BALLUFF（巴魯夫）傳感器詳細(xì)介紹

BALLUFF（巴魯夫）傳感器詳細(xì)介紹
BALLUFF（巴魯夫）傳感器的作用/39/29/30 ：?jiǎn)螛s兵
人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類(lèi)五官的延長(zhǎng)，又稱(chēng)之為電五官。 　　新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和域中信息的主要途徑與手段。 在現(xiàn)代工業(yè)尤其是自動(dòng)化過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或*狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到的。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化也就失去了基礎(chǔ)。 　　在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 cm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、*磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類(lèi)感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該域內(nèi)的突破。些傳感器的發(fā)展，往往是些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的。 　　傳感器早已滲透到諸如工業(yè)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚文物保護(hù)等等極其之泛的域。可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。 　　由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱(chēng)的新水平。
BALLUFF（巴魯夫）傳感器的原理
BALLUFF（巴魯夫）傳感器工作原理的分類(lèi)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)。化學(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(guò)TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初線(xiàn)圈傳遞旋轉(zhuǎn)的次線(xiàn)圈，得到的交流電源通過(guò)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的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過(guò)信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初線(xiàn)圈傳遞靜止次線(xiàn)圈，再經(jīng)過(guò)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T(mén)TL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(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi)。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的。化學(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類(lèi)難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。
BALLUFF（巴魯夫）傳感器的應(yīng)用
　　常見(jiàn)的： 　　1.自動(dòng)門(mén)，利用人體的紅外微波來(lái)開(kāi)關(guān)門(mén) 　　2.煙霧報(bào)警器，利用煙敏電阻來(lái)測(cè)量煙霧濃度，從而達(dá)到報(bào)警目的 　　3.手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)的照相機(jī)，利用光學(xué)傳感器來(lái)捕獲圖象 　　4.電子稱(chēng)，利用力學(xué)傳感器（導(dǎo)體應(yīng)變片技術(shù)）來(lái)測(cè)量物體對(duì)應(yīng)變片的壓力，從而達(dá)到測(cè)量重量目的 　　5.水位報(bào)警，溫度報(bào)警，濕度報(bào)警，光學(xué)報(bào)警等都是…… 　　智能傳感器已廣泛應(yīng)用于航天、航空、國(guó)防、科技和工農(nóng)業(yè)等各個(gè)域中。例如,它在機(jī)器人域中有著廣闊應(yīng)用前景,智能傳感器使機(jī)器人具有類(lèi)人的五官和大腦功能,可感知各種現(xiàn)象,完成各種動(dòng)作。在工業(yè)中,利用傳統(tǒng)的傳感器無(wú)法對(duì)某些產(chǎn)量指標(biāo)（例如,黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等）進(jìn)行快速直接測(cè)量并在線(xiàn)控制。而利用智能傳感器可直接測(cè)量與產(chǎn)量指標(biāo)有函數(shù)關(guān)系的過(guò)程中的某些量（如溫度、壓力、流量等）。Cygnus公司了種"葡萄糖手表",其外觀像普通手表樣,戴上它就能實(shí)現(xiàn)無(wú)疼、無(wú)血、連續(xù)的血糖測(cè)試。"葡萄糖手表"上有塊涂著試劑的墊子,當(dāng)墊子與皮膚接觸時(shí),葡萄糖分子就被吸附到墊子上,并與試劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生電流。傳感器測(cè)量該電流,經(jīng)處理器計(jì)算出與該電流對(duì)應(yīng)的血糖濃度,并以數(shù)字量顯示。
編輯本段傳感器的功能
BALLUFF（巴魯夫）傳感器的功能與人類(lèi)5大感覺(jué)器官相比擬： 　　光敏傳感器——視覺(jué)? 聲敏傳感器——聽(tīng)覺(jué) 　　氣敏傳感器——嗅覺(jué) ?化學(xué)傳感器——味覺(jué) 　　壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺(jué)　 　　敏感元件的分類(lèi)： 　　①物理類(lèi)，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。 　　②化學(xué)類(lèi)，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。 　　③生物類(lèi)，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。 　　通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線(xiàn)敏感元件、色敏元件和味敏元件等類(lèi)（還有人曾將敏感元件分46類(lèi)）。
編輯本段傳感器的分類(lèi)
　　可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類(lèi)：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(lèi)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(lèi) ： 　　傳感器工作原理的分類(lèi)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)。 　　化學(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)。 　　有些傳感器既不能劃分到物理類(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi)。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的。化學(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類(lèi)難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。 　　常見(jiàn)傳感器的應(yīng)用域和工作原理列于下表。
BALLUFF（巴魯夫）傳感器按照其用途分類(lèi)：
　　壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器 　　液面?zhèn)鞲衅?能耗傳感器 　　速度傳感器 加速度傳感器 　　射線(xiàn)輻射傳感器 熱敏傳感器 　　24GHz雷達(dá)傳感器
2、傳感器按照其原理分類(lèi)：
　　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。
3、傳感器按照其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)：
　　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(kāi)關(guān)傳感器——當(dāng)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)地輸出個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。
4、傳感器按照其材料為標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)：
　　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(lái)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(lèi)： 　　（1）按照其所用材料的類(lèi)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 緣體 半導(dǎo)體 磁性材料 　　（3）按材料的晶體結(jié)構(gòu)分： 　　單晶 多晶 非晶材料 　　與采用新材料緊密相關(guān)的傳感器開(kāi)發(fā)工作，可以歸納為下述三個(gè)方向： 　　（1）在已知的材料中探索新的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)，然后使它們能在傳感器技術(shù)中得到實(shí)際使用。 　　（2）探索新的材料，應(yīng)用那些已知的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)來(lái)改進(jìn)傳感器技術(shù)。 　　（3）在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新現(xiàn)象、新效應(yīng)和反應(yīng)，并在傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施。 　　現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。傳感器開(kāi)發(fā)的基本趨勢(shì)是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的。表1.2中給出了些可用于傳感器技術(shù)的、能夠轉(zhuǎn)換能量形式的材料。
5、傳感器按照其制造工藝分類(lèi)：
　　集成傳感器 薄膜傳感器 厚膜傳感器 陶瓷傳感器 　　集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同芯片上。 　　薄膜傳感器則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底（基板）上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上。 　　厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。 　　陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝（溶膠-凝膠等）。 　　完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在某些方面，可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的種變型。 　　每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。由于研究、開(kāi)發(fā)和所需的資本投入較低，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。 　　（空侶網(wǎng)暖通專(zhuān)家提供）
編輯本段傳感器的特性
BALLUFF（巴魯夫）傳感器靜態(tài)特性
　　傳感器的靜態(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(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用個(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(huà)出的特性曲線(xiàn)來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線(xiàn)性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。 　　（1）線(xiàn)性度：指?jìng)鞲衅鬏敵隽颗c輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線(xiàn)偏離擬合直線(xiàn)的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線(xiàn)與擬合直線(xiàn)之間的zui大偏差值與滿(mǎn)量程輸出值之比。 　　（2）靈敏度：靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的個(gè)重要指標(biāo)。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。用S表示靈敏度。 　　（3）遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線(xiàn)不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對(duì)于同大小的輸入信號(hào)，傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等，這個(gè)差值稱(chēng)為遲滯差值。 　　（4）重復(fù)性：重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線(xiàn)不致的程度。 　　（5）漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時(shí)間變化，此現(xiàn)象稱(chēng)為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周?chē)h(huán)境（如溫度、濕度等）。
傳感器動(dòng)態(tài)特性
　　所謂動(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(lái)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(lái)表示。
傳感器的線(xiàn)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(xiàn)而非直線(xiàn)。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用條擬合直線(xiàn)近似地代表實(shí)際的特性曲線(xiàn)、線(xiàn)性度（非線(xiàn)性誤差）就是這個(gè)近似程度的個(gè)指標(biāo)。 　　擬合直線(xiàn)的選取有多種方法。如將零輸入和滿(mǎn)量程輸出點(diǎn)相連的理論直線(xiàn)作為擬合直線(xiàn)；或?qū)⑴c特性曲線(xiàn)上各點(diǎn)偏差的平方和為zui小的理論直線(xiàn)作為擬合直線(xiàn)，此擬合直線(xiàn)稱(chēng)為zui小二乘法擬合直線(xiàn)。
傳感器的靈敏度
　　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。 　　它是輸出輸入特性曲線(xiàn)的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線(xiàn)性關(guān)系，則靈敏度S是個(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。
傳感器的分辨率
　　分辨率是指?jìng)鞲衅骺筛惺艿降谋粶y(cè)量的zui小變化的能力。也就是說(shuō)，如果輸入量從某非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨率時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。 　　通常傳感器在滿(mǎn)量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨率并不相同，因此常用滿(mǎn)量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的zui大變化值作為衡量分辨率的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿(mǎn)量程的百分比表示，則稱(chēng)為分辨率。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相相關(guān)性。