传感器应用

传感器应用（精选十篇）

传感器应用 篇1

传感器是一种能感受规定的被测量, 并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。常用传感器的输出信号多为易于处理的电量, 如电压、电流、频率等。在现代信息社会的一切活动领域中, 从日常生活、生产活动到科学实验, 时时处处都离不开传感器。现代传感器技术的发展水平在很大程度上决定了生产、科学发展的水平, 而科学技术的发展又为传感器技术提供了新的理论基础和制造工艺。

随着现代科学技术的发展, 许多新材料不断被发现, 新的加工工艺不断发展和完善, 这些都促进了新型传感器的研究和开发。所谓新型传感器是指近10几年来研究开发出来的、已经或正在走向实用化的传感器。相对于传统传感器, 新型传感器技术含量高、功能强, 涵盖传统传感器极少涉及的领域。

磁性传感器

1842年焦耳发现, 磁性材料在变化的磁场中其长度和体积会发生微小的变化, 这种现象称为磁致伸缩, 又称为焦耳效应。传统磁致伸缩材料有铁、镍等。由于传统磁致伸缩材料伸缩系数较小, 功率密度不高, 故应用面较窄。1984年左右, 人们研制出磁致伸缩系数很大的磁性材料, 又称为超磁致伸缩材料 (GMM) , 或称为巨磁致伸缩材料或大磁致伸缩材料。超磁致伸缩材料具有转换效率高、驱动电压低、体积小、不易老化等特点。与电致伸缩的压电陶瓷 (PZT) 不同之处是, 它的励磁频率较低, 工作于低频区 (10Hz~2000Hz) 。

稀土超磁致伸缩材料是目前性能最好的超磁致伸缩材料之一, 是上世纪八十年代开发的新型工程材料。我国是稀土资源最丰富的国家, 稀土储量和产量均居世界首位。稀土超磁致伸缩材料可将电磁能转换成机械能或声能 (或机械位移或声信息) , 相反也可以将机械能 (或机械位移信息) 转换成电磁能 (或电磁信息) , 它是重要的能量与信息转换功能材料, 可用于制作大功率声呐传感器, 广泛应用于水下通信、制导、捕鱼、油井及地质探测等。其他应用包括阀门控制、机器人、蠕动马达、阻尼减震、精密控制系统等, 这种材料的发展使电———机械转换技术获得突破性进展, 从而使一些精密机械运动得以实现。

声呐 (Sonar) 是声音 (Sond) 、导航 (Navigation) 、反射 (测距) (Reflect) 三个英文单词的组合, 它的作用是探测水下物体, 在军事上主要用来探测潜艇。声呐又称水下换能器, 就是把电能转换成声波向水中发射, 或把水中的声波转换成电能的一种电声互换装置, 一般都可以收发两用。用稀土超磁致伸缩材料制成的声呐功率大、频率低、衰减小、声波传得远的优点, 可以打破敌方舰艇的隐身技术, 能够早发现、早攻击, 可以提高自己在战场上的生存能力。稀土超磁致伸缩材料在声频和超声技术方面也有广阔的应用前景。例如用该材料可制造超大功率超声换能器。过去的超声换能器主要是用压电陶瓷材料来制造。它仅能制造小功率 (≤2.0kw) 的超声换能器, 用稀土超磁致伸缩材料可制造出超大功率 (10~30kw) 的超声换能器。超大功率超声波技术可产生传统低功率超声技术所不能产生的新物理效应和新的用途。例如, 它可使废旧轮胎脱硫再生, 可使农作物增产, 可加速化工过程的化学反应;用该材料制造的电声换能器, 可用于波动采油, 提高油井的产油量;用该材料可制造薄型 (平板型) 喇叭, 其振动力大, 音质好, 高保真, 可制造使楼板、墙体、桌面、玻璃窗振动的效果, 还可以作音乐、水下芭蕾伴舞的喇叭等。

半导体材料的电阻率随磁场强度的增大而变化, 这种现象称为磁阻效应, 利用磁阻效应制成的元件称为磁敏电阻。磁敏电阻与霍尔元件的区别在于:前者是以电阻的变化来反映磁场的大小, 但无法反映磁场的方向;后者是以电动势的变化来反映磁场的大小和方向。

磁敏电阻可应用于智能交通系统 (ITS) 的汽车信息采集。现代交通管理要求对车辆的车型、流量和车速等数据进行采集, 以便对交通信号灯、流通过道等进行智能控制。采用基于地磁传感器的数据采集系统可用于检测车辆的存在和车型的识别。利用车辆通过道路时对地球磁场的影响来完成车辆检测的数据采集系统, 具有常规线圈检测器所不具备的优点。传统的交通数据采集是在地面上铺设电涡流感应线圈, 这种方法存在埋设线圈的切缝使路面受损、线圈易断、易受腐蚀等缺点。磁阻传感器利用磁阻效应, 将三维方向的三个磁敏传感器集成在同一个芯片上, 由于磁敏电阻的灵敏度高, 可以很好地感测低于1Gs的地球磁场。磁阻传感器技术提供了一种高灵敏度的车辆检测方法。根据铁磁物体对地磁的扰动, 可检测车辆的存在, 也可以根据不同车辆对地磁产生的不同扰动来识别车辆类型, 可在15m之外或更远的地方检测到有无汽车通过。典型的应用包括自动开门, 路况监测, 停车场检测, 车辆位置监测, 红绿灯控制等。在高速公路现场还可以预先采集各种车型的特征向量, 并将此特征向量作为标准特征向量存储到数据库中。当有汽车通过时, 数据采集系统就会提取到该汽车的特征向量, 将此识别特征向量跟样本数据库中的所有标准特征向量作比较, 最后得出判断结果, 如车型、车速等参数。

集成温度传感器

温度是表现物体冷热程度的物理量, 温度传感器发展早, 应用领域非常广泛。在工农业生产、国防、科研领域和日常生活中, 温度传感器是使用数量最大的传感器之一, 如家用空调的温度传感器, 测量体温的温度传感器等。热电阻传感器和热电偶传感器, 它们的应用已经有几十年, 而目前一种半导体集成单片式温度传感器正在迅速崛起, 在中、低温 (-50℃~+200℃) 领域, 它将逐渐取代传统的温度传感器。目前, 单片集成温度传感器正朝着微型化、智能化、网络化方向发展。

集成温度传感器 (温度IC) 将温度敏感元件和放大、运算和补偿等电路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片上, 从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高性能测温传感器。它与传统的热电阻、热电偶相比, 具有线性好、灵敏度高、体积小、稳定性好、输出信号大、互换性好、外围电路简单等优点, 是其他温度传感器所无法比拟的, 是温度传感器的发展方向, 适于远距离测温、控制。目前在电脑、家用电器中有广泛的应用, 并逐渐在工业各领域得到应用。

目前PC的整机功耗已达上百瓦, 为了确保微机系统中的CPU能稳定工作, 必须将机内产生的热量及时散发掉。为此, 可采用集成温度传感器来检测CPU的温度, 从而控制散热风扇的转速, 当CPU温度超过设计上限 (例如80℃或100℃) 时, 可迅速关断CPU电源, 对芯片起到保护作用。PC机内部装有多台散热用的无刷直流风扇, 可利用多只集成温度传感器来测量PC中的CPU、液晶板及锂电池的温度, 根据温度高低, 通过风扇控制芯片来调整散热风扇的转速。

光纤传感器

光导纤维简称光纤, 它是以特别的工艺拉成的细丝。光纤透明、纤细, 虽比头发丝还细, 却具有把光封闭其中, 并沿轴向传播的特性。随着加工工艺的进步, 目前最好的光纤, 其损耗接近0.01d B/km, 光导纤维的用途越来越广泛。光纤可用于网络通信, 高速传递大量的信息;还可以用于装饰建筑的外表。例如, 上海“东方明珠”的球体外表就镶嵌着几千根塑料光纤, 到了夜里, 就发出五光十色、变幻不定的光芒。

光纤传感器是近年来随着光导纤维技术的进步而发展起来的新型传感器。光纤传感器具有抗电磁干扰能力强、不怕雷电击、防燃防爆、绝缘性能好、耐高温、重量轻等特点。它的测量范围十分广泛, 可用于热工参数、电工参数、机械参数、化学参数的测量, 还可以在医用内窥镜、工业窥镜等领域进行图像扫描和图像传输。

光纤传感器是指光纤自身传感器, 就是将自身作为敏感元件 (也称作测量臂) , 直接接收外界的被测量, 被测量引起光纤的长度、折射率、直径等方面的变化, 从而使得在光纤内传输的光被调制, 若将光看成简谐振动的电磁波, 则光可以被调制的参数有4个, 既振幅 (强度) 、相位、波长和偏振方向。

某些被测量作用于光纤时, 将引起光纤中光的相位发生变化。由于光的相位变化难以用光电元件直接检测出来, 因此通常要利用光的干涉效应, 将光相位的变化转换成干涉条纹的变化来检测, 这种相位调制型光纤传感器有时又称为干涉型光纤传感器。典型的应用有光纤声压传感器、光纤大电流传感器等。

强度调制型光纤传感器是应用较多的光纤传感器, 它的结构比较简单, 可靠性高, 但灵敏度稍低。它分为:反射式, 可进行位移、振动、压力等参数的测量;遮光式, 也可以进行位移、振动、压力等参数的测量;吸收式, 可进行温度等参数的测量;微弯式, 可进行压力、力、重量、振动等参数的测量;接收光辐射式, 根据光纤接收到的光辐射来检测与辐射有关的被测量。这种结构的典型应用是利用黑体受热发出红外辐射来检测温度, 还可用于检测放射线等。

图像传感器

通过视觉, 人类可从自然界获取丰富的信息量, 而通过传感器是否也能达到人眼一样的视觉?能否判断形状、颜色、并得出“它是什么”或“他是谁”的结论呢?现在, 这已经不是什么难事, 因为人们研制出了各种高质量的图像传感器, 它与计算机系统配合, 能识别出人的指纹、脸型, 甚至根据视网膜的毛细血管分布, 识别被检人的身份。图像传感器的种类很多, 根据图像分解的方式, 可分为三种类型, 既电子束扫描图像传感器、光—机扫描成像传感器、固体自扫描图像传感器。

在过去几十年里, 人们一直采用电子束扫描摄像管来进行电视摄像。20世纪40年代出现了光—机扫描热成像技术, 后来又研制出热成像仪, 广泛应用于军事方面。现在世界各国都在研制成本较低、民用的夜视探测仪, 被允许用于电力、化工检测、墙面保温、消防医疗、救灾、搜索与救援、车辆追踪、飞行安全、海上及地面监视、火灾调查及犯罪现场勘察等方面。用于可见光、体积更小的图像传感器是CCD, 它属于全固态自扫描图像传感器。我们现在看到琳琅满目的数码相机多数是用CCD来摄取彩色图像的。CCD图像传感器是20世纪70年代在MOS集成电路技术基础上发展起来的新型半导体器件。它具有光电转换、信息存储和传输等功能, 具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点, CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信及工业检测和自动控制系统。

传感器的应用论文 篇2

结 课 作 业

姓名：安 班级： 学号： 滨

2013级本科三班

201315110101

光纤温度传感器的设计

光纤温度传感器的设计

论文分析：

意义：光纤传感技术是一门新兴的应用物理技术，它在石油、通信、化工检测以及各种参量测量方面具有许多独特的优点，有广阔的应用前景。近年来，光纤技术已逐渐渗透到各研究领域，其应用范围日渐广泛。随着光纤传感系统在国防军事、航空航天、工矿企业、土木建筑、能源环保、生物医学、计算测量、自动控制等各领域的应用，对光纤传感系统的性能也不断提出新的要求。光纤温度传感器特别适用于易燃易爆的工作环境，从而弥补了传统的点温度传感器的不足。主要内容及研究思路：本文从光纤的基础入手，首先介绍了光纤的基础知识，然后结合传感器引入了光纤温度传感器的定义，分类及工作原理。本课题研究的是一种非功能性光纤温度传感器，它是利用高度敏感的双金属片作为感温元件，金属片的变化改变了光纤的通光强度。

目标：光纤温度传感器可以达到不但测温对象广，从监测相对低温的生物过程到监测高温的发动机零件，而且测量准确度、灵敏度高，抗电磁能力强，传输距离远，使用寿命长，价格相对低廉，使用更加经济。今后光纤温度传感器研究方向将会进一步提高传感器的精度、可靠性；提高抗干扰能力、稳定性，并简化器件结构，降低成本。

光纤温度传感器的设计

目 录

第1章 前 言

1.1选题背景及研究意义 1.2光纤传感器国内外研究现状 1.3光纤传感器及其组成与分类 1.4本论文的主要内容 第2章 光纤温度传感器理论 2.1光纤基础知识介绍 2.2热敏元件双金属片工作原理 2.3光纤探头的原理

2.4纤端光场的光强分布函数选取

2.5光纤温度传感器的特点及应用 第3章 光纤温度传感器系统组成与实验步骤 3.1 实验原理

3.2实验主要设备和材料 3.3实验搭建与调试 第4章 实验结果分析

4.1 位移光强曲线的测定及其与理论曲线的对比 4.2 温度光强曲线的测定及出现的问题和解决办法 4.3 测温曲线的选取及传感器测温范围的确定 第5章 结论与展望

5.1 实验结论

5.2光纤温度传感器存在的不足和展望 参考文献 致谢

光纤温度传感器的设计

第1章 前言

1.1 选题背景及研究意义

1.2光纤传感器国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 光纤传感器及其组成与分类

1.4 本论文的主要内容

本文所采用的温度变换器为U型双金属片，依据双金属片的位置随温度的变化而变化的原理，利用双金属片的纵向位置改变来调制光纤探头接收到的光强，从而实现温度对光强的间接调制。与传统的指针式双金属片温度计相比，本传感器具有快速、灵敏、便于实现与计算机接口连接等优点。研究从基本的概念入手。

光纤温度传感器的设计

第2章 光纤温度传感器理论

2.1光纤基础知识介绍

2.1.1 光纤的结构和分类

2.1.2 光纤的传输原理

2.2热敏元件双金属片工作原理

2.2.1 双金属片弯曲机理及其选取

2.2.2 双金属片得到选取及其补偿和调制机理

光纤温度传感器的设计

2.2.3双金属片温度变换对位移的补偿机理及其位移的计算

2.3光纤探头的原理

2.3.1 光纤反射式调制原理及与光强分布的关系

2.3.2 光纤传输信号准共路理论

2.4纤端光场的光强分布函数选取

2.5光纤温度传感器的特点及应用

光纤温度传感器的设计

第3章 光纤温度传感器系统组成与实验步骤

3.1 实验原理

3.2实验主要设备和材料

3.3实验搭建与调试

3.3.1 LED光源I-P特性曲线测试

3.3.2 反射式光纤位移传感实验

3.3.3 光纤温度传感器实验

光纤温度传感器的设计

第4章 实验结果分析

4.1 位移光强曲线的测定及其与理论曲线的对比

4.2 温度光强曲线的测定及出现的问题和解决办法

4.3 测温曲线的选取及传感器测温范围的确定

光纤温度传感器的设计

第5章 结论与展望

5.1 实验结论

5.2光纤温度传感器存在的不足和展望

光纤温度传感器的设计

参考文献

[1]王剑锋,刘红林,张淑琴,余向东,孙忠周,金尚忠,张在宣.基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器及应用[J].光谱学与光谱析,2013,04:865-871.[2]廖国珍,张军,蔡祥,谭绍早,唐洁媛,肖毅,陈哲,余健辉,庞其昌.基于石墨烯的全光纤温度传感器的研究[J].光学学报,2013,07:26-32.[3]宋海峰,龚华平,倪凯,董新永.基于波长与强度双解调的光纤温度传感器[J].光电子.激光,2013,09:1694-1697.[4]李涛,戴玉堂,赵前程.一种新型微结构高灵敏度光纤温度传感器[J].光电子.激光,2014,04:625-630.[5]李强,王艳松,刘学民.光纤温度传感器在电力系统中的应用现状综述[J].电力系统保护与控制,2010,01:135-140.[6]伍铁生,王丽,王哲,刘玉敏,胡署阳,尹丽丹.一种Sagnac干涉仪结构的光子晶体光纤温度传感器[J].中国激光,2012,11:217-221.[7]程继兴,刘霞.一种基于AT89C51的光纤温度传感器的软硬件实现[J].电子测量技术,2012,12:102-107.[8]周广丽,鄂书林,邓文渊.光纤温度传感器的研究和应用[J].光通信技术,2007,06:54-57.[9]张颖,张娟,郭玉静,王庆华.分布式光纤温度传感器的研究现状及趋势[J].仪表技术与传感器,2007,08:1-3+9.[10]方曼.分布式拉曼光纤温度传感器系统及温度分辨率提高的研究[D].电子科技大学,2004.[11]吕宗岩.分布式光纤温度传感器的系统设计[D].燕山大学,2006.[12]匡绍龙,朱学斌.分布式光纤温度传感器原理及其在变电站温度监测中的应用[J].电力自动化设备,2004,09:79-81.[13]徐申翔,刘南生,张华.光纤温度传感器原理及应用[J].南昌大学学报(工科版),2004,04:9-14.[14]刘凡凡.SMS结构光纤温度传感器[D].浙江大学,2013.[15]陈艳,王海燕,张朋,王宁.简述光纤温度传感器的原理及应用[J].传感器世界,2008,12:23-27.[16]邵嫄琴.分布式光纤温度传感器校准中参考温度的研究[D].中国计量学院,2013.[17]沈永行.从室温到1800℃全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器[J].光学学报,2000,01:83-87.[18]虞倩.高精度医用光纤温度传感器的研制及其特性研究[D].中国计量学院,2012.[19]孟庆民.光纤温度传感器用于电力高压开关在线监测的研究[D].东南大学,2005.[20]王喜光.分布式光纤温度传感器信号处理的研究[D].燕山大学,2006.光纤温度传感器的设计

温度传感器的应用分析 篇3

关键词：DTS；光纤传感器；温度传感器；测温系统；电力系统；设备温度 文献标识码：A

中图分类号：TP212 文章编号：1009-2374（2015）16-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.026

在当前科技的发展中，温度逐渐成为了工程应用领域绝对重要的监测对象，为得到准确检测范围跨度的温度信息，采用这种光纤温度传感器具有极大的优势，在数据采集的过程中不会发生温度传感器的单规点移动，使数据具有延时性，从而降低了温度测量数据的准确度，此系统适用于电力、化工、冶金等多个领域对实时温度的测量和监控，拥有广泛研究前景。

1 DES分布式光纤传感器测温原理

综合看来，此系统在温度信号载体方面主要采用了拉曼分布式光纤温度传感器这一形式，利用光纤中的自发拉曼散射温度效应原理实现了实际测温，具体说来，其经过运用OTDR技术的分布式光纤传感器技术，能动态测量和分析相应跨度的分布式温度，究其测温机理而言，其利用了后向拉曼散射光谱的温度响应效应，也就是当其雪崩二极管（APD）探测时，一旦接触到较微弱的Anti-Stokes反斯托克斯光散射信号，系统会对应地自动输出幅值为几十纳伏的信号电压。除此之外，加之光信号在耦合、滤波等环节中均会形成光能量的损失，随即出现了温度信息被淹没或面临噪声的不利工况。基于此现状，该系统运用了微弱信号放大过滤处理技术对其存在的噪声等干扰信号进行了处理，使得采集、传输Anti-Stokes反斯托克斯、Stokes斯托克斯光波信号中所造成的信号测量误差得到了消除，并结合对设置定标区技术方法的应用，将上述两种光波信号中的干扰分量进行了消除，使得APD探测器响应度差异等，会一定程度上使影响到温度信号测量结果大幅降低，在此基础上，获得了较为准确的温度信号，其涉及到的温度信号测量公式如下：

式中：c表示光波光速，也就是传输过程中的偏移量；h表示普朗克系数；波尔兹曼系数则用k表示；DTS系统采集到的绝对温度值则用T表示。

综合以往相关的文献资料可看出，对于分布式光纤传感器的DTS测温系统而言，其测量精度也可以达到0.5℃范围内，而对应的测量距离最长可以达到30km，最高的温度信号空间定位精度可精确到0.25m范围内，而相应的分辨率最高也能达到0.01℃范围内的水平，这些数据都显示出了此系统即使在恶劣环境中，同样能使温度信号的检测和控制精度得到较大的提高。

2 DTS分布式光纤传感器系统简介

在新时期的发展过程中，作为一款结构复杂的温度在线检测控制产品，DTS分布式光纤传感器系统适用于干扰对象较多、环境恶劣以及检测范围跨度大的工农业领域，能实现对其温度的实时准确检测和控制。综合来看，其由光路模块、高级应用软件、控制光纤、辅助的外围集成电路模块等组成。

在系统运行的过程中，通过电路模块的控制信号，然后借助对电路驱动半导体激光器的驱动，致使二者发生高速脉冲，在耦合的情况下，生成需要的光纤信号，在接下来的分光光路的转换中，促使其进入到传感光纤中，后续运用中，经探测器、高速采集电路等，使得相应的监测对象温度信号的采集任务得以完成，而半导体激光器产生的激光脉冲，会借助分光耦合特性发生背向散射光，具体细分，有Stokes（斯托克斯）光、Rayleigh（瑞利）光及Anti-Stokes（反斯托克斯）光，其中第一种光对温度信号不敏感，可将其作为参考光；第三种光具有温度敏感性，为温度信号光，在此过程中，经过分光光路、光滤波器滤波后，分光光路、光滤波器滤波后将第一种光和第三种光波有效分离，然后经APD探测器接收，由高速数据采集模块进行自动采集，进而实现向客户PC机的上传，历经这一过程，结合系统温度信号及温度分布曲线等的显示，完成了整个过程的检测控制。

3 分布式光纤传感器在工程中的实际应用分析

从当前的应用及发展现状来看，DTS测温系统在众多领域，尤其是特殊恶劣环境过程控制中都有重要作用，在未来社会发展中具有广阔的应用前景。本文结合电力行业中的温度测控方面，对DTS系统在其中的应用进行了分析。具体说来，作为一个复杂的，电、热、磁等共同存在的环境，电力系统中有较多的电压电气设备基于安全稳定以及经济节能等方面的考虑，大多都需要用到动态监测温度信号。在电力系统中的应用方面，分布式光纤传感器一般是结合不同的电气设备温度信号监测技术手段，实现了对光纤光栅测温仪和光纤温度测温仪的整合，在此种方式的基础上，对测温控制系统进行了完善，其涉及的逻辑组成结构图如图1所示：

如图1，在供配电系统中，基于电缆分布较为分散的现状，一般情况下有很多的点需要进行温度检测，所以现场工程机1选用的测温仪为本次研究中的分布式光纤传感器测温仪，结合实际运用的需要，笔者集中设置了变压器、开关等一次设备，另外，在现场工程机2的测温仪选用方面，选用的是系统中光纤光栅传感器的测温仪，通过此形式，让光纤温度传感器测温系统更加实用，并使其涉及到的技术经济效益得到了提高，优化了对其的实用。

结合本次实际应用及后续分析看来，本文的研究有效结合了光纤光栅温度传感器和分布式光纤温度传感器，在资源及技术整合的前提下，其对电力系统中的温度监测方面具有举足轻重的作用，借助其良好的屏蔽性能，对电力系统中强大的温度场和电能场干扰进行了有效避免，并在使用的过程中表现出耐辐射、耐高压等诸多优点，在电力系统测温系统运行经济可靠性的有效提高方面发挥着重要作用。

4 结语

综上所述，在新时期的众多领域，DTS分布式光纤传感器都有着良好的应用前景，本文结合其在电力系统中安全监测方面的应用，对其进行了积极探讨，实现了对发电厂、变电站等主要电气设备温度的实时监控，这种运作模式的发展过程中，为全厂（站）的安全监测控制在温度信号方面做出了有力支撑，对于存在的安全隐患等，运行人员能及时发现并实施针对性措施，有效地确保了整个电力生产安全稳定以及节能高效的发展，对于我国电力系统的高效经济运行具有十分重要的现实

意义。

参考文献

[1] 刘兰书.高精度荧光光纤温度传感器及其应用技术研究[D].中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所），2011.

[2] 凌艺春.高响应温度传感器在液压系统中的应用分析[J].液压与气动，2012，（7）.

[3] 吴楠.光纤温度传感器工作原理及实际应用分析[J].企业技术开发，2011，（20）.

霍尔传感器的应用探讨 篇4

霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族,并已得到广泛的应用。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1 MHz),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)[2]。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。本文主要对霍尔元件测量位移的诸多问题进行了研究试验及探讨[1]。

1 霍尔元件的选用原则

现代传感器在原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,是在进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可以确定了。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。

1.1 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

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[6]。

1.2 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[1]。

1.3 频率响应特性的选择

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,希望延迟时间越短越好。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,机械系统的惯性较大,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[5]。

1.4 线性范围的选择

传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。从理论上讲,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[2]。

1.5 稳定性的选择

传感器使用一段时间后,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。传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使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,要能够经受住长时间的考验[1]。

1.6 精度的选择

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,不必选得过高。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。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,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合,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使用要求。

2 霍尔元件研究(不等位电势及其补偿)

根据霍尔效应,人们称用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点,因此,在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用[4]。

在实际使用中,存在着各种影响霍尔元件精度的因素,即在霍尔电动势中叠加着各种误差电势,这些误差电势产生的主要原因有两类:一类是由于制造工艺的缺陷;另一类是由于半导体本身固有的特性。不等位电势和温度是影响霍尔元件主要误差的两个因素。当霍尔元件的控制电流为IA时,若元件所处位置磁感应强度为零,则它的霍尔电势应该为零,但实际不为零。这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级,有时甚至超过霍尔电势[5]。实用中,想消除不等位电势极其困难,因而只有采用补偿的方法。一个矩形霍尔片由两对电极,各个相邻电极之间有4个电阻R1、R2、R3、R4,因而可以把霍尔元件视为一个4臂电阻电桥,不等位电势就相当于电桥的初始不平衡输出电压,如图1所示。理想情况下,不等位电势为零,即电桥平衡。若两个霍尔电极不在同一等位面上时,电桥不平衡,不等位电势不等于零,此时必须采取电路补偿的方法以消除不等位电势。

(a) 不对称电极 (b) 电级等级电桥

图2给出了两种补偿电路,图2(a)是在电阻值较大的桥臂上并联电阻,图2(b)是在两相邻桥臂上并联电阻,以增加电极等效电桥的对称性。

(a) 在阻值较大的桥臂上并联电阻 (b) 在两相邻桥臂上并联电阻

3 直流激励时霍尔传感器位移测量电路探讨

3.1 位移测量电路分析

直流激励时霍尔传感器位移电路图如图3所示。控制极通过两个反向稳压二极管接到±4 V的直流稳压电源上,以确保控制极之间的电压为4 V。输出极的某端接至RW1电位器的可调端,调节不等位电势。不需要转换电路是由于霍尔元件输出的是电量值。最后经一级放大电路输出[3]。测量时,先调机械零位:调节测微头使得霍尔元件位于同极性相对放置两块永久磁钢的正中间;再调电气零位:调节RW1使得数字表显示为零。测量方法:(1) 连续曲线法:向某一方向调节测微头数圈,读第一个数据,再向相反方向每旋转一圈读一个数据,到机械零位时电压不为零(不回零度误差),再继续每旋转一圈读一个数据直至数圈;(2) 断续曲线法:向某一方向调节测微头一圈,读第一个数据,继续每旋转一圈读一个数据直到机械零位,再向相反方向旋转数圈回到机械零位读一个数据电压不为零(不回零度误差),继续每旋转一圈读一个数据直至数圈。数据表格如表1;曲线如图4所示。

3.2 不等位电势测量分析

测量不等位电势时,按照不等位电势的概念进行,使得霍尔元件位于同极性相对放置两块永久磁钢的正中间,不使用电气零位(RW1为零),直接测量霍尔元件的输出电压,约40 mV[6]。

3.3 运算放大器分析

HA17741运算放大器实际就是uA741,它的主要指标为:输入失调电压10 mV,开环输入电阻1 MΩ,开环增益88 db～100 db,单位增益带宽1 MHz,输出开环阻抗60 Ω,输出电压转换速度0.5 V/us。内含单个放大器,是高增益运算放大器,常用于军事、工业及商业应用。这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。

调零电阻及内部功能图如图5所示:

Offset Null为偏置(调零端),Vin(-)为反向输入端,Vin(+)为正向输入端,Vee为接地,Vout为输出,Vcc为接电源,Nc为空脚。

uA741运算放大器实际电路配置放大倍数约8倍,首先将运算放大器的输入端短路(R2、R3的左侧端)进行调零,再给定一定的输入信号值,测量放大器的输出端电压,将输出信号与输入信号之比即可[3]。

4 结论

本文介绍了一种霍尔传感器模板设计与实现。首先,根据需求进行了传感器、放大器等选择设计。其中选择了霍尔传感器,HA17741,其次,针对系统所使用的霍尔传感器的性能和发展情况做了简单介绍。最后,根据所选用的硬件设施进行连接,完成了电路图,并根据硬件图做了相关试验,完成了调试。达到了设计要求。其试验的结果是霍尔元件的移动改变磁场强度,与霍尔电势的线性关系,使得对霍尔传感器的原理、特性及应用进行了探讨,有较强的典型性,而且本系统的设计具有功能强、成本低、元件少、可靠性好、简单易行、使用范围广等特点。同时这种设计可根据具体情况作相应的扩展,使其满足更多更高的要求。

参考文献

[1]彭军.传感器与检测技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003,11:116-254.

[2]赵继文.传感器与应用电路设计[M].北京:科学出版社,2002,9:130-200.

[3]张庆玲.检测技术理论与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007,8:87-89.

[4]成辉.传感器的理论与设计基础及其应用[M].北京:国防工业出版社,1999.

[5]霍尔传感器及应用电路[J].北京电子报,1994(合订本):381.

压电传感器原理及其应用 篇5

摘要：压电式传感器，作为传感器的一种，它具有自己鲜明的特点。而且除了一些自然界中的晶体材料外，我们还有人工材料压电陶瓷。它们的应用也十分的广泛，在声学、医学、力学、宇航、振动测量、机械冲击都有不错的涉及。

关键字： 压电传感器

压电原理

应用

压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。居里兄弟在研究热电性与晶体对称，发现正负电荷，而且电荷密度与压力大小成正比。居里兄弟所报道的这些晶体就有后来广为研究的铁电体酒石酸钾钠（罗息盐）。1881年，应用热力学原理预言了逆压电效应，即电场可以引起与之成正比的应变。很快这一预言被居了里兄弟用实验所证实了。自发现压电效应以来，这种类型的压电传感器就广泛应用于各个领域。经过多年的发展，压电传感器的材料、结构设计和工艺都有了很大的进步。而这些对改善传感器的性能起到了至关重要的作用。

一． 压电传感器的工作原理

1.压电原理

一些离子型晶体的电介质（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等）不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。即：在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面（极化面）上出现符号相反的束缚电荷，且其电位移D（在MKS单位制中即电荷密度σ）与外应力张量T成正比；当外力消失，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。

基于压电效应人们研究出一种可以自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。2.压电材料

在自然界中，大多数的材料都具有压电效应，但是十分微弱。随着人们对压电材料的不断研究与发现，压电材料性能得以大大的提高。新型压电材料的研制成功极大地推动了压电传感器的进步。从最开始的石英到BaTi03压电陶瓷，错钦酸铅(PZT)压电陶瓷，再到压电聚合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)等新型压电材料。单晶技术的进展培育了许多实用化的压电材料，薄膜工艺的进展为压电器件的平面化、集成化创造了条件。压电材料的这一系列进步为设计大量高性能的压电元件提供了技术保障。

二． 压电传感器的应用及发展

1.压电式测力传感器

压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力-电转换的传感器，在拉、压场合，通常较多采用双片或多片石英晶体作为压电元件。其刚度大，测量范围宽，线性及稳定性高，动态特性好。当采用大时间常数的电荷放大器时，可测量准静态力。按测力状态分，有单向、双向和三向传感器，它们在结构上基本一样。例如压电式单向测力传感器。该传感器适用于机床动态切削力的测量。主体包括绝缘套.基座.电极.石英晶片.上盖。绝缘套用来绝缘和定位。基座内外底面对其中心线的垂直度、上盖及晶片、电极的上下底面的平行度与表面光洁度都有极严格的要求，否则会使横向灵敏度增加或使片子因应力集中而过早破碎。为提高绝缘阻抗，传感器装配前要经过多次净化（包括超声波清洗），然后在超净工作环境下进行装配，加盖之后用电子束封焊。2.压电式加速度传感器

压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。

电荷输出压电加速度传感器，采用剪切和中心压缩结构形式。其原理利用压电晶体的电荷输出与所受的力成正比，而所受的力在敏感质量一定的情况下与加速度值成正比。在一定条件下，压电晶体受力后产生的电荷量与所感受到的加速度值成正比。

国内在压电加速度传感器方面的研究起步较晚，且结构设计和工艺水平落后于国外。目前国内压电传感器的主要结构是中心压缩型，较好的高冲击压电加速度传感器(中心压缩型)样机的主要技术指标为:最大冲击加速度100,000g，最高频响8kHz。在压电加速度传感器的研制方面，北戴河亿柏传感器技术研究所和西安204所做得较好。3.压电传感器用于报警装置

玻璃破碎报警装置它利用压电元件对振动敏感的特性来感知玻璃受撞击和破碎时产生的振动波。传感器把振动波转换成电压输出，输出电压经放大、滤波、比较等处理后提供给报警系统。玻璃破碎时会发出几千赫兹至几十千赫兹的振动，使用时将高分子压电薄膜传感器粘贴在玻璃上，感受这一振动，然后通过电缆和报警电路相连，将压电信号传送给集中报警系统。为了提高报警器的灵敏度，信号经放大后，再经带通滤波器进行滤波，要求它对选定的频谱通带的衰减要小，而频带外衰减要尽量大。玻璃振动的波长在音频和超声波的范围内，这就使滤波器成为电路中的关键。只有当传感器输出信号高于设定的阈值时，才会输出报警信号，驱动报警执行机构工作。玻璃破碎报警器可广泛用于文物保管、贵重商品保管及其他商品柜台保管等场合 4.压电陶瓷应用

压电陶瓷具有极高的灵敏度，压电高压发生器利用正压效应可以把振动转换成电能，还可以获得高电压输出。这种获得高电压的方法可以用来做引燃装置，如给汽车火花塞、煤气灶、打火机、炮弹的引爆压电雷管等点火。

压电传感器发展迅速，当今世界各国压力传感器的研究领域也十分广泛。归纳起来主要有以下几个趋势。（1）小型化。小型化会带来很多好处，重量轻、体积小、分辨率高，便于安装 在很小的地方对周围器件影响小，也利于微型仪器、仪表的配套使用。（2）集成化。压力传感器已经越 来越多的与其它测量用传感器集成以形成测量 和控制系统，集成系统在过 程控制和工厂自动化中可以提高操作速度和效率。（3）智能化。由于集成化的出现，在集成电 路中可添加一些微处理器，使得传 感器具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。（4）系统化。单一化产品在市场上没有大的竞争力。市场风云突变，一旦失去 市场，发展则停滞不前，经济效益差，资金浪费大，产品成本高。（5）标准化。传感器的设计与制造已经形成了一定的行业标准。如 IEC、ISO 国际标准，美国的 ANSIC、ANSC、MIL-T 和 ASTME 标准，日本 JIS 标准，法国 DIN 标准。

三、总结

压电式传感器，作为传感器的一种，它具有自己鲜明的特点。而且除了一些自然界中的晶体材料外，我们还有人工材料压电陶瓷。它们的应用也十分的广泛，在声学、医学、力学、宇航、振动测量、机械冲击都有不错的涉及。

光电传感器测量设计与应用初探 篇6

关键词：光电；传感器；设计

光电传感器由于反应速度快，能实现非接触测量，而且精度高、分辨力高、可靠性好，加之半导体光敏器件具有体积小、重量轻、功耗低、便于集成等优点，因而广泛应用于军事、宇航、通信、检测与工业自动化控制等多种领域中。当前，世界上光电传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光电技术的日趋成熟，对光电传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。从上述分析可知，现代信息技术的主体是光子技术与微电子技术，而光子技术与微电子技术结合，它们相互交叉、相互渗透与补充，就形成了光电信息技术，光电信息技术的主要内容是电─光信息转换和光─电信息的转换及其应用，是现代信息技术的基础和核心。

一、光电效应

光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。

二、光电元件及特性

根据光电元件制造的光电元件有光电子，充气光电管和光电倍曾管。

1、光电管。光电管的种类繁多，典型的产品有真空光电管和充气光电管。当入射光照射在阴极上时，单个光子就把它的全部能量传递给阴极材料中的一个自由电子，当电子获得的能量大于阴极材料的逸出功时，它就可以克服金属表面束缚而逸出。

2、光电电管的灵敏度低，因此人们研制了具有放大光电流能力的光电倍增管。利用逐级产生的二次电子发射，使电子数量迅速增加，这些电子最后到达阳极，形成较大的阳极电流。若倍增电极有n级，各级的倍增率为σ，则光电倍增管的倍增率可以认为是σN，因此，光电倍增管有极高的灵敏度。在输出电流小于1mA的情况下，它的光电特性在很宽的范围内具有良好的线性关系。光电倍增管的这个特点，使它多用于微光测量。

3、光敏电阻。光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料的两端装上电极引线，将其封在带有透明窗的管壳里就构成了光敏电阻。光敏电阻的特性和参数如下：（1）暗电阻光敏电阻置于室温、全暗条件下的稳定电阻值称为暗电阻，此时流过电阻的电流称为暗电流。（2）亮电阻光敏电阻置于室温和一定光照条件下测得稳定电阻值称为亮电阻，此时流过电阻的电流称为亮电流。

三、光电检测

光电检测术是光电信息技术的主要技术之一，它主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。如用光电方法实现各种物理量的测量，微光、弱光测量，红外测量，光扫描、光跟踪测量，激光测量，光纤测量，图象像测量等。光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，它具有如下特点。

1）高精度。光电测量的精度是各种测量技术中精度最高的一种。如用激光干涉法测量长度的精度可达0.05μm/m。2）高速度。光电测量以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，无疑用光学方法获取和传递信息是最快的。3）远距离、大量程。光是最便于远距的介质，尤其适用于遥控和遥测，如武器制导、光电跟踪、电视遥测等。4）非接触测量。光照到被测物体上可以认为是没有测量力的，因此也无摩擦，可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。5）寿命长。在理论上光波是永不磨损的，只要复现性做得好，可以永久的使用。6）具有很强的信息处理和运算能力，可将复杂信息并行处理。用光电方法还便于信息的控制和存储，易于实现自动化，易于与计算机连接，易于实现智能化。

四、设计方法

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构是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.由于被测对象复杂多样，故检测系统的结构也不尽相同。一般电子检测系统是由传感器、信号调理器和输出环节三部分组成。

传感器处于被测对象与检测系统的接口处，是一个信号变换器。它直接从被测对象中提取被测量的信息，感受其变化，并转化成便于测量的电参数。有传感器检测到的信号一般为电信号。它不能直接满足输出的要求，需要进一步的变换、处理和分析，即通过信号调理电路将其转换为标准的电信号，输出给输出环节。根据检测系统输出的目的和形式的不同，输出环节主要显示与记录装置、数据通信接口和控制装置。

传感器的信号调理电路是由传感器的类型和对输出信号的要求决定的。不同的传感器具有不同的输出信号。能量控制型传感器输出的是电参数的变化，需采用电桥电路将其转换成电压的变化，而电桥电路输出的电压信号幅度较小，共模电压又很大，需要用仪表放大器进行放大，在能量转换型传感器输出的电压、电流信号中一般都含有较大的噪声信号，需加滤波电路提取有用的信号，而滤波出无用的噪声信号。而且，一般能量型传感器输出的电压信号幅度都很低，也许才用仪表放大器进行放大。

与电子系统载波相比，光电系统载波的频率提高了几个数量级。这种频率量级上的变化使光电系统在实现方法上发生了质变，在功能上也发生了质的飞跃。主要表现在载波容量、角分辨率、距离分辨率和光谱分辨率大为提高，因此，在信道、雷达、通信、精导、导航、测量等领域获得广泛应用。

注意事项：1）硬件的逻辑错误是由于设计错误和加工过程中的工艺性错误所造成。这类错误包括错线、开路、短路，其中短路是最常见也是最难以排除的故障。单片机系统往往要求体积很小，印刷板的布线密度很高，由于工艺原因经常造成引线之间的短路。2）元器件失效的原因有两个方面：一是由于元器件本身损坏或性能差，诸如电阻，电容的型号参数不正确，集成电路损坏，或速度、功率等技术参数不合格等。二是组装错误造成元器件失效，诸如电容，二极管极性错误，集成块安装方向颠倒等。

五、结语

采用以上设计后，光电传感器减少干扰。它在严酷环境中能稳定地工作。经过电磁兼容设计，光电传感器可靠性及质量显著提高。（作者单位：沈阳师范大学物理科学与技术学院）

参考文献：

[1]江文杰，施建华.光电技术[M].科学出版社.

[2]张福学.传感器、电子学及其应用[M].国防工业出版社.

光纤光栅传感器应用分析 篇7

1 光纤光栅传感器概述

在光纤中, 光纤光栅是利用其光敏性而制成。光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时, 将随光强的空间分布光纤的折射率发生相应变化的特性。而在纤芯内形成的空间相位光栅, 其实质就是在纤芯内形成一个窄带的 (透射或反射) 滤波器或反射镜。光纤光栅可以分为以下两大类:一类是短周期光栅 (也称为Bragg光栅或反射光栅) ;一类是长周期光栅 (也称透射光栅) 。光栅的Bragg波长由下式1) 决定:

上式中, n代表芯模有效折射率;Λ是光栅周期。

2 光纤光栅传感器在切削力检测中的应用

在硬质机械切削加工过程中, 随着切削力的增大, 其产生塑性变形也随之变大, 所以在机械加工误差中, 切削力误差占据很大的比重。基于此, 本文通过建立并标定切削力产生的应变与光纤Bragg光栅的应变响应的关系, 根据Bragg波长的变化对应力的变化进行测量, 在本系统应用设计中, 布拉格光栅的波长为外加应力和温度T的函数, 系统的基本构成如图1所示。

当光纤Bragg光栅的某一部分受到切削力时, 布拉格光栅反射光的波长会因受到切削力而发生改变, 光栅平面的周期间隔Λ以及有效折射率会受到温度及应力的影响, 反射光波长会引起偏移, 波长会发生相应的变化。通过光谱仪中的成像反光镜成像, 光谱峰值的移动会反应在阵列接收器的接收面上, 光谱谱面也会因此形成。整个光谱中, 光电探测器的像元上会被任一个微小谱带照射到, 电信号由探测器将移相后的光信号转换, 然后经过解调滤波, 数据处理和分析由PC机进行。

3 光纤光栅传感器在机械裂纹损伤识别中的应用分析

当机械结构产生损伤后, 将会降低损伤区域的质量和刚度等属性, 由损伤结构能获得结构的参数, 包括应变、位移、频率响应函数、固有频率等。根据这些参数, 通过模态识别可以得到系统的应变模态、位移模态、应变频响函数和刚度矩阵等, 通过对损伤前后结构的模态参数的比较, 这些比较包括其前后变化或者变化率等, 损伤的具体位置及程度就可以据此被确定。

根据机械结构实际情况的分析, 在检测其结构损伤中, 为了对细小的损伤能精确检测, 传感器布置要大量分布式。利用光纤光栅传感器进行测量, 可以对机械裂纹损伤的发生和扩展进行有效识别, 本文设计出如下图的基于光纤光栅传感器的机械裂纹损伤识别原理图。

如上图2所示, 首先对薄板进行随机激振, 这个由B&K4824模态激振器操作, 采集信号由加速度传感器完成, 加速度/力频响函数由7700分析仪得出, 薄板的前四阶固有频率即可确定。接着再对固有频率所在频段施加正弦激振, 解调和采集模块由FBG波长信号完成, 同时记录波长信号, 包括记录下每个正弦激振的力幅频信号。对FBG波长信号进行FFT分析, 应变幅频信号可以由此得到, 用同一频率的力幅值与应变响应幅值相除, 该频率的应变频响函数即可得到, 应变频响函数曲线在测频率点的值经过计算后可得, 然后根据损伤指标进行识别。

4 光纤光栅传感器在机械设备温度监控系统的应用

由于机械设备工况条件复杂, 因此对其温度进行监测也存在很大的困难。在复杂工况下, 大部分温度监测系统都很容易受到干扰, 测出温度准确性无法保障, 从而给决策者带来错误的信息, 而引入光纤光栅传感器对其进行监控, 则可以很好的解决这一问题。及时排除故障, 保证机械设备的顺利运行。

5 结论

光纤光栅传感器的具体应用并不止于以上本文所介绍的一些领域, 光纤光栅传感器因其灵敏度较高和测量范围较大, 还可以用于温度、应变或应力等物理量的传感测量, 特别适合于强电磁场、腐蚀等恶劣或特殊的环境中。将不同栅距的光纤光栅在光纤若干个部位中写入, 若干部位相应物理量及其变化就可以同时被测定, 实现准分布式光纤传感。光纤光栅传感器可以说是一种全新的传感技术中的典型代表, 将会对应用领域里结构健康的长期监测与完全有效诊断发挥重要作用, 其应用的前景非常广阔。

参考文献

[1]杨兴, 胡建明, 戴特力.光纤光栅传感器的原理及应用研究[J].重庆师范大学学报 (自然科学版) , 2009.

[2]暴学志.光纤光栅传感器技术应用研究[J].中国科技信息, 2010.

光纤传感器原理及其应用 篇8

1 光纤传感器

1.1 光纤传感器的原理和基本组成

光纤传感器的基本原理是光源通过光发送器发出后, 以光纤为传输载体传送给敏感元件, 在这一过程中, 被测量对光的某一性质进行调制, 被调制后的光接收光纤然后耦合到光接收器, 最终光信号被转变为电信号, 电信号再经过信号处理系统处理后变成所需要的被测量。

光发送器、光接收器、敏感元件、光导纤维及信号处理系统是构成光纤传感器的几个重要组成部分。有些光纤传感器中, 光无源器件也作为光线传感器的重要组成部分。光无源器件按照功能上归类可以分为光衰减器件、光功率分配器件、光连接器件、光隔离器件、光开关器件等。光无源器件在工作过程中不需要任何外部元器件的帮助, 依靠自身的性能就可以独立完成某种光学功能。

1.2 光纤传感器的分类

光纤传感器按其作用不同可分为三种类型, 分别是功能型传感器、非功能型传感器和拾光型传感器。

功能型传感器中被传输光的许多特性发生了变化, 比如光的相位、强度、频率或偏振态等参数。主要是由于光纤内传输的光得到了被测量的调制, 在这一过程中, 功能型传感器依靠光纤自身的特性把光纤看做了敏感元件。被调制的光再经过信号解调, 最终获得被测信号。光在光纤内受被测量调制, 多采用多模光纤。光纤在其中扮演着导光媒介的角色, 同时也是敏感器件。

非功能型传感器光纤仅作为信息的传输媒介, 常采用单模光纤。它是通过非光纤敏感元件来感知被测参量的变化, 光纤仅起传输的作用。在此类传感器系统中, 由于光纤型敏感元件获得光照才受到被测量调制, 所以光纤在传感器系统中扮演着“导光”的重要角色。

拾光型光纤传感器多采用单模或多模光纤。在拾光型光纤传感器中, 测量对象反射、辐射或散射的光信号通过光纤传播到光电元件上。光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等都是拾光型光纤传感器的典型代表。

1.3 光纤传感器的特点

光纤传感器的灵敏度高, 电绝缘性及化学稳定性较好。光纤传感器不仅灵敏度高, 而且本身也是一种高绝缘、化学性能稳定的物质, 在电力系统及化学系统中得到了广泛应用, 尤其试用于条件恶劣的环境, 比如高压隔离的工作场地或者易燃易爆的井下工作。

光纤传感器的安全性能良好, 抗电磁干扰能力强, 且可分布式测量。光纤传感器是电无源的敏感元件, 故应用于测量中时不存在漏电及电击等安全隐患。光在光纤中传播不会受到电磁噪声的影响, 同时一根光纤可以实现长距离连续测控, 并由此形成很大范围内的监测区域, 提高对环境的检测水平。

光纤传感器使用寿命长, 传输容量大, 测量速度快。石英玻璃作为光纤的主要材料使得光纤传感器相对于金属传感器具有更大的耐久性。由于光的频率高, 所容纳的频带宽, 所以光纤传感器的传输容量大。光的传播速度最快且能传送二维信息, 因此可用于高速测量。

2 光纤传感器的应用

2.1 在电力系统中的应用

近几年出现的分布式光纤传感器对大型电机的定子、转子内的温度检测和高压变压器等设备可以很好地发挥作用, 同时也有效地解决了电力系统网络分布凌乱、结构复杂、情况不容易掌握等问题。分布式光纤温度传感器具有极高的定位精度和测量精度, 可以完成光纤周围几公里内各点的温度测量, 连续性强, 实时能力较好。分布式光纤温度传感器具有很强的预警性, 在突发事件发生时能够真实迅速地反映实际情况, 打破了传统的局限性。

2.2 在城市建设中的应用

光导纤维传感器可以有效用于混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中, 这种方式已经在隧道监测方面、桥梁监测方面以及边坡监测方面取得了良好的效果。众所周知, 安全事故时常发生在土木施工中, 不仅会带来大量的人员伤亡而且还会导致严重的经济损失。在建筑方面引进光导纤维传感器, 它较高的精确性和远距离的测量能力为城建工作解决了困扰已久的上述问题。

2.3 光纤传感器在石油化工系统中的应用

一般的传感器在石油化工系统的井下很难开展工作, 主要是由于井下高温高压, 具有很严重的电磁波干扰和化学腐蚀。而光纤传感器体积小, 自身不带电且抗干扰能力强, 它以自身的独特优势可以很轻松地在井下开展工作。光纤传感器特别适合在狭小、易燃易爆的空间和具有强电磁波干扰的环境下使用, 在油气勘探、测量油井参数等工作中, 光纤传感器已经获得了大家的一致好评。

2.4 在医学方面的应用

光纤传感器体积小巧, 抗干扰能力强, 对生物体亲和性好, 这些特点使光纤传感器在医学方面得到了广泛的应用。现在医学及生物传感器在医学上已经得到了广泛的推广。另外, 光纤传感器以其独特的优势在压力测量、PH值测量、温度测量、医用图像传输还有血液速度测量等方面也发挥了重要作用。

3 光纤传感器的发展前景

光纤传感器在医学、建筑、石油勘测等方面已经树立了良好的口碑, 在测量领域更是得到了广泛的应用。由于科学技术在不断更新, 光纤传感器的体积会越来越小, 整体会趋向于智能化、低功耗、实现无线传输和便于携带。虽然目前为止我国光纤传感器的生产厂家还很少, 光纤传感器的发展还落后与其他发达国家, 但是光纤传感器作为一种发展的新技术, 已与我们息息相关, 只要对其进行不断地创新研发, 使其发挥出更大的科学价值, 光纤传感器在我国的发展一定会蒸蒸日上。

4 结语

光纤传感器独特的能力使其在高电压和强电磁干扰的条件下都可以很好地发挥作用, 它凭借着自身的优势已经成为传感器家族的佼佼者和不可缺少的一员。随着光纤传感器系统的日益成熟, 它将在我们日常的生产和生活中发挥越来越大的作用!

摘要：随着科学技术的不断进步, 传感器越来越广泛地应用在我们日常生活中。光纤传感器自问世以来得到了迅猛的发展, 而今光纤传感器已日趋成熟。本文对光纤传感器的基本原理、组成、分类和特点进行了阐述, 并对其应用和发展前景进行了探讨。

关键词：传感器,原理,分类

参考文献

[1]王昊.关于光纤传感器的应用及发展方向探讨[J].科技天地.2013 (32) .

[2]李彩.光纤传感器的原理及应用[J].科技创业家, 2013 (3) .

微波传感器及其应用研究 篇9

微波是波长介于0.1m~1mm之间的电磁波, 对应的波段频率范围为300MHz3000GHz, 分为分米波段 (频率3003000MHz) 、厘米波段 (频率3~30GHz) 、毫米波段 (30~300GHz) 、亚毫米波段 (300~3000GHz) , 微波既具有电磁波的性质, 又不同于普通无线电波和光波, 是一种相对波长较长的电磁波。微波检测技术是在微波物理学、电子学和微波测量技术等基础上发展起来的一门新技术。

2 微波传感器原理

微波传感器是利用微波特性来检测某些物理量, 如物体的存在、运动速度、距离、浓度等信息。其工作原理为, 由微波发射器定向发出微波信号, 遇到被测物体时, 微波信号部分被检测物体吸收, 部分则被反射。利用接收天线接收被测物反射回来的微波信号, 检测其电磁参数, 再由测量电路处理, 就实现了微波检测。

根据微波传感器工作原理的不同, 可以分为反射式微波传感器和遮断式微波传感器。前者的发射天线和接收天线常位于同一端, 比较发射功率和接收功率以及微波信号折返时间、相位偏移等测量位置、位移、厚度等信息;后者的发射天线和接收天线常位于待检测物体两端, 检测微波信号电磁参数判断发射天线和接收天线之间有无被测物体, 以及检测被测物体的厚度等信息。

3 微波传感器应用

3.1 微波测距

微波测距原理如图1所示, 将微波发射器和微波接收器架设在相距为d的位置, 发射器发出一定功率的微波信号, 该微波信号发射到接收器时将有一部分功率损耗, 微波接收天线接收到的微波功率大小即可换算出待测面和微波发射器的距离h。

3.2 微波探测器

微波探测器是利用微波的多普勒效应来探测运动的物体:它是一种主动探测技术, 利用反射波的频移程度与被测物体的运动速度有关的原理即多普勒效应来探测物体的运动。根据测量到的差拍信号频移, 可测定相对速度。该技术在军用雷达和交通安全监控上已有广泛的应用, 最新的应用领域则是利用多普勒微波探头做人体运动检测。

3.3微波测含水量

常态下的水分子是杂乱无章分布着的, 但是由于水分子是极性分子, 在外电场的作用下, 偶极子会形成定向排列。处于微波场中的水分子其偶极子受场作用反复改变方向, 不断吸收能量 (微波相移) , 又不断释放能量 (微波衰减) , 不同湿度的被测物体引发的微波信号相移和衰减量不同, 可以换算出被测物体的含水量。实际应用中, 常使用功率分配器将功率微波信号分成两路, 分别经过转换器注入被测样品和无水样品, 比较他们之间的相位差和衰减差, 从而确定样品含水量。

3.4 微波探伤

微波探伤即微波无损检测, 是利用微波与被测物体表面相互作用, 如反射、散射、透射以及电磁参数的变化实现的。复合材料制品中难免会出现气孔、疏松、树脂开裂、分层、脱粘等缺陷。这些缺陷在复合材料制品中的位置、尺寸以及在温度和外载荷作用下对产品性能的影响, 可用微波无损检测技术进行评定。微波无损检测原理如图3所示。

3结束语

微波传感器主要涉及微波频率的变换、幅度、相位、品质因素等微波参数的测量。微波传感器普遍具有测量精度高, 反应速度快、定向性好、非接触等优点, 这使其应用领域非常广泛, 现已发展为较成熟的测量检测技术。

参考文献

[1]潘炼.传感器原理及应用[M].北京:电子工业出版社, 2012.

湿度传感器的应用研究 篇10

关键词：相对湿度,湿敏元件,湿度测量电路,电容式湿度传感器

在国家经济发展越来越快速的时代中, 人们生活质量明显提高, 对环境的温度与湿度标准越来越关注与重视。随之, 我国相关部门针对温度测量以及湿度测量更进一步研究, 并结合多次试验研发出新型的湿度传感器, 并已经被广泛应用于各领域中, 例如:生活、生产、国防等多种领域。由于环境湿度参数测量难度较高, 要想达到一定的精标准要求, 必须要做到合理湿度控制。

一、湿度的含义以及表示

(一) 湿度含义

空气中的湿度也可以称之为空气中的含水量, 在对空气湿度测量过程中, 我们会用绝对湿度、相对湿度、混合比以及饱和压力等多种物理量进行湿度表示, 例如:在湿蒸汽和液体水中所测量的湿度我们称之为蒸汽湿度。一般情况下, 湿度与温度之间有一定的关联, 其温度高湿度就会大。

(二) 绝对湿度 (AH)

绝对湿度是水蒸气的质量包含在一定体积的空气, 一般其单位是立方米, 限制最高湿度的饱和状态。由式 (1) 体现:

其中, 蒸汽压, 单位Pa, Rw=461.52 (公斤) , 对水的气体常数;T表示温度, 单位为K;m表示空气溶解在水质量, 单位为G;V表示空气体积, 单位为m3。

(三) 相对湿度 (RH)

相对湿度是指空气、水蒸气饱和质量相同, 空气的温度越高, 湿度就会也明显。经过以上分析得知, 温度与湿度之间有一定的关系, 两者可以融合在一起应用, 在两者的作用下还可以分析出更多的温度参数。

进行相对湿度计算可采用式 (2) 计算方法:

计算式中, ρw表示绝对湿度, 单位为g/m3;ρw, max表示最高湿度, 单位为g/m3;E表示饱和蒸汽压, 单位为Pa;s表示比湿, 单位为g/kg;S表示最高比湿, 单位为g/kg。

传统的湿度测量所选用的器具主要以干湿球和毛发湿度计两种湿度计为主, 其测量效果低, 达不到精准测量要求。这两种湿度计制造成本较低、使用方便、操作简单, 因此适用于湿度测量要求不高的环境中。

二、电容式湿度传感器及其应用

测量空气湿度的方式很多, 其原理是根据某种物质从其周围的空气中吸收水分后引起的物理或化学性质的变化, 间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏元件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。下面介绍HS1100/HS1101湿度传感器及其应用。

(一) 特点

不需校准的完全互换性, 高可靠性和长期稳定性, 快速响应时间, 专利设计的固态聚合物结构, 有顶端接触 (HS1100) 和侧面接触 (HS1101) 两种封装产品, 适用于线性电压输出和频率输出两种电路, 适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。

相对湿度在0%~100%RH范围内;电容量由162p F变到200p F, 其误差不大于士20%RH;响应时间小于5 s;温度系数为0.04 p F/℃。可见精度是较高的。

(二) 湿度测量电路

HS1100/HS1101电容传感器, 在电路构成中等效于一个电容器件, 其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号, 常用两种方法:一是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中, 所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号;另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中, 将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号, 可直接被计算机所采集。

集成定时器555芯片外接电阻R4, R2与湿敏电容C, 构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路, 并将引脚2、6端相连引入到片内比较器, 便成为一个典型的多谐振荡器, 即方波发生器。另外, R3是防止输出短路的保护电阻, R1用于平衡温度系数。

该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下:首先电源vs通过R4, R2向c充电, 经t充电, 时间后, Uc达到芯片内比较器的高触发电平, 约0.67vs, 此时输出引脚3端由高电平突降为低电平, 然后通过R2放电, 经t放电时间后, Uc下降到比较器的低触发电平, 约0.33vs, 此时输出引脚3端又由低电平跃升为高电平。如此翻来覆去, 形成方波输出。

三、电容式湿度传感器的研究

(一) 工作原理

很多时候, 我们所选用的感湿方法是直接对大气进行感湿, 这种方法响应速度较快, 并且具有灵敏高的特点, 也正因为如此, 很容易受到环境因素 (大气中的灰尘等杂物) 影响。因此, 为了降低影响度, 采用电容式湿度传感器进行间接性感湿。也就是说, 通过吸附大气的方式, 将大气中的水汽吸附到其他电介质材料中, 观察电子介质材料的变化, 采用科学依据进行空气湿度分析。虽然间接感湿响应速度要比直接感湿响应速度相对慢些, 但是间接感湿能够有效地对环境影响因素进行控制, 进而达到一定的准确性。

(二) 传感器所用的敏感元件及相关的物理特性

目前, 常见的感湿介质有三种, 分别是:多孔哇、空气以及聚酰亚胺, 此三种介质在湿度传感器测量中都有着不同的作用与效应。

本传感器主要和CMOS工艺相联系, 但是由于多孔哇与CMOS工艺存在矛盾, 同时多孔哇工艺制备条件较高, 工艺处理复杂, 孔隙与孔径大小控制难度大, 一致性也不够好, 其感湿机理比较复杂。因此CMOS湿度传感器的主要感湿介质将以聚酰亚胺和空气为主。但是, 由于用空气作为介质, 比较容易受到外界环境的干扰, 且表面水汽吸附影响较大, 对后序处理也需要极高的要求。

湿敏元件不仅对大气湿度响应敏感, 同时对大气温度响应敏感度也非常高, 通常情况下, 湿敏元件的温度系数应维持在0.2%到0.8%RH/℃之间, 特殊情况下, 湿敏元件的温度系数也会有所变动。因此, 本传感器的设计中, 应采用聚酰亚胺作为感湿的主要介质。

聚酰亚胺的特点有:高温耐性强, 可达400摄氏度以上, 适用于极高温度测量, 一般作用于200至300摄氏度的环境中, 熔点低, 绝缘性能非常强, 等级已经处于F-H级别中, 介电损耗率非常低, 因此, 可以说它是感湿介质总综合性能最强的有机高分子。目前, 聚酰亚胺材料以被广泛应用到各领域中, 并且取得了良好的应用效果。例如:航天、航空、纳米、液晶、激光等各领域已将其作为主要应用材料, 并对其应用与作用给予推广。

根据对聚酰亚胺性能的调查得知, 其性能主要表现在以下几点中:第一性能:热稳定性高, 聚酰亚胺初分解温度为500摄氏度左右。聚酰亚胺是由联苯四甲酸二酐和对苯二胺合成, 最高分解温度可达600摄氏度, 它属于热稳定性最高的一种聚合物材料。第二性能:低温耐性好, 经过多次低温试验结果表明, 聚酰亚胺可在-269摄氏度的液态氦中保持完整性。第三性能:机械性能, 聚酰亚胺的抗张强度最高可达400Mpa, 弹性膜量达到500Gpa, 是一种机械性能较强的工程塑料, 其应用性能较好。第四性能:原料回收率高, 很多聚酰亚胺对有机溶剂很难溶合, 耐水解性能较差, 正是利用这样的一种缺点, 将聚酰亚胺的特点更推进一步, 则是可通过碱性水解对原料进行回收, 其二酐和二胺的回收率可达到百分之八十以上。第五性能:热胀系数好, 同时抗辐射性能强。第六性能:介电性能, 通常情况下, 介电常数可控制在3.4左右, 在氟或者空气纳米的作用下, 聚酰亚胺介电常数可以控制在2.5左右, 有效降低介电常数。其介电损耗率低, 通常在10-3之间, 介电强度可控制在100到300KV/mm。例如:广成热塑性聚酰亚胺为300KV/mm, 体积电阻为1017Ω·cm。聚酰亚胺介电性能可维持度高, 可大大提高温度与频率范围, 使之应用效果明显提高。其他性能:聚酰亚胺除了以上性能, 还有自熄性能, 属于发烟率低的聚合物, 同时放气量较少, 即使在极高的真空下, 也会保持低放气量。最重要的一点是无毒性能, 扩大了应用范围, 餐饮、医药等各种服务业均可放心应用, 同时聚酰亚胺可不受消毒次数限制。聚酰亚胺还有一些品种的生物相容性较好, 可为各种实验室作为首选材料, 例如:血液、细胞等实验中均可引用。

(三) 传感器数学模型

要想提高湿度传感器的感湿性能, 需要对其结构进行合理设计, 电容湿度传感器的两极设计, 作用面设计、感湿介质设计以及介电常数控制等都需要根据相应的科学依据进行参考与分析。提高工作制作手法, 确保两级间距合理化, 同时还要将传感器的响应时间、线性度以及滞回等方面进行全面考虑, 在设计过程中, 要不断经过试验取得有效结果。这里选用类似于W型的结构。W型的电容湿度传感器的优点在于, 电容的两极比较接近, 提高了电容湿度传感器的灵敏度。其中的介质1和介质2都用聚酰亚胺作为湿敏材料。

(四) 系统测量电路

在测量时, 主要是将湿度传感器加入到多谐振荡器电路中。

利用多谐振荡器的功能, 可以将敏感电容的频变通过电路转变成电路输出频率的频变, 经过湿度传感器进行湿度参数值确定, 并通过电路将表示湿度的相应数字呈现出来, 实现智能化输出与控制。

多谐振荡电路的测量主要通过开关 (S1、S2) 可受输出电压 (VO) 进行有效控制为运行原理。运行中输出电压VO若是过高, S1、S2则成断开与闭合状态, 此时Cs进入充电模式。若是输出电压较低时, S1、S2成开启状态, Cs则处于放电模式。多谐振荡电路通过Cs的自动充电 (放电) 功能, 使电压值 (Vs) 的变化从而引起施密特触发器翻转。持续反复以上状态, 使输出电压信号V0为一周期性方波。若是Cs充电 (放电) 的电流处于同等状态, 均为Is, 此种方波称为对称方波。

如果定义, 对于上述施密特触发器的T/2周期时间为T/2= (VhCs) /Is。

电路输出频率为f0=Is/ (2VhCs) , 传感器电容Cs的值可受外界湿度的变化而影响, 所输出的频率是另一组湿度RH的函数, 即f0=f0 (RH) , 以上所测量的电路结果是介电常数和敏感电容的比值, 将电容的变化转换成频率变化, 进而输出可带有表示意义的数字特性。这种只是针对于外界湿度的变化而进行频率定标, 而当外界湿度处于恒定状态时, 则需要解决的是频率与时间周期的稳定性, 包括稳定漂移等问题。以此, 针对这些问题应该作进一步研究, 并作出一个合理的方案, 目前, 可依据原湿度传感器的结构以及湿度敏感电容作为参考与斟酌对象, 利用湿度不敏感的电容进行测量, 使环境漂移度控制在零标准上。在不敏感电容和感湿电容对多谐振荡电路进行交替开关过程中, 频率和时间周期的反应便可以作为湿度测量参数值。

四、总结

由于湿度传感器无密封性特点, 因此很容易受到外界因素的干扰, 所以, 要想达到准确测量则需要对含有酸、碱以及有机溶剂的介质控制, 同时更需要降低空气中尘埃的影响率, 最好选用较小的空间。若是湿度传感器受到时间与距离的制约, 则需要考虑信号衰弱问题, 若是距离已经超出二百米, 则需要采用具备频率输出信号功能的湿度传感器。同时还要不断提高湿度传感器的制造工艺水平, 开发更多的电路补偿功能, 为提高湿度传感器的研究做好基础准备。

参考文献

[1]汤辰, 万衡, 王凯凯.高分子电容型湿度传感器研制[J].电子器件, 2016 (03) .