传感器（精选12篇）
传感器 篇1
奥地利微电子推出新款磁性位置传感器
奥地利微电子公司日前宣布推出新的磁性位置传感器系列, 新产品具有突破性技术, 能对高速旋转的车轮进行极其准确的角度测量。
新的“47系列”位置传感器包括具有DAEC™ (动态角度误差补偿) 功能的AS5047D、AS5147、AS5247三款产品。
这种高度精确的测量表现得益于芯片内拥有的DAEC™技术, 该技术的独特算法可在内部执行误差补偿并自动对转速变化进行反应。传统磁性旋转位置传感器芯片需要将其嵌入式磁性元件中磁场强度的原始测量信息转换为数字角度测量结果, 由此导致传播延迟 (通常为100-200µs) 。在延迟期间, 由于离心器的角位移发生变化, 当数字输出时, 其实际位置与传感器所测量的位置将会产生误差。
测量结果的误差会随着转速的增加而呈线性增长, 对于100µs的传播延迟, 在1, 000 rpm的转速下, 其动态角度误差为1.2°, 而10, 000 rpm转速下的误差将高达12°。
传感器 篇2
日本正兴电机集团以青鱼(Oryzias latipes)为观测目标,通过大量的研究实验,成功获得了其中毒早期异常行为的相关数据,并以此为基础,与日本九州大学联合研制成一种可以在早期发现水质异常的新型水质监测设备--生物传感器.该装置首次实现了将生物运动转化为三维数据进行分析,即通过对生物(青鱼)运动的实时检测,有效实现了对水质污染的早期发现,这也是该装置最突出的优势.
作 者： 作者单位： 刊 名：中国水利 PKU英文刊名：CHINA WATER RESOURCES 年，卷(期)：20xx “”(22) 分类号： 关键词：
传感器 篇3
Catalyst半导体公布首款温度传感器产品线新产品。新推出的CAT6095是一款采用超薄0.55mmUDFN封装的12位数字输出式温度传感器，特别适用于DDR3内存模组，此类内存被广泛应用于高速PC和笔记本电脑，环境控制系统和工业控制处理设备。相比标准的2mmx3mmx0.8mm TDFN封装，UDFN封装在体积缩小30%的基础上提供更精确的温度侦测。
CAT6095遵循JEDEC规范JC42.4规格，在 -20℃～+125℃温度区间误差为±3℃，而在+75℃～ +95℃ 这一温度区间提供了误差仅为±1℃的精度，此特性涵盖器件的整个工作电压范围（3.0V～3.6V）。CAT6095大约每秒钟测量/记录温度10次，并与存储在内部寄存器中的３个触发阈值相比较，主机可通过I2C/SMBus接口读取温度值，开漏（open-drain）结构的事件（EVENT）引脚则可以输出温度高过或低过阈值的状态信号。
除了提供节省空间的2mmx 3mmx0.55mmUDFN封装，CAT6095还提供标准的2mmx3mmx 0.8mmTDFN封装。两种封装都包含了底部金属脚垫来加强PCB板的热传导并能实现更快的温度侦测。
传感器 篇4
当前目标跟踪设备大量采用各种不同类型的传感器,如光电传感器与2-D、3-D雷达等其他类型的传感器组成融合跟踪系统,以观测目标角度、距离、速度等多方面的属性,因此有必要讨论异类传感器构成的跟踪系统的融合跟踪方法[1,2]。异类传感器构成的分布式融合系统中传感器观测维数不同时,采用一组Kalman滤波器分别获得单个传感器的局部状态估计,再进行融合。当传感器只能观测到目标的部分属性时,局部估计将会产生一定的动态误差[2]。此时可以考虑集中式的量测融合算法,将多个传感器量测进行加权或者组合再进行滤波来得到最优的目标状态估计。
基于Kalman滤波器的量测融合算法主要有[3,4,5]:并行滤波方法,简单地将各观测向量组合起来构造高维观测向量,对其进行滤波来估计目标状态,使用灵活,但计算量较大;数据压缩滤波方法,将多个传感器的观测进行融合得到观测的最优估计,再对其进行滤波来获得最优状态估计,计算量小,但要求观测向量具有相同的维数。异类传感器融合跟踪系统中不同传感器的观测通常是目标可观测属性集合的不同子集,即观测向量的维数通常不相等,数据压缩滤波方法难以直接应用,一般采用计算量较大的并行滤波方法。提高跟踪系统性能需要降低其计算量,文献[6]通过用无穷大方差表示传感器不能观测的目标属性,将维数不等的局部传感器观测向量映射到系统观测空间,实现用数据压缩滤波进行不等维数观测向量的融合估计。
文中提出一种利用融合中心的目标状态反馈来表示传感器不能观测的目标属性,构造出等维的等效传感器量测,从而用数据压缩滤波实现融合跟踪的方法,来克服现有集中式融合跟踪方法的局限,提高跟踪系统计算性能;实验结果亦表明了该方法的有效性。
2 异类传感器融合跟踪方法及性能
异类传感器构成的多传感器应用系统中,由于传感器的原理、功能等方面的不同,每一传感器通常只能观测目标的部分属性,即各传感器的观测空间通常不同,观测向量的维数不相等。因此,在假定各异类传感器具有相同数据率的情况下,异类传感器的融合可以归结为局部观测向量维数不等时的融合。
2.1 并行滤波方法
假设多传感器系统中存在有n个独立传感器,系统状态方程和传感器i的量测方程分别表示为[4]
其中:X(k)为系统在k时刻的状态向量,Φ(k-1)为状态转移矩阵,Γ(k-1)为噪声输入矩阵;Zi(k)为传感器i在k时刻的观测向量,Hi(k)是k时刻传感器i的观测矩阵;过程噪声{W(k)}与观测噪声{Vi(k)}是零均值的Gauss白噪声序列,方差阵为Q、Ri,且Q为对称非负定矩阵,Ri为对称正定矩阵。
并行滤波方法集中所有传感器量测形成一个更高维的量测,对应系统观测方程为
其中:
对式(1)、(4)构成的系统用Kalman滤波方法就可以得到目标状态的最优估计。令Ωi为传感器i观测空间,Ω为系统观测空间[6],有
显然跟踪系统中传感器数量较多时Ω的维数很大,且随着传感器数量而变化。这使得跟踪系统滤波计算量很大,并且受传感器数量的影响,限制了系统所能采用的传感器个数,制约了系统的规模。
2.2 不等维数观测向量的量测融合方法
不等维数观测向量的量测融合方法通过定义Ωi到Ω上的扩展变换T[6],将Zi∈Ωi映射到ZiΩ∈Ω:
定义Ωi在Ω的正交补空间Ωi⊥中的各分量全为1的向量ei⊥,映射到Ω上的eiΩ⊥为
其中:T⊥是Ωi⊥到Ω上的扩展变换,构造方法同前。误差协方差矩阵Ri映射到Ω上为
其中:参数a∈R-{0}。对n传感器的观测向量Zi,i=1,···,n,映射到Ω上得到维数相等的ZiΩ,当各量测不相关时,观测的最优估计及其误差协方差为
式(9)、(10)中存在非0未定参数a,即Zi在Ω上扩展的分量的方差。考虑到方差大的分量在融合结果中所占的比例小,方差越大,所占比例越小,对式(9)、(10)取极限,当a→∞时,就得到Ω上量测的最优估计结果及误差协方差:
对式(11)得到的观测的最优估计用Kalman滤波方法就可以得到目标状态的最优估计。在n传感器时,系统观测空间Ω的维数
显然此时的Ω维数远小于式(5)中的维数,Ω上的滤波估计计算量就可以大大降低。
3 等效传感器融合跟踪方法
不等维数观测向量的量测融合方法实质上是在系统观测空间Ω上构造一个与原有观测向量等效的观测向量,即对原局部传感器的观测能力进行扩展,构造一个与其等效的、能对目标所有属性进行观测的虚拟传感器。这样就使得各局部传感器的等效观测向量具有相等的维数,克服了数据压缩滤波方法的缺陷,又可避免并行滤波,降低了计算量。该方法在扩展传感器观测能力时令扩展的分量值为0,而误差方差a为无穷大,因而这种扩展仅仅是形式上的,物理意义并不明确,构造扩展分量的过程也比较复杂,而且还需要极限运算。
为了避免上述问题,可以将扩展分量视为等效传感器观测中的野值,采用状态反馈法来构造等效传感器的扩展分量。目标跟踪系统中当目标较弱或存在干扰时,观测数据中往往含有大量野值,造成系统跟踪精度降低,甚至丢失目标。假定k时刻传感器i的观测Zi(k)为野值,处理方法通常是将Zi(k)剔除,而用目标状态估计进行重构,以观测的一步预测代替来参与滤波过程以消除野值的影响:
实际上,扩展传感器的观测能力时假定各局部传感器能观测目标的全部属性,则在Ω上等效传感器iΩ的观测ZiΩ可分解为Ωi上真实观测Zi与Ωi⊥上扩展观测Zi⊥两部分。由于Zi⊥实际上是不可观测的,因此可视为野值,从而可利用融合中心的目标状态估计进行重构,同样以观测的一步预测代替。此时的Zi⊥便不仅仅具有形式上的意义,而且有了实质上的物理含义,即由于不能观测或者无效而被当作野值的量测用融合中心的状态估计反馈回传感器端重构以后的近似值。为Zi扩展Zi⊥便实现了将维数不同的各异类传感器的量测Zi映射成系统观测空间Ω中维数相同的等效传感器量测ZiΩ,该方法相当于观测向量ZiΩ中存在部分分量Zi⊥为野值情况下的野值处理,其原理及工作流程如图1所示。
由于iΩ的观测向量ZiΩ由Ωi上真实观测Zi与Ωi⊥上扩展观测Zi⊥两部分组成,因此k时刻的ZiΩ(k)可如下构造:
其中T为如前定义的扩展变换,将Zi扩展到Ω上且扩展分量均为0;F为Ω上的线性变换,将ˆZ(k,k-1)往Ωi⊥上投影得到Zi⊥,F的构造为:定义Im×m,对其每一列,如果对应于Zi的分量,则该列元素全部置为0。ZiΩ的误差协方差矩阵为
其中:P(k,k-1)为融合中心目标状态向量的一步预测误差方差阵。F的物理意义是对融合中心状态反馈重构的观测ˆZ(k,k-)1,将不需要重构的分量及其对应的误差协方差置为0,剩下的就是需要重构的扩展分量。
将式(14)~(15)代入式(9)~(10)可计算出观测的最优融合估计,用Kalman滤波方法就可以得到目标状态的最优估计。显然,这一算法不需要极限计算,因而比较方便,而且物理意义明确。
4 实验分析
为了验证文中方法的有效性,对某机动目标进行了跟踪实验。融合跟踪系统由不同探测能力的光电探测器1、2与雷达组成,设观测噪声为Gauss噪声,光电探测器1的噪声为σ=0.000 5°,光电探测器2的噪声为σ=0.001°,雷达对角度的观测噪声为σ=0.1°,对距离的观测噪声为σ=1 km。采样周期1 s,目标的运动模型采用CA模型[7],模型误差为Q=diag(0.005,0.000 02,0.000 02)。根据测量数据,在相同的软、硬件环境下分别采用并行滤波方法、不等维数观测向量的量测融合方法及文中方法进行50次步长为3 000的仿真计算,比较3种方法的跟踪误差以及融合/滤波计算的平均时间。
仿真结果如图2,左图中实线为并行滤波与不等维数观测向量的量测融合方法跟踪误差之差,而点划线为并行滤波与文中方法跟踪误差之差,均为10-7数量级,可认为这3种方法具有相同的跟踪精度。右图中点划线为并行滤波方法计算时间,约为0.14 ms,实线与星号分别为不等维数观测向量的量测融合方法与文中方法的计算时间,两者基本在一个数量级,约为0.12 ms,均小于并行滤波方法。此时并行滤波方法观测空间为7维,而后两种方法为3维。
将跟踪系统中每种传感器数量增加一倍重复上述实验,结果如图3。左图结果同样表明3种方法具有相同的跟踪精度,右图中不等维数观测向量的量测融合方法与文中方法的计算时间基本保持不变,仍然约为0.12 ms,而并行滤波方法计算时间则随着系统中传感器数量的增加迅速上升到0.22 ms。此时并行滤波方法观测空间为14维,而后两种方法仍为3维。因此,文中方法与现有并行滤波融合跟踪方法具有相同的精度,但计算量小得多且基本不受系统中传感器数量的影响。
5 结论
在异类传感器构成的跟踪系统中,通过融合中心的目标状态反馈来构造等效传感器,从而用数据压缩滤波实现融合跟踪的方法能够克服现有集中式融合跟踪方法的局限,提高跟踪系统计算性能,并且传感器数量愈多,文中方法的性能愈显著。由于融合算法的计算量往往是异类传感器集中式融合系统的性能瓶颈,因此文中方法可以在一定程度上改善这种情况,提高大规模异类传感器跟踪系统的整体性能。
参考文献
[1]张安民,李琦,韩崇昭.一种任意相关噪声异类传感器测量融合算法[J].仪器仪表学报,2006,27(5):489-491,496.ZHANG An-min,LI Qi,HAN Chong-zhao.A measurement fusion algorithm with dissimilar sensors in case of arbitrary correlated noises[J].Chinese Journal of Scientific Instrument,2006,27(5):489-491,496.
[2]何友,熊伟.带反馈分布式不同维传感器状态估计技术[J].宇航学报,2003,24(6):574-578.HE You,XIONG Wei.State estimation techniques for radars with different observation dimension in one distributed data fusion system with feedback inform ation[J].Journal of Astronautics,2003,24(6):574-578.
[3]Sahar R K.Track-to-track fusion with dissimilar sensors[J].IEEE Trans on AES,1996,32(3):l02l-1029.
[4]GAN Qiang,Harris C J.Comparison of two measurement fusion methods for kalman-filter-based multisensor data fusion[J].IEEE Trans on AES,2001,37(1):273-280.
[5]杨春玲,刘国岁,余英林.非线性系统中多传感器目标跟踪融合算法研究[J].航空学报,2000,21(6):512-515.YANG Chun-ling,LIU Guo-sui,YU Ying-lin.Research on Fusion Algorithm for Multi-sensor Target Tracking in Nonlinear Systems[J].Acta Aeronautica ET Astronautica Sinica,2000,21(6):512-515.
[6]岑明,傅承毓.不等维数观测向量的复合量测融合[J].四川大学学报:工程科学版,2006,38(4):145-149.CEN Ming,FU Cheng-yu.Combined measurement fusion of unequal dimensional measurement vectors[J].Journal of SiChuan University:Engineering Science Edition,2006,38(4):145-149.
传感器总结 篇5
答：传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时传感器的输出与输入的关系，指标：线性度，灵敏度，迟滞，重复性等。
1.8什么是传感器的动态特性？其分析方法有哪几种？
答：传感器的动态特性是指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性，反映输出值真实再现变化量的输入量的能力。可以从时域和频域两个方面，采用瞬态响应法和频率响应法分析。2.2金属电阻应变片与半导体应变片的工作原理有何区别？各有何优缺点？
答：金属应变片的工作原理是基于金属的应变效应。半导体应变片的工作原理是基于半导体的压阻效应。半导体应变片的主要优点是灵敏系数比金属电阻应变片的灵敏系数大数十倍，且它的横向效应和机械滞后极小。但半导体应变片的温度稳定性和线性度比金属电阻应变片差得多。2.5试述应变片温度误差的概念，产生原因和补偿方法？
答：由于测量现场环境温度改变而给测量带来的附加误差，成为应变片的温度误差。产生原因：电阻温度系数的影响，材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。补偿方法：电桥补偿法，应变片的自补偿法，热敏电阻补偿法。3.1何谓零点残余电压？说明该电压产生的原因以及消除方法。
答：零点残余电压的存在使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限制着分辨率的提高，零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至回使放大器饱和阻塞有用信号的通过，致使一起不在反映被测量的变化。
产生原因：（1）由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同；（2)由于铁心的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。
消除方法：（1）在设计和工艺上，力求做到此路对称、线圈对称，铁心材料要均匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。两个二次侧线圈窗口一致，两线圈绕制要均匀一致。一次侧线圈绕制也要均匀；（2）采用拆圈的试验方法减小残余误差。其思路是，由于两个二次侧线圈的等效参数不相等；（3）在电路上进行补偿。线路补偿主要有：加串联电阻、加并联电容、加反馈电阻或加反馈电容等。
3.2如何改善单极式边极距型电容传感器的非线性？
答：在实际中，为了改善非线性，电容传感器常做成差动形式。3.3为什么电容式传感器易受干扰？如何减少干扰？
答：电容式传感器的容量受其电极的几何尺寸等限制，一般为几十到几百皮法，使传感器的输出阻抗很高。因此传感器的负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象。3.11什么是压磁效应？什么是正压磁伸缩，什么是负压磁伸缩？
答：某些铁磁物质在外界机械力的作用下，其内部产生机械应力，从而引起磁导率的改变，这种现象称为压磁效应。
当某种材料受拉时，在受力方向上磁导率升高，而在与作用力相垂直的方向上，磁导率降低，这种现象称为正压磁伸缩。相反，某些材料受拉时，在受力方向上，磁导率降低，而在与作用力相垂直的方向上，磁导率升高，这种现象称为负压磁伸缩。
4.1光电传感器的特点是什么？若采用光电传感器可能测量的物理量有哪些？
答：光电传感器就是以光电器件为检测元件的传感器。电绝缘抗电线位移，线速度，角位移，角速度。
4.3二进制码和循环码各有何特点？
答:二进制：（1）n位的二进制码盘具有2种不同编码，其容量为2，其最小分辨率
nn（2）二进制码为有权码，编码Cn，Cn1……C1对应于1=360°/2n，它的最外圈角节距为21。由零位算起的转角为=C12i11（3）码盘转动中，C1变化时，所有Cj（j i1n 循环码：（1）n位循环码码盘与二进制码一样具有2种不同码制，最小分辨率为 n1=360°/2n。最内阻为Rn码道，一半透光，一半不透光。其它第i码道相当于二进制码盘第i+1码道向零位方向转过1角，它的最外圈R1码道的角节距为41；（2）循环码码盘具有轴对称性，其最高位相反，而其余各位相同；（3）循环码为无权码；（4）循环码码盘转到相邻区域时，编码中只有一位发生变化，不会产生粗大误差。 4.7说明光导纤维的组成并分析其导光原理，指出光导纤维导光的必要条件是什么？ 答：光导纤维是用比头发丝还细的石英玻璃丝制成的，每一根光导纤维由一个圆柱形内芯和包层组成，而且内芯的折射率略大于包层的折射率。真空中光是沿直线传播的，然而入射到纤维中的光栈都能限制在光导纤维中，随光导纤维弯曲而走弯曲的路线，并能传播很远的距离，在光导纤维中，传输信息的载体为光，当光导纤维的直径比光的波长大的多时，可以用几何光学原理，说明光在光纤内的传播。 5.1试述磁电式传感器的基本结构及其工作原理。 答：磁电式传感器由两部分组成，一部分是磁路系统，由它产生恒定直流磁场，为减少传感器的体积，一般采用永久磁铁；另一部分是线圈，有它运动切割磁力线产生感应电动势。另外，还有一些外壳、支撑、阻尼器、接线装置。磁电式传感器以电磁感应原理为基础。根据法拉第电磁感应定律dE=—kdt,如果线圈是N匝，磁场强度为B，每匝线圈平均长度为la，线圈相对磁场运动的速度为ddx=-NBla=-NBlav，可以用来来直接测量速度，如果dtdt在传感器的信号调节电路上加一个积分电路或微分电路，就可以用来测量位移或加速度。v=dx/dt,则整个线圈产生的电动势为E=-N5.2试述霍尔效应的定义及霍尔传感器的告你工作原理。 答：半导体薄片至于磁场中，当他的电流方向与磁场方向不一致时，半导体薄片上平行与电流和磁场方向的两个面之间产生电动势，这种现象称为霍尔效应。 工作原理：在垂直与外磁场B的方向上放置半导体薄片，当半导体薄片流有电流I时，在半导体薄片前、后两个端面之间产生霍尔电势UH，霍尔电动势的大小和激励电流I和磁场的磁感应强度成IB,RH为霍尔常数。d5.7说明单晶体和多晶体压电效应原理，比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点。答：（1）石英晶体是天然的六角形晶体，在直角坐标系中，x轴平行于它的棱线，称为电轴，通常把沿电轴方向的作用下产生电荷的压电效应称为纵向压电效应；y轴垂直于它的棱面，称为机械轴，把沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应称为横向压电效应；z轴表示其纵轴，称为光轴，正比，与半导体薄片厚度d成反比，级UH=RH 2 在光轴方向时，不产生压电效应。 压电陶瓷是人工制造的多晶体，在极化处理以前，各晶粒的电畴按任意方向排列，当陶瓷施加外电场时，电畴由自发极化方向转到与外加电场方向一致，此时，压电陶瓷具有一定极化强度，这种极化强度称为剩余极化强度。由于束缚电荷的作用，在陶瓷片的电极表面上很快就吸附了一层来自外界的自由电荷，正负电荷距离大小因压力变化而变化，这种由机械能转变成电能的现象就是压电陶瓷的正压电效应，放电电荷的多少与外力的大小成比例关系，Q=d33F（2）石英晶体作为常用的压电传感器具有转换效率和装换精度高，线性范围宽，重复性好，固有频率高，动态特性好，工作温度高达550℃（压电系数不随温度变化而改变），工作湿度高达100％等优点，它的稳定性是其它压电材料无法比拟的，刚刚极化后的压电陶瓷的特性是不稳定的，经过两三个月以后，压电系数才近似保持为一定常数，经过两年以后，压电常数又会下降，所以做成的压电传感器要经常校准，另外，压电陶瓷也存在逆压电效应。5.9简述压电传感器的特点及应用 答：压电式传感器具有体积小，重量轻，结构简单，工作可靠，动态特性好，静态特性差的特点，该传感器多用于加速度和动态力或压力的测量。6.4什么是电阻温度计的三线制连接？有何优点？ 答：如图所示（背面），G为检流计，R1,R2,R3为固定电阻，Ra为零位调节电阻，热电阻Rt通过电阻为r1，r2，r3的三根导线与电桥连接，r1和r2分别接在相邻的两桥臂内，当温度变化时，只要他们的长度和电阻温度系数相等，它们的电阻变化就不会影响电桥的状态。电桥在零位调整时，使用R3=Ra+Rt0，Rt0为热电阻在参考温度时的电阻值。优点，能够有效的消除由于连接导线电阻随环境温度变化而造成的测量误差。6.5简述热电偶的工作原理 答：热电偶传感器是一种将温度变化转换为电势变化的传感器，它由两种不同的金属A和B构成一个闭合回路，当两个接触端温度不同，即T>T0时，回路中会产生热电势EAB(T，T0)，其中，T称为热端，T0称为冷端，A和B称为热电极。热电势的大小由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势所决定。 6.6试用热电偶的基本原理，证明热电偶的中间导体定则 6.7简述热电偶冷端补偿的必要性，常用的冷端补偿有几种方法？并说明补偿原理？p175 答：由热电偶的测温公式可知，热电偶的热电势大小不仅与热端温度有关，而且也与冷端温度有关。只有当冷端温度恒定时，才能通过测量热电势的大小得到热端的温度。当热电偶冷端处在温度波动较大的地方时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，再考虑将冷端处理为0℃，这就是热电偶的冷端处理和补偿。 补偿导线法：补偿导线在100℃（或200℃）以下的温度范围内，具有与热电偶相同的热电特性，用它连接热电偶可起到延长热电偶冷端的作用。 热电偶冷端温度恒温法：在一个保温瓶里放冰水混合物，1个标准大气压（101.325KPa）的冰和纯水的平衡温度为0℃。在密封的盖子上插上若干支试管，试管的直径应尽量小，并有足够的插入深度。试管底部有少量高度相同的水银或变压器油，若放水银则可把补偿导线与铜导线直接插入试管中的水银里，形成导电通路。不过在水银面上应加少量蒸馏水并用石蜡封结，以防止水银蒸发和溢出。 计算修正法：在实际应用中，热电偶的参比端往往不是0℃，而是环境温度T1，这时测量出的回路热电势要小。因此，必须加上环境温度T1与冰点T0之间温差所产生的热电势后才能符合热电偶分度表的要求。根据连接导体和中间温度则有：E=(T，0)=E(T，T1)+E(T1，0)。可用室温计测出环 境温度T1，从分度表查出E(T1，0)的值，然后加上热电偶回路热电势E(T，T1)，得到E=(T，0)的值，反查分度表即可得到准确的被测温度T值。6.8简述热电偶冷端补偿导线的作用。答： 1、实现冷端迁移。 2、降低电路成本 6.9在一测温系统中，用铂铑——铂热电偶测温，当冷端温度为t0=30℃时，在热端温度t时测的热电势E=(t，30℃)=6.63mV，求被测对象的真实温度。解：查表可得：E=(30，0)=0.173mV，E(t，30℃)=6.63mV，所以E(T，0)=6.63+0.173=0.803 mV 反查铂铑——铂分度表可得，t=121℃ 6.10有哪些非接触式测温方法？请简述其工作原理 答：（1）光学高温计：它是目前工业中应用较广的一种非接触式测温仪表。精密光学高温计用于科学实验中的精密测试；标准光学高温计用于量值的传递。光学高温计可用来测量800℃到3200℃的高温。由于用肉眼进行色度比较，所以测量误差与人的经验有关。光学高温计测量的温度称为亮度温度（TL），被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真是温度。 （2）光电高温计：光电高温计是由人工操作来完成亮度平衡工作的，其测量结果带有操作者的主观误差。它不能进行连续测量和记录，当被测温度低于800℃时，光学高温计对亮度无法进行平衡。它采用新型的光电器件自动进行平衡，达到连续测量的目的。 （3）辐射温度计：它是根据全辐射强度定理，即物体的总辐射强度与物体的四次方成正比的关系来测量的。它由辐射感温器和显示仪表两部分组成，可用于400℃到2000℃的高温。辐射高温计测量的温度称为辐射温度TE.。被测对象为非黑体时，要通过修正才能得到非黑体的真实温度。 （4）比色温度计：比色温度计是通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的。其特点是准确度高，响应快，可观察小目标（最小可到2mm）。用比色温度计测得的温度称为比色温度Ts，它与物体的真实温度T很接近，一般可以不进行校正。7.3差压式流量计由哪几部分组成？简述每部分的功能 答：差压式流量计由节流装置、引压导管和差压变送器组成。 节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管：将节流装置前后产生的差压传送给差压变送器。 差压变送器：将节流装置前后产生的差压转换为标准电线号（4—20mA）。7.6：质量流体计可以分为哪几种类型？科里奥利流体计的工作原理？ 答：质量流量计可分为两类：一类是直接式，即直接输出质量流量；另一类为间接式或推导式，如应用超声流量计和密度计组合，对它们的输出再进行乘法运算以得出质量流量。答（1）该流量计是一种直接精密地测量流体质量流量的新颖仪表，以结构主体采用两根并排的U形管，让两根管的回弯部分相向微微振动起来，则两侧的直管会跟着振动，即它们会同时靠拢或同时张开，即两根管的振动是同步的，对称的。科里奥利质量流量计是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利原理而制成的一种直接式质量流量仪表。 7.11比较差压流量计，电磁流量计，涡街流量计的优缺点。 答：差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。优点:(1)应用最多的孔板式流量, 计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长; (2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟; (3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。缺点:(1)测量精度普遍偏低;(2)范围度窄,一般仅3:1~4:1; (3)现场安装条件要求高;(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。优点:(1)结构简单牢固;(2)适用流体种类多;(3)精度较高;(4)范围度宽;(5)压损小。 缺点:(1)不适用于低雷诺数测量;(2)需较长直管段;(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比);(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。电磁流量计 电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。 电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题,如脏污流、腐蚀流的测量。优点:(1)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等;(2)不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好;(3)所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响;(4)流量范围大,口径范围宽;(5)可应用腐蚀性流体。 缺点:(1)不能测量电导率很低的液体,如石油制品;(2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;(3)不能用于较高温度。 7.12：电磁流量计由哪几部分组成以其各部分的功能？ 答：电磁流量计由传感器和转换器两部分组成。传感器有一个测量管，测量管上下装有励磁线圈，通过励磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。励磁电流则由转换器提供。8.1简述成分分析仪器的基本组成。 答：包括取样装置，预处理系统，分离系统，检测系统，信号处理系统，显示环节等。 8.2热导池的结构和工作原理是什么？双桥检测电路怎样把热导池电阻丝的信号转换为被测气体含量的信号？ 答：实现将混合气体导热系数的变化转换为电阻值变化的部件，称为热导池或检测器。它包括圆柱形腔体（由铜、铝或不锈钢制造）和悬在热导池中央的电阻原件（细长电阻丝）组成。当电阻原件通过电流I时，电阻从电源吸收的功率将全部转换成热量，即dQ=I2R。 双桥检测电路中除了测量电桥Ⅰ外，还增加了参比电桥Ⅱ。在测量电桥Ⅰ中，R2和R4是两个密封在测量下限气体的热导池中的电阻丝，而R1和R3的电阻值要随着被分析气体的浓度而变化，因此也使测量电桥Ⅰ的输出电压Ucd发生变化。Ucd的极性和Ugh相反，Ucd和Ugh的差值△U送到放大器中，带动可逆电机，推动滑线电阻RAB上的滑点C左右滑动去寻找平衡点，滑线电阻RAB上面的标尺可以直接刻度被测气体的浓度值。双桥检测由于采用了差动测量方式，可以有效地克服电源电压波动和环境温度变化给测量带来的影响。 8.4磁压式氧量分析仪是怎样把氧浓度转变为电信号的? 答：在不均匀磁场中，氧分子具有瞬时性，朝强磁场方向移动，当不同氧气浓度的两种气体在同一磁场相遇时，它们之间会产生一个压力差，参比气从参比气入口进入，样气从样气入口进入，参比气经过两个参比通道进入样气室，其中一路参比气在磁场区域与样气相遇，由于样气中的氧分子朝磁场方向移动以及左右两个参比通道是想通的，所以与氧气浓度成正比的压力差使得两路参比气在微流量传感器处形成压力气流，安装在微流量传感器处的微流量传感器感知该气流并将其转变为电信号。 8.7气相色谱仪的分析原理和工作流程是什么？ 答：在气相色谱分析中，流动相为载气，多数使用N2，H2，He等气体。载气由高压气瓶供给，经干燥净化装置除去杂质和水分，再经过计量、调节仪表使之以稳定的压力和精确的流量先后键入汽化室、色谱柱、检测器，然后放空。被分析试样常用微量注射器打进汽化室，当试样为液体时，要经过汽化室加热使之瞬间汽化，成为气体试样。试样被载气带进色谱柱进行分离，其不同组分将按顺序依次进入检测器（如热导池）。 原理：色谱柱中填充固定相，样品中各组分在固定相和流动相之间的分配情况是不同的。以气—液色谱法为例，在一定温度、压力下，组分在气液两相间分配达到平衡时的质量浓度比称为分配系数，即ki= si。式中，si为组分i在固定相中的质量浓度，mimi为组分 将霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源等做在一个芯片上称之为集成霍尔传感器(简称霍尔传感器)。霍尔传感器分为线性型和开关型两大类。 线性型霍尔传感器的输出电压与外加磁场强度呈线性关系。UGN-3501T(或HP503)的结构框图、图形符号及外形如图1所示。3501有两种后缀，T型厚度为2.03mm，U型为1.54mm。线性型霍尔传感器尺寸小、频响宽、动态特性好，而且在±0.15T范围内有较好的线性度。因此可以广泛应用在测量、自动控制等领域。 开关型霍尔传感器的特点：当有磁场作用在传感器上时，根据霍尔效应原理，霍尔元件输出霍尔电压，经放大后，输出高电平，这种状态人们称它为“开状态”。当磁场减弱时，霍尔元件输出电压很小，此时输出低电压，这种状态称之为“关状态”。这样，一次磁场强度的变化，就使传感器完成了一次开关动作。开关型霍尔传感器内部结构及图形符号，如图2所示。 开关型霍尔传感器的应用范围较广，这是因为传感器输出电流可达几十毫安，可直接带动小型继电器。因此，用继电器就可以在各种装置中起到控制作用了。 2 如何检测和应用线性型霍尔传感器？ 线性型霍尔传感器有单端输出(三个引脚)和双端输出的(4或8个引脚)两种，如图3所示。 线性型霍尔传感器的典型产品见表1。 测试线性型霍尔传感器的好坏可以按图3搭接一个测试电路，以三端引脚的3503U(电动自行车上调速用)为例。 在图4中，电源电压为直流6V，测试电表为UT60E数字万用表(拨在 档)，测试时，用一个条形磁铁，S极逐渐靠近霍尔传感器有型号标志的一面，数字万用表的电压应逐步升高，可由静态时的3.2V上升至3.5V。如果同时用一块N极的磁铁靠近传感器无字的一面，数字万用表电压可达到4V以上。而且电压的升高是随着磁铁的靠近，逐渐增加的(线性关系)。有上述变化的线性型霍尔传感器就是好的。 线性型霍尔传感器的应用范围很广，下面仅介绍两种类型的具体应用，如图5和图6所示。 3 开关型霍尔传感器可控制哪些元器件？ 开关型霍尔传感器可直接控制发光二极管，如图7(a)所示，平时发光二极管不亮，但磁铁靠近霍尔传感器时，发光二极管发光。 开关型霍尔传感器还可以通过晶体管再去控制发光二极管，如图7(b)所示，平时发光二极管发光，当磁铁靠近霍尔传感器时，发光二极管睛灭。 开关型霍尔传感器还可以通过晶体管控制继电器的通断，如图7(c)所示。平时继电器不吸合，当磁铁靠近霍尔传感器时，继电器吸合。继电器的吸合电压应等于或略小于电源电压的数值。 开关型霍尔传感器还可以驱动双向晶闸管带动220V灯泡等负载，如图7(d)所示。平时双向晶闸管不导通，当磁铁靠近霍尔传感器时，双向晶闸管导通，灯泡亮，但当磁铁离开霍尔传感器时，双向晶闸管关断，灯泡就灭了。如果想让磁铁离开霍尔传感器，双向晶闸管不关断，灯泡不灭，可以用双稳态输出(带锁存)的H1300开关型霍尔传感器代替A3144。代替后，当磁铁的S极靠近H1300有型号标志的一面时，双向晶闸管导通，且在磁铁离开后维持导通，只有当磁铁的N极再靠近霍尔传感器有型号标志的一面时，双向晶闸管才关断。 开关型霍尔传感器还可以控制反相器输出端高低电平的变化，如图7(e)和7(f)所示。平时反相器输出为低电平，当磁铁靠近霍尔传感器时，反相器输出变为高电平。霍尔传感器可以直接控制TTL型或CMOS型的反相器或其他数字集成电路。 近几年, 无线传感器网络在军事和工业领域得到广泛应用。为了延长传感器在跟踪期间的寿命必须有效利用传感器。在能量和带宽等物理资源受限的无线传感器网络, 每个时刻选择一个传感器子集是尤为重要的。 在一个集中式传感器网络中, 仅有一个CFC, 需要一个传感器子集被选择。尽管这是选择传感器最优的方法, 但是这个方法由于计算和通信的约束并不总是可行的。因此在本文中我们使用分散式传感器网络, 它没有任何的CFC, 每个FC只与邻近的FC通信。 目前都假定FCs是固定不变的, 位置和FCs的数量是可以变化的, 然而这并不总是可行的, 因此, 本文的传感器网络中FCs其位置和数量是固定不变的, 由于FCs和传感器是固定的, 传感器和FC关系是永远固定的, 只有选择激活哪个传感器是随时间变化的。 一般来说, 传感器管理决策都是基于估计追踪器的性能。文献提出了条件后验克拉美-罗下界 (CPCRLB) 。本文运用分散式无线传感器网络的CPCRLB实现传感器选择, 有效实现了目标跟踪中的传感器选择。 1 问题描述 1.1网络模型 监测区域有一些FCs, 每个FC仅与它的邻近FC邻居通信 (如果FCs在另一个FC的通信范围内, 则FCs为FC的邻居) , 还有大量的传感器被部署, 传感器位置是固定和已知的。但是由于物理条件的限制, 在任何时刻每个FC仅能最多有nf个传感器被选择。如图1所示给出了其体系结构和示例场景。 1.1.1观测模型 我们用一个各项同性的信号强度衰减模型, 传感器l接受到的RSS量测为: 2 基于CPCRLB的分散跟踪 集中式体系结构中, 所有的传感器被连接通信到一个CFC来融合所有的量测和更新跟踪, 然而, 它具有繁重的通信和计算。这种结构在一个大的监测区域是不可用的。 分散式体系结构中有多个FCs没有CFC。每个FC从它通信范围内的一个或多个传感器得到量测, 并且用这些量测来更新轨迹。此外, 当一个FC从它的邻里得到额外的信息时跟踪也更新。在分散式跟踪中最大的挑战是决定FCs间如何通信以至于融合能够容易得到接近最佳结果。 在每个FC依CPCRLB准则选择传感器, 设目标状态Xk是维数为nx的不可观的一阶Markov过程, 其离散时间动态方程为: 其中:fk:Rnx×Rnu→Rnx并且uk是维数为nu的i.i.d噪声过程。传感器 (1≤l≤N) 量测方程为: 其中:g k:Rn x×Rnv→Rn z, Vk是Nv维i.i.d量测噪声, 量测Zk的维数为Nz, 设Vk独立Uk于和初始状态X0。 CPCRLB给出了在已知过去所有量测值z (1:k) 的条件下, 当获得新的量测z (k+1) 时, 估计目标状态x (k+1) 的均方误差 (MSE) 下界, 即: 其中:L (x (k+1) |z (1:k) ) 表示目标状态估计值的条件Fisher信息矩阵 (FIM) , 并且量测z (1:k) 是实际获得的真实量测而不是随机向量。 在分散式结构中全局FIM用下面递归循环来计算: 在分散无线传感器网络跟踪中, 每个FC依据传感器选择准则CPCRLB选择传感器子集进行目标跟踪, 每一个时刻它仅与其通信范围内的观测节点和邻里FC通信, 不同的时刻选择不同的传感器子集以实现最优目标跟踪。FCs仅与其邻里通信。 3 传感器选择实现步骤 在第一个FC上仅仅选择一个传感器使性能最佳 在第二个FC上选择一个传感器使性能最佳 继续在剩余的每一个FC上各选择一个传感器使性能最佳 按照上述方法在所有的FCs在每一个时刻继续依次选择传感器值到最大的限制传感器数选够为止。 在每一步, 一个完整的计算被完成为了决定哪一个传感器应该被选择。 4 仿真结果 所传感器网络包括N=144个传感器节点和F=9个FCs, 探测区域240m×240m。FCs的通信半径是100m, 每个FC被激活的最大传感器节点数nf=2。在RSS模型中, 目标信号衰减指数α=2, 目标辐射的信号能量在d0=1m处ϕ=300。假定所有传感器节点的量测噪声有相同的方差σv2=0.1。初始化各个参数。目标运动过程噪声参数q=1, 采样周期T=1s。 目标状态先验分布为高斯分布, 均值为x (0) =[30, 30, 10, 10]T, 协方差矩阵为diag{20, 20, 5, 5}, 状态方程为: 器选择方法在每个FC实现的传感器选择。图3是每个FC实现目标跟踪的位置均方根误差 (RMSE) , 用了本文介绍的CPCRLB, 并和最近邻方法对比, 表明在分散式无线传感器网络中实现目标跟踪的有效性, 也说明传感器选择方法CPCRLB优于最近邻方法。 5 总结 在本文中传感器选择应用在在分散式传感器网络结构中。与集中的传感器网络相比, 通信和计算量没那么繁重, 能最大程度优化跟踪性能和延长传感器寿命, 在每个FC选择一个传感器子集。因为在分散传感器网络中没有CFC, 仅有FCs, 考虑到在传感器网络中仅有FCs邻里, 我们运用了一种传感器选择算法, 仿真表明了该算法在分散传感器网络中有效性。 参考文献 [1]任丰原, 黄海宁, 林闯.无线传感器网络[J].软件学报, 2003年第7期:1282-1291. [2]马丁E里根斯Ⅱ等.情报指挥控制系统与仿真技术, 1997年第6期. [3]Howard, M., Payton, D., and Estkowski, R.Coalitions for distributed sensor fusion.In Proceedings of the Fifth International Conference on Information Fusion, vol.1, Annapolis, MD, July2002, 636—642. [4].L.Zuo, R.Niu, and P.K.Varshney, “Conditional Posterior Cramer-Rao Lower Bounds for Nonlinear Sequential Bayesian Estimation, ”IEEE Tran.On Sig.Pro., vol.59, no.1, 2011. 光栅传感器基本结构及原理 光栅传感器的作用是能够实现精密测量, 其测量原理建立在莫尔条纹的基础上。由于光的干涉效应, 将等栅距的两块光栅以微小夹角重叠在一起, 可以看到在近似垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹, 称为莫尔条纹, 如图1所示:B为莫尔条纹间距, W为光栅间距: 光栅线夹角θ小, 莫尔条纹宽带B越大, 相当于把W放大了1/θ倍, 大大的提高了测量灵敏度, 也方便了光电元件的放置。 本文利用长光栅的位移传感器, 借助CCD (电荷耦合器件) 图像传感器代替传统的硅光电池检测莫尔条纹, 完成了信号的细分, 并实现对位移和角度的高精度测量。因此, 若利用光栅精密测量位移或角度, 可利用光电元件测出莫尔条纹的移动, 通过脉冲计数得到度量。 测量系统结构及工作方式 以位移测量为例, 通常光栅传感器是由光路系统、一对光栅副、与指示光栅相对位置固定的光电接收元件、整形细分电路组成。当光栅副中任一光栅沿垂直于刻线方向移动时, 莫尔条纹就会沿近似垂直于光栅移动的方向运动。当光栅移动一个栅距时, 莫尔条纹就移动一个条纹间隔B。光电接收元件将莫尔条纹的明暗强弱变化转换为电量输出。该正弦波经整形为方波, 在一个完整的光栅测量系统中, 后级电路 (往往是以单片机为核心) 接收该信号后, 根据两路或多路信号的时序关系判别运动方向, 并根据方波个数判断位移。 光栅数字传感器的测量分辨率等于一个栅距。但是, 在精密检测中常常需要测量比栅距更小的位移量, 为了提高分辨率, 可以采用两种方法实现:1) 增加刻线密度来减小栅距, 但是这种方法受光栅刻线工艺的限制。2) 采用细分技术, 在莫尔条纹变化一周期时, 不只输出一个脉冲, 而是输出若干个脉冲, 以减小脉冲当量, 提高分辨力。细分的方法有多种, 如直接细分、电桥细分、锁相细分、调制信号细分和软件细分等。下面介绍论文采用的4倍直接细分的信号处理过程。 根据莫尔条纹的性质, 光电元件产生的信号近似为正弦波。A、B为两个光电元件, 使A、B的位置相距1/4B那么A、B输出的正弦信号相位差π/2, 如图2所示。设莫尔条纹移动方向为从A到B。A领先Bπ/2, A、B两路信号经整形后变为方波, 以1/4个周期为单位时间, 则在一个周期内的4个单位时间内, A依次为1、1、0、0, B依次为0、1、1、0, AB代表的二进制数为10, 11, 01、00, 即光栅移动一个栅距内, 可以得到4组信号, 根据不同的信号值从而将位移确定在1/4个栅距内, 实现了4倍细分。同时根据AB代表的系列值可以判断移动方向。 CCD图像传感器在光栅传感器中的应用 图像传感器的选用 根据以上对光栅传感器的剖析, 可以看出要想提高对莫尔条纹的细分精度, 可以采用提高光栅线的密度或放置更多路光敏元件实现对信号更高倍的细分的方法。但是由于工艺上的难度成本上的限制, 不可能无限制地提高光栅线的密度, 目前较普遍的是1mm 50～100线。也不可能精确地在保证一定的相位差下放置多路光敏元件。所以从以上两点入手试图改进光栅传感器的精度意义不大。目前的光栅传感器一般采用硅光电池, 再配以相应的后续电路完成信号处理。所以考虑采用新的图像探测器件来取代传统的光电池是另一种值得考虑的方法。 CCD图像传感器与互补金属氧化物半导体 (CMOS) 图像传感器目前已经得到大量而广泛的应用。CCD图像传感器和CMOS图像传感器都基于硅半导体材料, 但由于工作机理和结构的不同, 这两种传感器在性能上存在着很大的区别, 主要体现在集成度、读出方式、功耗、动态范围、灵敏度和价格上。虽然CMOS图像传感器的生产过程较简单、成本较低、功耗较小, 但其具有信噪比低、宽动态范小、电荷转换效率低和输出图像质量低的缺点, 而CCD图像传感器的最大优点是信噪比高、灵敏度和动态范围大、电荷转换效率高和输出图像质量高。综合以上特点, 对于光栅传感器的应用来说, CCD更适于对精度和灵敏度要求较高的莫尔条纹的检测。 CCD图像传感器的功能是把二维图像光学信号转变成一维视频信号或数字信号。从结构上分为线阵CCD和面阵CCD两大类, 从受光方式分为正面光照和背面光照两种。线阵CCD有单沟道和双沟道两种信号读出方式, 其中双沟道信号读出方式的信号转移效率高。面阵CCD的结构复杂, 常见的有帧转移 (FT) CCD、全帧转移 (FFT) CCD、隔列内线转移 (IIT) CCD、帧内线转移 (FIT) CCD、累进扫描内线转移 (PSIT) CCD等。如以帧转移 (FT) CCD面阵, CCD由成像区 (光敏区) 、暂存区和水平读出寄存器三部分构成。每个成像单元称为一个像素。假定有M个转移沟道, 每个沟道有N个成像单元, 那么整个成像区共有M×N个像素。暂存区的结构和单元数与成像区相同, 暂存区与水平读出寄存器均作遮光处理。工作时, 图像经物镜成像到光敏区, 光敏区上面的电极加有适当的偏压时, 光生电荷被收集到电极下方的势阱里, 这样就将光学图像变成了电荷包图像。当光积分周期结束时, 加到成像区和暂存区电极上的时钟脉冲使所有收集到的信号电荷迅速转移到暂存区中, 然后经由水平读出寄存器, 在时钟脉冲控制下, 经输出级逐行输出一帧信息。在第一帧读出的同时, 第二帧信息通过光积分又收集到势阱中。这样可以一帧一帧连续地读出。 系统设计 下面采用C C D图像传感器FTF4052M芯片实现对莫尔条纹的检测。DALSA公司的FTF4052M型CCD是一款全帧型CCD图像传感器, 具有22M像素 (4008×5334) 的超大分辨率全帧CCD图像传感器, 内部功能结构如图3所示。 图3中, 芯片在结构上分为3部分:⒈中间最大的区域为光敏区, 即光积分区域。每个光敏单元都有在行列方向上的地址, 行选通逻辑和列选通逻辑共同选定某光敏单元, 考虑到各像敏单元的偏置电压不均匀, 使用增益控制和平衡控制等辅助电路对信号进行校正。特别是对于处于莫尔条纹光强波谷处的像敏单元, 其信号是微弱的, 此时该校正是很必要的。⒉上下两部分为两个输出寄存器。将光积分生成的电荷水平转移到4个角的输出放大器, 输出放大器将光生电荷形成的电压信号放大并转移出CCD。C1、C2、C3为水平像素转移寄存器的时钟信号。A1、A2、A3、A4为垂直行驱动时钟信号。⒊TG是光敏区与输出寄存器之间的隔栅;OG是输出栅;SG是输出栅之前的最后一个栅;RG是输出放大器。该芯片的最大特点是将光敏区生成的图像分成W、X、Y、Z四个对称的象限, 每个象限的电荷可以以不同的方向转移, 通过四个输出端同时输出, 有效地提高了帧速率, 单端输出的帧速率为1FPS, 而四端同时输出就可以达到3.6FPSs。工作时, 莫尔条纹投射在CCD图像传感器表面, 莫尔条纹沿X轴向左或向右平移, 产生明显的莫尔条纹光强分布。 由于CCD图像传感器的同一列像元从上至下的光强分布是一致的, 莫尔条纹的光强分布只是体现在行方向上, 所以无需进行逐行扫描, 只需考察一行上的像元信号即可分析莫尔条纹的移动情况, 这样大大降低了信号处理任务。图4代表莫尔条纹在一行像敏单元上的光强分布, X轴为莫尔条纹移动方向, Y轴表示光强的大小。莫尔条纹在各行分布一致的情况仅仅是理想的情况, 实际上由于光栅线质量, 光栅间隙等工艺因素的影响, 各行情况会略有差别, 所以可以考虑选择不同位置的几行, 考察其光强分布情况, 避免信号质量差时过大的单行误差, 达到降低误差的目的。 FTF4052M和光栅传感器、DSP、MCU和PC组成测量系统时, 系统工作原理框图如图5。 系统上电后, C C D图像传感器初始化, 根据相关寄存器值控制有关参数, 确定采集图像的窗口位置、大小和工作模式;MCU通过对FTF4052M芯片发出时钟信号指令、以及对FTF4052M芯片进行时序控制, 来完成参数的配置;系统配置完后, FTF4052M芯片开始对莫尔条纹信号进行采集, 并输出同步信号给MCU, 其包括垂直同步信号、水平同步信号、数据同步信号, 判别一帧图像数据的开始和结束;DSP发出读信号请求后, MCU根据同步信号决定是否开始数据采集;采集的数据被送至RAM;DSP接收到READY信号后开始采集数据并处理;数据最终被送往PC进行处理, 得出测量结果。 结论 从信号处理的角度来说, 最简单的方法就是通过调整光栅夹角, 使莫尔条纹间隔B和CCD图像传感器最大感知图像的行方向长度一致, 设其为L。该方向有n个像素, 将L分为n份, 即细分倍数达到n倍, 对位移的分辨精度达到了W/n (以FTF4052M为例, 其分辨率为1312×1036) 。设光栅线密度为1 0 0线/m m, W=0.01mm, 故位移分辨精度为:W/n=0.01/1312≈7nm。考虑到光栅线质量问题等, 该理论值并不代表整个传感器在实际测量中能达到的精度。但经过实测, 采用CCD图像传感器对莫尔条纹的分辨精度远远高于采用传统的硅光电池和整形细分电路等对莫尔条纹的分辨精度。并且, 随着集成电路技术的提高, CCD图像传感器的性能指标也在不断的改善, 对莫尔条纹的分辨率将不断提高, 满足光栅传感器现在和未来的高精度、高分辨率等测量需求将绰绰有余, 理论上, 若提供的莫尔条纹信号质量足够高, 则可以实现纳米级的测量精度。 摘要：本文基于光栅传感器, 提出借助CCD图像传感器代替传统的硅光电池对莫尔条纹进行检测, 完成了信号的细分, 并以位移的测量为例, 实现了对位移的高精度测量。 关键词：CCD图像传感器,光栅传感器,莫尔条纹,细分,高精度测量 参考文献 [1]方平, 丁凡, 李其朋.基于线阵CCD的新型微位移传感器的研究[J].传感技术学报, 2006 (1) [2]万峰, 范世福.以c8051F020为核心的CCD驱动与采集系统的设计[J].光学精密工程, 2005 (S1) [3]盛翠霞, 张涛, 纪晶, 等.高分辨率CCD芯片FTF4052M的驱动系统设计.光学精密工程, 2007 (4) [4]陈学飞, 汶德胜, 王华.基于CPLD的面阵CCD图像传感器驱动时序发生器设计.电子器件, 2007 (3) 面对如此众多令人眼花缭乱的潜在可能, 设计人员很难专注于一个具体的设计, 除非其对不同的设计方案以及各种方案的优缺点非常熟悉。 基于Microchip的m Touch®电容传感器以及相关的电子元件和软件可以构建一个Mo C触摸系统。而Mo C设计的不同之处在于用一个悬放在电容触摸传感器上方或中间, 以薄间隔层隔开的导电目标层取代用户的手指。当用户按压目标层时, 目标层就会产生不超出10μm轻微变形, 从而更加接近传感器, 而这一间距的改变使得传感器电容随之发生可检测的变化。电容触摸界面 (电子元件和软件) 将检测电容的变化, 并将这一按压操作报告给系统。 这意味着传感器与环境实现了电气上的隔离, 因而改善了噪声、接近和串扰问题。接地目标层为ESD (静电放电) 能量提供了一个非破坏性的路径。同时, 传感器与环境的隔离还消除了与水相联系的问题。由于传感器的驱动需要物理力, 因此适用于盲文应用程序和戴手套的用户。而金属面板的使用令最终产品拥有了更专业的外观和触感。 传感器系统的构建 构建一个Mo C传感器系统需要一个标准的电容传感器、一个在传感器上方开孔的间隔层以及一个导电的面板和目标层。图1所示为一个典型的传感器叠层结构。在这一结构中, 导电目标层充当了电容传感器的另一个极板, 并且具备所需的弹性弯曲能力, 使得该面板可以在作用力撤销之后恢复原状。 面板处于该叠层结构的顶面, 带有标记和按键图例。可导电的目标层充当传感电容器的另一个导电表面。二者一起向用户提供相关信息, 构成传感电容器的另一个接地层, 并实现了按键的机械弹性。 在选择面板和目标层材料时需要考虑多项要素, 包括按下按键需要多大的驱动力、面板外观、环境因素、按键是否需要背光以及面板和目标层是否需要背光等。通常, 最好将面板和目标层的设计结合在一起, 因为二者经常需要紧密合作才能正常运行。 最简单的实现方式是使用单一的金属层来同时充当面板和目标层。即可以将金属目标层上面的标记当作面板层, 也可以将粘合在目标层上的印刷薄膜当作面板层。这种单一的金属层为按键和传感电容器 (目标层) 另一个接地极板提供了需要的所有机械弹性。图1所示的便是一个典型的单层金属叠层结构示例。 驱动力大小由面板和目标层所使用金属的厚度、按键大小、金属弹性以及面板和目标层的任何背面蚀刻之间的关系决定。大多数情况下, 按键的大小和材料的厚度是主要的影响因素。 面板和目标层中金属的弹性是决定按键驱动力的重要因素。例如, 不锈钢是一种易弯曲的金属, 但其弹性却比不上航空级的铝材。而另一方面, 铝的屈服强度较低, 在承受高驱动力时更容易产生凹陷和压痕。因此, 选择材料时需要在保证低驱动力情况下有足够的弹性和在保证承受高驱动力时有较高的屈服强度, 以避免造成损坏二者之间的平衡。 在外观方面, 现代丝网印刷和涂层工艺可以将金属薄片打造出从花岗岩到木材等各种材质的逼真纹理效果。通过电镀将金属面板的表面全部或有选择性地镀上其它金属, 以制作相关的标记和打造特定的外观, 而阳极氧化铝甚至可以印上照片级效果的图像。 与环境相关的两大问题是耐磨性和耐化学性, 包括水在内。不锈钢可以耐受大多数常用的化学清洁剂 (包括水) , 并具有良好的耐磨性。另一方面, 普通钢材容易生锈和产生化学变色现象, 其耐磨性仅属于中等水平。而经过阳极氧化涂层处理的铝材则具有良好的耐磨性, 但是阳极氧化层属多孔结构, 需要使用聚合物涂层进行密封, 否则容易生锈。 许多设计人员都倾向于避免使用金属面板, 因为他们误以为金属面板不能实现背光功能。然而, 事实上这是可以实现的, 只是比聚合物面板成本稍微高一点。通常而言, 我们可以有选择性地实施金属穿孔, 并采用以聚合物回填密封来阻挡灰尘和湿气的方式实现背光。 带有金属盖片的塑料面板 使用塑料面板层并以采用丝网印刷或气相沉积工艺制成的金属盖片当作目标层是第二种简单的实现方法。这种方法与单一金属层的设计一样, 在塑料面板表面制作标记, 并由塑料面板提供按键所需的弹性。塑料层底部的金属盖片则充当传感电容器的另一个接地极板。如图2叠层结构所示。 在这种设计中, 驱动力由按键大小和任何背面蚀刻之间的关系决定, 但是取决于所使用塑料的厚度和弹性。按键越小、材料越厚, 需要的驱动力越大。然而, 尽管不锈钢和铝材的硬度相对较高, 塑料的弹性却远远优于金属。这样, 在保持相同驱动力的条件下, 就可以使用更厚的面板和目标层。同时, 它也更能耐受高弯曲角度, 相对而言, 也就不容易产生凹陷和永久变形。 与金属薄片一样, 现代丝网印刷和涂层工艺也可以令塑料薄片呈现出设计人员所需的任意一种类型的表面。而塑料基材的表面也可以完全或有选择性地通过使用金属涂层来打造光泽度高的外观和标记。 使用塑料的一个区别是在厚度更大的情况下会存在保持光学透明度的潜在问题。聚酯纤维材料可能会产生透明度问题, 但是在用于传感器设计的典型厚度范围内, 这通常不是一个问题。聚碳酸酯和聚乙烯均具有良好的光学透明度。某些粘合剂也拥有良好的光学透明度。设计人员应确保选择合适的塑料和粘合剂组合以避免形成浑浊或模糊的外观。 虽然在塑料面板设计中, 水不再是主要的问题, 但是耐磨性和耐化学性问题更加凸显。另一个与环境相关的潜在问题是材料随温度变化而导致的尺寸稳定性问题。如果面板材料的膨胀速率和与其粘合在一起的材料的膨胀速率存在显著差异, 粘合剂就会失去作用, 从而导致假的触发、易变的灵敏度以及传感器之间显著的串扰问题。 食品制备和医疗市场关注的一大环境问题即该材料的微生物污染耐受能力。聚酯纤维和聚碳酸酯材料备有抗微生物涂层选择, 因此是上述两大市场的首选材料。如果传感器还将直接暴露在阳光下, 那么防雾和耐UV黄变性也是必要的。 透明和半透明塑料是最容易实现背光的材料。塑料不仅能透光, 还可实现纵向的光传输, 因此, 使用侧光LED即可实现整个设计表面的背光。如果采用了金属表面电镀, 那么借助简单的蚀刻工艺即可实施针孔开口, 从而实现与所提及的针对坚固金属层的、成本更高的且背光选择类似的效果。 金属塑料共模设计 第三种选择是使用塑料和金属共同制成单层面板及目标层。通过对金属层进行蚀刻或冲压, 在开关四周留出一定的空间, 通过注塑成型工艺用塑料来填充这些空隙。同时使用金属与塑料的一大优势在于, 它将二者的长处结合在一起, 这样的设计即具备金属的耐磨性, 又拥有塑料透明和半透明特性, 而驱动力将比单使用塑料来得更硬, 比完全使用金属更软。事实上, 我们可以通过改变与弯曲每个按键相关的塑料与金属的比例来调整驱动力的大小。图3是一个共模制的面板及目标层示例。 在共模设计中, 驱动力也是由相同因素决定, 与单使用金属或塑料的设计一样。不同之处在于, 实际的力由两种材料特性的加权平均值来决定。这一设计的驱动力大小将介于纯塑料设计和纯金属设计两个数值之间。不幸的是, 驱动力的精确计算在很大程度上依赖于所用传感器的几何形状。我们可以将纯金属条件和纯塑料条件下的数值进行平均计算, 从而得到一个有用的近似值。首先, 我们计算出两个类似按键的驱动力, 一个按键由塑料制成, 另一个由金属制成。然后计算出按键四周分别用了多少塑料和金属, 并根据按键四周两种材料各自所占比例计算出两个驱动力值。取两个结果的平均值即可粗略估算出共模设计所需的驱动力, 通过改变所用金属和塑料的比例即可调整所需驱动力的大小, 另外也可以通过在软件中调整按键行程阈值来进行微调。 传感器外观是该实现方式广受青睐的原因所在。金属提供了良好的耐磨性, 而塑料打造出传感器的视觉轮廓并负责实现传感器的背光。使用如前所述的技巧即可通过现代丝网印刷和涂层工艺创造出设计人员所需的外观效果。 在复合材料设计中, 耐磨性和耐化学性的影响也更为复杂。不仅必须选择适合预期环境的金属和塑料, 还要考虑塑料相对于金属的兼容性及粘合力。举例来说, 如果金属的膨胀系数比塑料高, 那么在极端低温或极端高温环境下, 金属边缘就有可能脱离塑料导致灰尘和湿气潜入传感器装置。而如果塑料的膨胀系数更高, 那么在较高温度条件下, 塑料就可能会产生压力并引起金属变形, 进而导致虚假按压发生。 在背光方面, 塑料提供了一个途径得以让光通过金属, 既照亮了按键功能, 又令按键轮廓更为醒目方便用户识别。不幸的是, 在设计中塑料的使用通常是孤立的, 因此, 个别位置就可能需要单独照明。 结论 有了这些不同的传感器设计技巧, 设计人员在创建新颖的用户界面时就有了很大的灵活度。而将各种材料、配置和技巧进行不同的组合, 就可以打造出各式各样无论从美学角度还是人体工程学角度来看都真正独特的控制装置。然而, 这些技巧并未穷尽一切可能, 设计人员应突破传统思维模式, 多与第三方创意设计服务提供商交流以获取更多的设计构想。 摘要：本文介绍了传感器系统设计中的一些技巧, 并着重介绍了典型金属面板电容传感器叠层结构、塑料传感器叠层结构以及金属与塑料共模面板及目标层三种设计结构。 气敏传感器在实际中有着广泛的应用,不仅仅表现在检测易燃、易爆、有毒、有害气体,在保健品卫生等领域,例如食品加工、酒类检测、烟草鉴别、化妆品生产及保健品卫生也有很高的前景。然而在上述气体中有很多是有毒、易燃、易爆气体,例如天然气、氢气(H2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)、氨气(NH3)[1]等。所以,在保护人类生存的自然环境的同时,还要防止不幸事故的发生,进而需要对在环境中存在的有害或者可燃性气体进行有效地监控。 目前对不同气体检测的方法主要有:电气法(利用半导体气敏器件检测);电化学法(电极和电解液对气体进行检测);光学法(利用气体对光的折射率或光的吸收等特性来检测)。在上述方法中,光的折射率方法灵敏度最高,但由于通常需要采用拉曼光谱等较昂贵的仪器来进行检测。其中产量最大、应用最广的是电化学法、电气法。电化学法是因为电路的干扰检测灵敏度较低,而电气法是由于采用半导体气敏器件灵敏度较高,但检测成本较低。 声表面波和磁弹性这两种气体传感器[2,3]都是采用半导体气敏元件对气体进行分析,两者均用共振器来进行信号检测。在灵敏度和检测方式上各有优势,国内外均有学者对这两种气体传感器进行了研究,本文从几个方面比较分析了这两种气体传感器。 1声表面波气体传感器检测原理 选择性气敏薄膜是声表面波气体传感器[2]中的关键。当传感器检测待测气体时淀积于接收IDT和发射IDT之间的气敏薄膜吸收或吸附待测气体,这会导致气敏薄膜的质量增加,随之粘弹性也发生了变化,这使得在选择性气敏薄膜上传播的声表面波性质发生变化,例如,为改变声表面波的传播速度在延迟线上涂上能与被测化学气体有相互作用的薄膜,使得频率的显著变化[4],这可以通过测量延迟线频率响应的变化得知。为检测待测气体的质量可以通过测量频率的变化。检测原理如下: 原理公式如下: 式中:f中心频率,k1和k2是归一化表面粒子速度;Δm是气敏薄膜质量的变化;A代表气敏薄膜的面积;K代表气敏薄膜长度、输入输出IDT中心间距之比。 2磁弹性气体传感器检测原理 磁弹性气体传感器的气敏膜是修饰在传感器表面的一层化学物质,将被检测物通过传感器时,待检测气体和气敏膜发生吸附形成化学键[3],从而使磁弹性传感器的质量增加。由于磁弹性传感器通常是由磁致伸缩材料加工而成的,置于由通电螺线管产生的磁场中的磁弹性传感器会产生一定频率的振荡,磁弹性传感器的振荡频率会随着检测气体前后磁弹性传感器的质量发生变化而变化。所以通过磁弹性传感器吸附气体前后的频率变化可得到被检测气体的质量[5],具体原理如下公式: 其中,Δm是气敏薄膜质量的变化。M是磁弹性传感器的原始质量。f0 、fload分别是磁弹性传感器吸附待测气体前、后发生振荡的频率。 3原理及响应结果分析对比检测方法的比较 3.1检测原理比较分析 通过声表面波和磁弹性两种气体传感器的检测原理分析可知,二者均是由于吸附待检测气体来改变气敏膜的质量,从而改变传感器的频率响应,以检测被测气体的质量;并且因为检测原理简单,这两种传感器都对光、电、力、热、声、化学及生物等[6]多种因素表现出很高敏感性。为达到声表面波传感器重量轻、体积小、携带方便的优势,并实现集成化、智能化,所以采用集成电路中的平面工艺制作方法。 正是由于声表面波气体传感器有以下优点:抗干扰能力强,灵敏度高,检测范围线性度好,测量重复性好,使得声表面波气体传感器适合远距离传输和实现遥测遥控,更适合远距离传输[7]。而磁弹性气体传感器由于通常靠无线磁场来传输信号,因此只适合近距离传输。此外声表面波气体传感器还有以下优点:受温度影响少,稳定性好、灵敏度高,设计结构灵活,对采用SAW技术其输出信号为振荡器频率的变化,无需经过A/D转换等,便于与计算机进行接口。 3.2响应结果比较分析 形成光化学烟雾的主要因素之一是NO2,它也是酸雨的来源之一,因此能较快检测出NO2是有重要的安全意义的。为了比较两种传感器对NO2的比较分析,我们对两种传感器检测NO2都进行了初步实验。为了消除不同成分的气敏膜对NO2的吸附效果的影响,实验中声表面波传感器和磁弹性传感器均涂敷酞普铜薄膜以作为气敏膜[8]。在声表面波气体传感器中,气敏膜的电导率由于气敏膜与NO2气体相互作用而降低[9]。实验中在常温下通入NO2气体,原气体浓度为3%,测试环境浓度小于0.5%,两种传感器对待测气体的频率偏移响应如图3所示: 图3是NO2气体通过表面波气体传感器的频率响应,当通入NO2气体后,声表面波传感器的中心频率向右发生偏移,多次实验结果均表明,频率偏移明显。 图4所示是磁弹性气体传感器对NO2气体的频率响应,多次实验结果均表明,当通入待测气体后,磁弹性传感器的频率发生明显偏移。同时,由于磁弹性传感器通常采用金属玻璃制成,该种敏感材料兼备金属和玻璃的特性,因此磁弹性气体传感器对通入的NO2气体的幅值响应也有明显变化。 4结论 传播媒质的质量密度、粘滞特性、刚度系数、介电常数和电导率会受到声表面波气体传感器抗干扰能力强的扰动而变化,此外还有外界温度的变化、压强的变化也会直接影响传播特性的改变,这些变化都会影响声表面波速度的变化,进而导致振荡器振荡频率的变化,所以想要获得外界微小扰动的信息,可以通过对频率信号的检测来实现。而磁弹性气体传感器敏感材料是磁致伸缩材料,目前较多采用Metglas2826加工而成,测试环境中带电体、磁性物质等会对测试产生明显的影响。 实验中采用安捷伦矢量网络分析仪作为检测传感器振荡频率的检测器。如图4所示,通入相同浓度的NO2气体前后,在对NO2气体的幅度和频率响应方面,磁弹性气体传感器相比声表面波气体传感器效果更明显。 摘要：随着社会的工业化进程加快,机动车、电厂废气等人为因素产生的NO2日益增多。NO2虽然对臭氧的形成有重要作用,同时也会导致酸雨的形成,所以检测NO2的浓度在很多领域有着重要意义。本文以NO2为检测对象,对其不同频率响应采用两种传感器进行初步实验并进行比较分析,声表面波传感器是利用沿着物体表面传播的弹性波来感测信号的,而磁弹性传感器是由外加磁场对磁弹性材料的作用来感测信号的,两种传感器的响应信号都是频率偏移,在实验中,传感器的频率响应采用网络分析仪测试。实验结果表明,磁弹性传感器相对于声表面传感器对NO2的吸附前后频率响应更明显,对相关领域的研究更具实际意义。 关键词：声表面波,磁弹性,气体传感器,灵敏度,微电子 参考文献 [1]周文,闫学锋,侯成诚,等.聚苯胺—多壁碳纳米管薄膜SAWNO2传感器[J].传感器与微系统,2011,30(9):1-3. [2]武以立,谭学斌,李文胜.声表面波横向滤波器的衍射计算及衍射效应的分析[J].压电与声光,1992,14(1):14-18. [3]向继文,陈依民,等.声表面波NO2传感器敏感膜研究进展[J].传感器与微系统,2012,31(9):9-14. [4]B S JOO,J S HUHB,D D LEE.Fabrication of polymer SAWsensor array to classify chemical warfare agents[J].Sens.Actuators B,2007,121:47–53. [5]王博文.超磁致伸缩材料制备与器件设计[M].北京:冶金工业出版社,2003:23-26. [6]T GOTO,H FUJIHARA.Self-assembled spherical aggre-gates of gold nanoparticles and their network ensembles me-diated by metal ion recognition[J].Journal of materials sci-ence,2004,39(6):2171-2173. [7]CRAIG A GRIMES,et.Al.Theory,Instrumentation and Ap-plications of Magnetoelastic Resonance Sensors[J].A Re-view Sensors,2011,11(3):2809-2844. [8]殷焕顺,邓建成,周燕.酞菁化合物在高新技术领域中的应用[J].精细化工中间体,2003(5):12-16. 2016年中国市场销量将达10亿只 全球车用传感器市场迎来了快速扩张机会。作为新兴市场的中国，汽车传感器市场更是以前所未有的高速增长。有统计称，2012年中国车用传感器的销量总数为5亿只，业内人士分析，这一数字在2016年将会翻倍达到10亿只。 据悉，汽车所需求的信息如车辆运行状态、驾驶操控状态、车辆控制情况、运行环境、异常状态等多是通过传感器获得。作为汽车电子控制系统的重要信息源，汽车传感器广泛应用于汽车的引擎管理、动力驱动和安全舒适系统中，因此传感器的数量和技术水平也决定了现代汽车控制系统级别的高低。它是电子控制系统的“探头”，用得越多，汽车的电子化越全面，自动控制程度也就越高。 业内专家介绍，目前一辆国内普通家用轿车上大约安装了几十个传感器，豪华轿车上的传感器数量多达两百个甚至更多，而其使用量随着汽车制造水平的发展还在增加。 随着目前汽车技术的不断发展，车载传感器技术的应用也越来越广泛。从一键启停技术到双离合变速箱，都采用了大量的车载传感器，且该技术在车辆动力系统中发挥的作用也越来越重要。同时，目前汽车越来越高的燃油效率要求以及越来越严苛的排放标准也起到了推动传感器技术、布线技术以及相应标准定制推出的作用。 汽车设计工程师们为了使得汽车能够满足日益严苛的排放标准，其设计采用的传感器能否为其数字信号控制单元有效地收集到模拟信号，这对其能否达到预期目标起到了至关重要的作用。其中，以上提到的模拟信号主要是针对来自汽车发动机的压力和温度等信号。 通过利用更加精密的传感器可以大幅提升发动机的燃油效率并推动变速箱级数不断增加。其中，在自动挡汽车中配备一键启停功能离不开传感器的应用。这与手动挡汽车驾驶员选择合适的换挡齿轮相比，自动挡传感器技术更富有挑战性。 塔塔Tata Elxsi公司的副总裁Anil Sondur表示：“通过提高车载传感器的感应灵敏度可以使得整个传感过程更加顺畅。齿轮空档传感技术是一项基于最原始的一键启停系统发展而来的传感技术，该传感技术的传感过程始终未能达到顺畅的程度。齿轮空档传感技术的研发目的就是为了避免车辆在换挡时变速箱出现失速打滑现象。而以上齿轮空档传感技术通过利用功能强大的传感器可以确保换挡时齿轮能够到达指定的具体位置避免出现失速打滑现象。” 另外，有市场研究报告预测道应用于汽车动力系统中的传感器将实现大幅的增长。根据IHS技术咨询公司的预测，到2019年时仅应用在汽车内燃机上的传感器的出货量就将达到13.4亿组。而在去年应用在汽车内燃机上的传感器的出货量大约仅为10亿组。这其中传感器的复合增长率达到了3.6%，比整个汽车销量的增长率还要略高一点。 传感器技术对于车辆变速箱技术的发展是必不可少的。增加变速箱齿轮级数以及平顺换挡过程均需要更加精密的运动部件，这也就需要更加精密的传感器来实现运动控制。而传感器价格的高低同样会影响变速箱设计工程师选择没计变速箱的最终方案。 英飞凌汽车变速箱事业部负责人Joe Funyak表示：“目前高端汽车采用的双离合变速箱采用了更为先进复杂的控制技术。其中，控制压力是通过闭环的压力控制器来实现。以上先进的控制技术更加精确但是其成本也更高。 上面采用的压力控制器成本非常高，并且其每一级齿轮均需要配备一个压力控制器。但是对于高端汽车而言，100美元的成本提升并不会产生非常大的影响。” 通过提升传感器的精密程度会使得传感数据采集量急剧增加，采用的传感器数量越多其数据增长速度也越快。因此，在设计采用传感器时一般会选择增配一些8-32位的智能微处理器来降低传感器的带宽要求，并为主机分担一部分的处理任务。 随着越来越多的智能传感器不断地得以应用，车辆的通信技术也正在发生变化。数字化的通信结构使得汽车工程师们可以尽量的减少使用有线通信，并相应提高通信能力。 来自马勒动力公司动力总成标定和控制部门的经理William Davidson表示：“目前符合美国机动车工程师学会单边半字节传输协议（Single EdgeNibble Transmission， SENT）的传感器开始在市场上大量应用，通过采用以上传感器可以避免采用模拟信号。采用单边半字节传输协议的传感器具有更加优质可靠的通信质量，因此可以实现无线通信。单边半字节传输协议还具有更加优秀的诊断功能。” 传感器实现无线数据传输是传感器其中的一个发展方向。许多传感器技术观察员还认为，传感器设计人员将会不断提高传感器组件的标准化设计，从而降低传感器的复杂程度并在传感器的大批量生产过程中实现收益。 德州仪器汽车电子系统市场部经理Pat Hunter表示：“目前一台普通发动机上将需要大约44个传感器。并且随着汽车生产厂商们对发动机的设计控制越来越复杂，未来发动机上还将采用更多的传感器。如果能够实现传感器的标准化没计，那么传感器的成本将得到大幅降低，并且其可靠性也将大幅提升。” 以上提到的传感器变化都属于传感器元器件层面的改进。而目前有部分的厂家开始研究开发一种可应用于汽车动力系统的全新类型的磁传感器。其中，该磁传感器最主要的优势就是可以实现无接触传感。 来自恩智浦半导体公司汽车与运输部的市场高级总监Klaus Reinmuth表示：“与传统的霍尔传感器系统相比，以上磁传感器采用了各向异性的磁阻，其具有更高的精度、更出色的线性度，并且其在整个生命周期内不受磁场漂移以及磁场变化的影响。对于汽车的动力系统，以上各向异性的磁阻传感器非常适合应用于各种类型的油门以及废气再循环系统中。通过将以上磁传感器与普通霍尔传感器集成组装到一个封装内可以实现双传感器系统对冗余性和功能安全性的要求。” nlc202309031258 由于某些传感器还可以提高车辆的性能，因此，各个生产厂商开始增加推出一些新的传感功能。例如，速度传感器作为车辆动力总成中重要的组成部分，其还可以帮助汽车工程师设计更加高效的人机界面。 英飞凌公司集成传感器部门的经理James Sterling表示：“速度传感器测量精度越来越精确，而且其传感抖动也越来越小。车辆振动抑制功能是一项全新的功能设计，其采用了速度传感器，在传感器探测到振荡时速度传感器并不会因此将一个错误的信号发送给控制器，从而起到车辆振动抑制的功能。” 主动安全方向成技术主流 无人驾驶这项极具前瞻性的科技，目前已被全球众多车企列为主要研发项目之一。无人驾驶汽车的发展又与传感器有着密切联系，可以说无人驾驶汽车的发展依赖于传感器技术的开发。 大陆集团推出的从辅助驾驶到自动驾驶革新的三步：到2016年实现部分自动驾驶，比如汽车需要监控系统，驾驶员需要随时准备接手驾驶，目标是实现30km/h以内的自动驾驶；到2020年，实现高度自动驾驶，那时不需要监控系统，但驾驶员需要在规定时间内接手驾驶；到2025年，要完全自动驾驶，不需要监控系统，驾驶员也无需要接手驾驶。其实这也代表大部分外资零部件企业的判断。 博世管理委员会成员DirkHoheisel表示，如果法律和保险等问题能够被解决，则到2020年汽车就可以实现在高速公路上行驶。巴黎银行分析师认为，2020年全球半自动驾驶的汽车销量可达到870万辆，到2025年将增至2270万辆。“真正意义上的自动驾驶需要可靠的传感器、安全的车辆数据、复杂的系统构架、安全模拟及法规等各方面都俱备。”博世董事会成员DirkHoheisel如此认为。近几年内，实现自动驾驶还有很多技术需要突破，但让ADAS的更多功能尽快在汽车上实现，达到更安全、更智能的汽车驾驶，这是可以实现的目标。 外资企业加速布局抢占市场 有数据显示，目前有90%的传感器市场份额被大陆、博世、德尔福、森萨塔、霍尼韦尔等几家外资零部件巨头瓜分，本土零部件企业只能在油温传感器、水温传感器等技术含量不高、附加值相对低的低端市场捡点“残羹冷炙”。而在自动驾驶辅助驾驶系统技术上，博世、大陆、法雷奥、英飞凌、德尔福等外资零部件企业更是抢占了制高点。 “我们相信任何一款单一的传感器都无法实现汽车的自动驾驶，所以要真正地实现无人驾驶，需要不同的传感器组成一个强大的系统。我们需要了解每一只传感器，它犹如汽车的大脑，通过这个大脑来真正地认识汽车。”近日，法雷奥集团首席执行官雅克·阿申布瓦表示，通过传感器，我们可以感知车辆所处的各种路况及周边环境。 为此，法雷奥成立了专门的传感器事业部，投入大量的研发费用开发感知路况和周边环境的传感器。法雷奥中国区总经理周松表示：“我们的传感器需要的是在不同的距离、不同的角度、不同的天气状况下来完成探测。这需要不同技术的融合，包括超声波技术、雷达技术、摄像头技术、红外线技术、激光扫描技术，以及这些技术的算法融合。” ADAS系统需要很多传感器以及更强有力的微处理器，英飞凌在这方面已经研发出很多长途和短途的雷达，包括多核单片机Aurix可以提供更强的信息处理及相关解决方案。另一家半导体公司意法（ST）也在车载信息领域做了大量的研究工作。ST汽车产品部车载信息微控制器产品市场经理MaddalenaBrattoli介绍说，ST拥有以TCU为中心的车载处理器，可以不受移动网络技术演进的影响，按照各种市场需求扩展计算能力和功能组合，并支持多个导航卫星系统的精准定位技术，为车载传感器、本地和远程联网提供多种解决方案。 中国航空汽车系统控股有限公司高级专务周世宁在自主品牌汽车零部件企业恳谈会上表示：“当前汽车处于辅助智能化、部分智能化、完全智能化的转型期，我们一定要在辅助驾驶和智能驾驶上有所作为，我国汽车零部件企业不能再错过机会了。” 编后语： 2016年中国车用传感器将会达到10亿只，但关键技术和材料缺失、配套困难、销量少成本高等问题，与诸多域零部件的生存困境类似。 诚然，在很多细分领域，本土零部件企业与外资同行的竞争都不是处在一个重量级上。但相信，没有一家企业会因此就甘愿接受”落后”的命运。更何况在这样一个正方兴未艾、充满各种机会和可能性的市场，只要企业能积极顺应行业技术的发展趋势，那些来自资金、技术方面的制约因素，总可以找到解决的途径。 没有传感器技术就没有现代汽车，已成为汽车业内的共识。面对微型化、智能化、非接触测量和MEAS传感技术，逐步取代传统的机械式、应变片式、滑动电位器等传感技术的大趋势，国际汽车零部件巨头一直都在加大研发投入和产品布局。作为后来者，如果不奋起直追，差距只会越来越大。 相对于目前的困难而言，很多本土零部件企业可能更缺少向上走的勇气和毅力。市场竞争如逆水行舟，不进则退。虽然外资同行在资金、技术等方面具有强大的竞争优势，但市场空间广阔，主场作战的本土零部件企业有着先天的地利优势，可以快速根据市场的变化弥补不足，仍有很多争取生存、发展的机会和空间。 当然，在本土传感器企业的成长过程中，本土整车企业的支持更不能缺失，甚至需要产业政策方面的扶持。 总之，不要再让一个即将”井喷”的市场，与本土零部件企业擦肩而过。 随着其尖端化的发展,仪器装置通常可以提供不止一个变量。这些测量是随兴的,因为它们不需要任何额外的传感器辅助或者过程渗透。它们仅需要你提供一种提取信息的方式。 多变量方法根据主导变量的需求可分成三类: 修正性测量一大多电子传感器在一定程度上会被多个变量所影响。比如,使用电容或者应变计技术的压力传感器会受到温度的影响。因此,这一装置的传导器会采用自身温度测量并且使用该数据来修正初始读数。由于此次测量是在传导器中进行,所以通常很容易将其提供给控制系统。 采用修正型测量数据所要注意的问题是要确切知道该数据的来源。上述例子中的做法是在必要时进行的用于修正主导变量的,并且完全不会影响到整个过程;它仅反映传导器或者电子装置周围的温度。在使用这类数据之前必须知道该数据的内容。 多重测量一最普通的流量测量法之一,使用一块挡板和差异压力计。虽然会有很多执行变量,但是用基本概念算出的流量是基于已知障碍物两侧的压力的读数。即使流量测量仅需要获得差异压力值,管路压力的测量值也能从中得到。 计算测量一随着传导器电子元件尖端化的发展,为测量好的过程变量添加计算值变得更加简单了。科里奥利流量计使用了该技术,并且能从实际测量出来的三个变量中得到一系列变量。以上这一技术最普通的应用是将科里奥利流量装置读数设定为加仑或者升每分钟。该装置并不直接测量容积,它可以根据质量流量和密度来计算体积。该传导器可以通过设定来提供所有你需要的变量值来作为主导变量。 提取额外数据 大多数装置的设计是通过模拟信号(4-20mA)或者一个数码输出来提供初始读数。但是,如果有更多的信息可用,你当然也会希望能够得到。 只有少数装置会提供多个(通常只有两个)模拟输出。这个途径当然管用,但是需要给每个变量提供一条线路。. 最通常的传输辅助变量的办法是通过主导变量之后的HART信号来进行。如果你使用HART接口或者将HART输入输出端口连接到控制系统的话,就可以得到辅助测量数据并且任意地将它们用作对处理有价值的事情。科里奥利流量计等复杂的装置会让你选择你希望输出模拟信号的端口或被覆盖的端口。在各种类型的HART读数装置中,一些会将辅助变量转译成为适当的工业计量单位在仪表上显示,一些会将辅助变量转换成为第二个或者第三个4-20mA的信号输出到数据传输系统(DCS),一些甚至是得通过无线的方式来获取信息。 如果你使用联网的方式并且有合适的装置,现场总线协议将使多个变量变得非常简单。一些工程单位只需要对现场总线进行最初级的设置就可以得到所有的主导变量和辅助变量,而且,它们将会被同等重要地来进行处理。霍尔传感器问答 篇6
传感器 篇7
传感器 篇8
传感器 篇9
传感器 篇10
管窥传感器发展态势 篇11
多变量传感器 篇12