简述压电传感器的工作原理

(1 )简述压电传感器的工作原理；
压电式传感器是一种自发电式传感器。

它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作
用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。

压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如动
态力、动态压力、振动加速度等，但不能用于静态参数的测量。

(2)热电偶的冷端处理采用哪几种方法？
延伸导线法、冰点法(0 C恒温法、冰浴法)、电桥补偿法、二极管补偿法(半导体PN
结)、集成温度传感器补偿法、恒温迁移补偿法、热电势修正法(计算修正法)、软件
补偿法(微机法)、最小二乘拟合法、铂电阻测量冷端温度法等
(3)光栅采用了哪几种细分技术？
常采用的倍频细分方法有四倍频细分(也称直接细分或位置细分)、电阻链细分、鉴相
法细分、锁相法细分等几种
(4)利用磁电传感器测量加速度应采用什么样的测量电路？
霍尔式传感器或动圈式恒定磁通振动速度传感器
显示、记录(5)LED发光管与光敏二极管工作电压有什么区别？
发光二极管正向工作电压VF在1.4~3v.在外界温度升高时，VF将下降。

光敏二极管其
管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，工作时需加上反向电压，无光
照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。

当受到光照时，饱
和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化。

（6） 脉冲宽度式应感同步器测量系统是如何实现脉冲调宽的？
脉冲调宽法则在滑尺的正弦和余弦绕组上分别加周期性方波电压。

当用感应 同步器来测量位移时，与鉴幅法相类似，可以调整激磁脉冲宽度 ©值，用© 跟踪B 。

当用感应同步器来定位时，则可用中来表征定位距离，作为位置指
令，使滑尺移动来改变直到9 = ©，即e 二0时停止移动，以达到定位的 目的。

（7） 霍尔元件温度误差的常用补偿方法；
1，采用恒流源供电和输入回路并联电阻
2，合理选取负载电阻RL 的阻值
3，采用恒压源和输入回路串联电阻
4，采用温度补偿元件（如热敏电阻、电阻丝等）
5,霍尔元件不等位电动势U0的温度补偿
（8）简述红外测温传感器的基本工作原理；
红外温度传感器利用热电偶原理，测量目标物与传感器或者物体与环境温度
之间的差值。

热电偶的原理是二种不同的导体或半导体 A 和B 两端相接组成
当二个接触端温度不同时（T>To ），回路中产生热电 势
Eab ，形成回路电流。

其中T 称为热端、工作端 或测量端，
To 称为冷端、自由端或参比端。

A 和B 称为热电极。

热电势的大小由接触电势（也叫伯尔 贴电势）和温差电势（也叫汤姆逊电势）决定
T0 一个闭合回路。

如图
新型光电传感器的原理及应用
概况
随着全球制造业自动化程度的提高，工业传感器成为提高生产能力和增强安全的关键所在。

工业传感器有各种尺寸、形状和技术一一最常见的是用电感、电容、光电、磁力、超声波技术设计的传感器。

每一种技术各有其长短，因此要根据应用的要求来确定采用哪一种传感器。

而光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。

由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件（光学测控系统）输出量性质可分二类，即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器。

为此本文着重介绍工控捡测系统中新型模拟式光电传感器的组成与特点、使用及有关应用举例。

模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流，它与被测量间呈单值关系。

模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法可分为透射（吸收）式、漫反射式、遮光式（光束阻档）三大类。

所谓透射式是指被测物体放在光路中，恒光源发出的光能量穿过被测物，部份被吸收后，透射光投射到光电元件上；所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上，再从被测物体表面反射后投射到光电元件上；所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份，使投射到光电元件上的光通量改变，改变的程度与被测物体在光路位置有关。

1、光电式传感器的组成
光电式传感器中必须采用一定的光学元件，并按照一些光学定律和原理构成各种各样的波，光学元件有各种反射镜和透镜。

有一些基本的光电传感器检测的是光强的变化。

一般地讲，它检测的是传感器自己的光源发射出来的光线，或者检测的并不是传感器自己的光源发射出来的光线。

光线的类型以及检测的方法有很多种，不同的传感器使用的光线和检测方法是不同的。

光电传感器由光源（发光二极管）、接收器（光敏三极管）、放大器（或比较器）及信号转换器（或斯密特触发器）充组成。

光敏三极管对进来的光线进行分析，看看它是不是从发光二极管产生的光，并且产生输出信号，基本组成原理示意见图1所示。

其光源（发光二极管）还己乞包括振荡器与供电源；光源与接收器（光敏三极管）是不共地，二者之间无电的联系以提高抗干扰；光源（发光器）与接收器可以一个机壳内也可以分开。

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与其他传感器技术相比，这种传感器技术有很多优点。

例如，光电传感器的敏感范围远远超过了电感、电容、磁力、超声波传感器的敏感范围。

此外，光电传感器的体积很小，而敏感范围很宽，加上机壳有很多样式，几乎可以到处使用。

最后, 随着技术的不断发展，光电传感器在价钱方面可以同用其他技术制造的传感器竞争。

1.1透射式光电传感器在烟尘浊度监测上的应用
防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。

为了消除工业烟尘污染，首先要知道烟尘排放量，因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。

烟道里的烟尘浊度是通过光在烟道在传输过程中的变化大小来检测的。

如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，到达光检测器的光减少。

因此光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

本应中应用奥托尼克斯(A utonics)公司的BYD3M-TD透射式小型光电传感器，其光源(发光器)与接收器不一个机壳内，见图2(a)使用示意图：先将发射器和接收器对准并固定好后才可以通电(12-24)VDC;接着在0NI犬态设定好发射器的中心位置，然后左右上下方向调节接收器和发射器的位置；最后检测目标稳定后固定好发射器和接收器。

图2（b）是式烟尘浊度监测系统的组成框图：为了检测出烟尘中对人体危害性最大的亚
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微米颗粒的浊度和避免水蒸气与二氧二碳对光源衰减的影响，选取可见光作光源（400-700nm 波长的白炽光）。

光检测器光谱响应范围为400-600nm的光电管, 获取随浊度变化的相应电信号。

为了提高检测灵敏度，采用具有高增闪、高输入阻抗、低零漂、高共模抑制比的运算放大器，对信号进行放大。

刻度校正被用来进行调零与调满刻度，以保证测试准确性。

显示器可显示浊度瞬时值。

报警电路由多谐振荡器组成，当运算放大器输出浊度信号超过规定时，多谐振荡器工作，输出信号经放大后推动喇叭发出报警信号。

2.漫反射型光电传感器
漫射型光电传感器有时也称作接近传感器。

在这种传感器中，发光器和接收器装在同一个机壳中。

发光器发出的光线射到目标物体上，目标物体光线反射回来，什么角度的反射光都有。

反射光中有一部分送回到接收器，于是便把目标物体检测出来了。

由于目标物体的
角度以及反射性能，发光器产生的能量大部分是损失掉，所以与镜面反射（回射）型和光束阻档型光电传感器相比，漫射型光电传感器的敏感范围比较小。

虽然该类传感器装简单置，即它不需要其他的元器件，例如反射镜或者单独的接收器。

但敏感范围及接收器的能力受目标物体的颜色、尺寸、表面光洁度等因素的影响较大，故值此着重研究其漫射-聚焦型传感器。

2.1漫射-聚焦型传感器
漫射-聚焦型传感器是效率较高的一种漫射型光电传感器。

发光器透镜聚焦在传感器前面固定的一点上。

接收器透镜也是聚焦在同一点上。

敏感的范围是固定的，取决于聚焦点的位置。

这种传感器能够检测在焦点上的物体，允许物体前后偏离焦点一定距离，这个距离称作“敏感窗口”。

当物体在敏感窗口以外，在焦点之前或者之后时便检测不到。

敏感窗口取决于目标的反射性能和灵敏度的调节状况。

因为所射出来的光能是聚焦在一个点上面，增益增大了很多，于是传感器很容易地就检测到窄小的物体或者反射性能差的物体，其原理示意图见3所示。

具有背景光抑制功能的漫射型光电传感器只能检测一定距离的目标物体，在这个距离以外的物体它便检测不到。

在各种漫射型光电传感器中，这种类型的传感器敏感目标物体颜色的灵敏度是最低的。

这种传感器的一个主要优点是，它不会检测背景物体。

而普通的漫
射型光电传感器往往会把背景物体误认为是目标物体。

含有背景光抑制功能的漫射型光电传感器可以在距离固定的情况下使用，也可以在距离变化的情况下使用。

抑制背景光的方法从技术上讲有两种：一种是机械的方法，另一种是电子的方法。

对于具有机械式背景光抑制功能的漫射型光电传感器，它里面有两个接收元件：
一个接收来自目标物体的光，另一个接收背景光。

目标接收器E1上的反射光的强度超过背景光接收器E2上的反射光时，便把目标检测出来，产生输出信号。

当背景光接收器上的反射光的强度超过目标接收器上的反射光时，不检测目标，输出状态不发生变化。

在距离可变的传感器中，焦点可以用机械的方法进行调节。

对于具有电子式背景光抑制功能的漫射型传感器，在传感器中使用一只位置敏感元件(PSD)而不是使用机械元件。

发光器发出一束光线，光束反射回来，从目标物体反射回来的光线和从背景物体反射回来的光线到达位置敏感元件的两个不同位置。

传感器对到达位置
敏感元件这两点的光进行比较，并将这个信号与事先设定的数值进行比较，从而决定输出的状见图4所示。

2.2 一种实用背景抑制漫反射光电传感器见图5(a)所示
这感器发光器和接收器装在同一个机壳中，采用背景抑制技术，将由目标之外的物体反射光引起假切换的危险降低到最小。

反射光通过传感器内一系列接收元件收集，并给出一个输出。

如果目标移动并且从离预设距离更远的物体上得到反射时，接收的光线角度将改变。

反过来将影响接收元件的输出，并且传感器不响应。

该背景抑制漫射光电传感器控制(NPN)输出线路图如5(b)所示。

图中的光电传感器内部线路与图1(a)相似，区别在于有个过电流保护电路。

反射光电传感器先可以设定在最大位置，由于反射背景的存在，其灵敏度是必须要 调整的;然后将目标设定在光通过的位置上，然后调节调整从最小位置调节到 a;笫 三步移走目标然后有邻近物体时调节到 b 位置指示灯变亮，如果指示灯不亮调节到 最大位置，可在a ，b ,位置中间设定调节。

结构紧凑的坚固金属外壳，这些微型传感器带有预接电缆（尺寸2:传感距离15- 150mn 可调）或带有4管脚微变化连接器（尺寸1:传感距离20-200-mm 可调）以便于一 旦出现损坏能够快速更换。

可供NPN 或PNP 常开+常闭输出结构型。

特点是可调传感 距离，亮/暗开关选择（常开或常闭连接儿ED 输出状态指示和脉冲可见红色光束（可 使得安装简便）。

具有短路和反接保护。

适用于包装生产线，需要不在场传感或用于 自动装配机器中，只需要尺寸2型窄光束即可精确定位。

2.3镜面反射（回射）式传感器
镜面反射式光电传感器，它的发光器和接收器装在同一个机壳中，这与漫射型 传感器是一样的。

但是它使用一只反射镜把发光器产生的光线反射到接收器上。

当 目标物体阻挡了光电传感器送往反射镜的光线时， 便把目标物体检测出来，见图6（a ） 所示镜面反射式光电传感器工作原理图。

一般地讲，与漫射型传感器相比，镜面反 射式传感器的敏感距离比较大，这是因为，与大多数目标物体的反射率相比，反射 镜的反射效率很高。

在镜面反射式传感器中，目标物体的颜色和表面光洁度不会影 响敏感距离，然而在漫射型传感器中，目标物体的颜色和表面光洁度会影响敏感距 离。

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图6(b)为镜面反射式光电传感器使用示意图：应先将传感器和反射镜面对面安 装后，连接电源；后再调节传感器或反射镜面的上下左右位置，使传感器的指示灯 变亮；最后可靠安装两者后，并校对使其检测到目标；如果被测物的反射率比发射 镜面高，它会发生误动作，因此，在传感器和被测物留有足够的空间，或把被测物 和光轴成30-45度的角度。

2.4有偏光镜的镜面反射式光电传感器
有些镜面反射式光电传感器是带有偏光镜的镜面反射式光电传感器。

当发射器 发出的光线通过偏光镜时，它将被改变成水平横向的光并达到反射镜 MS-2,然后它 又因反射镜改变成为垂直的光并达到接收器的偏光镜。

见图 6(c)所示。

在用镜面反射式光电传感器检测清晰的物体时，在传感器中用一个滞环电路来 检测光线中的微弱变化。

在敏感清晰的物体时，光线往往存在这种微小的变化。

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感器中，发光器和接收器上都有偏振滤光器，目的是为了减少来自目标物体的反射所成的错误响应。

有的镜面反射式光电传感器具有抑制前景的功能。

在一定距离或者死区范围内时，这种传感器不会把明亮的目标物体误认为是反射镜。

它适合于检测货盘。

3遮光式光电传感器
遮光式光电传感器是第三种也是最后一种用光电方法进行检测的光电传感器。

这种传感器需要两个独立的机壳，一个机壳中安装发光器，另一个机壳中安装接收器。

发光器射出来的光线对准接收器，当有目标物体把光线挡住时，接收器的输出便发生变化。

在三种光电检
测技术中，光束阻挡型传感器的效率最高，能够进行检测的范围也是最大的。

遮光式光电传感器有很多类型。

最常见的是用一只发光器、一只接收器，在发光器与接收器之间只有一束光线。

另一种是“槽式”或“叉式”光电传感器，这时, 发光器和接收器都装在同一个机壳中，不存在对准的问题。

光栅是由很多不同的发光器和不同的接收器排列起来组成的，发光器装在一个机壳中，接收器装在另一个机壳中，当它们互相对准时，便形成一片光束。

4、结束语
以上只是对闰用于工控检测中的部分新型光电传感器从应用角度作分析说明。

因为光电技术有很多种类，也有很多种工作方式。

要根据具体项目的应用要求, 仔细地选择性稳能价格比较高的技术和类型，实施好设计方案。

浅论数字式称重传感器的优越性
摘要：数字式传感器和数字式仪表技术的发展已逐渐成为称重技术领域的新宠，其以调试简便高效、适应现场能力强等优势正在称重技术领域崭露头角。

以前首秦公司使用的均为模拟式传感器，现在汽车衡及静态轨道衡已经全部更新为数字式传感
、数字式汽车衡与模拟式汽车衡的区别
数字式汽车衡因为采用数字称重技术，构成方式与传统的模拟汽车衡存在较大差异。

首先，数字式汽车衡的仪表（或计算机）和传感器之间的接口属于数字通信接口（一般为RS485通信方式），仪表直接接收的是传感器送出的数字信号，传输线长度可达1200m而普通的模拟式汽车衡仪表和传感器之间的接口属于模拟接口。

仪表首先接收传感器的模拟信号，然后再对其进行A/D转换后才能进一步处理，传
输距离一般为（20〜30）m其次，由于数字式汽车衡接收的是数字信号，调整角
差时直接在仪表中通过软件来处理，而不像模拟式汽车衡那样，需要调整接线盒中的电位器来达到调整角差的目的。

这些明显的差异，决定了数字式汽车衡在安装调试时存在诸多优越于模拟式汽车衡的地方，在安装和使用上更加便利。

、数字式传感器及其特点
数字式传感器系统是在传统电阻应变式传感器基础上，结合现代微电子技术、微型计算机技术集成而发展起来的一种新型电子称重技术。

它是由模拟传感器（电阻应变式）和数字化转换模块两部分组成的。

数字模块由高度集成化的电子电路，采用SMT表面贴装技术制成，主要包括放大器、A/D转换器、微处理器（CPU、存储器、接口电路（RS485和数字化温度传感器等。

它具有以下特点：
首先，数字式传感器采用集成化的A/D转换电路、数字化信号传输和数字滤波技术，传感器的信号传输距离较远，可达1200m抗干扰能力强，数字传感器内模拟信号的传输距离极短，同时传感器外壳（弹性体）本身又是一个良好的屏蔽罩，仅这两个特点就决定了其抗干扰能力的优势，在很大程度上提高了传感器的稳定性。

其次，保密性好，具有防作弊功能，能有效防止遥控器作弊，一旦发现就会自动采取出错报警，有力保障了数据的安全性与准确性。

使用模拟式传感器的汽车衡被安装作弊器的情况比较普遍，首秦公司周围的几家有模拟式汽车衡的公司几乎全被安装过作弊器，造成了很大的经济损失。

由于作弊器本身体积小，加之安装极其简便，因此不容易被发现，给计量数据的安全性造成了极大的隐患。

现在首秦公司的大型贸易衡器（除动态轨道衡外）已经全部进行了数字化改造，成为数字式汽车衡，从而使计量数据的安全性得到了良好的保障，也更好地维护了首秦公司的经济利益。

第三，由于数字式传感器具有自动采集预处理、存贮和记忆功能，并具有唯- 标记，多只传感器并联组秤后可分别检查每个传感器的状态，便于故障诊断。

首秦公司现在使用的数字式传感器为大和公司生产的YCCA J -D型，单只传感器承载量
董强龍印
为50000kg。

最初，首秦公司的汽车衡及轨道衡所使用的均为模拟式传感器，设备工作状态不稳定，每次出现问题很难判断是哪一只传感器有问题，只能通过打开接线盒检查每一根传感器的信号情况，用排除法逐个进行检查，花费很长时间才能找到有问题的传感器。

问题解决后还要联系质监局的检定人员进行检定，检定费用从正常的一年两次也变为多次，人力、物力、财力都造成了很大的浪费，最重要的是给公司的正常生产带来了负面影响。

自从进行了数字化的改造以后，以前出现过的诸多问题都已经解决，设备状态良好，运行比较稳定，即使在二期工程投产后，公司每日的进料量比以前增加了1倍的情况下，数字式传感器的状态仍非常稳定，没有出现过任何问题，充分证明了数字式传感器的优越性能及其在实际生产中起到的重要作用。

、数字接线盒
数字接线盒是英文Digital J-Box 的中文名称，沿用了模拟传感器的“J -BOX
接线盒名称。

模拟传感器的接线盒是真正起接线作用的器件，而一般数字接线盒除没有显示功能外，包含了称重显示器的基本功能：放大、数/模变换和数据传输，数字接线盒也可视为没有显示器的称重显示器。

另外，现今的一些数字接线盒也可显示称重值。

因此，数字接线盒和称重显示器并无明确的界线。

但与工业中使用的称重控制仪相比，数字接线盒只有通信接口，而没有控制信号的输入口和输出口，只通过通信接口RS485或RS232连到专用的显示器或计算机。

数字接线盒和数字传感器的出现，虽然从表面上看与过去的模拟结构没有多大区别，但在理念上确有进步。

四、分析与讨论
数字系统可以得到每只传感器的原始称重信号，并可对每一传感器各自寻址。

这样可对每一只传感器的称重状态进行监测和分析，实现了在线故障的检测；在不影响校准的情况下更换传感器；以及在多只传感器系统中，当有一只传感器发生故障时，仍可根据该传感器以往的信息，在不更换该传感器的情况下，使系统在保证一定准确度的情况下继续工作。

这对配料系统的情况具有很重要的意义，而这些功能是将传感器并联使用的模拟系统所不能实现的。

数字系统的最主要的特点：第一，每只传感器具有各自的地址，可通过RS485
等通信接口查询单个传感器的工作状态。

第二，可以直接获得每只传感器的原始输出信号，而不是得到一个由多只传感器并联组合在一起的无物理量相对应的未知模拟信号。

正是有了这两大特点，才使数字系统真正实现了探测、辨认、诊断等“智能”化功能。

第三，能对传感器实现数字化的软件补偿（如温度、线性、蠕变等）。

从原理上讲，只要传感器的稳定性好，就可以经过软件实现理想的补偿。

这种方法在对传感器的补偿方面早已得到证明，因此可将传感器的制造精力主要放在稳定性上。