电子系统设计常用传感器及其应用电路.ppt

第二章 常用传感器 及其应用电路 电子系统的定义： 由电子元器件或部件组成的能够产 生、传输或处理电信号及信息的客 观实体。 例： 通信系统、雷达系统、计算机系统、 电子测量系统、自动控制系统等。 特点： 这些应用系统在功能与结构上具有 高度的综合性、层次性和复杂性。 2.1 传感器用途 2.1.1 控制中的应用 2.1.2 测量中应用 2.2 传感器种类 从工作原理分： 电容式：物理量引起?位移、面积、介 电常数等改变 电感式：物理量引起?位移、磁导率、 磁通量等改变 电阻式：物理量引起?位移、温度、光 辐射等改变 电和[/或]磁 ?? 效应和[/或]感应： 测量电机、霍尔效应、雷电感应等 直接电量：生物电、热电偶等 等等 无需电量变换的机械式传感器 气压表 直接电量控制的机械式传感器 温控开关（电饭煲） 氧传感器 氟里昂传感器 气体传感器结构 生物传感器 Sensor basics Clark sensor is amperometric type sensor, utilizing following reaction: O2 + 2e- + 2H+ = H2O2 Pt electrode at specific voltage consumes oxygen by above reaction to produce current proportional to [O2] Ag-AgCl / KCl reference electrode required Basic sensor setup 加速度传感器 生物电：ECG 电量转换传感器需要信号调理 隔离缓冲（或阻抗匹配） 放大 滤波 电平移动 等 2.3 常用传感器及调理电路 温度传感器：热电阻、热敏电阻、PN结、 热电偶、红外线（非接触）等 压力传感器：扩散硅压力应变片 光电效应传感器：发光管??光敏管 CCD，CMOS，等 霍尔效应传感器：线性、开关型 数字式传感器：直接数字信号 传感器变送器：模拟式（电流环） 数字式（RS485） 2.3.1 温度传感器：?热电阻 ?热敏电阻 ?热电偶 PN结（集成） ?红外线（非接触） 2.3.2 压力传感器 仪表放大器 2.3.4 光电效应传感器 2.3.5 霍尔效应传感器 在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压——霍尔效应（爱德文·霍尔1879年发现） 因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场——霍尔电场。 霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压。 /prodinfo/magnetic%5Fposition/ 线性霍尔传感器 开关型 GMR传感器 磁电阻是指导体在磁场中电阻的变化，通常用电阻变化率Δ?/?描述。 研究发现，一般金属导体的Δ?/?很小，只有约10-5%；对于磁性金属或合金材料（例如坡莫合金），Δ?/?可达（3~5）%。 巨磁电阻（GMR）效应，是指某些磁性或合金材料的磁电阻在一定磁场作用下急剧减小，而Δ?/?急剧增大的特性，一般增大的幅度比通常的磁性与合金材料的磁电阻约高10倍。利用这一效应制成的传感器称为GMR传感器。 2.3.6 数字式传感器：AD7417 DS1820 2.4.1 传感器变送器：模拟式（4-20mA电流环） 2.4.2 HART通信协议 HART 可寻址远程传感器高速通道 通信协议 美国Rose-mount公司20世纪80年代中期推出，之后又进行了修订和增补，作为开放标准由HART通信基金会HCF向全世界发布 主要用于现场智能仪表和控制室系统间进行数字通信 兼容传统4～20mA模拟系统的HART协议具有诸多优点，发展至今，已被世界上三分之二以上的现场设备所采用，成为智能工业控制领域事实上的国际标准。 AD421(兼容HART总线) 2.4.3 RS-485串行总线标准 终端匹配电阻RT的作用是吸收反射、减少驻波 收端用作侦听，选中则进行收发操作 未发送时，发端输出常为高阻 使用双绞线 * *