456个脉冲；移至第一个推杆中心点时，发出650个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出1021个脉冲；移至第三个推杆中心点时，约发出1361个脉冲。
智能传感器的五大领域应用
智能传感器的五大领域应用 近年来，我国的物联网产业发展迅速，据相关数据统计和预测，2014年产业规模达到了6320亿元人民币，同比增长22.6%；2015年产业规模达到7500亿元人民币，同比增长29.3%；2017年产业规模突破9300亿元，同比增长9.31%。预计2018年我国的物联网整体规模将突破万亿元。 传感器在物联网产业中的作用 物联网是将各种信息传感设备和互联网结合起来形成的一个巨大网络，它是互联网的升级，也是信息化时代的核心。物联网的发展需要智能感知、识别和通讯等技术支撑，而感知的关键就是传感器及相关技术，可以毫不夸张的说，没有传感器的进步，就没有物联网的繁荣。随着物联网的发展，传感器产业也将迎来爆发，传感器是物联网采集数据的关键组件，扮演着不可或缺的角色。 随着全球开始步入高速发展的信息时代，在获取和处理信息过程中，首先要解决的就是要获取可靠并准确的信息，而传感器是获取信息的主要手段和途径。例如在工业4.0时代，要用传感器来监视和控制生产过程中的参数，使设备保持正常的工作状态；在智能家居领域，传感器是实现用户和家居单品（灯光、电视、冰箱、音响等）互动的基础；在无人驾驶中，需要通过传感器对交通和环境数据的采集和处理，这样才能保证汽车在道路上的安全行驶……可以毫不夸张的说，未来物联网有多大的市场，传感器就能有多大的作为。 物联网时代，智能传感器将大有可为 中国的传感器产业相对落后，但随着物联网需求的增加，目前国内传感器呈现一种高速增长的态势。据统计，2017年中国的传感器市场规模为2070亿元，预计到2021年将增至5937亿元，未来五年中国传感器产业年均复合增长率约30%，远高于全球平均水平。我国的传感器发展大致分为三个阶段，以利用结构变化感知信号的结构型传感器；以半导体和材料组成的固体型传感器；以具有信息交换、处理能力的智能传感器，这也是物联网时代最有前景的传感器类型。 智能传感器具有高精度、成本低、功能多样化、自动化强等特点，它是一种具有信息处理功能的传感器，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。在很多物联网场景下的传感器都具有智能传感器得特点，未来得物联网时代，智能传感器将是市场主流。 传感器的类型有上万种，智能传感器亦是如此，一个良好的智能传感器是由微处理器驱动的传感器与仪表套装等组成，智能传感器能将检测到的信息储存起来并处理这些数据，从而创造出新数据。智能传感器实现物联网的关键技术之一，它在工业、农业、医疗、交通等领域将发挥巨大作用，在未来的传感器市场上，智能传感器的比重会越来越大。近期云里物里也将发布光传感器，红外线传感器，压力传感器等新品。 五大领域对智能传感器的需求暴涨 近日，某国内知名研究机构发布了未来最有前景的几大物联网场景，其中智能工业、智能家
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实验八 锑化铟磁阻特性测量 磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域应用十分广泛，如：数字式罗盘、交通车辆检测，导航系统、伪钞检测、位置测量等，其中最典型的锑化铟（InSb ）传感器是一种价格低廉、灵敏度高的磁电阻，有着十分重要的应用价值。本实验装置结构简单、实验内容丰富，使用两种材料的传感器：利用砷化镓（GaAs ）霍尔传感器测量磁感应强度，研究锑化铟（InSb ）磁阻传感器的电阻随磁感应强度的变化情况。 一、实验目的 1 、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度变化的关系。 2 、作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线。 3 、对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行曲线和直线拟合。 二、实验仪器 FD-MR-Ⅱ型磁阻效应实验仪（直流双路恒流电源、 0~2V 直流数字电压表、电磁铁、数字式毫特仪、锑化铟磁阻传感器、电磁铁及双向单刀开关等）、示波器、电阻箱、正弦交流低频发生器及导线若干。 三、实验原理 在一定条件下，载流导体或半导体的电阻值 R 随磁感应强度 B 变化的规律称为磁阻效 应。如图 43-1 所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场，如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大出现横向磁阻效应。如果将图43-1中的 a 端和 b 端短路，磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用 )0(/ρρ?表示。其中)0(ρ为零磁场时的电阻率，设磁阻在磁感应强度为B 的磁场作用下的电阻率为 )B (ρ，则 )0()B (ρρρ-=?。由于磁阻传感器电阻的相对变化率 △R/R(0)正比于)0(/ρρ?，这里△R = R(B)－R(0)，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量△R/R(0)来表示磁阻效应的大小。测量磁阻电阻值R 与磁感应强度 B 的关系所用实验装置及线路如图 43-2 所示。
工控自动化设备中常用的传感器
自动化设备中常用的传感器 秦雨生 2018-08-15 磁性开关：它是气缸用传感器的一个专用称呼，主要应用于检测气缸活塞位置。通常，都由气缸供应商根据客户使用情况配套提供。顾名思义，磁性开关是通过电磁感应来检测目标物，所以，其检测精度相当低。 1. 2 微动开关：微动开关是一种接触式传感器，目前主要应用于设备之间的连接或者设备的安全防护门状态的检测。
2. 3 编码器：旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号），按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。编码器通常与步进电机或者伺服电机配使用构成闭环或者半闭环的控制系统。 3. 4 接近开关：接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动直流电器或给计算机（plc）装置提供控制指令。接近开关也是依据电磁感应的原理设计制造的，所以它只能检测金属目标物属，并且不同的金属感应距离略有差距。目前常用的接近开关检测距离大约有如下几种：1mm、2mm、4mm、8mm、12mm等。接近开关通常有两种：埋入型和非埋入型。所谓埋入型就是指接近开关的感应头不检测其圆周方向的金属
目标，只检测其前方的金属目标，即传感器感应头可以不露出金属安装支架；所谓非埋入型就是指接近开关感应头既检测其前方的金属目标也同时会检测其圆周方向的金属目标，即传感器感应头必须露出金属安装支架一段距离且圆周方向一定范围内不得有金属目标物以免引起错误判断。接近开关的检测精度较磁性开关高。接近开关通常用于判断产品有无、工装夹具是否到位等对位置精度要求相对较低的场合。 4. 5 光电开关：光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。我们通常所说的光电开关大致有三种：一种是反射式光电传感器、一种是对射式光电传感器、一种是使用反射板反射光朿的光电传感器。其中后两种都是通过目标物遮光实现检测的，前一种是通过目标物反射光线来实现检测功能。所以，通常后两种检测距离更远、精度更高。由于光电传感器具有相当高的检测精度，所以，通常用于检测产品或者机械手等工件的精确位置以及步进、伺服系统的反馈装置中。
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BLDC无位置传感器控制技术 2014.11.12 duguqiubai1234@https://www.360docs.net/doc/ab7487368.html, BLDC电机是一种结合了直流电机和交流电机优点的改进型电机。其转子采用永磁材料励磁，体积小、重量轻、结构简单、维护方便。BLDC电机又具有控制简便、高效节能等一系列优点，已广泛应用于仪表和家用电器等领域。 本文主要讨论高压BLDC风机无位置传感器起动和运行技术。 一、无位置传感器技术简介 BLDC电机最简单的控制方法是安装三个位置传感器，使用六步换相法控制。但传感器器会增大电机的体积和成本，另外传感器的位置精度影响电机的运行；特别对于极对数较多的电机，传感器偏差少许机械角度也可能引起电角度偏差很多。在某些恶劣环境下,如高温、潮湿、腐蚀性气体等环境，传感器易损坏，因而无法使用。 使用无位置传感器方式则可以克服上述缺点。 无传感器BLDC在性能上也存在一些不足: （1）难以实现重负载（例如额定转矩）起动。好在风机属于轻负载起动的情况。 （2）难以快速起动。例如很难实现1秒内从静止加速到全速。好在风机通常不要求很短时间内完成加速。 （3）无法实现全速范围内任意调速。有传感器BLDC能够实现0%～100%额定转速范围内的调速，而无传感器BLDC通常只能实现10%～100%额定转速范围内的调速。好在风机通常不要求10%额定转速以下运行。 经过以上分析，可以看出风机非常适合使用无位置传感器方式控制。 国内高压无位置传感器BLDC技术仍处于不成熟阶段。使用该技术的产品应以稳定可靠为主要要求，而不是以性能优越为主要要求。高压无传感器BLDC如果追求性能优越，则成本太高，技术难度过大。 风机类产品通常起动后连续工作时间较长，所以通常不要求快速起动，不也要求反复起停。
智能传感器的主要功能
智能传感器的主要功能 一，概述 智能传感器技术是1978年由美国宇航局在宇航工业中发展出来的产品。智能传感器过去主要用于过程工业，如今已向离散自动化领域和商业领域推进。正在由神秘走向推广普及。但是，直到今天，究竟何为智能传感器?其功能如何?这些看似简单的问题人们的回答仍是莫衷一是。实际上，究其实质，智能传感器就是含有微控制器的检测装置。一个普通检测器件只能检测一个物理量，其信号调节是由若干与主检测单元连接的模拟电子电路实现的。而如今，一个微控制器用软件就能实现同样的功能。过程工业中的一些较大而复杂的传感器通常比离散工业和商业领域的传感器昂贵，这是因为从模拟信号调节切换成数字信号调节的成本虽高，但可以接受，而且很早就被接受了。数字信号调节有若干优点胜过模拟调节，其一是数字系统的调节电路无温漂，而且很容易调节传输特性。其二是用软件比用分立电子电路能更快捷方便地建立若干不同功能。 由于微控制器技术正朝着低价、小巧和高性能方向发展，使智能传感器打开了进入其它工业和商业领域的大门。为了便于大家了解智能传感器的功能特性，巧妙地用于自己的场合，下面简要介绍它与普通传感器不同的几种主要特性。 二，智能传感器的主要功能 智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的
智能单元，它的出现对原来硬件性能的苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助来使传感器的性能大幅度提高。智能传感器通常可以实现以下功能： 1.复合敏感功能 我们观察周围的自然现象，常见的信号有声、光、电、热、力和化学等。敏感元件测量一般通过两种方式：直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能，能够同时测量多种物理量和化学量，给出能够较全面反映物质运动规律的信息。如美国加利弗尼亚大学研制的复合液体传感器，可同时测量介质的温度、流速、压力和密度。美国EG&GIC Sensors公司研制的复合力学传感器，可同时测量物体某一点的三维振动加速度、速度、位移等。 2. 自适应功能 智能传感器可在条件变化的情况下,在一定范围内使自己的特性自动适应这种变化。通过采用自适应技术,由于它能补偿老化部件引起的参数漂移,所以自适应技术可延长器件或装置的寿命。同时也扩大其工作领域,因为它能自动适应不同的环境条件。自适应技术提高了传感器的重复性和准确度。因为其校正和补偿数值已不再是一个平均值,而是测量点的真实修正值。 3. 自检、自校、自诊断功能 普通传感器需要定期检验和标定，以保证它在正常使用时足够的准确度，这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行,对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智
永磁同步电机无传感器控制技术
哈尔滨工业大学，电气工程系 Departme nt of Electrical Engin eeri ng Harbin In stitute of Tech no logy 电力电子与电力传动专题课 报告 报告题目：永磁同步电机无传感器控制技术 哈尔滨工业大学 电气工程系 姓名：沈召源___________ 学号：14S006040 2016年1月
目录 1.1研究背景 (1) 1.2国内外研究现状 (1) 1.3系统模型 (3) 1.4控制方法设计 ....................................................... 5 ........ 1.5系统仿真 ........................................................... 9 ............... 参考文献 1.6结论 ............................................................. 1.0 ...... 1.1
1.1研究背景 永磁同步电机具有体积小、惯量小、重量轻等优点，在各领域的应用越来越广泛。目前在永磁同步电机的各种控制算法中，使用最多的是矢量控制和直 接转矩控制，而这两种控制方式都需要转子位置，但转子位置传感器的采用限制了系统使用范围。永磁同步电机控制系统大多采用测速发电机或光电码盘等传感器检测速度和位置的反馈量，这不但提高了驱动装置的造价，而且增加了电机与控制系统之间的连接线路和接口电路，使系统易于受环境干扰、可靠性降低。由于永磁同步电机无传感器控制系统具有控制精度高、安装、维护方便、可靠性强等一系列优点，成为近年来研究的一个热点。 1.2国内外研究现状 无传感器永磁同步电机是在电机转子和机座不安装电磁或光电传感器的情 况下，利用电机绕组中的有关电信号，通过直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段，从定子边较易测量的量如定子电压、定子电流中提取出与速度、位置有关的量，利用这些检测到的量和电机的数学模型推测出电机转子的位置和转速，取代机械传感器，实现电机闭环控制。 最早出现的无机械传感器控制方法可统称为波形检测法。由于同步电机是 一个多变量、强耦合的非线性系统，所要解决的问题是采用何种方法获取转速和转角。目前适合永磁同步电机的最主要的无速度传感器的控制策略主要有以下几种 (1)利用定子端电压和电流直接计算出B和 ①。该方法的基本思想是基于场旋 转理论，即在电机稳态运行时，定子磁链和转子磁链同步旋转，且两磁链之间的夹角相差一个功角该方法适用于凸极式和表面式永磁同步电机。该方法计算方法简单，动态响应
智能温度传感器原理与应用
智能温度传感器原理与应用 论文摘要】DS18B20是DALLAS公司生产的单线数字温度传感器，他具有独特的单线总线接口方式。文章详细的介绍了单线数治露却 衅鱀S18B20的测量原理、特性以及在温度测量中的硬件和软件设计，具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。 DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。 1DS18B20简介 （1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。 （2）在使用中不需要任何外围元件。 （3）可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。 （4）测温范围：-55 ~+125 ℃。固有测温分辨率为0.5 ℃。 （5）通过编程可实现9~12位的数字读数方式。 （6）用户可自设定非易失性的报警上下限值。 （7）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。 （8）负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。 2DS18B20的内部结构 DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图1所示。 (1) 64 b闪速ROM的结构如下：
智能农业中的传感器应用
设施农业用传感器的分类 设施农业传感器的品种较多，按其检测参数分类，主要有以下几种； 1. 用于检测土壤温度，一般使用的有效温度范围在10～40℃（土壤热容积较大，温度变化不是很明显），安装在作物根部土壤中，以测量作物的生长、发育的土壤温度及浇水后土壤的温度变动情况。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。 2. 用于检测设施农业的空气环境温湿度，一般使用的有效温度范围在0～50℃，有效湿度范围在30～90%。大部分安装在温室、大棚或畜禽舍中空气流通较好的遮阳处，一般根据温室、大棚或畜禽舍长度安装1～4个不等，以避免空气流通差导致的局部小气候效应。 3. 用于检测土壤中水分含量，便于及时和适量浇灌。目前有两种表示方式，其一为容积含水量，即V/V%，其二为质量含水量，即M/M%，大部分产品以容积含水量表示，一般有效范围在10～70%。因不同土质能容纳水量不同，故不同土质在浇灌等量水后，所显示的容积含水量会有不同。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。 4. CO2含量传感器 CO2含量传感器用于检测环境中CO2含量，便于决定是否增施气肥或需通风换气。一般以ppm为单位，有效范围在100～1000ppm之间。可以用在
温室、大棚中，也可以用在密封/半密封的畜禽舍中。温室、大棚中主要检 测有光照情况下CO2含量是否低于作物光合作用的最佳浓度，在畜禽舍中主 要检测密封环境下CO2浓度是否超出影响畜禽能生长发育的最大浓度，以便 于及时通风换气。独栋温室、大棚或畜禽舍安装1个即可。 含量传感器 NH3含量传感器用于检测畜禽舍环境中NH3的含量，以决定是否需要通 风换气和清除粪便。一般以ppm为单位，有效范围在0~100ppm之间。养鸡 场应用居多，尤其是蛋鸡场，因为鸡的消化系统不能完全消化饲料，大量 蛋白质通过粪便排出后，经过复杂的化学反应转变为NH3，而NH3又是影响 鸡蛋产量的关键因素，一旦NH3浓度超过一定值，蛋鸡产蛋率明显下降，甚 至不产蛋，需要数周后才能恢复。一般安装1个即可。 6.光照度传感器 光照度传感器用于检测作物生长环境的光照强度，以决定是否需要遮 阳或补光。单位lux（勒克司），有效范围在200～200000Lux。一般安装 在温室、大棚中，用来检测作物生长所需要的光照强度是否满足最基本需 要或是否达到作物的最佳生长状态，如与CO2传感器联合使用，可以为何时 增施气肥提供参考。安装时考虑向阳并且避免被遮挡。一般安装1个即可。 7.营养元素传感器 营养元素传感器用于检测作物生长环境中N（氮）、P（磷）、K（钾）的含量，以决定是否需要施肥。一般用于检测无土栽培环境中所调配的营 养液中营养元素含量，或根据流回的营养液中元素的吸收情况决定营养元 素的调配比率，也可用于普通大棚或温室中土壤营养元素含量检测。 二性能要求
智能传感器的原理组成及应用
智能传感器的原理组成及应用 自动化领域所取得的一项最大进展就是智能传感器的发展与广泛使用。但究竟什么是“智能”传感器？下面，来自6个传感器厂家的专家对这一术语进行了定义。 据H oneywell工业测量与控制部产品经理Tom Gri ffiths的定义：“一个良好的…智能传感器?是由微处理器驱动的传感器与仪表套装，并且具有通信与板载诊断等功能，为监控系统和/或操作员提供相关信息，以提高工作效率及减少维护成本。” 图1：智能传感器，像这种带有A S接口通信的感应式位置传感器，可减少系统中的传感器数量。内部诊断功能使传感器能提供故障的预指示。 图2：根据IEEE1451，传感器被分为两部分：带传感元件、适当的信号调理电路以及A/D转换器的智能传感器接口模块（STIM），和传感器电子数据表（TED S）
——一块标明传感器类型、组成与型号、校准参数及比例系数等内容的存储器芯片。STIM与具有联网能力的应用处理器（N CAP）相连，而NCA P为通信网络提供接口。 无故障通信：“智能传感器的优势，”GE Fanu c自动化公司控制器产品经理Bill Black说，“是能从过程中收集大量的信息以减少宕机时间及提高质量。”M TS 传感器公司Tem posoni cs（磁致伸缩位移传感器）产品经理DavidE deal对此补充说：“分布式智能的基本前提是，在适当位置和时间拥有有关系统、子系统或组件的状态的全部知识，以进行…最优的?过程控制决策。” Cognex公司Che cker机器视觉部产品营销经理J ohnKeating继续补充说，“对于一种真正的…智能?（机器视觉）传感器，它应该不需要使用者懂得机器视觉。” 智能传感器必须具备通信功能。“最起码，除了满足最基本应用的反馈信号，…智能?传感器必须能传输其它信息。”E deal表示。这可以是叠加在标准4-20mA 过程输出、总线系统或无线安排上的HART（可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议）信号。该领域正在增长的因素是IEEE1451——一系列旨在为不同厂家生产的传感器提供即插即用能力的智能传感器接口标准。 诊断与程序 智能传感器可对其运行的各个方面进行自监控，包括“摄像头的污浊，超容忍限或不能开关等，”GE Fanu c自动化公司的Bl ack说。Pe pperl+Fu ch s公司智能系统经理Hel geHorni s补充说，“（除此之外），还有线圈监控功能，目标超出范围或太近。”它也可以对工况的变化进行补偿。“…智能?传感器，”Omr on电子有限公司战略创意总监DanArmentr out表示，“必须首先能监视自身及周围的环境，然后再决定是否对变化进行自动补偿或对相关人员发出警告。”
传感器整理
一、引言 目前,我国传感器行业规模仍然较小,应用范围较窄。为此，我们亟须转变观念．将传感器的研发由单一物性型传感器的研发，转化为高度集成的新型传感器研发。新型传感器的开发和应用已成为现代系统的核心和关键．它将成为21世纪信息产业新的经济增长点。 二、传感器行业发展趋势及展望 目前，传感器行业呈现八大发展趋势，即传感器的产业化发展模式、传感器产品全面、协调、持续发展、企业生产规模(年生产能力)向规模经济发展、生产格局向专业化方向发展、传感器大生产技术向自动化方向发展、企业的重点技术改造向引进技术的消化吸收与自主创新的方向转变、企业经营要加快从国内市场为主向国内与国外两个市场相结合的国际化方向发展、企业将向“大、中、小并举”、“集团化、专业化生产共存”的格局发展。但是，由于经济发展水平和生产研发资金的限制，我国传感器行业总体技术水平还是相对比较落后的，规模和应用领域都较小。今天活跃在国际传感器市场上的仍然是德国、日本、美国、俄国等老牌工业国家的企业。在这些国家里，传感器的应用范围很广，许多厂家的生产都实现了规模化，有些企业的年生产能力已达到几千万只甚至几亿只。相比之下，中国传感器的应用范围还比较窄，更多的应用仍然停留在工业测量与控制等基础应用领域。 可以预见，未来中国传感器市场的总需求将继续扩大。国内品牌将通过增加投资、合资等方式逐步渗透到高端市场。而中低端产品出口将成为国内品牌厂商的选择。国外新技术输人和应用技术将会带动市场需求向更个性化、分散化的方向发展，国内厂商之间的并购与整合也将很快形成趋势。 三、传感器原理与结构概述 1、传感器原理 无线传感器的组成模块封装在一个外壳内，在工作时，它将由电池或振动发电机提供电源，构成无线传感器网络节点。它可以采集设备的数字信号通过无线传感器网络传输到监控中心的无线网关，直接送入计算机，分析处理。如果需要，无线传感器也可以实时传输采集的整个时间历程信号。监控中心也可以通过网关把控制、参数设置等信息无线传输给节点。数据调理采集处理模块把传感器输出的微弱信号经过放大，滤波等调理电路后，送到模数转换器，转变为数字信号，送到主处理器进行数字信号处理，计算出传感器的有效值，位移值等。 （原理图） 无线通讯模块采用基于IEEE802.15.4标准的无线协议进行数据传输。IEEE802.15.4主要针对工业，建筑，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。它具有低功耗，传输可靠性高，抗干扰能力强，网络容量大，能够自动组网等特点。
智能传感器的功能
摘要 智能传感器系统是传感器的一个主要研究方向，是当今世界正迅速发展的一门现代综合技术，在工业和生活中有着广泛的应用。我们现在被无数智能的设备围绕着：智能手机、智能手表、智能眼镜、智能冰箱、智能空调。很难想象在现代生活中如果没有传感器，没有智能设备，我们的城市该如何运作。这样说明了智能传感器在现代社会中重要的地位。最近愈发火热的物联网，要将任何物品与互联网连接，其中必然要实现物品的智能识别、定位、收集、跟踪、监控、处理，这也决定了智能传感器在其中的基础作用与核心地位。本文介绍智能传感器概念、产生背景，主要对智能传感器的基本功能及特点加以阐述，让大家对当前技术水平下智能传感器的主要功能有所了解，从而完善智能传感器的基本概念。在介绍功能时，列举一些相关实例，希望能加深大家的理解。 关键词：智能传感器综合技术物联网 智能传感器的发展背景 智能传感器概念最早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程中提出来,并于1979年形成产品。宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面或飞船上的处理器发送温度、位置、速度和姿态等数据信息,即便使用一台大型计算机也很难同时处理如此庞大的数据。何况飞船又限制计算机体积和重量,于是引入了分布处理的智能传感器概念。其思想是赋予传感器智能处理功能,以分担中央处理器集中处理功能。同时,为了减少智能处理器数量,通常不是一个传感器而是多个传感器系统配备一个处理器,且该系统处理器配备网络接口。 早起，人们简单机械的强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合，认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片就是智能传感器”随着智能传感器的发展，对其“智能”含义的理解也不断的深化，不再过分强调“传感器微机化”，于是进而认为“智能传感器就是一种带有微处理器兼有检测信息和信息处理功能的传感器”。 H. Schodel，E. Beniot等人则更进一步强调了智能化功能，认为“一个真正意义上的智能传感器，必须具备学习、推理、感知、通信及管理等功能”智能传感器至今没有一个统一的定义，在这里把“传感器与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器”。
传感器在三大领域的典型应用
半导体器件应用网 https://www.360docs.net/doc/ab7487368.html,/news/198480.html 传感器在三大领域的典型应用【大比特导读】随着新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信 息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和 生产领域中信息的主要途径与手段，其在安防行业中应用也越来越广泛。 随着新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的 就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段，其 在安防行业中应用也越来越广泛。 一、传感器在智能交通中的应用 随着城市道路交通的智能化发展，传感器作为一种必不可少的技术已经得到广泛的运 用，如常见的图像传感器、雷达传感器等。 据了解，采用多目标雷达传感器与图像传感器的技术目前已经在智能交通领域崭露头 角，传感器配合相机，可以在一张图片上面同时显示多辆车的速度、距离、角度等信息，有 效的监控道路车辆状况。 同时，随着智能城市的兴起，车流量雷达、2D/3D多目标跟踪雷达也逐渐普及起来。作 为系统眼睛的传感器，实时搜集道路交通状况，以便更好控制的车流显得越发重要。 二、传感器在智能家居中的应用 众所周知，真正的家居智能化仅靠智能手机和智能路由是远远不够的，真正的智能家居 还需要大量的传感器作为支持，否则，智能手机、智能路由也不能感知用户真实情况。 仔细去看目前市场上的智能家居产品，其实各企业对智能家居的做法基本一致：使用硬 件作为接入点，通过传感器或者其他方式搜集设备数据、用户使用数据，然后利用后端的大 数据、优秀算法，突破屏幕以及键盘的范畴，将更加个性化和符合个人需求的互联网服务带 入家庭的方方面面。 从这里我们可以看出，企业加大在传感器产品层面上的研究，是做出一个“好产品”的 前提。 三、传感器在智能电网中的应用 从电能计量到设备检修、巡视记录，从调控监控信号到生产报修数据能够深度挖掘这些 数据背后的价值，这就是智能电网的优点。 智能电网是电网的智能化，其充分运用先进的ICT技术，构建可靠、高速、双向的通信 管道，通过传感技术，最终实现可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的电网。
智能传感器及其发展方向
智能传感器及其发展方向 1、智能传感器类型 所谓智能传感器就是由传感器和微处理器(或微计算机) 及相关的电路组成的传感器。传感器将被测量转换成相应的电信号, 然后送到信号调理电路中进行滤波、放大、模一数转换后, 送到微计算机中。计算机是智能传感器的核心, 它不仅可以对传感器测量的数据进行计算、存储、处理, 还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于计算机充分发挥了各种软件的功能, 可以完成硬件难以完成的任务, 从而降低了传感器的制造难度, 提高了传感器 的性能, 降低了成本。智能传感器大体上可以分三种类型, 即具有判断能力的传感器; 具有学习能力的传感器;具有创造能力的传感器。 2、智能传感器的功能 （1）、自补偿功能。可以通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂、响应时间等进行自动补偿。 （2）、自校准功能。操作者输入零值或某一标准量值后, 自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。 （3）、自诊断功能。接通电源后, 可以对传感器自检各部分是否正常。在内部出现操作问题时, 能够立即通知系统通过输出信号表明传感器发生故障, 并可诊断发生故障的部件。 （4）、数值处理功能。根据内部的程序自动处理数据, 例如进行统计处理, 剔除异常数值等。 （5）、双向通信功能。智能传感器的微处理器与传感器之间构成闭环, 微处理器不但接收、处理传感器的数据, 还可以将信息反馈至传感器, 对测量过程进行调节和控制, 它可以采用一种可懂且可接受的方式与系统接口。 （6）、信息存储和记忆功能。
（7）、数字量输出功能。智能传感器输出数字信号, 可以很方便地与计算机或接口总线相连。此外, 新兴的智能传感器技术还包括遥控设定、可编程序以及防止非法侵袭等特征, 在性能上更加完整和先进。 3、智能传感器的种类 智能传感器按照其结构可以分为三种。 （1）、模块式智能传感器。这是一种初级的智能传感器。它由许多互相独立的模块组成。将微计算机、信号调理电路模块、输出电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳体内, 便组成了模块式智能传感器。它的集成度低、体积大, 但是它是一种比较实用的智能传感器。 （2）、混合式智能传感器。它是将传感器和微处理器、信号处理电路制作在不同的芯片上,由此便构成了混合式智能传感器。它作为智能传感器的主要种类而广泛应用。 （3）、集成式智能传感器。这种传感器是将一个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同一硅片上。它的结构一般都是三维器件, 即立体结构。这种结构是在平面集成电路的基础上一层一层向立体方向制作多层电路。它的制作方法基本上就是采用集成电路的制作工艺, 例如光刻、二氧化硅薄膜的生成、淀积多晶硅、激光退火, 多晶硅转为单晶硅、PN结的形成等。最终是在硅衬底上形成具有多层集成电路的立体器件, 即敏感器件。同时制作微电脑电路芯片, 还可以将太阳能电池电源制作在其上面, 这样便形成了集成式智能 传感器。它具有人的大脑与五官相结合的功能。其智能化的程度是随着集成化密度的增加而不断提高的。今后, 随着传感器技术的发展, 还将研制出更高级的集成式智能传感器, 它完全可以做到检测、逻辑和记忆等功能集成在一块半导体芯片上, 同时, 冷却部分也可以制作在立体电路中, 利用帕耳贴效应冷却电路。 4、智能传感器的应用 近年来, 智能传感器已经广泛应用在航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中, 特别是随着高科技的发展, 智能传感器倍受青睬, 例如它在智能机器人的领域中有着 广阔的应用前景。智能传感器如同人的五官, 可以使机器人具有各种感知功能。已经实用化
(完整版)无刷直流电动机无传感器控制方法
无刷直流电动机无传感器低成本控制方法关键词：无刷直流电动机无位置传感器控制可编程逻辑器件 1 引言 无刷直流电机的无传感器控制是近年来电机驱动领域关注的一项技术。无位置传感器控制的关键在于获得可靠的转子位置信号，即从软、硬件两个方面间接获得可靠的转子位置信号来代替传统的位置传感器[1~3]。采用无传感器控制技术的无刷电机具有结构简单、体积小、可靠性高和可维护性强等优点，使其在多个领域内得到了充分的利用[4]。目前对于无传感器无刷电机的控制多采用单纯依靠DSP软件控制的方法[5]，但是由于控制算法计算量大，执行速度较慢，且DSP 成本较高，不利于以后向市场推广。同时也出现了应用于无传感器BLDCM控制的一些专用的集成电路[6]，但由于这些芯片可扩展性和通用性较低，而且价格昂贵，只适用于低压、小功率领域。为了扩展无传感器BLDCM应用领域，降低其控制系统的成本，扩充控制系统的功能，增加控制系统的灵活性，本文以MCU+PLD方式组成控制系统的核心，利用PLD数字逻辑功能，分担MCU 的逻辑运算压力，使MCU和PLD的功能都得到了最大程度的发挥。对于无位置传感器BLDCM 控制系统，本文着重分析了换相控制策略和闭环调速，最后通过仿真和实验，验证了控制系统的合理性和可行性。 2 系统的总体硬件设计 本文中所设计系统是以8位PIC单片机和PLD构成的硬件平台，硬件结构框图如图1 所示。图1 系统总体结构硬件框图 功率逆变电路采用三相全桥逆变结构，电机定子绕组为Y接法，电机工作模式为三相6状态方式。在本文无传感器控制方式中采用反电动势过零位置检测方法，位置检测电路根据电机端电压获取3路位置信号，将信号送入PIC单片机进行软件移相后得到3路换相信号，由可编程逻辑器件进行逻辑解码后输出6路驱动开关管的前极信号，通过驱动芯片IR2233产生驱动信号以控制各开关管的导通与关断。该系统采用速度单闭环方式，通过改变PWM的占空比以达到调速的目的。 本文中选用Microchip公司的单片机PIC16F874作为控制核心，它内部有8K的FLASH 程序存储器，368字节的数据存储器（RAM），256字节的EEPROM数据存储器，14个中断源，8级深度的硬件堆栈，3个定时/计数器，两个捕捉/比较/PWM（CCP）模块，10位多通道A/D转换器等外围电路和硬件资源[6]。这些使得运用PIC16F874在设计硬件电路时，控制电路大大简化，可靠性提高，调试更加方便。 PIC16F874单片机的B端口的4~7口具有电平变化中断的功能，利用RB5~RB7作为反电动势的过零点检测信号的输入，如已开RB口中断，一旦有过零点出现（发生电平的变化）就进入RB 口中断服务。利用CCP模块输出占空比可调的信号，可实现直流电机调速。 *
JN338智能数字式转矩转速传感器及其应用.
-56- 《国外电子元器件》 2003年第 11期 2003年 11月 JN338智能数字式转矩转速传感器及其应用 孟臣 , 李敏 (黑龙江八一农垦大学信息技术学院 , 黑龙江密山 158308 J N338A p titude Di g ital Tor q ue and R otational S p eed Sensor and Its A pp lication MENG Chen LI M in 摘要 :介绍了 JN338智能数字式转矩转速传感器的特性参数和工作原理 , 该传感器使用两组旋转变压器实现了电源及信号的非接触传递 , 同时其信号输出为频率量。文中给出了基于 JN338的智能转矩转速测量仪的硬件电路结构框图 , 同时指出了 JN338的应用注意事项。关键词 :JN338; 数字式 ; 转矩转速传感器分类号 :T P212文献标识码 :B文章编号 :1006-6977(2003 11-0056-03 表 1 J N338传感器主要技术参数参数指标转矩准确度 >0. 5%过载能力150%F.S 绝缘电阻≥ 200M Ω工作温度 -20~60℃重复性≤ 0. 5%F. S 滞后≤ 0. 5%F. S 线性≤ 0. 5%F. S 相对湿度≤ 90%RH ● 新特器件应用 1概述
转矩传感器在电动机、发动机、发电机、风机、搅 拌机、卷扬机、中及数控机械加工中心、。 , 并采用导电滑环来耦合电源输入及应变信号输出 , 由于导电滑环属于磨擦接触 , 因此不可避免地存在着磨损和发热 , 这样不但限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命 , 同时由于接触不可靠 , 也不可避免地会引起测量信号的波动及误差的增加。因此 , 如何在旋转轴上进行能源及信号的可靠耦合已成为转矩传感器最棘手的问题 , 而 JN338数字式转矩转 速传感器则巧妙地解决了这个问题。 JN338是北京三晶创业集团公司的产品 , 该传感器采用两组特殊环形旋转变压器来实现能源的输入及转矩信号的输出 , 从而解决了旋转动力传递系统中能源及 信号可靠地在旋转部分与静止部分之间的传递问题。该传感器还可同时实现旋转轴转速的测量 , 从而可方便地计算出轴输出功率 , 因此 , 利用该传感器可实现转矩、转速及轴功率的多参数输出。 2主要特性及参数 2. 1JN338的主要特性 JN338的主要特性如下 : ● 检测手段为应变电测技术 ; ● 测量精度高 , 信号检出、处理均用数字技术 ; ● 抗干扰能力强 , ; ● ; , ; , 也能测量过渡过程的动态; ● 无需反复调零即可连续测量正反转矩; ● 无集流环、电刷等磨损件 , 可高速超长运行; ● 转矩信号的传递与是否旋转、转速大
智能传感器原理及应用
智能传感器原理及应用 电子与通信工程 2013级在职研究生 杨 娜 一、（10分）简述压阻式压力传感器的工作原理。 答：压阻式压力传感器组成框图如下： 图中第一部分可等效为质量-弹簧-阻尼机械力学系统的弹性敏感元件，它将输入的被测压力P 转换为中间变量即应力δ及其对应的应变ε。常用的弹性敏感元件有周边固定的膜片，在压力P 的作用下，膜片上的应力分布不同，确定处的应力与压力成正比。 图中第二部分是膜片相应部位采用半导体工艺制作的电阻条——电阻式变换器，由于压阻相应则有相应的电阻变化量?R 输出，电阻变化量与相应部位膜片应力δ成正比。 二、（10分）简述智能传感器系统的基本组成。 答：智能传感器系统主要由传感器、调理电路、数据采集与转换、计算机及I/O 接口设备组成。如下图所示。 三、（15分）设计一个巴特沃斯低通数字滤波，要求：该低通数字滤波器等效模拟滤波器()Hd s 幅频特性过渡段特征是：对信号频率 1100f Hz =的衰减率 10.3δ≤；对信号频率2400f Hz =的衰减率20.8δ≥；写出巴特沃斯低通数 字滤波器()Hd z 的实现过程。 答：1、等效模拟低通滤波器传递函数H(s)的确定。 (1)需求出阶次n 及截至频率()c ω即可确定H(s)。阶次n 应满足
幅值比A1 A2 ， ω。 (2)确定等效模拟低通滤波器H(s)的截至角频率() c (3)求模拟滤波器的传递函数H（s） 2、等效滤波器的H d(Z)确定 四、（15分）用窗口法设计一个线性相位低通FIR滤波器，要求：截止频率为c f，采样频率是8c f；通带范围内，衰减度不超过5.8dB。
自动生产线的传感器
自动生产线中的传感器 一、传感器的概念与分类 根据国家标准《传感器通用术语》（GB/T7665-2005），传感器的定义为：“能感受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，通常由敏感元件和转换元件组成”。 传感器的敏感元件用来直接感受被测量，并输出与被测量成某一关系的物理量的元件，其转换元件则把敏感元件的输出信号转换为电信号，如电流、电压。传感器的组成如图1所示。 图1电量输出的传感器的基本组成 传感器常用的分类方法主要有如下几种： 1）按被测量性质分类，可分为位移、力、速度、温度等传感器。 2）按工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式、霍尔式、光电式、热电偶等传感器。 3）按传感器输出信号的性质分类，可分为数字量（包括开关量输出）传感器和模拟量传感器。 在传感器中，能以非接触方式检测到物体的接近和附近检测对象有无的产品总称为接近传感器或接近开关，接近开关是开关量输出的传感器。其工作原理包括有利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡流的方式、捕捉检测体的接近引起的电容量变化的方式、利用永磁体引导开关的方式等。 此处将不涉及模拟量输出传感器，仅介绍常用接近开关和旋转编码器等数字量传感器。 二、接近传感器 1、磁性开关 磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件，即当舌簧开关处于磁场之中时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁场移开开关后，簧片失磁，触点断开。 在气动系统中，常用磁性开关来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程。只是这些气缸的缸筒要求采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁