传感器的测量范围:传感器的测量范围,灵敏度,精度。怎么区分?

2021/12/18 03:58 · 传感器知识资讯 ·  · 传感器的测量范围:传感器的测量范围,灵敏度,精度。怎么区分?已关闭评论
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传感器的测量范围:传感器的测量范围,灵敏度,精度。怎么区分?概念就不一样啊。测量范围,也就是量程。比如,一把米尺,刻度是从0到3米,那么他的测量范围,量程,就是3米。同样,一个压力传感器,0.1-0.6Mbar,它的测量范围就是0.1-0.6mbar,低于或者高于这个范围,对于它来说,都是不适

传感器的测量范围:传感器的测量范围,灵敏度,精度。怎么区分?  第1张

传感器的测量范围:传感器的测量范围,灵敏度,精度。怎么区分?

概念就不一样啊。
测量范围,也就是量程。比如,一把米尺,刻度是从0到3米,那么他的测量范围,量程,就是3米。同样,一个压力传感器,0.1-0.6Mbar,它的测量范围就是0.1-0.6mbar,低于或者高于这个范围,对于它来说,都是不适用的。
灵敏度,是能让传感器"感觉有变化"的最小变化值。拿人体举例子,苍蝇叮你一下,你可能感觉不出来,但是刀子划破手指,人体就能感觉出来。同样的,对于传感器,可能0.℃的变化,传感器识别不出来,但是0.1℃的变化,一般的传感器,都能识别。
精度,可能会跟灵敏度搞混,但是它俩是不一样的。还是拿温度传感器举例子,同样的环境,两个不同的传感器,一个显示23.4567℃,另一个显示23.47,那么,我们可以认为,第一个传感器的精度比第二个要好。
精度,你可以认为,是测量一个静态量,能精确到的值。
分辨率,是一个量,在动态变化时,能够引起传感器变化的最小值。
传感器的测量范围:传感器的测量范围,灵敏度,精度。怎么区分?  第2张

传感器的测量范围:传感器的特征和测量范围

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传感器的特征和测量范围
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从传感器本身的作用知道,它是直接与被测对象发生联系的部分,是信息输入的
窗口,传感器的基本特性是指传感器的输出与输入之间关系的特性,一般分为静态特
性和动传感器的静态特性是指对于静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所
具有的;
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(1)
测量范围
(Yrs)?
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每一个传感器都有一定的测量范围,如果超过了这个范围进行测量时,会带来很
大的可提供原始信息,检测的准确与否完全与一定范围内反应被测量的程度有关。于
是,它必须具备一定的基本特性,而了解和掌握其基本特性是正确选择和使用传感器
的基本条件。
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态特性两大类。
当被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢
(
常称为静态信号
)
时,
用一系列静态参数来描述其静态特性。当被测量随时间变化很快
(
常称动态信号
)
时,
可用一系列动态参数来描述其动态特性。
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静态特性
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相互关系。此时输入信号与时间无关,输出量也与时间无关,输出量与输入量之
间的关系
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可用一个不含时间的方程来表示,非线性待定常数,它们都可由实际的测量数据
进行标定。实际中也可以以
x
为横坐标,
y
为纵坐标,用测量结果画出特性
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曲线来表征输出与输入的关系。由多次测量的结果分析可知,任何传感器的输出
与输入的关系不会完全符合所要求的特征线性或非线性关系,衡量传感器的静态特性
必须用一些重要指标来确定,如测量范围、线性度、迟滞、重复性及灵敏度等等。
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传感器的测量范围:传感器的测量范围,灵敏度,精度。怎么区分?  第3张

传感器的测量范围:关于交换机不同网段的通信

传感器由敏感元器件(感知元件)和转换器件两部分组成,有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号,本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多,就其感知外界信息的原理来讲,可分为①物理类,基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类,基于化学反应的原理。③生物类,基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类(还有人曾将传感器分46类)。下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。
一、温度传感器及热敏元件温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多,市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛,这是因为在元件允许工作条件范围内,半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点,而且制造工艺简单、价格低廉。
1、半导体热敏电阻的工作原理按温度特性热敏电阻可分为两类,随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻,反之为负温度系数热敏电阻。
⑴ 正温度系数热敏电阻的工作原理此种热敏电阻以钛酸钡(BaTio3)为基本材料,再掺入适量的稀土元素,利用陶瓷工艺高温烧结尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料,但掺入适量的稀土元素如镧(La)和铌(Nb)等以后,变成了半导体材料,被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料,晶粒之间存在着晶粒界面,对于导电电子而言,晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时,由于半导体化钛酸钡内电场的作用,导电电子可以很容易越过位垒,所以电阻值较小;当温度升高到居里点温度(即临界温度,此元件的‘温度控制点' 一般钛酸钡的居里点为120℃)时,内电场受到破坏,不能帮助导电电子越过位垒,所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢,具有恒温、调温和自动控温的功能,只发热,不发红,无明火,不易燃烧,电压交、直流3~440V均可,使用寿命长,非常适用于电动机等电器装置的过热探测。
⑵ 负温度系数热敏电阻的工作原理负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料,采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质,完全类似于锗、硅晶体材料,体内的载流子(电子和空穴)数目少,电阻较高;温度升高,体内载流子数目增加,自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多,使用区分低温(-60~300℃)、中温(300~600℃)、高温(>600℃)三种,有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点,广泛应用于需要定点测温的温度自动控制电路,如冰箱、空调、温室等的温控系统。热敏电阻与简单的放大电路结合,就可检测千分之一度的温度变化,所以和电子仪表组成测温计,能完成高精度的温度测量。普通用途热敏电阻工作温度为-55℃~+315℃,特殊低温热敏电阻的工作温度低于-55℃,可达-273℃。
2、热敏电阻的型号我国产热敏电阻是按部颁标准SJ1155-82来制定型号,由四部分组成。第一部分:主称,用字母'M’表示 敏感元件。第二部分:类别,用字母‘Z’表示正温度系数热敏电阻器,或者用字母‘F’表示负温度系数热敏电阻器。第三部分:用途或特征,用一位数字(0-9)表示。一般数字‘1’表示普通用途,‘2’表示稳压用途(负温度系数热敏电阻器),‘3’表示微波测量用途(负温度系数热敏电阻器),‘4’表示旁热式(负温度系数热敏电阻器),‘5’表示测温用途,‘6’表示控温用途,‘7’表示消磁用途(正温度系数热敏电阻器),‘8’表示线性型(负温度系数热敏电阻器),‘9’表示恒温型(正温度系数热敏电阻器),‘0’表示特殊型(负温度系数热敏电阻器)第四部分:序号,也由数字表示,代表规格、性能。往往厂家出于区别本系列产品的特殊需要,在序号后加‘派生序号',由字母、数字和'-’号组合而成。例: M Z 1 1序号普通用途正温度系数热敏电阻器敏感元件3、热敏电阻器的主要参数各种热敏电阻器的工作条件一定要在其出厂参数允许范围之内。热敏电阻的主要参数有十余项:标称电阻值、使用环境温度(最高工作温度)、测量功率、额定功率、标称电压(最大工作电压)、工作电流、温度系数、材料常数、时间常数等。其中标称电阻值是在25℃零功率时的电阻值,实际上总有一定误差,应在±10%之内。普通热敏电阻的工作温度范围较大,可根据需要从-55℃到+315℃选择,值得注意的是,不同型号热敏电阻的最高工作温度差异很大,如MF11片状负温度系数热敏电阻器为+125℃,而MF53-1仅为+70℃,学生实验时应注意(一般不要超过50℃)。
4、实验用热敏电阻选择首选普通用途负温度系数热敏电阻器,因它随温度变化一般比正温度系数热敏电阻器易观察,电阻值连续下降明显。若选正温度系数热敏电阻器,实验温度应在该元件居里点温度附近。例MF11普通负温度系数热敏电阻器参数主要技术参数名称 参数值 MF11热敏电阻符号外形图标称阻值(kΩ) 10~15 片状外形 符号额定功率 (W) 0.25材料常数B范围(k) 1980~3630温度系数(10-2/℃) -(2.23~4.09)耗散系数(mW/℃) ≥5时间常数(s) ≤30最高工作温度(℃) 125粗测热敏电阻的值,宜选用量程适中且通过热敏电阻测量电流较小万用表。若热敏电阻10kΩ左右,可以选用MF10型万用表,将其挡位开关拨到欧姆挡R×100,用鳄鱼夹代替表笔分别夹住热敏电阻的两引脚。在环境温度明显低于体温时,读数10.2k ,用手捏住热敏电阻,可看到表针指示的阻值逐渐减小;松开手后,阻值加大,逐渐复原。这样的热敏电阻可以选用(最高工作温度100℃左右)。新教材热敏特性实验:应将热敏电阻封装后再放入水中。最简单的封装是用长电工朔料套管,也可密封于类似的圆珠笔杆内。
下面是实测的一组数据。编号 温度(℃) 电阻值(k)1 15 14 R=R0expB(T-1-T0-1)T0=25+273KB:材料及结构常数(B是温度的函数)R0:标准温度T0时阻值2 20 113 25 9.94 30 9.25 35 8.56 40 7.8几种实用测温传感器a空调内专用温控传感器:热敏元件封在铜金属官中。b 气温测量传感器二、光传感器及光敏元件光传感器主要由光敏元件组成。目前光敏元件发展迅速、品种繁多、应用广泛。市场出售的有光敏电阻器、光电二极管、光电三极管、光电耦合器和光电池等。
1、光敏电阻器光敏电阻器由能透光的半导体光电晶体构成 ,因半导体光电晶体成分不同,又分为可见光光敏电阻(硫化镉晶体)、红外光光敏电阻(砷化镓晶体)、和紫外光光敏电阻(硫化锌晶体)。当敏感波长的光照半导体光电晶体表面,晶体内载流子增加,使其电导率增加(即电阻减小)。光敏电阻的主要参数:
光电流 、亮阻:在一定外加电压下,当有光(100lx照度)照射时,流过光敏电阻的电流称光电流;外加电压与该电流之比为亮阻,一般几kΩ~几十kΩ。
暗电流、暗阻:在一定外加电压下,当无光( 0 lx照度)照射时,流过光敏电阻的电流称暗电流;外加电压与该电流之比为暗阻,一般几百kΩ~几千kΩ以上。
最大工作电压:一般几十伏至上百伏。
环境温度:一般-25℃至 +55℃,有的型号可以-40℃至+70℃。
额定功率(功耗):光敏电阻的亮电流与外电压乘积;可有5mW至300mW多种规格选择。
光敏电阻的主要参数还有响应时间、灵敏度、光谱响应、光照特性、温度系数、伏安特性等。
值得注意的是,光照特性(随光照强度变化的特性)、温度系数(随温度变化的特性)、伏安特性不是线性的,如以CdS(硫化镉)光敏电阻的光阻有时随温度的增加而增大,有时随温度的增加又变小。硫化镉光敏电阻器的参数:型号规格 MG41-22 MG42-16 MG44-02 MG45-52环境温度(℃) -40~+60 -25~+55 -40~+70 -40~+70额定功率(mW) 20 10 5 200亮阻,100lx(kΩ) ≤2 ≤50 ≤2 ≤2暗阻, 0lx(MΩ) ≥1 ≥10 ≥0.2 ≥1响应时间 (ms) ≤20 ≤20 ≤20 ≤20最高工作电压(v) 100 50 20 2502、光电二极管和普通二极管相比,除它的管芯也是一个PN结、具有单向导电性能外,其他均差异很大。
首先管芯内的PN结结深比较浅(小于1微米),以提高光电转换能力;第二PN结面积比较大,电极面积则很小,以有利于光敏面多收集光线;第三光电二极管在外观上都有一个用有机玻璃透镜密封、能汇聚光线于光敏面的“窗口”;所以光电二极管的灵敏度和响应时间远远优于光敏电阻。常见的几种光电二极管及符号如下:2DU有前极、后极、环极三个极。其中环极是为了减小光电二极管的暗电流和增加工作稳定性而设计增加的,应用时需要接电源正极。光电二极管的主要参数有:最高工作电压(10~50V),暗电流(≤0.05~1微安),光电流(>6~80微安),光电灵敏度、响应时间(几十ns~几十μs)、结电容和正向压降等。光电二极管的优点是线性好,响应速度快,对宽范围波长的光具有较高的灵敏度,噪声低;缺点是单独使用输出电流(或电压)很小,需要加放大电路。适用于通讯及光电控制等电路。
光电二极管的检测可用万用表R×1K挡,避光测正向电阻应10KΩ~200 KΩ,反向应∞,去掉遮光物后向右偏转角越大,灵敏度越高。光电三极管可以视为一个光电二极管和一个三极管的组合元件,由于具有放大功能,所以其暗电流、光电流和光电灵敏度比光电二极管要高得多,但结构原因使结电容加大,响应特性变坏。广泛应用于低频的光电控制电路。常见的光电三极管形状及符号如下:半导体光电器件还有MOS结构,如扫描仪、摄象头中常用的CCD(电荷耦合器件)就是集成的光电二极管或MOS结构的阵列。
三、气敏传感器及气敏元件
教材仅要求简单的热敏电阻和光敏电阻特性实验。由于气体与人类的日常生活密切相关,对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段,气敏传感器发挥着极其重要的作用。例如生活环境中的一氧化碳浓度达0.8~1.15 ml/L时,就会出现呼吸急促,脉搏加快,甚至晕厥等状态,达1.84ml/L时则有在几分钟内死亡的危险,因此对一氧化碳检测必须快而准。利用SnO2金属氧化物半导体气敏材料,通过颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒,并以此为基体掺杂一定催化剂,经适当烧结工艺进行表面修饰,制成旁热式烧结型CO敏感元件,能够探测0.005%~0.5%范围的CO气体。
还有许多易爆可燃气体、酒精气体、汽车尾气等有毒气体的进行探测的传感器。常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝(也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层),使用时对铂丝通以电流,保持300℃~400℃的高温,此时若与可燃性气体接触,可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧,因此铂丝的温度会上升,铂丝的电阻值也上升;通过测量铂丝的电阻值变化的大小,就知道可燃性气体的浓度。电化学气敏传感器一般利用液体(或固体、有机凝胶等)电解质,其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流,也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点,应用极其广泛;
下面重点介绍半导体气敏传感器及其气敏元件。半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小;P型阻值随气体浓度的增大而增大。象SnO2金属氧化物半导体气敏材料,属于N型半导体,在200~300℃温度它吸附空气中的氧,形成氧的负离子吸附,使半导体中的电子密度减少,从而使其电阻值增加。当遇到有能供给电子的可燃气体(如CO等)时,原来吸附的氧脱附,而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面;氧脱附放出电子,可燃行气体以正离子状态吸附也要放出电子,从而使氧化物半导体导带电子密度增加,电阻值下降。可燃性气体不存在了,金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附,使电阻值升高到初始状态。这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本原理。目前国产的气敏元件有2种。
一种是直热式,加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内;旁热式气敏元件以陶瓷管为基底,管内穿加热丝,管外侧有两个测量极,测量极之间为金属氧化物气敏材料,经高温烧结而成。气敏元件的参数主要有加热电压、电流,测量回路电压,灵敏度,响应时间,恢复时间,标定气体(0.1%丁烷气体)中电压,负载电阻值等。QM-N5型气敏元件适用于天然气、煤气、氢气、烷类气体、烯类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气、烟雾等的检测,属于N型半导体元件。灵敏度较高,稳定性较好,响应和恢复时间短,市场上应用广泛。QM-N5气敏元件参数如下:标定气体(0.1%丁烷气体,最佳工作条件)中电压≥2V,响应时间≤10S,恢复时间≤30S,最佳工作条件加热电压5V、测量回路电压10V、负载电阻RL为2K,允许工作条件加热电压4.5~5.5V、测量回路电压5~15V、负载电阻0.5~2.2K.下图为气敏元件的简单测试电路(组成传感器),电压表指针变化越大,灵敏度越高;只要加一简单电路可实现报警。常见的气敏元件还有MQ-31(专用于检测CO),QM-J1酒敏元件等。四、力敏传感器和力敏元件
力敏传感器的种类甚多,传统的测量方法是利用弹性材料的形变和位移来表示。随着微电子技术的发展,利用半导体材料的压阻效应(即对其某一方向施加压力,其电阻率就发生变化)和良好的弹性,已经研制出体积小、重量轻、灵敏度高的力敏传感器,广泛用于压力、加速度等物理力学量的测量。五、磁敏传感器和磁敏元件
目前磁敏元件有霍尔器件(基于霍尔效应)、磁阻器件(基于磁阻效应:外加磁场使半导体的电阻随磁场的增大而增加。)、磁敏二极管和三极管等。以磁敏元件为基础的磁敏传感器在一些电、磁学量和力学量的测量中广泛应用。
在一定意义上传感器与人的感官有对应的关系,其感知能力已远超过人的感官。例如利用目标自身红外辐射进行观察的红外成像系统(夜像仪),黑夜中可1000米发现人,2000米发现车辆;热像仪的核心部件是红外传感器。1991年海湾战争中,伊拉克的坦克配置的夜视仪探测距离仅800米,还不及美英联军的一半,黑暗中被打得惨败是必然的。目前世界各国都将传感器技术列为优先发展的高新技术的重点。为了大幅度提供传感器的性能,将不断采用新结构、新材料和新工艺,向小型化、集成化和智能的方向发展。
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传感器的测量范围:加速度传感器

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加速度传感器
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加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。
中文名
加速度传感器
外文名
acceleration transducer
作 用
测量加速度
定 义
将加速度转换为信号的传感器
分 类
电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式
组成部分
质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等
目录
1
定义
2
分类
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压电式
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压阻式
?
电容式
?
伺服式
3
应用
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范围
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案例
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具体
4
主要产品
5
工作原理
6
技术指标
7
选型指南
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输出型式
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测量轴数量
?
最大测量值
?
灵敏度
8
带宽
?
电阻/缓存机制
?
累积误差
9
安装注意事项
10
前景预测
11
最新发展
加速度传感器定义
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语音
陀螺仪
中文名称:加速度传感器英文名称:acceleration transducer定义:能感受加速度并转换成可用输出信号的传感器应用学科:机械工程(一级学科);传感器(二级学科);物理量传感器(三级学科)。
加速度传感器分类
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语音
加速度传感器压电式
压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应,在加速度计受振时,质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时,则力的变化与被测加速度成正比。
加速度传感器压阻式
基于世界领先的MEMS硅微加工技术,压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点,易于集成在各种模拟和数字电路中,广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。
加速度传感器电容式
电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是比较通用的加速度传感器。在某些领域无可替代,如安全气囊,手机移动设备等。电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统(MEMS)工艺,在大量生产时变得经济,从而保证了较低的成本。
加速度传感器伺服式
伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统,具有动态性 能好、动态范围大和线性度好等特点。其工作原理,传感器的振动系统由 "m-k”系统组成,与一般加速度计相同,但质量m上还接着一个电磁线圈,当基座上有 加速度输入时,质量块偏离平衡位置,该位移大小由位移传感器检测出来,经伺服放大器 放大后转换为电流输出,该电流流过电磁线圈,在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力,力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上,所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。由于有反馈作用,增强了抗干扰的能力,提高测量精度,扩大了测量范围,伺服加速度测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中,在高精度的振动测量和标定中也有应用。
加速度传感器应用
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语音
加速度传感器范围
石英挠性加计加速度传感器(5张)
通过测量由于重力引起的加速度,你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度,你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候,你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。但是,工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。加速度传感器可以帮助机器人了解它身处的环境。是在爬山?还是在走下坡,摔倒了没有?或者对于飞行类的机器人来说,对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是,你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。加速度传感器可以测量牵引力产生的加速度。
加速度传感器案例
加速度传感器应用于地震检波器设计地震检波器是用于地质勘探和工程测量的专用传感器,是一种将地面振动转变为电信号的传感器,能把地震波引起的地面震动转换成电信号,经过模/数转换器转换成二进制数据、进行数据组织、存储、运算处理。加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备,典型应用在手机、笔记本电脑、步程计和运动检测等。加速度传感器技术应用于车祸报警在汽车工业高速发展的现代,汽车成为了人们出行主要的交通工具之一,但是因交通事故的伤亡数量也十分巨大。在信息化的现代利用高科技去挽救人的生命将会是重大研究的主题之一,基于加速度的车祸报警系统正是怀着这种设计理念,相信这种系统的推广,会给汽车行业带来更多的安全。加速度传感器应用于监测高压导线舞动目前国内对导线舞动监测多采用视频图像采集和运动加速度测量两种主要技术方案。前者在野外高温、高湿、严寒、浓雾、沙尘等天气条件下,不仅对视频设备的可靠性、稳定性要求很高,而且拍摄的视频图像的效果也会受到影响,在实际使用中只能作为辅助监测手段,无法定量分析导线运动参数;而采用加速度传感器监测导线舞动情况,虽可定量分析输电导线某一点上下振动和左右摆动的情况,但只能测出导线直线运动的振幅和频率,而对于复杂的圆周运动,则无法准确测量。所以我们必须加快加速度传感器的发展来适应诸如此类环境下进行应用。
加速度传感器具体
汽车安全加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。在安全应用中,加速度计的快速反应非常重要。安全气囊应在什么时候弹出要迅速确定,所以加速度计必须在瞬间做出反应。通过采用可迅速达到稳定状态而不是振动不止的传感器设计可以缩短器件的反应时间。其中,压阻式加速度传感器由于在汽车工业中的广泛应用而发展最快。游戏控制加速度传感器可以检测上下左右的倾角的变化,因此通过前后倾斜手持设备来实现对游戏中物体的前后左右的方向控制,就变得很简单。图像自动翻转用加速度传感器检测手持设备的旋转动作及方向,实现所要显示图像的转正。电子指南针倾斜校正磁传感器是通过测量磁通量的大小来确定方向的。当磁传感器发生倾斜时,通过磁传感器的地磁通量将发生变化,从而使方向指向产生误差。因此,如果不带倾斜校正的电子指南针,需要用户水平放置。而利用加速度传感器可以测量倾角的这一原理,可以对电子指南针的倾斜进行补偿。GPS导航系统死角的补偿GPS系统是通过接收三颗呈120度分布的卫星信号来最终确定物体的方位的。在一些特殊的场合和地貌,如遂道、高楼林立、丛林地带,GPS信号会变弱甚至完全失去,这也就是所谓的死角。而通过加装加速度传感器及以前我们所通用的惯性导航,便可以进行系统死区的测量。对加速度传感器进行一次积分,就变成了单位时间里的速度变化量,从而测出在死区内物体的移动。计步器功能加速度传感器可以检测交流信号以及物体的振动,人在走动的时候会产生一定规律性的振动,而加速度传感器可以检测振动的过零点,从而计算出人所走的步或跑步所走的步数,从而计算出人所移动的位移。并且利用一定的公式可以计算出卡路里的消耗。防手抖功能用加速度传感器检测手持设备的振动/晃动幅度,当振动/晃动幅度过大时锁住照相快门,使所拍摄的图像永远是清晰的。闪信功能通过挥动手持设备实现在空中显示文字,用户可以自己编写显示的文字。这个闪信功能是利用人们的视觉残留现象,用加速度传感器检测挥动的周期,实现所显示文字的准确定位。硬盘保护利用加速度传感器检测自由落体状态,从而对迷你硬盘实施必要的保护。大家知道,硬盘在读取数据时,磁头与碟片之间的间距很小,因此,外界的轻微振动就会对硬盘产生很坏的后果,使数据丢失。而利用加速度传感器可以检测自由落体状态。当检测到自由落体状态时,让磁头复位,以减少硬盘的受损程度。设备或终端姿态检测加速度传感器和陀螺仪通常称为惯性传感器,常用于各种设备或终端中实现姿态检测,运动检测等,也就很适合玩体感游戏的人群。加速度传感器利用重力加速度,可以用于检测设备的倾斜角度,但是它会受到运动加速度的影响,使倾角测量不够准确,所以通常需利用陀螺仪和磁传感器补偿。同时磁传感器测量方位角时,也是利用地磁场,当系统中电流变化或周围有导磁材料时,以及当设备倾斜时,测量出的方位角也不准确,这时需要用加速度传感器(倾角传感器)和陀螺仪进行补偿。智能产品加速度传感器在微信功能中的创新功能突破了电子产品的千篇一律,这个功能的实现来源传感器的方向、加速表、光线、磁场、临近性、温度等参数的特性。这个原理是手机里面集成的加速度传感器,它能够分别测量X、Y、Z三个方面的加速度值,X方向值的大小代表手机水平移动,Y方向值的大小代表手机垂直移动,Z方向值的大小代表手机的空间垂直方向,天空的方向为正,地球的方向为负,然后把相关的加速度值传输给操作系统,通过判断其大小变化,就能知道同时玩微信的朋友。
加速度传感器主要产品
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2014年4月4日,美国商标和专利局发布的最新专利申请显示,苹果公司正在开发一种新型的耳机设备,他们尝试在耳机中加入多个传感器和麦克风,让降噪功能更强,并让耳机更智能。
[1]
这种耳机是有线的,可能是目前EarPods的的改进版。它配备了各种传感器,包括加速传感器,以及两个麦克风。当有晃动时候,加速传感会被触发,启动耳机线上的降噪麦克风,形成一种比目前EarPods更好的降噪系统。但是该产品还只是专利状态,对苹果这种善于专利储备的公司来说,它未必会马上用在新产品上。
[1]
加速度传感器工作原理
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线加速度计的原理是牛顿第二定律,即加速度定律,也就是力的平衡,A(加速度)=F(惯性力)/M(质量) 我们只需要测量F就可以了。怎么测量F?用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到 F对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。所谓的压电效应就是 "对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外,还将改变晶体的极化状态,在晶体内部建立电场,这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应 "。一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压,只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系,就可以将加速度转化成电压输出。当然,还有很多其它方法来制作加速度传感器,比如压阻技术,电容效应,热气泡效应,光效应,但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形,通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。每种技术都有各自的机会和问题。压阻式加速度传感器由于在汽车工业中的广泛应用而发展最快。由于安全性越来越成为汽车制造商的卖点,这种附加系统也越来越多。压阻式加速度传感器2000年的市场规模约为4.2亿美元,根据有关调查,预计其市值将按年平均4.1%速度增长,至2007年达到5.6亿美元。这其中,欧洲市场的速度最快,因为欧洲是许多安全气囊和汽车生产企业的所在地。压电技术主要在工业上用来防止机器故障,使用这种传感器可以检测机器潜在的故障以达到自保护,及避免对工人产生意外伤害,这种传感器具有用户,尤其是质量行业的用户所追求的可重复性、稳定性和自生性。但是在许多新的应用领域,很多用户尚无使用这类传感器的意识,销售商冒险进入这种尚待开发的市场会麻烦多多,因为终端用户对由于使用这种传感器而带来的问题和解决方法都认识不多。如果这些问题能够得到解决,将会促进压电传感器得到更快的发展。2002年压电传感器市值为3亿美元,预计其年增长率将达到4.9%,到2007年达到4.2亿美元。使用加速度传感器有时会碰到低频场合测量时输出信号出现失真的情况,用多种测量判断方法一时找不出故障出现的原因,经过分析总结,导致测量结果失真的因素主要是:系统低频响应差,系统低频信噪比差,外界环境对测量信号的影响。 所以,只要出现加速度传感器低频测量信号失真情况,对比以上三点看看是哪个因素造成的,有针对性的进行解决。
加速度传感器技术指标
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1、灵敏度方面的技术指标:对于一个仪器来说,一般都是灵敏度越高越好的,因为越灵敏,对周围环境发生的加速度的变化就越容易感受到,加速度变化大,很自然地,输出的电压的变化相应地也变大,这样测量就比较容易方便,而测量出来的数据也会比较精确的。2、带宽方面的技术指标:带宽指的的是传感器可以测量的有效的频带,比如,一个传感器有上百HZ带宽的就可以测量振动了;一个具有五十HZ带宽的传感器就可以有效测量倾角了。3、量程方面的技术指标:测量不一样的事物的运动所需要的量程都是不一样的,要根据实际情况来衡量。解析手机上的传感器加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比地球引力,也就是重力。加速力可以是个常量,比如g,也可以是变量。因此其的范围比重力感应器要大,但是一般在手机被提到的加速度感应器时,其实就是指重力感应器,因此两者可以看做是等价的。方向感应器手机方向传感器是指,安装在手机上用以检测手机本身处于何种方向状态的部件,而不是通常理解的指南针的功能。手机方向检测功能可以检测手机处于正竖、倒竖、左横、右横,仰、俯状态。具有方向检测功能的手机具有使用更方便、更具人性化的特点。例如,手机旋转后,屏幕图像可以自动跟着旋转并切换长宽比例,文字或菜单也可以同时旋转,使你阅读方便;听MP3时。可能会有人说:这个跟那个重力感应器是一样的?这个两者是不一样的,方向感应器或者叫应用角速度传感器比较合适,一般手机的上的方向感应器是感应水平面上的方位角、旋转角和倾斜角的。这个如果你可能觉得有点理论的话,举个例子吧。有方向感应器的能很好的玩都市赛车游戏。而只有重力感应器也能玩,但是,结果很令人纠结。为了得到高度真实的试验数据,使用者应当全面地了解所用仪器的工作特性,这些特性是怎样互相影响的,整个环境对这些特性是如何影响的,以及加速度计对被测运动是如何影响的。加速度计是关键的测量元件,有多种设计型式供选用。每种设计型式都为某些特定用处设计的,目的是为获得高保真的测量数据。工程师们应认真地分析测量的要求,选用最合适的加速度计,通常要在灵敏度,重量和频响范围三者之间比较,做出最合适的选择。传感器主要工作特性分为有效响应与乱真响应两类。●有效响应 effective response在传感器灵敏轴方向上,由输入的机械振动或冲击所引起的传感器的响应。这种响应是正确使用传感器进行测量,取得可靠数据所期望的。●乱真响应 spurious response在使用传感器测量机械振动或冲击时,由同时存在的其他物理因素所引起的传感器的响应。这种响应是干扰正确测量的,是不期望的。(见国家标准 GB/T .1-93)有效响应主要有:灵敏度;幅频响应和相频响应;非线性度。乱真响应主要有:温度响应;瞬变温度灵敏度;横向灵敏度;旋转运动灵敏度;基座应变灵敏度;磁灵敏度;安装力矩灵敏度;对特殊环境的响应。(见国家标准 GB/T .1-93)●灵敏度:(Sensitivity)指定的输出量与指定的输入量之比。●参考灵敏度:(Reference Sensitivity)在给定的参考频率和参考幅值下传感器的灵敏度值。传感器灵敏度越高,测量系统的信噪比就越大,系统就不易受静电干扰或电磁场的影响。对某种具体的加速度计设计型式来说,灵敏度越高,则传感器越重,共振频率也越低。因此选用多大灵敏度受其重量和频率响应的制约。一般情况下,传感器的灵敏度包括幅值与相位两个信息,是随频率变化的复数量。●幅频响应和相频响应在输入的机械振动量值不变的情况下,传感器输出电量的幅值随振动频率的变化,称为幅频响应。而输出电量的相位随振动频率的变化,称为相频响应。在工作频段内连续地改变振动频率,且维持输入的机械振动量幅值不变,同时观测传感器的输出,便可测定幅频响应。若同时测量传感器输出电量与输入机械振动量间的相位差,则又可测定相频响应。一般情况下,只要求知道幅频响应。在接近传感器上、下限频率处使用传感器,或有要求时,则必须知道相频响应。●非线性度在给定的频率和幅值范围内,输出量与输入量成正比,称为线性变化。实际传感器的校准结果与线性变化偏离的程度,称为该传感器的非线性度。在由最小值到最大值的传感器动态范围内,逐渐增大输入的机械振动量,同时测量传感器输出幅值的变化,便可测定传感器的输出值与线性输出值的偏差量。在使用正弦振动发生器进行测定时,可在传感器的工作频率范围内选定几个频率进行,以覆盖传感器整个动态范围。一般在传感器动态范围的上限附近传感器的输出值与线性值的偏差量最大。所允许的偏差量取决于具体测量的要求。对压电加速度计,一般用在一定的加速度范围内,其灵敏度增加的百分数来表示非线性度。压阻式,变电容式加速度计在其动态范围内线性度较好,它代表了非线性、滞后和非重复性的综合值。●质量负载的影响如果加速度计的动态质量接近被测结构物的动态质量,则会使振动产生明显的衰减。为此在诸如印刷电路板等又薄又轻的片状构件上测振时,为了得到准确的数据必须采用重量轻的加速度计。如果被测物件呈现单自由度的响应,则加速度计将使其共振频率下降。在所有的模态试验中必须使用微型加速度计。●低频响应使用压电加速度计时,所用放大器低频截止频率多为2-5Hz,目的是以此来剔除许多压电传感器的热释电输出。像隔离剪切式设计等隔离性好的设计型式可用在较低的频率。压阻式和变电容式加速度计则具有零频响应。●高频响应加速度计的高频响应随加速度计的机械性能和安装方法而变。在安装牢固时,大多数加速度计呈现无阻尼单自由度系统的频响特性。以±5%为要求的话,其频率响应约平整到安装共振频率的五分之一。如果加适当的修正因数,则可在更高的频率上得到有用的数据。●温度响应传感器灵敏度随温度的变化,称为传感器的温度响应。用测试温度下的灵敏度与室温下的灵敏度之差相对于室温灵敏度的百分数来表示。常用压电加速度计的温度范围为零度以下至+177°C 或 +260°C。某些特定型号,低温可达绝对零度,高温可达760°C。很多种压电加速度计设计型式在很宽的温度范围内的温度响应很平。压阻式、变电容式加速度计的典型温度范围为-18°C~+93°C。●压电传感器的瞬变温度灵敏度具有热释电效应的传感器在瞬变温度作用下将产生电输出,该输出的最大值与传感器灵敏度和温度改变量乘积的比值称为瞬变温度灵敏度。在温度产生变化时,压电元件会产生输出信号,这称之为热释电效应。试件或气流温度的突变会引起这种温度变化。大多数情况下这种效应是很低频的,只有信号适调仪的响应在1赫以下,才能检测到。如果信号适调仪有级间高通滤波器,则应特别注意,热释电信号可能会使放大器饱和,使它短时间不工作。基座隔离式,剪切式,隔离剪切式设计的热释电效应较小。压阻式,变电容式的这种效应是可以忽略的。●横向灵敏度对于单向测量来说,要求加速度计不得对被测物体的横向运动产生任何响应是十分必要的。但加速度计不可能是完美无缺的,总是有一定的横向灵敏度,它与横向振动的方向有关,其横向灵敏度一般为轴向灵敏度的1~5%。恩德福克对每个加速度计进行横向灵敏度校准并给出其最大值。●横向灵敏度比在与传感器灵敏轴垂直的方向上受到激励时传感器的灵敏度,称为横向灵敏度。横向灵敏度与沿灵敏轴方向上的灵敏度之比,称为横向灵敏度比。●旋转运动灵敏度某些直线振动传感器对旋转运动是敏感的。在进行试验时必须小心。以免造成测量误差。●基座应变灵敏度在传感器基座产生应变时会引起不应有的信号输出,该输出值与传感器灵敏度和应变值乘积的比值,称为基座应变灵敏度。在某些试验中,加速度计安装处可能会存在动态弯曲、扭转、拉伸等。由于与应变区紧密接触,加速度计底座也会发生应变。部分应变会传给敏感元件,从而产生与振动运动无关的输出信号。剪切式设计的加速度计要比压缩式的对基座应变的敏感程度小一个数量级。应用绝缘安装螺钉或粘贴式转接件可以减小这种影响。●磁灵敏度传感器被置于磁场中会产生的不应有的信号输出,该输出值与传感器灵敏度和磁场的磁感应强度乘积的比值,称为传感器的磁灵敏度。●安装力矩灵敏度采用螺纹安装的传感器,安装力矩的变化会引起灵敏度发生变化。施加1/2倍规定安装力矩或施加2倍规定安装力矩时的灵敏度与施加规定安装力矩时的灵敏度之最大差值,相对于施加规定安装力矩时灵敏度的比值的百分数,称为安装力矩灵敏度。●特殊环境的响应在强静电场、交变磁场、射频场、声场、电缆影响、核辐射等的特殊环境下,某些传感器会受到严重的影响,这些物理因素将引起传感器产生乱真响应。
加速度传感器选型指南
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加速度传感器输出型式
这个是最先需要考虑的。这个取决于你系统中和加速度传感器之间的接口。一般模拟输出的电压和加速度是成比例的,比如2.5V对应0g的加速度,2.6V对应于0.5g的加速度。数字输出一般使用脉宽调制(PWM)信号。如果你使用的微控制器只有数字输入,比如BASIC Stamp,那你就只能选择数字输出的加速度传感器了,但是问题是你必须占用额外的一个时钟单元用来处理PWM信号,同时对处理器也是一个不小的负担。如果你使用的微控制器有模拟输入口,比如PIC/AVR/OOPIC,你可以非常简单的使用模拟接口的加速度传感器,所需要的就是在程序里加入一句类似"acceleration=read_adc()"的指令,而且处理此指令的速度只要几微秒。
加速度传感器测量轴数量
对于多数项目来说,两轴的加速度传感器已经能满足多数应用了。对于某些特殊的应用,比如UAV,ROV控制,三轴的加速度传感器可能会适合一点。
加速度传感器最大测量值
如果你只要测量机器人相对于地面的倾角,那一个±1.5g加速度传感器就足够了。但是如果你需要测量机器人的动态性能,±2g也应该足够了。要是你的机器人会有比如突然启动或者停止的情况出现,那你需要一个±5g的传感器。
加速度传感器灵敏度
一般来说,越灵敏越好。越灵敏的传感器对一定范围内的加速度变化更敏感,输出电压的变化也越大,这样就比较容易测量,从而获得更精确的测量值。最小加速度测量值也称最小分辨率,考虑到后级放大电路噪声问题,应尽量远离最小可用值,以确保最佳信噪比。最大测量极限要考虑加速度计自身的非线性影响和后续仪器的最大输出电压,估算方法:最大被测加速度×传感器的电荷 / 电压灵敏度。以上数值是否超过配套仪器的最大输入电荷 / 电压值,建议如已知被测加速度范围可在传感器指标中的“参考量程范围”中选择(兼顾频响、重量),同时,在频响、重量允许的情况下,灵敏度可考虑高些,以提高后续仪器输入信号,提高信噪比。
加速度传感器带宽
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这里的带宽实际上指的是刷新率。也就是说每秒钟,传感器会产生多少次读数。对于一般只要测量倾角的应用,50HZ的带宽应该足够了,但是对于需要进行动态性能,比如振动,你会需要一个具有上百HZ带宽的传感器。
加速度传感器电阻/缓存机制
对于有些微控制器来说,要进行A/D转化,其连接的传感器阻值必须小于10kΩ。比如加速度传感器的阻值为32kΩ,在PIC和AVR控制板上无法正常工作,所以建议在购买传感器前,仔细阅读控制器手册,确保传感器能够正常工作。
加速度传感器累积误差
加速度传感器通过在一个时间段内测量一次加速度,然后根据以前累积下来的速度(包括速率和方向)和位置,计算前一段时间的总位移和终点速度。如此反复计算就可以得到结果。很明显,取样时间缩短,精度会提高。但这会受到一些技术限制,比如计算机运算速度跟不上;加速度传感器本身存在响应时间等等。此外,由于速度和位置总是累加的,这就存在累积误差,时间长了,总的精度就下降得很大。
加速度传感器安装注意事项
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加速度传感器的自然频率由粘接的耦合程度决定,选择正确的粘合剂将是很重要的一步。有些重要的问题是必须要考虑的是:加速度传感器的重量,测试时的频率和带宽,测试时的振幅和温度。还要考虑一些测试过程中会出现的问题:正弦曲线的受限和测试中出现的随机振动。通常,工程师和技师将会根据测试不同的需求选择合适的粘接剂来粘接加速度传感器。加速度传感器的粘接安装用到的粘接剂,一般有氰基丙烯酸盐,磁铁,双面胶带,石蜡,热粘接剂等。问题的关键在于如何能够有效的使用这些粘接剂。在加速度传感器的粘接过程中,粘合剂的使用量对在加速度传感器能否达到良好的频率响应中起到很关键的作用。在一块小的薄膜上尽可能的用最少的粘接剂粘接加速度传感器,将会使得加速度传感器频率响应传送性最好。在安装传感器之前要用碳氢化合溶液来清洁其要安装的表面,在安装传感器的时候通常要用到氰基丙烯酸盐, 磁铁,双面胶带,石蜡,将其均匀地涂抹在粘接加速度计被粘表面,不能太厚或太薄,合适的厚度会起到良好的粘接效果。热粘接剂的使用有很多的注意事项,最重要的是要注意安装过程中热粘接剂的凝固时间。当然我们用粘接安装时需要注意的是在接近最大极限温度时最好不要用粘接剂,应该延迟一段时间再使用,否则会使粘接剂本身被损坏,导致粘接剂抗拉强度降低。无论如何当我们要用粘接法安装加速度传感器时所有极限因素都要考虑进去。同样,以上加速度传感器的安装只是针对大部分情况而言,一些特殊设备上测量加速度需要用到最合适的传感器安装方式。
加速度传感器前景预测
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咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示,2008年全球传感器市场容量为506亿美元,预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示,东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区,而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。就世界范围而言,传感器市场上增长最快的依旧是汽车市场,占第二位的是过程控制市场,看好通讯市场前景。一些传感器市场比如压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大,分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems,微机电系统)传感器、生物传感器等新兴传感器。其中,无线传感器在2007-2010年复合年增长率预计会超过25%。全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场,比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。电容传感器有望有一个强劲的增长,2004年后增长将会更快,估计从1997年到2007年综合年增长率为5.9%,其中最高可达33.2%,其市值2000年为0.75亿美元,到2007年将达到1.1亿美元。来自欧洲和北美洲的汽车业和工业用户是这些产品的主要购买者。2000年的市场上北美占40.4%,欧洲占48.9%。汽车行业使用电容式传感器主要用于安全系统、轮胎磨损监测、惯性刹车灯、前灯水准测量、安全带伸缩、自动门锁和安全气囊。对于设计人员来说,电容式传感器是非常有吸引力的,因为它无需接触待测物,所以不必挤进狭窄的空间中。
加速度传感器最新发展
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随着智能手机等的普及,要求设备具备更高的功能和可设计性,在这种情况下,对组件的高度集成化和小型化的需求强劲。另外,高性能化导致电池的消耗增加,因此,对于搭载在设备上的各种元器件,要求具备更低的功耗。业界最小尺寸的加速度传感器最高分辨率达到14bit,具有低功耗、 耐冲击性高及可编程的待机唤醒功能,能够进行倾斜检测、运动检测等;而另外一款高性能、低功耗、低成本、低噪音的加速度传感器具有高稳定性,最高分辨率达4bit的特点,可高精度倾斜检测、运动检测等,此两种设备主要应用于智能手机、平板/笔记本电脑、数码相机、游戏机及其他小型民生设备。智能手机和游戏机等具有更多感官性运动的设备操作需求高涨,另外,出现了智能电视用的运动遥控等新需求。在这些运动检测中,使用了历来使用的加速度传感器,还增加了陀螺仪,提高了操作感受。小型封装陀螺仪采用FIFO缓冲区,可减少来自微控制器的访问频率,具备旋转运动检测功能。而随着加速度传感器、陀螺仪进一步普及,同时在小型设备中使用案例日益增加。单芯片化以及在1个系统的通信接口一起使用2个传感器的需求不断增加。小型封装的3轴加速度传感器和3轴陀螺仪的复合传感器的渐渐出现,不但具有以上小型封装陀螺仪的各种特点和功能,同时还拥有业界领先的低耗电量,仅为4mA。他们多应用于智能手机、平板电脑、游戏机、遥控器、PND及其他小型民生设备。
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参考资料
1.

苹果新专利:在耳机中塞进加速传感器
.新华网[引用日期2014-04-26]

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