傳感器的工作原理、應(yīng)用常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法【綜合】
發(fā)布時(shí)間: 2019-02-11 預(yù)覽次數(shù)：3759次
傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求，傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)，可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。那么接下來(lái)賢集網(wǎng)小編就為大家介紹一下傳感器的工作原理、應(yīng)用、應(yīng)用常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法、分類、主要功能、選型方法及十大品牌。
傳感器的工作原理
1、傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路、輔助電源四部分構(gòu)成，其中，敏感元件直接接收測(cè)量，用于輸出被測(cè)量有關(guān)的物理量信號(hào)，敏感元件主要包括熱敏、光敏、濕敏、氣敏、力敏、聲敏、磁敏、色敏、味敏、放射性敏感等十大類；轉(zhuǎn)換元件用于將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
2、變換電路用于將轉(zhuǎn)換元件輸出電信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)制等處理；輔助電源用于為系統(tǒng)(主要是敏感元件和轉(zhuǎn)換元件)提供能量。
傳感器的應(yīng)用
1、傳感器在手機(jī)中的應(yīng)用：重力傳感器，在極品飛車、天天跑酷等游戲中有著近乎完美的體現(xiàn)；加速度傳感器，例如手機(jī)的搖一搖功能就是對(duì)手機(jī)的加速度進(jìn)行感應(yīng)；光線傳感器，例如手機(jī)的自動(dòng)調(diào)光功能；距離傳感器，例如接電話時(shí)手機(jī)離開(kāi)耳朵屏幕變亮，手機(jī)貼近耳朵屏幕變黑，手機(jī)中的傳感器數(shù)不勝數(shù)，很多功能都是利用傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，就不一一列舉了；
2、除手機(jī)外，傳感器在日常生活中也有著廣泛的應(yīng)用，常見(jiàn)的如：自動(dòng)門，通過(guò)對(duì)人體紅外微波的傳感來(lái)控制其開(kāi)關(guān)狀態(tài)；煙霧報(bào)警器，通過(guò)對(duì)煙霧濃度的傳感來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警的目的；電子秤，通過(guò)力學(xué)傳感來(lái)測(cè)量人或其他物品的重量；水位報(bào)警，溫度報(bào)警、濕度報(bào)警等也都利用的是傳感器來(lái)完成其功能。
傳感器應(yīng)用常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法
1、標(biāo)簽紙連續(xù)打印位置不一致
連續(xù)打印時(shí)打印位置不一致的原因，主要是由于紙張?jiān)谕ǖ乐械亩秳?dòng)以及紙本身間隙的不一致，造成傳感器探測(cè)的波形的不穩(wěn)定，從而使連續(xù)打印的定位不準(zhǔn)確。解決方法：解決紙張?jiān)谕ǖ乐卸秳?dòng)的問(wèn)題（特別是小標(biāo)簽）：通過(guò)增加緩沖機(jī)構(gòu)，或增加類似斑馬Z4M的傳感器壓緊機(jī)構(gòu)解決。解決標(biāo)簽本身間隙不一致的問(wèn)題：通過(guò)更改固件程序，更改標(biāo)簽定位方式，利用標(biāo)簽間隙后沿定位可以盡量的減小間隙誤差的影響；
2、標(biāo)簽紙襯紙電平不穩(wěn)定
由于紙?jiān)谕ǖ乐凶兓嚯x相對(duì)透射傳感器與反射接收器之間設(shè)計(jì)距離變化范圍較大，導(dǎo)致發(fā)光出力變化率大，紙的透光強(qiáng)度變化大，是透射傳感器電平不穩(wěn)定的主要原因，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮傳感器的檢測(cè)范圍和介質(zhì)在通道內(nèi)的抖動(dòng)，使因?yàn)榻橘|(zhì)抖動(dòng)造成的輸出電壓變化過(guò)大，造成檢測(cè)失誤或無(wú)法檢測(cè)，如紙?jiān)谕ǖ乐猩舷禄顒?dòng)距離1mm，透射傳感器或反射接收器之間設(shè)計(jì)距離至少為5 mm，電氣參數(shù)設(shè)計(jì)上至少要保證紙的透光強(qiáng)度在10%范圍內(nèi)變化時(shí)，透射傳感器電平在判別電平范圍內(nèi)（無(wú)紙和襯紙電壓差大于1V）；
3、熱敏方式打印的標(biāo)志判別時(shí)無(wú)法正常識(shí)別
熱敏紙上的熱敏材料對(duì)紅外光的反射很強(qiáng)，導(dǎo)致傳感器無(wú)法識(shí)別熱敏打印的黑標(biāo)，由于我們使用的傳感器為紅外光探測(cè)器件，而且熱敏紙對(duì)紅外光的反射很強(qiáng)，造成被檢測(cè)介質(zhì)的其他部分與標(biāo)記部分的反射率差別大大減小，造成標(biāo)記無(wú)法正常識(shí)別，因此，在傳感器的選擇和使用過(guò)程中應(yīng)充分考慮不同介質(zhì)的反光率（透率）的影響；
4、傳感器的老化
光電傳感器由于靈敏度高，發(fā)光管隨時(shí)間溫度等因素，發(fā)光功率會(huì)有微弱下降；對(duì)接收管而言，若連續(xù)接收反射光時(shí)，其表現(xiàn)的參數(shù)漂移就很大，因此在應(yīng)用光電傳感器時(shí)，在設(shè)計(jì)中盡量避開(kāi)老化這一問(wèn)題，如：
①POS機(jī)紙將盡的檢測(cè)，平時(shí)有紙時(shí)，光電傳感器接收管是接收不到反射光的，紙將盡時(shí)，紙筒落到紙倉(cāng)凹槽，光電傳感器接收管才探測(cè)到反射光從而報(bào)警；
②采用間歇發(fā)光的方法，當(dāng)檢測(cè)傳感器時(shí)才接通發(fā)光管的電源，不檢測(cè)時(shí)關(guān)閉發(fā)光管電源，減小發(fā)光管和接收管的老化；
5、傳感器的檢測(cè)電壓閾值
不同的傳感器和檢測(cè)介質(zhì)，其判別的電壓閾值差別很大，選取切實(shí)可行的判別閾值，對(duì)正確檢測(cè)不同的介質(zhì)意義重大，二值檢測(cè)：此時(shí)應(yīng)使傳感器工作在飽和區(qū)和截至區(qū)，電壓差別大，閾值的選取比較容易，調(diào)整傳感器的負(fù)載電阻，通過(guò)簡(jiǎn)單的電平識(shí)別，即可正確判斷，如紙存在檢測(cè)，有中間狀態(tài)的檢測(cè)：如標(biāo)簽紙需檢測(cè)有紙、無(wú)紙和襯紙，此時(shí)應(yīng)使傳感器盡量工作在線性區(qū)，這樣，不同的狀態(tài)變化，其輸出電壓的變化最明顯，最有利于不同狀態(tài)的判別，這樣可以根據(jù)傳感器在不同狀態(tài)下的光電流和反光率（透光率）變化，選取合適的檢測(cè)閾值；
6、傳感器離散性
同樣型號(hào)的傳感器在相同的輸入條件下，會(huì)因?yàn)槠浔旧淼碾x散性造成輸出的不同，給信號(hào)的檢測(cè)帶來(lái)不利的影響，特別是對(duì)工作在放大區(qū)的傳感器有很嚴(yán)重的影響，如SG-23FI，同樣在VCE=5V，IF=10mA時(shí)，其光電流范圍為0.5mA~3mA，相差5倍，為適應(yīng)傳感器的離散性帶來(lái)的影響，目前我公司采用的方法：
①加可調(diào)電阻，調(diào)整輸出電壓不滿足要求的傳感器，使其輸出滿足要求，但是給生產(chǎn)增加了難度和成本；
②使用多個(gè)CPU端口切換不同的負(fù)載電阻來(lái)適應(yīng)不同的介質(zhì)，需要占用額外的CPU資源，可調(diào)范圍不大，只能改變幾種狀態(tài)；
③使用PWM調(diào)整發(fā)光管電流強(qiáng)度，使傳感器工作在不同的輸出特性曲線，調(diào)整范圍大，但增加了固件的檢測(cè)難度。
傳感器的工作原理
1、傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路、輔助電源四部分構(gòu)成，其中，敏感元件直接接收測(cè)量，用于輸出被測(cè)量有關(guān)的物理量信號(hào)，敏感元件主要包括熱敏、光敏、濕敏、氣敏、力敏、聲敏、磁敏、色敏、味敏、放射性敏感等十大類；轉(zhuǎn)換元件用于將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
2、變換電路用于將轉(zhuǎn)換元件輸出電信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)制等處理；輔助電源用于為系統(tǒng)(主要是敏感元件和轉(zhuǎn)換元件)提供能量。
傳感器的應(yīng)用
1、傳感器在手機(jī)中的應(yīng)用：重力傳感器，在極品飛車、天天跑酷等游戲中有著近乎完美的體現(xiàn)；加速度傳感器，例如手機(jī)的搖一搖功能就是對(duì)手機(jī)的加速度進(jìn)行感應(yīng)；光線傳感器，例如手機(jī)的自動(dòng)調(diào)光功能；距離傳感器，例如接電話時(shí)手機(jī)離開(kāi)耳朵屏幕變亮，手機(jī)貼近耳朵屏幕變黑，手機(jī)中的傳感器數(shù)不勝數(shù)，很多功能都是利用傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，就不一一列舉了；
2、除手機(jī)外，傳感器在日常生活中也有著廣泛的應(yīng)用，常見(jiàn)的如：自動(dòng)門，通過(guò)對(duì)人體紅外微波的傳感來(lái)控制其開(kāi)關(guān)狀態(tài)；煙霧報(bào)警器，通過(guò)對(duì)煙霧濃度的傳感來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警的目的；電子秤，通過(guò)力學(xué)傳感來(lái)測(cè)量人或其他物品的重量；水位報(bào)警，溫度報(bào)警、濕度報(bào)警等也都利用的是傳感器來(lái)完成其功能。
傳感器應(yīng)用常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法
1、標(biāo)簽紙連續(xù)打印位置不一致
連續(xù)打印時(shí)打印位置不一致的原因，主要是由于紙張?jiān)谕ǖ乐械亩秳?dòng)以及紙本身間隙的不一致，造成傳感器探測(cè)的波形的不穩(wěn)定，從而使連續(xù)打印的定位不準(zhǔn)確。解決方法：解決紙張?jiān)谕ǖ乐卸秳?dòng)的問(wèn)題（特別是小標(biāo)簽）：通過(guò)增加緩沖機(jī)構(gòu)，或增加類似斑馬Z4M的傳感器壓緊機(jī)構(gòu)解決。解決標(biāo)簽本身間隙不一致的問(wèn)題：通過(guò)更改固件程序，更改標(biāo)簽定位方式，利用標(biāo)簽間隙后沿定位可以盡量的減小間隙誤差的影響；
2、標(biāo)簽紙襯紙電平不穩(wěn)定
由于紙?jiān)谕ǖ乐凶兓嚯x相對(duì)透射傳感器與反射接收器之間設(shè)計(jì)距離變化范圍較大，導(dǎo)致發(fā)光出力變化率大，紙的透光強(qiáng)度變化大，是透射傳感器電平不穩(wěn)定的主要原因，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分考慮傳感器的檢測(cè)范圍和介質(zhì)在通道內(nèi)的抖動(dòng)，使因?yàn)榻橘|(zhì)抖動(dòng)造成的輸出電壓變化過(guò)大，造成檢測(cè)失誤或無(wú)法檢測(cè)，如紙?jiān)谕ǖ乐猩舷禄顒?dòng)距離1mm，透射傳感器或反射接收器之間設(shè)計(jì)距離至少為5 mm，電氣參數(shù)設(shè)計(jì)上至少要保證紙的透光強(qiáng)度在10%范圍內(nèi)變化時(shí)，透射傳感器電平在判別電平范圍內(nèi)（無(wú)紙和襯紙電壓差大于1V）；
3、熱敏方式打印的標(biāo)志判別時(shí)無(wú)法正常識(shí)別
熱敏紙上的熱敏材料對(duì)紅外光的反射很強(qiáng)，導(dǎo)致傳感器無(wú)法識(shí)別熱敏打印的黑標(biāo)，由于我們使用的傳感器為紅外光探測(cè)器件，而且熱敏紙對(duì)紅外光的反射很強(qiáng)，造成被檢測(cè)介質(zhì)的其他部分與標(biāo)記部分的反射率差別大大減小，造成標(biāo)記無(wú)法正常識(shí)別，因此，在傳感器的選擇和使用過(guò)程中應(yīng)充分考慮不同介質(zhì)的反光率（透率）的影響；
4、傳感器的老化
光電傳感器由于靈敏度高，發(fā)光管隨時(shí)間溫度等因素，發(fā)光功率會(huì)有微弱下降；對(duì)接收管而言，若連續(xù)接收反射光時(shí)，其表現(xiàn)的參數(shù)漂移就很大，因此在應(yīng)用光電傳感器時(shí)，在設(shè)計(jì)中盡量避開(kāi)老化這一問(wèn)題，如：
①POS機(jī)紙將盡的檢測(cè)，平時(shí)有紙時(shí)，光電傳感器接收管是接收不到反射光的，紙將盡時(shí)，紙筒落到紙倉(cāng)凹槽，光電傳感器接收管才探測(cè)到反射光從而報(bào)警；
②采用間歇發(fā)光的方法，當(dāng)檢測(cè)傳感器時(shí)才接通發(fā)光管的電源，不檢測(cè)時(shí)關(guān)閉發(fā)光管電源，減小發(fā)光管和接收管的老化；
5、傳感器的檢測(cè)電壓閾值
不同的傳感器和檢測(cè)介質(zhì)，其判別的電壓閾值差別很大，選取切實(shí)可行的判別閾值，對(duì)正確檢測(cè)不同的介質(zhì)意義重大，二值檢測(cè)：此時(shí)應(yīng)使傳感器工作在飽和區(qū)和截至區(qū)，電壓差別大，閾值的選取比較容易，調(diào)整傳感器的負(fù)載電阻，通過(guò)簡(jiǎn)單的電平識(shí)別，即可正確判斷，如紙存在檢測(cè)，有中間狀態(tài)的檢測(cè)：如標(biāo)簽紙需檢測(cè)有紙、無(wú)紙和襯紙，此時(shí)應(yīng)使傳感器盡量工作在線性區(qū)，這樣，不同的狀態(tài)變化，其輸出電壓的變化最明顯，最有利于不同狀態(tài)的判別，這樣可以根據(jù)傳感器在不同狀態(tài)下的光電流和反光率（透光率）變化，選取合適的檢測(cè)閾值；
6、傳感器離散性
同樣型號(hào)的傳感器在相同的輸入條件下，會(huì)因?yàn)槠浔旧淼碾x散性造成輸出的不同，給信號(hào)的檢測(cè)帶來(lái)不利的影響，特別是對(duì)工作在放大區(qū)的傳感器有很嚴(yán)重的影響，如SG-23FI，同樣在VCE=5V，IF=10mA時(shí)，其光電流范圍為0.5mA~3mA，相差5倍，為適應(yīng)傳感器的離散性帶來(lái)的影響，目前我公司采用的方法：
①加可調(diào)電阻，調(diào)整輸出電壓不滿足要求的傳感器，使其輸出滿足要求，但是給生產(chǎn)增加了難度和成本；
②使用多個(gè)CPU端口切換不同的負(fù)載電阻來(lái)適應(yīng)不同的介質(zhì)，需要占用額外的CPU資源，可調(diào)范圍不大，只能改變幾種狀態(tài)；
③使用PWM調(diào)整發(fā)光管電流強(qiáng)度，使傳感器工作在不同的輸出特性曲線，調(diào)整范圍大，但增加了固件的檢測(cè)難度。