常用传感器的介绍及应用

霍尔传感器•所谓霍尔效应，指的是这样一种物理现象：如果把通有电流i的导体放在垂直于它的磁场中，则在导体的两侧p1、p2会产生一电势差uh，它与电流i及磁感应强度b成正比，与导体厚度d成反比，即：uh＝k（ib／d），式中k为霍尔系数。霍尔系数越大，表明霍尔效应越显著。人们常利用某些半导体材料（如锗、锑化铟）显著的霍尔效应来制成直流和低频磁场／电压变换器。霍尔传感器霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1MHz)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高(可达μm级)。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达-55℃～150℃。霍尔元件应用非常广泛，例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。本文主要对翟尔元件测量位移的诸多问题进行了研究试验及探讨霍尔传感器的分类•霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。•（一）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。•（二）开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。霍尔传感器的应用•霍尔传感器适用于气动、液动、气缸和活塞泵的位置测定亦可作限位开关用。当磁性目标接近时，产生霍尔效应经放大输出开关信号。与电感式开关比较有以下优点，可安装在金属中，可并排紧密安装，可穿过金属进行检测。缺点是：距离受磁场强度的影响及检测体接近方向的影响，有可能出现二个工作点，固定时不允许使用铁质材料霍尔齿轮传感器•差动霍尔电路制成的霍尔齿轮传感器，广泛用于新一代的汽车智能发动机，作为点火定时用的速度传感器，用于ABS（汽车防抱死制动系统）作为车速传感器等。•ABS中，速度传感器是十分重要的部件。在制动过程中，控制器不断接收来自车速齿轮传感器1和车轮转速相对应的脉冲信号并进行处理，得到车辆的滑移率和减速信号，按其控制逻辑及时准确地向制动压力调节器发出指令，调节器及时准确地作出响应，使制动气室执行充气、保持或放气指令，调节制动器的制动压力，以防止车轮抱死，达到抗侧滑、甩尾，提高制动安全及制动过程中的可驾驭性。在汽车分电器中的应用•分电器接通或断开初级电路将点火线圈产生的高压电按照发动机分配给各缸火花塞•组成：分电器是由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置组成。•霍尔传感器片固定在定子上，转子上有和气缸数目相同的叶片，当叶片转离磁极和霍尔基层之间的气隙时，磁场通过霍尔基层，产生霍尔电压。当叶片转入磁极和霍尔基层之间的气隙时，磁力线被隔断，不能通过霍尔基层，使霍尔电压下降为在等离子切割机中的应用•离子切割器起弧后会产生切割电流，变化时则产生变化磁场，利用霍尔传感器采集并产生相应的电压信号，传送到高低调节器来控制割炬的上升下降，形成一个闭环的自动控制系统。•电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流•用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10％以上的电能。在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间短于1μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护，如图43所示。光电传感器•光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成光电传感器分类•光电传感器通常可分为对射型和反射型两类。•(1)对射型光电传感器。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。•(2)反射型光电开关。反射型光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，利用反射原理完成光电控制作用。内光电效应器件•光敏电阻：光敏电阻又称光导管，为纯电阻元件，其工作原理是基于光电导效应，其阻值随光照增强而减小。•光电池：光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。由于它可把太阳能直接变电能，因此又称为太阳能电池。•光敏二极管和光敏三极管：光生电势与光电池相同，但输出电流普遍比光电池小光电传感器-应用•光电传感器它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电检测•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。相机自动对焦•用相机上的光电传感器将物体反射的光接受，根据相机内部芯片的计算与处理，最后由电动对焦装置对焦•被动式•接受景物自身的反光。•优点：不要发射系统，耗能小，易小型化。可以在逆光下或透过玻璃对焦。•主动式•发射红外线、超声波或激光，然后接受反光。•优点：可以用于细线条物体和动体，也可以在低反差，弱光下对焦。防止工业烟尘污染•防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。包装充填物高度检测•用容积法计量包装的成品，除了对重量有一定误差范围要求外，一般还对充填高度有一定的要求，以保证商品的外观质量，不符合充填高度的成品将不许出厂。图3所示为借助光电检测技术控制充填高度的原理。当充填高度h偏差太大时，光电接头没有电信号，即由执行机构将包装物品推出进行处理。利用光电开关还可以进行产品流水线上的产量统计、对装配件是否到位及装配质量进行检测，例如灌装时瓶盖是否压上、商标是否漏贴高速数粒传感器•光电数粒传感器采用x，y方向的传感器阵列，组成2维平面光电传感器组，通过被测物体的运动，完成物体的识别检测熄火保护装置•光电管式它是以光电管为火焰的传感元件，以电磁阀为控制元件。光电管在感知燃具火焰熄灭时，发出信号，经放大后，控制电磁阀切断燃气通路。光电管式熄火保护装置是一种较新的火焰检测装置，除光电管外，还可用光电池、光敏电阻等一系列元件作传感信号。它主要优点是可靠性好，动作迅速，而且可以与自动点火、各种自动保护和报警等功能兼容振动传感器•能感受机械运动振动的参量(振动速度、频率，加速度等)并转换成可用输出信号的传感器。振动测试方法•机械式测量方法•光学式测量方法•电测方法•1、拾振环节。把被测的机械振动量转换为机械的、光学的或电的信号，完成这项转换工作的器件叫传感器。•2、测量线路。测量线路的种类甚多，它们都是针对各种传感器的变换原理而设计的。比如，专配压电式传感器的测量线路有电压放大器、电荷放大器等；此外，还有积分线路、微分线路、滤波线路、归一化装置等等。•3、信号分析及显示、记录环节。从测量线路输出的电压信号，可按测量的要求输入给信号分析仪或输送给显示仪器（如电子电压表、示波器、相位计等）、记录设备（如光线示波器、磁带记录仪、X—Y记录仪等）等。也可在必要时记录在磁带上，然后再输入到信号分析仪进行各种分析处理，从而得到最终结果。震动传感器的分类•振动探测器可分为：机械式振动探测器、惯性棒电子式振动探测器、电动式振动探测器、压电晶体振动探测器、电子式全面型振动探测器等多种类型。汽车震动传感器•是由两条金属触片组成，其中较长的弹性金属触片位于另一金属触片之上。您可以轻易将这些触片设置成简易开关：当它们相互接触时，电流就会通过。当汽车猛烈晃动时，弹性金属触片也会随之晃动，并接触到下面的触片，从而暂时形成闭合电路。。如果小球仅从一个接触元件滚到另一个接触元件，控制器可能根本不会触发警报。如果有人撞到车上引起的较大位移，车辆可能发出警报信号：喇叭响一下，或大灯闪一下。如果小球滚动距离较长，控制器就会全面拉响警报。•ATM智能震动探测器•压电晶体振动探测器。该型振动探测器工作原理是利用压电晶体的压电效应，可以将施加于其上的机械作用力模拟信号。