(一)温度传感器
该设备从源头收集有关温度的信息,并转换成其他设备或人可以理解的形式。温度传感器的最佳例证是玻璃水银温度计,会随着温度的变化而膨胀和收缩。外部温度是温度测量的来源,观察者观察汞的位置以测量温度。温度传感器有两种基本类型:
● 接触式传感器——这种类型的传感器需要与被感测对象或介质直接物理接触。它们可以在很大的温度范围内监控固体、液体和气体的温度。
● 非接触式传感器——这种类型的传感器不需要与被检测的物体或介质发生任何物理接触。它们监控非反射性固体和液体,但由于天然透明性,因此对气体无用。这些传感器使用普朗克定律测量温度。该定律处理从热源辐射的热量以测量温度。
不同类型温度传感器的工作原理及实例
(1)热电偶——它们由两根电线(每根均为不同的均匀合金或金属)组成,通过在一端的连接形成测量接头,该测量接头对被测元件开放。电线的另一端端接到测量设备,在此形成参考结。由于两个结点的温度不同,电流流过电路,测量得到的毫伏来确定结点的温度。热电偶示意图如下。
(2)电阻温度检测器(RTD)——这是一种热电阻,其制造目的是随着温度的变化改变电阻,它们比任何其他温度检测设备都贵。电阻式温度探测器示意图如下。
(3)热敏电阻——它们是另一种电阻,电阻的大变化与温度的小变化成正比。
(二)、红外传感器
该设备发射或检测红外辐射以感知环境中的特定相位。一般来说,热辐射是由红外光谱中的所有物体发出的,红外传感器检测到这种人眼看不见的辐射。
工作原理
其基本原理是利用红外发光二极管向物体发射红外光。同一类型的另一个红外二极管将用于探测物体反射波。
当红外接收器受到红外光照射时,导线上会产生电压差。由于产生的电压很小,很难被检测到,因此使用运算放大器(运放)来准确地检测低电压。
测量物体与接收传感器的距离:红外传感器组件的电特性可用于测量物体的距离,当红外接收器受到光照时,导线上会产生电位差。
(三)紫外线传感器
这些传感器测量入射紫外线的强度或功率。这种电磁辐射的波长比x射线长,但仍比可见光短。一种被称为聚晶金刚石的活性材料正被用于可靠的紫外传感,紫外线传感器可以发现环境暴露在紫外线辐射下的情况。
工作原理
紫外线传感器接收一种类型的能量信号,并传输不同类型的能量信号。
为了观察和记录这些输出信号,它们被导向电表。为了生成图形和报告,输出信号被传输到模数转换器(ADC),然后再通过软件传输到计算机。
(四)触摸传感器
触摸传感器根据触摸位置充当可变电阻器。触摸传感器作为可变电阻工作的图。
原理与工作
部分导电材料反对电流的流动。线性位置传感器的主要原理是,当电流必须通过的材料长度越长时,电流就越相反。因此,材料的电阻通过改变其与完全导电材料接触的位置而变化。
通常,软件与触摸传感器相连。在这种情况下,内存是由软件提供的。当传感器被关闭时,他们可以记忆“最后一次接触的位置”。一旦传感器被激活,他们就能记住“第一次接触位置”,并理解与之相关的所有值。这个动作类似于移动鼠标并将其定位在鼠标垫的另一端,以便将光标移动到屏幕的远端。
(五)接近传感器
接近传感器检测几乎没有任何接触点的物体的存在。由于传感器与被测物体之间没有接触,且缺少机械零件,因此这些传感器的使用寿命长,可靠性高。不同类型的接近传感器有感应式接近传感器、电容式接近传感器、超声波接近传感器、光电传感器、霍尔效应传感器等。
工作原理
接近传感器发射电磁或静电场或电磁辐射束(如红外线),并等待返回信号或场中的变化,被感测的物体称为接近传感器的目标。
● 感应式接近传感器——它们有一个振荡器作为输入,通过接近导电介质来改变损耗电阻。这些传感器是首选的金属目标。
● 电容式接近传感器——它们转换检测电极和接地电极两侧的静电电容变化。这是通过以振荡频率的变化接近附近的物体而发生的。为了检测附近的目标,将振荡频率转换为直流电压,并与预定阈值进行比较。这些传感器是塑料目标的首选。
无论哪一种传感器,它们基本是由收集系统 ( 收集器) 、探测系统 ( 探测器) 、信息转化系统 ( 处理器) 和记录系统 ( 输出器) 四部分组成 ( 图 3-3) 。
图 3-3 传感器的一般结构
1 收集器
收集地物辐射来的能量。具体的元件如透镜组、反射镜组、天线等。对于多波段遥感,收集系统还包括按波段分波束的元件,例如滤光片、棱镜、光栅等。
2 探测器
将收集的辐射能转变成化学能或电能。常用的探测元件有感光胶片、光电管、光敏和热敏探测元件、共振腔谐振器等。
3 处理器
对收集的信号进行处理。如显影、定影、信号放大、变换、校正和编码等。具体的处理器类型有摄影处理装置和电子处理装置。
4 输出器
输出获取的数据。输出器类型有扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁带记录仪、XY 彩色喷笔记录仪等。
传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应,诸如压电效应,磁致伸缩现象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器,被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
现在越来越受到工业控制青睐的激光传感器发展迅猛,激光传感器不仅应用广泛,更主要的是利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量,还可用于探伤和大气污染物的监测等。
传感器是一种检测装置,它的基本原理是通过敏感元件及转换元件把特定的被测信号,按照一定规律转换成某种“可用信号”并输出,以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。
传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成。传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它不仅促进了传统产业的改造和更新换代,而且还可能建立新型工业,从而成为21世纪新的经济增长点。
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