传感器是一种能够感受到规定的被检测并按照一定规律转换成可输出信号的装置,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
一、传感器的组成
传感器一般由敏感元件,转换元件及基本转换电路三部分组成。
①敏感元件是直接感受被测物理量,并以确定关系输出另一物理量的元件(如弹性敏感元件将力,力矩转换为位移或应变输出)。
②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数(电阻,电感,电容)及电流或电压等电信号。
③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输,处理的电量。
二、传感器的分类
按被测量对象分类
①内部信息传感器主要检测系统内部的位置,速度,力,力矩,温度以及异常变化。
②外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态,它有相对应的接触式(触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器)和非接触式(视觉传感器、超声测距、激光测距)。
传感器按工作机理
①物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的(主要有:光电式传感器、压电式传感器)。
②结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的(主要有电感式传感器、电容式传感器、光栅式传感器)。
按被测物理量分类
如位移传感器用于测量位移,温度传感器用于测量温度。
按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。
按传感器能量源分类
①无源型:不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出(主要有:压电式、磁电感应式、热电式、光电式)又称能量转化型;
②有原型:需要外加电源才能输出电量,又称能量控制型(主要有:电阻式、电容式、电感式、霍尔式)。
按输出信号的性质分类
①开关型(二值型):是“1”和“0”或开(ON)和关(OFF);
②模拟型:输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量,其输入/输出可线性,也可非线性;
③数字型:(1)计数型:又称脉冲数字型,它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比;(2)代码型(又称编码型):输出的信号是数字代码,各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平,“0”为低电平。
三、传感检测技术的地位和作用
地位:传感检测技术是一种随着现代科学技术的发展而迅猛发展的技术,是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一。
作用:能够进行信息获取、信息转换、信息传递及信息处理等功能。应用:计算机集成制造系统(CIMS)、柔性制造系统(FMS)、加工中心(MC)、计算机辅助制造系统(CAM)。
在工业自动化方面却很少见。因为激光测距传感器售价太高,一般在几千美元。实际上,所有工业用户都在寻找一种能在较远距离实现精密距离检测的传感器。因为许多情况下近距离安装传感器会受物理位置及生产环境的限制,如今的传输时间激光测距传感器将为这类场合的工程师排忧解难。
四、工业激光测距传感器的工作原理
传输时间激光传感器工作时,先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器,被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器,因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间,即可测定目标距离。传输时间激光传感器必须极其精确地测定传输时间,因为光速太快。
例如,光速约为3´108m/s,要想使分辨率达到1mm,则传输时间测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时间:0.001m¸(3´108m/s)=3ps要分辨出3ps的时间,这是对电子技术提出的过高要求,实现起来造价太高。但是如今廉价的传输时间激光传感器巧妙地避开了这一障碍,利用一种简单的统计学原理,即平均法则实现了1mm的分辨率,并且能保证响应速度。
传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制系统之首,所以一切科学研究与自动化生产过程要获取信息,都要通过传感器获取并通过它转换为容易传输与处理的电信号,因此传感器的作用与地位就特别的重要。