新型传感器论文.doc

脉冲式光电新型传感器 前言 传感器技术是探测与获取外界信息的重要手段，在当代科学技术中占有十分重要的地位。随着测量、控制及信息技术的发展，传感器作为这些领域里的一个重要构成因素，被视为 90 年代的关键技术之一受到普遍重视，其应用几乎渗透到每一个角落。由于利用某一原理可以作出检测各种不同对象的传感器，而对于同一物理量又可以用很多不同原理的传感器来检测，故而传感器的种类繁杂。正是这么众多的传感器品种，反映出传感器在当今科学技术中活跃的程度。深入研究传感器的原理和应用，对于社会生产、经济交往、科学技术和日常生活中自动测量和自动控制的发展，以及人类观测研究自然的深度和广度都有重要的实际意义。 现在，所有以计算机为基础的测控系统，都需要传感器提供赖以作出实时决策的数据。随着系统的自动化程度和复杂性的增加，对传感器的精度、可靠性和响应，要求的越来越高。而许多传统的传感器，在使用上已经很难再做进一步改善来满足对他们的高要求，特别在缩小体积、减轻重量等方面几乎已无潜力可挖。因此，近些年来，国际上在传感器技术方面，开展了许多探索性的预研工作，非常明显的发展趋势是：沿用传统的作用原理和某些新效应，优先使用晶体材料（硅、石英、蓝宝石、陶瓷等），采用微机械加工技术和微电子技术，从传统的结构设计转向微机械加工工艺的微结构设计，研制开发出各种机理的集成化、数字化和智能化新型传感器及其系统。 1、传感器的定义 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受( 或响应) 与检出功能, 并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器一般被认为由敏感元件、转换元件、测量电路三部分组成, 有时还需外加辅助电源[1]。传感器可以直接接触被测对象, 也可以不接触。通常对传感器设定了许多技术要求, 有一些是对所有类型传感器都适用的, 也有只对特定类型传感器适用的特殊要求。针对传感器的工作原理和结构在不同场合均需要的基本要求是: 高灵敏度、抗干扰的稳定性、线性、容易调节、高精度、高可靠性、无迟滞性、工作寿命长、可重复性、抗老化、高响应速率、抗环境影响、互换性、低成本、宽测量范围、小尺寸、重量轻和高强度、宽工作范围等。 图一 传感器构成 2、下面介绍下脉冲式光电传感器原理及其应用 （1）脉冲式光电传感器原理 “脉冲式光电传感器的作用原理是光电器件的输出仅有两个稳定状态，也就是‘通’与‘断’的开关状态，即光电器件受光照时，有电信号输出；光电器件不受光照时，无电信号输出。主要用来测量线位移、线速度、角位移、角速度（转速）等物理量”原理图如图四、图五。[2] 图二 脉冲式数字转速表 图三 调制盘正面示图 这种传感器在电子水表中的运用 ----该电子水表的结构 该种电子水表的构造主要有测量计数模块、信号分析处理模块、终端统计模块，各部分主要功能介绍： a 测量计数模块 该模块是提高精度方面最重要的模块之一，主要由螺旋式旋转装置，有机玻璃腔（用于装螺旋转轮同时便于红外光线的穿过）计数电路，记录总转数，需要在不同的地方设置3组，测量之后取其平均值，以便结果更准确，原理图见图六 图四 测量计数模块 b 信号分析处理模块 此模块主要用于对测量到的数据进行加工，得到更加直观的显示值，由于有3组螺旋叶片，所以必须对数据进行计算，因为每个螺旋上有3个可以通过光线的孔，所以对每一组螺旋叶片来讲，其计算过程如下： r1=(n1-1)/3 (一天24小时内，r1螺旋叶片转过的圈数，n1表示螺旋叶片1计数器测出的计量次数，其初始值为0) 同理可得r2、r3 则，一天24小时内3组螺旋转过的平均总圈数r为 r=(r1+r2+r3)/3 若在当前工艺下该螺旋叶片转动80000圈为1吨水，那么每天所用的水的吨数为t=r/80000 (吨) 将每日计算的结果存储于存储器中，并在当日凌晨0点自动清零计数模块，在每月的月末的固定时间将该月的用水信息发送给统计终端，由终端进一步计算从而为每个用户提供准确的用水依据。整个设计模块分布如图七所示 图五 信号分析处理模块示意图 c 终端统计模块 该模块功能的实现依赖于无线发送端的准确发送以及计算模块的正常工作，在小范围内实现无线传输同样要重视干扰，通常将发送时间设置在凌晨0点，这样从环境方面降低了干扰的可能性。 在终端由操作人员对传来的数据进行统计计算，最终计算出该区域内各个用户使用水的费用，并打印各个用户的使用详情（以日为最小统计单位）作为收