傳感器的工作原理

1、傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路、輔助電源四部分構(gòu)成，其中，敏感元件直接接收測(cè)量，用于輸出被測(cè)量有關(guān)的物理量信號(hào)，敏感元件主要包括熱敏、光敏、濕敏、氣敏、力敏、聲敏、磁敏、色敏、味敏、放射性敏感等類；轉(zhuǎn)換元件用于將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

2、變換電路用于將轉(zhuǎn)換元件輸出電信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)制等處理；輔助電源用于為系統(tǒng)(主要是敏感元件和轉(zhuǎn)換元件)提供能量。

傳感器的應(yīng)用

1、傳感器在手機(jī)中的應(yīng)用：重力傳感器，在飛車、天天跑酷等游戲中有著近乎的體現(xiàn)；加速度傳感器，例如手機(jī)的搖一搖功能就是對(duì)手機(jī)的加速度進(jìn)行感應(yīng)；光線傳感器，例如手機(jī)的自動(dòng)調(diào)光功能；距離傳感器，例如接電話時(shí)手機(jī)離開耳朵屏幕變亮，手機(jī)貼近耳朵屏幕變黑，手機(jī)中的傳感器數(shù)不勝數(shù)，很多功能都是利用傳感器來實(shí)現(xiàn)的，就不一一列舉了；

2、除手機(jī)外，傳感器在日常生活中也有著廣泛的應(yīng)用，常見的如：自動(dòng)門，通過對(duì)人體紅外微波的傳感來控制其開關(guān)狀態(tài)；煙霧報(bào)警器，通過對(duì)煙霧濃度的傳感來實(shí)現(xiàn)報(bào)警的目的；電子秤，通過力學(xué)傳感來測(cè)量人或其他物品的重量；水位報(bào)警，溫度報(bào)警、濕度報(bào)警等也都利用的是傳感器來完成其功能。

傳感器應(yīng)用常見問題及解決方法

1、標(biāo)簽紙連續(xù)打印位置不一致

連續(xù)打印時(shí)打印位置不一致的原因，主要是由于紙張?jiān)谕ǖ乐械亩秳?dòng)以及紙本身間隙的不一致，造成傳感器探測(cè)的波形的不穩(wěn)定，從而使連續(xù)打印的定位不準(zhǔn)確。解決方法：解決紙張?jiān)谕ǖ乐卸秳?dòng)的問題（特別是小標(biāo)簽）：通過增加緩沖機(jī)構(gòu)，或增加類似斑馬Z4M的傳感器壓緊機(jī)構(gòu)解決。解決標(biāo)簽本身間隙不一致的問題：通過更改固件程序，更改標(biāo)簽定位方式，利用標(biāo)簽間隙后沿定位可以盡量的減小間隙誤差的影響；

2、標(biāo)簽紙襯紙電平不穩(wěn)定

由于紙?jiān)谕ǖ乐凶兓嚯x相對(duì)透射傳感器與反射接收器之間設(shè)計(jì)距離變化范圍較大，導(dǎo)致發(fā)光出力變化率大，紙的透光強(qiáng)度變化大，是透射傳感器電平不穩(wěn)定的主要原因，在設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮傳感器的檢測(cè)范圍和介質(zhì)在通道內(nèi)的抖動(dòng)，使因?yàn)榻橘|(zhì)抖動(dòng)造成的輸出電壓變化過大，造成檢測(cè)失誤或無法檢測(cè)，如紙?jiān)谕ǖ乐猩舷禄顒?dòng)距離1mm，透射傳感器或反射接收器之間設(shè)計(jì)距離至少為5 mm，電氣參數(shù)設(shè)計(jì)上至少要保證紙的透光強(qiáng)度在10%范圍內(nèi)變化時(shí)，透射傳感器電平在判別電平范圍內(nèi)（無紙和襯紙電壓差大于1V）；

3、熱敏方式打印的標(biāo)志判別時(shí)無法正常識(shí)別

熱敏紙上的熱敏材料對(duì)紅外光的反射很強(qiáng)，導(dǎo)致傳感器無法識(shí)別熱敏打印的黑標(biāo)，由于我們使用的傳感器為紅外光探測(cè)器件，而且熱敏紙對(duì)紅外光的反射很強(qiáng)，造成被檢測(cè)介質(zhì)的其他部分與標(biāo)記部分的反射率差別大大減小，造成標(biāo)記無法正常識(shí)別，因此，在傳感器的選擇和使用過程中應(yīng)充分考慮不同介質(zhì)的反光率（透率）的影響；

4、傳感器的老化

光電傳感器由于靈敏度高，發(fā)光管隨時(shí)間溫度等因素，發(fā)光功率會(huì)有微弱下降；對(duì)接收管而言，若連續(xù)接收反射光時(shí)，其表現(xiàn)的參數(shù)漂移就很大，因此在應(yīng)用光電傳感器時(shí)，在設(shè)計(jì)中盡量避開老化這一問題，如：

①POS機(jī)紙將盡的檢測(cè)，平時(shí)有紙時(shí)，光電傳感器接收管是接收不到反射光的，紙將盡時(shí)，紙筒落到紙倉(cāng)凹槽，光電傳感器接收管才探測(cè)到反射光從而報(bào)警；

②采用間歇發(fā)光的方法，當(dāng)檢測(cè)傳感器時(shí)才接通發(fā)光管的電源，不檢測(cè)時(shí)關(guān)閉發(fā)光管電源，減小發(fā)光管和接收管的老化；

5、傳感器的檢測(cè)電壓閾值

不同的傳感器和檢測(cè)介質(zhì)，其判別的電壓閾值差別很大，選取切實(shí)可行的判別閾值，對(duì)正確檢測(cè)不同的介質(zhì)意義重大，二值檢測(cè)：此時(shí)應(yīng)使傳感器工作在飽和區(qū)和截至區(qū)，電壓差別大，閾值的選取比較容易，調(diào)整傳感器的負(fù)載電阻，通過簡(jiǎn)單的電平識(shí)別，即可正確判斷，如紙存在檢測(cè)，有中間狀態(tài)的檢測(cè)：如標(biāo)簽紙需檢測(cè)有紙、無紙和襯紙，此時(shí)應(yīng)使傳感器盡量工作在線性區(qū)，這樣，不同的狀態(tài)變化，其輸出電壓的變化，利于不同狀態(tài)的判別，這樣可以根據(jù)傳感器在不同狀態(tài)下的光電流和反光率（透光率）變化，選取合適的檢測(cè)閾值；

6、傳感器離散性

同樣型號(hào)的傳感器在相同的輸入條件下，會(huì)因?yàn)槠浔旧淼碾x散性造成輸出的不同，給信號(hào)的檢測(cè)帶來不利的影響，特別是對(duì)工作在放大區(qū)的傳感器有很嚴(yán)重的影響，如SG-23FI，同樣在VCE=5V，IF=10mA時(shí)，其光電流范圍為0.5mA~3mA，相差5倍，為適應(yīng)傳感器的離散性帶來的影響，目前我公司采用的方法：

①加可調(diào)電阻，調(diào)整輸出電壓不滿足要求的傳感器，使其輸出滿足要求，但是給生產(chǎn)增加了難度和成本；

②使用多個(gè)CPU端口切換不同的負(fù)載電阻來適應(yīng)不同的介質(zhì)，需要占用額外的CPU資源，可調(diào)范圍不大，只能改變幾種狀態(tài)；

③使用PWM調(diào)整發(fā)光管電流強(qiáng)度，使傳感器工作在不同的輸出特性曲線，調(diào)整范圍大，但增加了固件的檢測(cè)難度。

傳感器的分類

一、按用途

壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。

二、按原理

振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器等；

三、按輸出信號(hào)

1、模擬傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)；

2、數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）；

3、膺數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出（包括直接或間接轉(zhuǎn)換）；

4、開關(guān)傳感器：當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。

四、按其制造工藝

1、集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的，通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上；

2、薄膜傳感器則是通過沉積在介質(zhì)襯底（基板）上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上；

3、厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形；

4、陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝（溶膠、凝膠等）生產(chǎn)，完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。

五、按測(cè)量目

1、物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化的特性制成的；

2、化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的敏感元件制成的；

3、生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器。

六、按其構(gòu)成

1、基本型傳感器：是一種最基本的單個(gè)變換裝置；

2、組合型傳感器：是由不同單個(gè)變換裝置組合而構(gòu)成的傳感器；

3、應(yīng)用型傳感器：是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機(jī)構(gòu)組合而構(gòu)成的傳感器。

七、按作用形式

1、主動(dòng)型傳感器又有作用型和反作用型，此種傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象能發(fā)出一定探測(cè)信號(hào)，能檢測(cè)探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中所產(chǎn)生的變化，或者由探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中產(chǎn)生某種效應(yīng)而形成信號(hào)，檢測(cè)探測(cè)信號(hào)變化方式的稱為作用型，檢測(cè)產(chǎn)生響應(yīng)而形成信號(hào)方式的稱為反作用型，雷達(dá)與無線電頻率范圍探測(cè)器是作用型實(shí)例，而光聲效應(yīng)分析裝置與激光分析器是反作用型實(shí)例；

2、被動(dòng)型傳感器只是接收被測(cè)對(duì)象本身產(chǎn)生的信號(hào)，如紅外輻射溫度計(jì)、紅外攝像裝置等。

傳感器的主要功能

常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：

1、光敏傳感器——視覺；

2、聲敏傳感器——聽覺；

3、氣敏傳感器——嗅覺；

4、化學(xué)傳感器——味覺；

5、壓敏、溫敏；

6、流體傳感器——觸覺；

敏感元件的分類：

①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)；

②化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理；

③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能；

④通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等類（還有人曾將敏感元件分46類）。

傳感器選型方法

1、需要考慮測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境

，即使是測(cè)量同一個(gè)量，也有許多種原理的傳感器可以選擇，但是要確定哪一種更合適需要考慮到測(cè)量對(duì)象和測(cè)量環(huán)境，具體而言包括以下幾個(gè)方面：量程的大小、被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求、測(cè)量方式是接觸式的還是非接觸式的、信號(hào)引出的方式、有線還是非接觸測(cè)量，確定好以上問題后就能確定選用何種類型的傳感器，接下來再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。

2、線性范圍

線性范圍指的是輸出與輸入成正比的范圍，傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，測(cè)量精度也能得到一定保障，在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求，但是事實(shí)上，任何傳感器都不能保證的線性，當(dāng)要求測(cè)量精度比較低時(shí)，一定范圍內(nèi)可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的。

3、需要考慮靈敏度

一般而言，在傳感器的線性范圍內(nèi)，其靈敏度越高越好，這樣便于信號(hào)處理，但有一點(diǎn)不能忽視，傳感器的靈敏度高，意味著與被測(cè)量無關(guān)的噪聲也容易混入，這樣便會(huì)影響測(cè)量精度，因此，選擇傳感器時(shí)選擇較高的信噪比，盡量減少外界無關(guān)的干擾信號(hào)。另外，傳感器的靈敏度是有方向性的，如果對(duì)方向性要求高，而且被測(cè)量是單向量，選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測(cè)量是多維向量，選擇交叉靈敏度小的傳感器。

4、頻率響應(yīng)特性

傳感器被測(cè)量的頻率范圍是由頻率響應(yīng)特性決定的，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真，事實(shí)上，傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好，傳感器的頻率響應(yīng)高意味著可測(cè)的信號(hào)頻率范圍越寬，在選擇傳感器時(shí)中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過大的誤差。

5、精度

精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度。一般而言，傳感器精度越高價(jià)格就越貴，所以只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選擇精度過高的傳感器，假如測(cè)量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器而不是量值精度高的。

6、穩(wěn)定性

穩(wěn)定性是指在傳感器使用一段時(shí)間后其性能保持不變的能力，影響穩(wěn)定性的因素除了傳感器本身結(jié)構(gòu)之外，傳感器的使用環(huán)境也大有影響，因此，在選型前，應(yīng)先調(diào)查其使用環(huán)境，然后再根據(jù)具體環(huán)境選擇，或采取一定措施減少環(huán)境的影響。