傳感器應(yīng)用實例作業(yè)2016(完)

1、傳感器應(yīng)用實例考試方式： 考查 院系： 自動控制系 專業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 班級： 13030344 姓名： 李楠 學(xué)號： 1303034402 2016年6月 10 日一、查閱傳感器（電阻式、電容式、磁電式、熱電式、光電式，以及其他類型的新型傳感器）應(yīng)用的相關(guān)資料，選擇一類傳感器，綜述這類傳感器的應(yīng)用實例，并分析1至2個應(yīng)用實例（從傳感原理、結(jié)構(gòu)、被測量傳感及測試實現(xiàn)過程）（不能將網(wǎng)上原文復(fù)制粘貼，需要閱讀文獻并理解，以自己的思路進行總結(jié)分析，控制在4至6頁） 50分(一)電容式傳感器1.基本工作原理1電容式傳感器是一個具有可變參數(shù)的電容器。多數(shù)場合下，電容是由兩個金屬平行極板組成，并且以空

2、氣為介質(zhì)，如圖1所示。兩個平行板組成的電容器的電容量為圖1平板電容-電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，；-真空介電常數(shù)；-介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)；A -兩平行極板覆蓋的面積；d -兩平行極板之間的距離；C 電容量；當被測參數(shù)變化使得式中的A,或d發(fā)生變化時, 電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數(shù)不變, 而僅改變其中一個參數(shù), 就可把該參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化, 通過測量電路就可轉(zhuǎn)換為電量輸出。因此, 電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。改變平行極板間距d的傳感器可以測量微米數(shù)量級的位移，而變化面積A的傳感器則適用于測量厘米數(shù)量級的位移，變介電常數(shù)式電容式傳感器適用于液面、厚

3、度的測量。2.應(yīng)用實例（一）電容式轉(zhuǎn)速傳感器（1） 變面積式電容傳感器工作原理1如圖2所示是常見的變面積式電容傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。變面積式電容傳感器可分為：線位移式電容傳感器如圖2（a）、角位移式電容傳感器如圖2（b）、圓柱式線位移電容傳感器如圖2（c）（d）。 測量范圍比變間隙式大，可以測量較大范圍的現(xiàn)位于和角位移。圖2 （c）、（d）中所示1、3為固定電容板，2為可動電容板。而該應(yīng)用實例的工作原理就是線位移式電容傳感器的工作原理。圖2表面積式電容傳感器結(jié)構(gòu)示意圖線位移式電容傳感器的工作原理（如圖3為線位移式電容傳感器工作原理圖）：圖3線位移式電容傳感器工作原理圖極板起始覆蓋面積為A = a

4、b，沿活動極板長度方向移動a，則改變了兩極板間覆蓋的面積，忽略邊緣效應(yīng)，改變后的電容量為式中極板的長度；極板的寬度。電容的變化量為靈敏度為靈敏度系數(shù)為常數(shù)，可見減小極板長度可提高靈敏度，而極板的起始覆蓋寬度b與靈敏度系數(shù)無關(guān)。但b不能太小，必須保證bd，否則邊緣處不均勻電場的影響將增大。（2）電容式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)及測量原理電容式轉(zhuǎn)速傳感器是一種電參數(shù)型數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器。工作時，齒盤隨被測軸轉(zhuǎn)動，周期性的改變電容器電極板之間的相對面積，電容量發(fā)生周期變化，即傳感器利用電容變換原理將被測軸機械轉(zhuǎn)速變換成電容參數(shù)量，傳感器輸出的電容參數(shù)信號的頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比。圖4電容式轉(zhuǎn)速床干起結(jié)構(gòu)原理圖3.應(yīng)

5、用實例（二）電容式加速度傳感器在發(fā)動機上的應(yīng)用（1）電容式加速度傳感器工作原理1 電容式加速度傳感器的優(yōu)點是頻率響應(yīng)范圍大，量程范圍大，僅受彈性系統(tǒng)設(shè)計限制。其設(shè)計的一個困難是如何獲得對溫度不敏感的阻尼。由于氣體粘度的溫度系數(shù)比液體要小得多，因此采用空氣或其它氣體作阻尼是合適的。如圖5所示是空氣阻尼的電容加速度計。圖5電容式加速度計1.絕緣體；2.固定電極； 3.振動質(zhì)量（動電極）；4.彈簧片電容式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)形式一般采用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。當質(zhì)量受加速度作用運動而改變質(zhì)量塊與固定電極之間的間隙進而使電容值變化。電容式加速度計與其它類型的加速度傳感器相比具有靈敏度高、零頻響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特

6、點，尤其是受溫度的影響比較?。坏蛔阒幈憩F(xiàn)在信號的輸入與輸出為非線性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身是高阻抗信號源，因此電容傳感器的輸出信號往往需通過后繼電路給于改善。在實際應(yīng)用中電容式加速度傳感器較多地用于低頻測量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，且成本也比壓電式加速度傳感器高得多。(2)電容式加速度傳感器在發(fā)動機上的應(yīng)用原理及構(gòu)造2在發(fā)動機EOBD失火診斷模塊中，需要借助垂直方向的加速度來判斷目前車輛所處的路況。如果所處路面的豎直方向加速度超過某一幅值，那么在一定概率下，發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)速波動會和失火時候的情況近似，這時候就需要暫時關(guān)掉失火診斷功能，以免發(fā)動機故障指示燈誤報

7、警。加速度傳感器在發(fā)動機失火診斷中的應(yīng)用當車輛在極度不平的路面行駛時，車輛的振動可能會通過傳動系傳到發(fā)動機曲軸，造成曲軸轉(zhuǎn)速信號的變化，引起誤判失火。目前，在國內(nèi)外中高端車輛中，主要采用ABS的信號來判斷壞路面。而在低端車中（未安裝ABS），加速度傳感器由于具有判斷靈敏等優(yōu)點而被廣泛地應(yīng)用。圖6差動式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖如圖6所示為差動式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。它有2個固定極板Y、Z（與殼體絕緣），中間有一用彈簧片支撐的質(zhì)量塊X，此質(zhì)量塊的2個端面經(jīng)過磨平拋光后作為可動極板（與殼體電連接）。當傳感器殼體隨被測對象在垂直方向上作直線加速運動時，質(zhì)量塊在慣性空間中相對靜止，而2個固定電極

8、將相對質(zhì)量塊在垂直方向上產(chǎn)生大小正比于被測加速度的位移。此位移使兩電容的間隙發(fā)生變化，一個增加，一個減小，從而使C1、C2產(chǎn)生大小相等，符號相反的增量，此增量正比于被測加速度。（二）參考文獻1孟立凡，藍金輝傳感器原理與應(yīng)用（第三版）M北京：電子工業(yè)出版社，2015：57-712鄧裕電容式加速度傳感器在發(fā)動機上的應(yīng)用J汽車電器，2009（5）：11-13二、查閱物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)資料，舉例說明傳感器在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要性及作用。30分物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫“The Internet of things”，顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的

9、核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。嚴格而言，物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)可以歸納為“感知、傳輸、處理”。而傳感器是感知環(huán)節(jié)的重要組成部分，傳感器作為感知層信息獲取的基礎(chǔ)，處于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上游，處在物聯(lián)網(wǎng)金字塔的塔座，是整個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中需求量最大、最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。目前只要談到傳感器，指的幾乎都是以電為輸出的傳感器

10、。除電信號以外，人們在不斷探索和利用新的信號媒介。可以預(yù)料，當人類跨入光子時代，光信號能夠更為快速、高效傳輸與處理時，一大批以光信號為輸出的器件和裝置將加入到傳感器的家族里來。傳感器是生物體感官的工程模擬物；反過來，生物體的感官則可以看作是天然的傳感器。傳感器廣泛應(yīng)用于各個學(xué)科領(lǐng)域:在基礎(chǔ)學(xué)科和尖端技術(shù)的研究中；在工業(yè)自動化與國防領(lǐng)域；在生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護、安全防范、家用電器等與人們的生活密切相關(guān)的方面，傳感器的應(yīng)用層出不窮?？梢钥隙ǖ卣f，未來的社會將是充滿傳感器的世界。人們既可以把它看作傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的自然延伸，因為物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)；也可以把它看作是一種新型網(wǎng)絡(luò)，因為其

11、用戶端延伸和擴展到了物品與物品之間，這與互聯(lián)網(wǎng)那種“電腦相連的網(wǎng)絡(luò)”大不一樣。相比互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)具有以下諸多特點： 首先，終端的多樣化。以前的互聯(lián)網(wǎng)主要是電腦互連的網(wǎng)絡(luò)，當然現(xiàn)在能上網(wǎng)的設(shè)備越來越多了，除電腦之外，還有手機、PDA（掌上電腦）以及諸如機頂盒之類的東西，但在物聯(lián)網(wǎng)這里，這些還不夠。人們坐在家里環(huán)顧四周，就會發(fā)現(xiàn)身邊還有很多東西是游離于互聯(lián)網(wǎng)之外的，像電冰箱、洗衣機、空調(diào)等。人們開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就是希望借助它將我們身邊的所有東西都連接起來，小到手表、鑰匙以及剛才所說的各種家電，大到汽車、房屋、橋梁、道路，甚至那些有生命的東西（包括人和動植物）都連接進網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和終端的多樣

12、性，顯然要遠大于現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)。 其次，感知的自動化。物聯(lián)網(wǎng)在各種物體上植入微型感應(yīng)芯片，這樣，任何物品都可以變得“有感受、有知覺”。例如，洗衣機可以通過物聯(lián)網(wǎng)感應(yīng)器“知曉”衣服對水溫和洗滌方式的要求；人們出門時物聯(lián)網(wǎng)會提示是否忘記帶公文包；借助物聯(lián)網(wǎng)，人們可以了解到自己的小孩一天中去過什么地方、接觸過什么人、吃過什么東西等。物聯(lián)網(wǎng)的這些神奇能力是互聯(lián)網(wǎng)所不具備的，它主要是依靠一種名為RFID（射頻識別）的技術(shù)來實現(xiàn)的。對許多人來說，RFID可能是一個陌生的詞匯，但它并不神秘。我們坐公交時所用的公交卡刷卡系統(tǒng)、高速公路上的不停車收費系統(tǒng)都采用了RFID技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)中，RFID發(fā)揮著類似人類社會

13、中語言的作用，借助這種特殊的語言，人和物體、物體和物體之間可以相互感知對方的存在、特點和變化，從而進行“對話”與“交流”。 物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)充分運用在各行各業(yè)之中，具體地說，就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、大壩、供水系統(tǒng)、油氣管道等各種物體中，然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合，在這個整合的網(wǎng)絡(luò)當中，存在能力超級強大的中心計算機群，能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實施實時的管理和控制，在此基礎(chǔ)上，人類可以以更加精細和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達到“智慧”狀態(tài)，提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善人與自然間的關(guān)系。 毫無

14、疑問，如果“物聯(lián)網(wǎng)”時代來臨，人們的日常生活將發(fā)生翻天覆地的變化。然而，不談什么隱私權(quán)和輻射問題，單把所有物品都植入識別芯片這一點現(xiàn)在看來還不太現(xiàn)實。人們正走向“物聯(lián)網(wǎng)”時代，但這個過程可能需要很長很長的時間。在老師講解傳感器在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用這一內(nèi)容里，使我印象最深的是智能家居這一部分，它讓我們的生活更加方便快捷。之后我在2015版物聯(lián)網(wǎng)及傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書中了解到了一些傳感器在智能家居中的應(yīng)用：智能家居作為重要的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)入口，硬件廠商和平臺廠商正加速布局。以谷歌Nest 平臺應(yīng)用為例，當傳感器應(yīng)用在自動調(diào)溫器、門鎖、燈具、電視/娛樂系統(tǒng)及安全系統(tǒng)中后，傳感器將能識別出人為活動，可實現(xiàn)當

15、我們快到家時自動開門、開燈，并根據(jù)我們的喜好對娛樂系統(tǒng)進行好設(shè)置。國內(nèi)小米發(fā)布的智能家庭套裝則包括：多功能網(wǎng)關(guān)，人體傳感器，門窗傳感器，無線開關(guān)等。以小米多功能網(wǎng)關(guān)為中心，通過Zigbee 協(xié)議及WiFi 網(wǎng)絡(luò)，搭配其人體傳感器、門窗傳感器和無線開關(guān)進行智能控制，并與小米生態(tài)鏈體系下其他智能設(shè)備聯(lián)通。結(jié)合小米已推出小蟻智能攝像機、小米智能插座、Yeeligh智能燈及小米智能遙控中心等產(chǎn)品，小米正在試圖打造一個智能家居系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)改造后的日常生活中，家電甚至可以告訴我們食物已經(jīng)用完，需要再次購買。水杯、牙刷等日常用品也可以追蹤記錄生活規(guī)律和健康情況。在工作中，物聯(lián)網(wǎng)也將會讓工作場所的氛圍和商務(wù)流程變得更有效率。例如在醫(yī)院里，物聯(lián)網(wǎng)使設(shè)備定位追蹤變得很簡便，已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備設(shè)施會被標記出位置，這樣就減少了醫(yī)務(wù)人員尋找設(shè)備的時間及設(shè)