多功能传感器解决方案

　　多功能传感器通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量但在许多应用领域中为了能够完美而准确地反映客观事物和环境往往需要同时测量大量的物理量。

　　多功能传感器简述：

　　由若干种敏感元件组成的多功能传感器是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能随着传感器技术和微机技术的飞速发展在20世纪末就已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。
 

　　产品定义：

　　传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)，并将探知的信息传递给其他装置或器官。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。这里所说的“可用输出信号”是指便于加工处理、便于传输利用的信号。现在电信号是最易于处理和便于传输的信号。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

　　工作原理：

　　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。

　　向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器 产生400Hz的方波，经过tda2030功率 放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路 得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源;

　　由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平 ,既可提供给专用二次仪表 或频率计显示也可直接送计算机 处理。

　　由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。有些传感器既不能划分到物理 类，也不能划分为化学 类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。

　　产品特点：

　　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。微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的，已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。

　　主要结构：

　　主要的执行规则和结构模式

　　(1) 多功能传感器系统由若干种各不相同的敏感元件组成可以用来同时测量多种参数譬如可以将一个温度探测器和一个湿度探测器配置在一起制造成一种新的传感器这种新的传感器就能够同时测量温度和湿度

　　(2) 将若干种不同的敏感元件精巧地制作在单独的一块硅片中从而构成一种高度综合化和小型化的多功能传感器由于这些敏感元件是被综装在同一块硅片中的它们无论何时都工作在同一种条件下所以很容易对系统误差进行补偿和校正

　　(3) 借助于同一个传感器的不同效应可以获得不同的信息以线圈为例它所表现出来的电容和电感是各不相同的

　　(4) 在不同的激励条件下同一个敏感元件将表现出来不同的特征而在电压电流或温度等激励条件均不相同的情况下由若干种敏感元件组成的一个多功能传感器的特征可想而知将会是多么的千差万别有时候简直就相当于是若干个不同的传感器一样其多功能特征可谓名副其实。
 

 

　　主要应用：

　　多功能传感器无疑是当前传感器技术发展中一个全新的研究方向日前有许多学者正在积极从事于该领域的研究工作如将某些类型的传感器进行适当组合而使之成为新的传感器如用来测量流体压力和互异压力的组合传感器又如为了能够以较高的灵敏度和较小的粒度同时探测多种信号微型数字式三端口传感器可以同时采用热敏元件光敏元件和磁敏元件这种组配方式的传感器不但能够输出模拟信号而且还能够输出频率信号和数字信号

　　各种类型的仿生传感器是较热门的研究领域而且在感触刺激以及视听辨别等方面已有最新研究成果问世从实用的角度考虑多功能传感器中应用较多的是各种类型的多功能触觉传感器譬如人造皮肤触觉传感器就是其中之一这种传感器系统由PVDF材料无触点皮肤敏感系统以及具有压力敏感传导功能的橡胶触觉传感器等组成据悉美国MERRITT公司研制开发的无触点皮肤敏感系统获得了较大的成功其无触点超声波传感器红外辐射引导传感器薄膜式电容传感器以及温度气体传感器等在美国本土应用甚广。

　　多功能压力传感器：

　　压力传感器在安全管理系统中实现侧气囊控制，空压机侧边气囊的控制有加速度传感器和压力传感器两种方案。权威数据表明，与加速度传感器相比，压力传感器在检测侧边撞击的速度方面，比加速度传感器快了将近3倍，而误动作的概率则更小。今天笔者着重为大家讲述压力传感器在空压控制系统中的相关应用。

　　在空气压缩机控制系统中，采用空压机后端出气管道上安装的压力传感器来控制空气压缩机的压力。空压机启动时，加载电磁阀处于关闭状态，加载气缸不动作，变频器拖动电机空载运行，一段时间(可有控制器任意设定，在此设置为10S)后，加载电磁阀打开，空压机带载运行。当空气压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大，储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。

　　性能指标：

　　静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性 可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。

　　动态特性是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

　　线性度：通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。

　　迟滞特性：表征传感器在正向(输入量增大)和反向(输入量减小)行程间输出-输入特性曲线不一致的程度，通常用这两条曲线之间的最大差值△MAX与满量程输出F·S的百分比表示。迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。