首頁(yè) > 技術(shù)文章
MTS傳感器工作原理及性能指標(biāo)
MTS傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。這里所說的“可用輸出信號(hào)”是指便于加工處理、便于傳輸利用的信號(hào)?，F(xiàn)在電信號(hào)是zui易于處理和便于傳輸?shù)男盘?hào)。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。
MTS傳感器產(chǎn)品特點(diǎn)
傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且還可能建立新型工業(yè)，從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)基礎(chǔ)上的，已成功應(yīng)用在硅器件上做成硅壓力傳感器
MTS傳感器工作原理
傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?；瘜W(xué)傳感器 包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng) 等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。向傳感器提供±15V電源 ，激磁電路 中的晶體振蕩器 產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過tda2030功率 放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線圈 ，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路 得到±5V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋 電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)得到
的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào) ，通過信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線圈傳遞至靜止次級(jí)線圈，再經(jīng)過外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，該信號(hào)為TTL電平 ,既可提供給二次儀表 或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī) 處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器 動(dòng)--靜環(huán)之間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。有些傳感器既不能劃分到物理 類，也不能劃分為化學(xué) 類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。
MTS傳感器組成介紹
一般說來，可以把傳感器看作由敏感元件（有時(shí)又稱為預(yù)變換器）和變換元件（有時(shí)又稱為變換器）兩部分組成。
敏感元件：能完成預(yù)變換的器件。
變換器：能將感受到的非電量變換為電量。
MTS傳感器性能指標(biāo)
靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸
出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性 可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。
動(dòng)態(tài)特性 ，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。zui常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率 響應(yīng)來表示。
線性度：通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為zui小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為zui小二乘法擬合直線。
遲滯特性：表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐涕g輸出-輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的zui大差值△MAX與滿量程輸出F·S的百分比表示。遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。
MTS傳感器輸出信號(hào)
擬信號(hào)：是指信息參數(shù)在給定范圍內(nèi)表現(xiàn)為連續(xù)的信號(hào)。 或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)，其信號(hào)的幅度，或頻率，或相位隨時(shí)間作連續(xù)變化，如目前廣播的聲音信號(hào)，或圖像信號(hào)等。
數(shù)字信號(hào)：指幅度的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)。二進(jìn)制碼就是一種數(shù)字信號(hào)。二進(jìn)制碼受噪聲的影響小，易于有數(shù)字電路進(jìn)行處理，所以得到了廣泛的應(yīng)用。平時(shí)我們總會(huì)把傳感器信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。但除了一些簡(jiǎn)單分類，了解其它分類對(duì)我們還是很有幫助的。
增量碼信號(hào)：是指被測(cè)量值與傳感器輸出信號(hào)的變化周期數(shù)成正比，即輸出量值的大小由信號(hào)變化的周期數(shù)的增量決定。一般光柵位移傳感器、磁柵位移傳感器、激光位移傳感器等采用干涉法等測(cè)量位移時(shí)，傳感器輸出的信號(hào)為增量碼信號(hào)。
碼信號(hào)：是一種與被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如碼盤，它的每一個(gè)角度方位對(duì)應(yīng)于一組編碼，這種編碼稱為碼。碼信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，不管測(cè)量過程中發(fā)生什么情況，干擾過后，一種狀態(tài)總是對(duì)應(yīng)于一組確定的編碼。
開關(guān)信號(hào)：開關(guān)信號(hào)只有0和1兩個(gè)狀態(tài)，可視為碼只有一位編碼時(shí)的特例。如行程開關(guān)、光電開關(guān)等傳感器的輸出就是開關(guān)信號(hào)。
MTS傳感器物件特點(diǎn)
靈敏度
靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對(duì)輸入量變化△x的比值。
它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度 S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。
靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。
當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度 。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。
MTS傳感器產(chǎn)品分類
可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。
根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器 二大類：
按照其用途，傳感器可分類為：
壓力敏和力敏傳感器、傾角傳感器位置傳感器 、液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感?、速度傳感器、熱敏傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、 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。
以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為：
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)。
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)。
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)。
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)。
在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對(duì)外界作用zui敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來制作傳感器的敏感元件。從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成下列幾類：
1、按照其所用材料的類別分：金屬、聚合物、陶瓷、混合物。
2、按材料的物理性質(zhì)分：導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體、磁性材料。
3、按材料的晶體結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)尉?、多晶、非晶材料?br />按照其制造工藝，可以將傳感器區(qū)分為：集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器。
