传感器和传感器简介

在本教程中，我们将学习一些有关传感器和传感器，如何选择传感器，传感器和传感器的要求，传感器的分类，模拟传感器和数字传感器的示例的示例。

We live in an Analog World with Digital means of communication and control Mechanical objects with Electrical signals. This is possible because of devices like sensors and transducers, which help us in converting data or information from one domain to other.

介绍

Measurement is an important subsystem in any major system, whether it may be a mechanical system or an electronic system. A measurement system consists of sensors, actuators, transducers and signal processing devices. The use of these elements and devices is not limited to measuring systems.

这些也用于执行特定任务的系统中，以与现实世界进行通信。通信可以是像从开关读取信号的状态或触发特定输出以点亮LED一样的东西。

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传感器和传感器定义

传感器和传感器单词与测量系统相关联。传感器是产生与正在测量数量有关的信号的元素。根据美国仪器协会的说法，“传感器是一种为响应测量的指定数量提供可用输出的设备。”传感器一词源自原始含义“感知”。

In simple terms, a sensor is a device that detects changes and events in a physical stimulus and provides a corresponding output signal that can be measured and/or recorded. Here, the output signal can be any measurable signal and is generally an electrical quantity.

传感器是在系统中“感知”数量变化时在系统中执行输入函数的设备。传感器的最好例子是汞温度计。这里测量的数量是热或温度。根据液体汞的膨胀和收缩，测得的温度被转换为校准的玻璃管上可读值。

执行器是与传感器相反的设备。传感器将物理事件转换为电信号，而执行器将电信号转换为物理事件。当传感器在系统的输入时使用时，执行器将在系统控制外部设备时在系统中执行输出功能。

Transducers are the devices that convert energy in one form into another form. Generally the energy is in the form of a signal. Transducer is a term collectively used for both sensors and actuators.

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选择传感器的标准

以下是certain features that are considered when choosing a sensor.

1. 传感类型：The parameter that is being sensed like temperature or pressure.
2. 工作原理：The principle of operation of the sensor.
3. Power Consumption:传感器消耗的功率将在定义系统的总功率方面发挥重要作用。
4. 准确性：传感器的精度是选择传感器的关键因素。
5. 环境条件：使用传感器的条件将是选择传感器质量的一个因素。
6. Cost:根据应用的成本，可以使用低成本传感器或高成本传感器。
7. Resolution and Range:The smallest value that can be sensed and the limit of measurement are important.
8. Calibration and Repeatability:在相似条件下重复测量的时间和能力的变化。

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传感器或传感器的基本要求

传感器的基本要求是：

1. 范围：It indicates the limits of the input in which it can vary. In case of temperature measurement, a thermocouple can have a range of 25 – 250 0C.
2. 准确性：这是实际测量和真实价值之间的精确性。精度表示为全范围输出的百分比。
3. 灵敏度：Sensitivity is a relationship between input physical signal and output electrical signal. It is the ratio of change in output of the sensor to unit change in input value that causes change in output.
4. 稳定：这是传感器在一段时间内为恒定输入产生相同输出的能力。
5. Repeatability:它是传感器为具有相同输入值的不同应用程序产生相同输出的能力。
6. 响应时间：It is the speed of change in output on a stepwise change in input.
7. 线性：它是根据非线性百分比指定的。非线性是实际测量曲线偏离理想测量曲线的指示。
8. Ruggedness:当传感器在极端的工作条件下使用时，它是对耐用性的量度。
9. Hysteresis:The hysteresis is defined as the maximum difference in output at any measurable value within the sensor’s specified range when approaching the point first with increasing and then with decreasing the input parameter. Hysteresis is a characteristic that a transducer has in being unable to repeat its functionality faithfully when used in the opposite direction of operation.

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传感器的分类

对传感器进行分类的方案的范围从非常简单到非常复杂。所感知的刺激是此分类的重要因素。

Some of the stimuli are

1. 声学：Wave, spectrum and wave velocity.
2. 电的：电流，电荷，潜力，电场、介电常数和电导率。
3. 磁的：Magnetic field, magnetic flux and permeability.
4. 热的：温度，比热和导热率。
5. 机械的：Position, acceleration, force, pressure, stress, strain, mass, density, momentum, torque, shape, orientation, roughness, stiffness, compliance, crystallinity and structural.
6. Optical:波，波速，折射率，反射率，吸收和发射率。

传感器的转换现象也是传感器分类的重要因素。某些转化现象是磁铁电气，热电和光电。

根据传感器的应用，可以将其分类如下。

I.位移，位置和接近传感器

1. 电阻器或电位计
2. Capacitive Elements
3. 应变量表d Element
4. 电感接近传感器
5. 涡流接近传感器
6. Differential Transformers
7. 光学编码器
8. 霍尔效应传感器
9. 气动传感器
10. Proximity Switches
11. 旋转编码器

ii。温度传感器

1. 热敏电阻
2. 热电偶
3. 双金属条
4. 电阻温度探测器
5. 恒温器

iii。光传感器

1. 照片二极管
2. 光晶体管
3. 光依赖的电阻

iv。速度和运动

1. pyroelectric传感器
2. 速剂
3. Incremental encoder

V.流体压力

1. Diaphragm Pressure Gauge
2. 触觉传感器
3. Piezoelectric Sensors
4. Capsules, Bellows, Pressure Tubes

vi。液流和水平

1. Turbine Meter
2. 孔板和文丘里管

VII. IR Sensor

1. 红外发射器和接收器对

viii。力量

1. 应变量表
2. 称重传感器

ix。触摸传感器

1. Resistive Touch Sensor
2. 电容触摸传感器

X.紫外传感器

1. 紫外光检测器
2. 照片稳定传感器
3. 紫外照片管
4. 杀性紫外探测器

所有传感器都可以根据功率或信号要求将两种类型分为两种类型。它们是主动传感器和被动传感器。

为了操作主动传感器，需要外部源的电源信号。该信号称为激发信号，基于此激发信号，传感器会产生输出。应变量表是活动传感器的一个示例。它是一个电阻敏感的电阻桥网络，不会单独产生输出电信号。可以通过将其与网络的电阻联系起来来测量施加的力量。可以通过将电流通过它来测量电阻。电流充当激发信号。

相反，被动传感器直接响应输入刺激而直接产生输出电信号。被动传感器所需的所有功率都是从测量器获得的。热电偶是一个被动传感器。

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常用的传感器和传感器

Some of the most commonly used sensors and transducers for different stimuli (the quantity to be measured) are

1. 为了传感光，输入设备或传感器是照片二极管，照片晶体管，光依赖性电池和太阳能电池。输出设备或执行器是LED，显示器，灯和光纤。
2. For sensing temperature, the sensors are thermistor, thermocouple, resistance temperature detectors and thermostat. The actuators are heaters.
3. 为了传感位置，输入设备是电位计，接近传感器和差分变压器。输出设备是电机和面板仪表。
4. For sensing pressure, the sensors are strain gauge and load cell. The actuators are lifts and jacks and electromagnetic vibrations.
5. For sensing sound, the input devices are microphones and output devices are loudspeakers and buzzers.
6. 为了传感速度，使用的传感器是Tachogenerator和Doppler效应传感器。执行器是电动机和制动器。

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A Simple System using Transducers

公共寻址系统是使用传感器和执行器系统的一个示例。

It consists of a microphone, an amplifier and a loudspeaker. The sensor or the device with input function is a microphone. It senses the sound signals and transforms them into electrical signals. The amplifier receives these electrical signals and amplifies their strength.

The actuator or the device with output function is loudspeaker. It receives the amplified electrical signals from the amplifier and converts them back into sound signals but with more reach.

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模拟传感器

An analogue sensor produces continuously varying output signals over a range of values. Usually the output signal is voltage and this output signal is proportional to the measurand. The quantity that is being measured like speed, temperature, pressure, strain, etc. are all continuous in nature and hence they are analogue quantities.

用于测量光强度的硫化镉细胞（CDS细胞）是模拟传感器。CDS细胞的电阻根据其上方的光的强度而变化。当连接到电压分隔网络时，可以通过不同的输出电压观察电阻的变化。在此电路中，输出可以从0 V到5 V之间的任何地方变化。

A thermocouple or a thermometer is an analog sensor. The following setup is used to measure the temperature of the liquid in the container using a thermocouple.

上述设置的输出信号可以描述如下：

模拟传感器的输出倾向于随着时间的流逝而平稳，连续地变化。因此，采用模拟传感器的电路的响应时间和准确性较慢且较少。为了在基于微控制器的系统中使用这些信号，可以使用对数字转换器的类似物。

模拟传感器通常需要外部电源和某些形式的放大以产生适当的输出信号。OP放大器在提供放大和过滤方面非常有用。

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数字传感器

数字传感器会产生离散的数字信号。数字传感器的输出只有两个状态，即“ ON”和“ OFF”。ON IS逻辑1和OFF为逻辑0。按钮开关是数字传感器的最佳示例。在这种情况下，开关只有两种可能的状态：要么在推开时打开，要么在释放或不推开时关闭。

以下设置使用光传感器来测量速度并产生数字信号。

在上面的设置中，旋转盘连接到电动机的轴，并具有透明插槽的数量。光传感器捕获了光的存在或不存在，并将逻辑1或逻辑0相应地发送到柜台。计数器显示光盘的速度。可以通过增加光盘上的透明插槽来提高准确性，因为它允许在相同的时间内进行更多计数。

通常，与模拟传感器相比，数字传感器的准确性很高。准确性取决于用于表示测量值的位数。位数越高，精度越大。

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