一文读懂传感器如何工作及选型

发布时间:2017-10-18

     传感器,顾名思义,传导感知信息的器件。那么作为一个不曾了解过传感器的人来说,该如何理解这个产品呢?下面就来我们的实际生活来举例说明。

 

      清晨我们从睡梦中醒来,胳膊上佩戴的智能手环显示我们的睡眠情况,如睡眠是否良好,体温是否正常,血氧是否正常,因为上面集成了大量的生物传感器温度传感器以及血氧传感器。我们离开房间去卫生间洗漱,卧室里的空调集成了红外探头温湿度传感器,空调的显示面板上实时显示卧室里的温度和湿度,并且红外探头能监测人是否已离开卧室,自动关闭空调,而不需要人为操作。

 

     收拾整理完毕,出门开车上班,坐在车上系好安全带出发。而汽车在生产制造之前,会有多次试验来确保汽车的舒适和安全。汽车碰撞测试是在车身以及假人上安装众多传感器,包括安全带拉力传感器方向盘扭矩传感器加速度传感器倾角传感器等。并且汽车论坛上安装的胎压系统也会实时监测轮胎压力,为人们的出行保驾护航。

 

      行驶中遇到红绿灯,停下车看着行人从车前走过。一些道路的红绿灯及斑马线上会加装智能交通传感器,为了智能化,合理化的充分利用红绿灯,斑马线下面可能会安装压电薄膜类似的传感器,当行人累积到一定重量,触发了压电薄膜的电信号后,会控制红绿灯及时变灯,以缩短行人等待的时间,以及路面造成的拥挤。

 

      开车到公司,智能化的停车场会实时显示剩余停车位,以及空闲停车位的方位,为我们解决停产难的烦恼。

 

      以上只是我们生活中遇到的传感器应用很小很小的一部分,其实有更多的传感器应用于我们生活,工作中的方方面面,小小的器件就能让我的生活和工作更便捷,更方便,也更加安全。

 

      那么我们该如何选择传感器呢?

 

      其实某个功能可能多种传感器都可以实现,那我们的重点就是在众多的产品中选择合适的产品,不要小材大用,也不要大材小用。小材大用可能很快会测量不准,更有甚者会引起安全事故。而大材小用,那就是浪费钱啦。

 

      传感器选型的原则

 

      要进行-个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。

 

      在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。

 

      依据灵敏度的选择

 

      通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽量减少从外界引入的干扰信号。

 

      传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。

 

      判断频率响应特性

 

      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。实际上传感器的响应有-定延迟,希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应越高,可测的信号频率范围就越宽。

 

      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,以免产生过大的误差。

 

      根据传感器的线性范围

 

      传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。

 

      但实际上,任何传感器都不能保证的线性,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。

 

      根据传感器的稳定性

 

      传感器使用一段时间后,其性能保持不变的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。

 

      在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。

 

      传感器的精度不可忽视

 

      精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器阿特拉斯空压机配件。

 

      如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。

 

      传感器的设计的注意事项

 

      一般所测得的物理量是非常小的,通常还带有作为传感器物理转换元件固有的转换噪声。比如传感器在1被放大倍率下的信号强度为0.1~1uV,此时的背景噪声信号也有这么大的水平,甚至于将其湮灭。如何将有用信号尽量取出并且压低噪声是传感器设计的解决的问题。

 

      传感器电路一定要简单精炼。设想具有3级放大电路的,带有2级有源滤波器的放大回路,放大了信号的同时也将噪声放大了,如果噪声不是明显偏离有用信号频谱,则无论怎样滤波两者同时放大,结果信噪比没有提高。因此传感器电路一定要精炼简约。能省1只电阻或电容就一定要将它去掉。这一点是许多设计传感器的工程师们容易忽略的问题。已知的情况是,传感器电路随着噪声的问题困扰,电路越修改越复杂,成为怪圈。

 

      功耗问题。传感器通常在后续电路的前端,有可能需要较长的引线连接。当传感器功耗较大时引线的连接将会所有的无谓噪声以及电源噪声引入使得后续电路愈发难以设计。在够用的情况小如何降低功耗也是一个不小的考验。

 

      元器件的选用和电源回路。元器件的选用一定要够用为好,只要器件指标在需要的范围之内就可以了,余下的就是电路设计问题。电源是传感器电路设计过程一定要遇到的难题,不要追求无法达到的电源指标,而选择一款带有较好的共模抑制比的运放,采用差分放大电路设计可能普通的开关电源以及器件就能满足你的要求。

 

       结

 

       综上所述,我们都知道传感器是实现自动检测和自动控制的环节。随着传感器的不断发展其应用的领域越来越广泛,然而,传传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用也是十分明显的。通过本文对于传感器选型原则及设计时要把握的要素进行了深入的分析,也希望为后期的传感技术方面的设计带来新的思路。

 

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