北京邮电大学
传感器大作业
题目：霍尔转速器
姓名：#####
学院：电子工程学院
班级：
学号：
日期：2013年6月10日
一、被测量分析
转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要测量和显示其转速。要测速，首先要解决的是采样问题。测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器，非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难。数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，单片机技术的日新月异，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，智能化微电脑代替了一般机械式或模拟式结构，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。
二、霍尔传感器的发展历史及其现状
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、
导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。三、传感器设计思路
系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。处理器采用STC89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。系统原理框图如图所示：
系统软件主要包括测量初始化模块、信号频率测量模块、浮点数算术运算模块、浮点数到BCD码转换模块、显示模块、按键功能模块、定时器中断服务模块。系统软件框图如图所示：
四、传感器的结构及工作原理说明
霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。测量系统的转速传感器选用SiKO 的 NJK-8002D 的霍尔传感器，其响应频率为100KHz，额定电压为5-30（V）、检测距离为10（mm）。其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能测量高频、工频、直流等各种波形电流。该传感器具有测量精度高、电压范围宽、功耗小、输出功率大等优点，广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域。输出电压4～25V，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为N极。安装时将一非磁性圆盘固定在电动机的转轴上，将磁钢粘贴在圆盘边缘，磁钢采用永久磁铁，其磁力较强，霍尔元件固定在距圆盘1-10mm处。当磁钢与霍尔元件相对位置发生变化时，通过霍尔元件感磁面的磁场强度就会发生变化。圆盘转动，磁钢靠近霍尔元件，穿过霍尔元件的磁场较强，霍尔元件输出低电平；当磁场减弱时，输出高电平，从而使得在圆盘转动过程中，霍尔元件输出连续脉冲信号。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。
霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、
高分别为 l 、ｂ、ｄ。若在垂直于薄片平面（沿厚度 ｄ）方向施加外磁场Ｂ，在沿ｌ方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：qVB f =
式中：f —洛仑磁力， ｑ—载流子电荷， Ｖ—载流子运动速度， Ｂ—磁感应强度。
这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差H U 称为霍尔电压。
霍尔电压大小为： H U H R =d B I /??(mV)
式中：H R —霍尔常数， ｄ—元件厚度， Ｂ—磁感应强度， Ｉ—控制电流
设 H K H R =d /, 则H U =H K d B I /??(mV)
H K 为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T)，它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。应注意，当电磁感应强度Ｂ反向时，霍尔电动势也反向。图
2.3为霍耳元件的原理结构图。
若控制电流保持不变，则霍尔感应电压将随外界磁场强度而变化，根据这一原理，可以将两块永久磁钢固定在电动机转轴上转盘的边沿，转盘随被测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘附近安装一个霍尔元件，转盘随轴旋转时，霍尔元件受到磁钢所产生的磁场影响，输出脉冲信号。传感
器内置电路对该信号进行放大、整形，输出良好的矩形脉冲信号，测量频率范围更宽，输出信号更精确稳定，已在工业，汽车，航空等测速领域中得到广泛的应用。其频率和转速成正比，测出脉冲的周期或频率即可计算出转速。
五、检测电路
系统硬件电路设计
5.1 单片机控制电路设计
系统选用 STC89C51 作为转速信号的处理核心。STC89C51 包含 2 个16位定时/计数器、4K×8 位片内 FLASH 程序存储器、4个8位并行I/O口。16 位定时/计数器用于实现待测信号的频率测量。8位并行口P0、P2用于把测量结果送到显示电路。4K ×8 位片内FLASH程序存储器用于放置系统软件。STC89C51与具有更大程序存储器的芯片管脚兼容,如:89C52(8K×8 位)或89C55(32K×8 位),为系统软件升级打下坚实的物质基础。STC89C51最大的优点是：可直接通过计算机串口线下载程序,而无需专用下载线和编程器。
STC89C51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O口等一台计算机所需要的基本功能部
件。其基本结构框图如图3.1，包括：
·一个8位CPU；
·4KB ROM；
·128字节RAM数据存储器；
·21个特殊功能寄存器SFR；
· 4个8位并行I/O口，其中P0、P2为地址/数据线，可寻址64KB ROM或64KB RAM；
·一个可编程全双工串行口；
·具有5个中断源，两个优先级，嵌套中断结构；
·两个16位定时器/计数器；
·一个片内震荡器及时钟电路；
T0 T1
中断输入
STC89C51单片机结构框图
STC89C51系列单片机中HMOS工艺制造的芯片采用双列直插(DIP)方式封装,有40个引脚。STC89C51单片机40条引脚说明如
下:
(1)电源引脚。V CC正常运行和编程校验(8051/8751)时为5V电源,V SS为接地端。
（2）I/O总线。P0.0- P7.0（P0口），P0.1- P7.1（P1口），P0.2- P7.2（P2口），P0.3- P7.3（P3口）为输入/输出引线。
（3）时钟。
XTAL1：片内震荡器反相放大器的输入端。
XTAL2：片内震荡器反相放器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。
（4）控制总线。
由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。
值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能。如表3.1所示。
表3.1 P3口线的第二功能定义：
STC89C51单片机的片外总线结构：
①地址总线（AB）：地址总线宽为16位，因此，其外部存储器直接寻址为64K字节，16位地址总线由P0口经地址锁存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。
②数据总线（DB）：数据总线宽度为8位，由P0提供。
③控制总线（CB）：由P3口的第二功能状态和4根独立控制线RESET、EA、ALE、PSEN组成。
5.2 脉冲产生电路设计
LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。特性:
?内部频率补偿
?直流电压增益高(约100dB)
?单位增益频带宽(约1MHz)
?电源电压范围宽：单电源(3—30V)
?双电源(±1.5一±15V)
?低功耗电流，适合于电池供电
?低输入偏流
?低输入失调电压和失调电流
?共模输入电压范围宽，包括接地
?差模输入电压范围宽，等于电源电压范围
?输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V)
如图3.2所示，信号预处理电路为系统的前级电路，其中霍尔传感元件b,d为两电源端，d接正极，b接负极；a,c两端
5.3 按键电路设计
通过软件设置按键开关功能：按 K0清零、复位
按K1显示计时时间
按K2显示计数脉冲数
此按键电路为低电平有效，当无按键按下时，单片机输入引脚P1.0、P1.1、P1.2、P1.3端口均为高电平。当其中任一按键按下时，其对应的P1端口变为低电平，在软件中利用这个低电平设计其功能。软件中还设置了按键防抖动误触发功能，软件中设置定时器1 50ms中断一次，每次中断都对按键进行扫描，如果扫描到有按键按下，则延迟10ms，再次进行键扫描，若仍有按键按下，则按键为真，并从P1口读取数据，低电平对应的即为有效按键，如图3.3所示。
按键电路图
5.4 数据显示电路设计
5.4.1 数码管结构和显示原理
图为数码管的引脚接线图，实验板上以P0口作输出口，经74LS244驱动，接8只共阳数码管S0-S7。表3.2为驱动LED数码管的段代码表为低电平有效，1-代表对应的笔段不亮，0-代表对应的笔段亮。若需要在最右边（S0）显示“5”，只要将从表中查得的段代码64H写入P0口，再将P2.0置高，P2.1-P2.7置低即可。设计中采用动态显示，所以其亮度只有一个LED数码管静态显示亮度的八分之一。
驱动LED数码管的段代码
9 1 0 0 1 1 1 1 1 9F 60
数码管的引脚接线图
这里设计的系统先用 6 位LED数码管动态显示小型直流电机的转速。当转速高于六位所能显示的值（999999）时就会自动向上进位显示。
5.4.2 缓冲器74LS244
系统总线中的地址总线和控制总线是单向的,因此驱动器可以选用单向的,如74LS244。74LS244还带有三态控制，能实现总线缓冲和隔离,74LS244是一种三态输出的八缓冲器和线驱动器，该芯片的逻辑电路图和引脚图如图3.5所示。
从图可见，该缓冲器有8个输入端，分为两路——1A1～1A4，2A1～2A4。同时8个输出端也分为两路——1Y1～1Y4，2Y1～2Y4，分别由2个门控信号1G和2G控制，/1G, /2G三态允许端(低电平有效)。当1G为低电平时，1Y1～1Y4的电平与1A1～1A4的电平相同，即输出反映输入电平的高低；同样，当2G为低电平时，2Y1～2Y4的电平与2A1～2A4的电平相同。而当1G（或2G）为
高电平时，输出1Y1～1Y4（或2Y1～2Y4）为高阻态。经74LS244缓冲后，输入信号被驱动，输出信号的驱动能力加大了。74LS244缓冲器主要用于三态输出的存储地址驱动器、时钟驱动器和总线定向接收器和定向发送器等。常用的缓冲器还有74LS240，241等。
图3.5 74LS244逻辑电路图
74LS244的极限参数如下:
电源电压：7V 输入电压：5.5V 输出高阻态时高电平电压：5.5V 利用上述器件设计的显示电路如图3.6所示。8个共阳的LED 数码管（S0-S7）同名的引脚连接在一起，由单片机P0口通过74LS244驱动（段控制），R12-R19 为限流电阻。单片机P2口的8个引脚分别通过三极管Q0-Q7控制8个LED数码管的公共端（位控制）。单片机的主时钟为12MHz。
P0口和 P2口都是准双向口，输出时需要接上拉电阻。P0内部没有上拉电阻，P2口内部有弱上拉。所以P0口外围电路设计为低电平有效，高电平无效。要使数码管S0-S7的其中一个亮，其对应的P2端口要置高，P2的其余端口置低。如要让S0数码
管亮，则要将P2.0置高，P2.1-P2.7置低即可。
系统将定时把显示缓冲区的数据送出，在数码管LED上显示。
5.5 总电路图
六、补偿的考虑
霍尔元件常采用锗、硅、砷化镓、砷化铟及锑化钢等半导体制作。用锑化铟半导体制成的霍尔元件灵敏度最高，但受温度的影响较大。用锗半导体制成的霍尔元件，虽然灵敏度较低，但它的温度特性及线性度较好。目前使用锑化铟霍尔元件的场合较
多。
七、重要参数
1、霍尔元件
霍尔元件应用霍尔效应的半导体。
2、霍尔效应
置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。
3、霍尔系数（又称霍尔常数）RH
在磁场不太强时，霍尔电势差UH与激励电流I和磁感应强度B 的乘积成正比，与霍尔片的厚度δ成反比，即UH =RH*I*B/δ，式中的RH称为霍尔系数，它表示霍尔效应的强弱。
另RH=μ*ρ即霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率ρ与电子迁移率μ的乘积。
4、霍尔灵敏度KH（又称霍尔乘积灵敏度）
霍尔灵敏度与霍尔系数成正比而与霍尔片的厚度δ成反比，即KH=RH/δ，它通常可以表征霍尔常数。
5、霍尔额定激励电流
当霍尔元件自身温升10℃时所流过的激励电流称为额定激励电流。
6、霍尔最大允许激励电流
以霍尔元件允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允
许激励电流。
7、霍尔输入电阻
霍尔激励电极间的电阻值称为输入电阻。
8、霍尔输出电阻
霍尔输出电极间的电阻值称为输入电阻。
9、霍尔元件的电阻温度系数
在不施加磁场的条件下，环境温度每变化1℃时，电阻的相对变化率，用α表示，单位为%/℃。
10、霍尔不等位电势（又称霍尔偏移零点）
在没有外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为不等位电势。
11、霍尔输出电压
在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，在输出端空载测得的霍尔电势差称为霍尔输出电压。
12、霍尔电压输出比率
霍尔不等位电势与霍尔输出电势的比率
13、霍尔寄生直流电势
在外加磁场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势，称寄生直流电势。
14、霍尔不等位电势
在没有外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。
15、霍尔电势温度系数
在外加磁场和霍尔激励电流为I的情况下，环境温度每变化1℃时，不等位电势的相对变化率。它同时也是霍尔系数的温度系数。
八、传感器名称：霍尔转速器
九、应用描述
霍尔传感器在实际应用中越来越广泛，将永磁体按适当的方式固定在被测轴上，霍尔传感器置于磁铁的气隙中，当轴转动时，霍尔传感器输出的电压则包含有转速的信息。测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。将霍尔传感器输出电压经后续电路处理，便可得到转速的数据。随着单片机的不断推陈出新，特别是高性价比的单片机的涌现，转速测量控制普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。本文介绍了一种由单片机c8051f060作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统。
霍尔传感器具有不怕灰尘、油污，安装简易，不易损坏等优点，在工业现场得到了广泛应用。利用霍尔传感器设计的转速测量系统以单片机STC89C51为数据处理核心，采用定时器定时中断的方法实现计数，对测量数据进行计算得到转速数据，并将结果送数码管显示。整个测量系统硬件电路简单，容易调试，软件部分编程采用C51，有较高的编程效率。测试结果表明对电动机转速的测量精度较高，基本能够满足实际的测试需要，有一定
的实际应用价值。
十、需要说明的问题
用霍尔元件测量转速时，每当磁感应强度发生变化时霍尔元件就输出一个脉冲，如果转速过慢，磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。
自动检测技术大作业题目汽车速度的检测 姓名 系（部）＿电气工程与自动化系 专业＿＿自动化＿＿＿＿ 指导教师＿＿＿ 2013年12 月3日
汽车车速传感器检测系统设计是一种传感器检测装置。利用车速传感器把检测到的转速信号转变成的电压信号输送给计算机，计算机通过变频器来控制电机速度，利用传感器检测的速度值与规定值进行比较，达到对传感器的检测目的。本文介绍了车速传感器检测系统的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和检测方法。系统采用硬件兼软件对测量过程及测量结果进行处理。与传统的检测技术相比，此种传感器检测装置有结构简单、新颖、易于实现的特点。实践证明在检测，维修范围内都取得了良好的效果，系统具有良好的稳态精度及动态响应性能，检测实用性强、准确度高具有广阔的应用前景。 汽车车速传感器的工作原理： 车辆自动强制限速装置，包括传感器、控制电路和操控机构。车辆限速器分为两种：一种是在车辆超速时发出语音警报，提醒驾驶者减速；另一种限速器是在车辆超过限定速度后，通过车载电脑发出指令，强制降低车辆行驶速度。车辆遥控自动限速器由发射器和接收器组成，采用遥控专用编码集成块。通过对遥控限速进行编码，使每一组编码对应一种车速限制，并利用设置在路码表与之刻度同步上的光电传感器进而控制执行继电器切断和接续汽车起动、点火和熄火回路，从而达到控制车速的目的。限速器的发射器包括固定发射器和移动发射器，固定发射器安装在需限速道路路段的出入口处，移动发射器由执法人员掌握，接收器安装在各受控车辆的驾驶室内。车辆智能限速器由汽车传感器、微电脑速度控制仪和智能机械手组成。 其工作原理是：当车辆速度低于设定值时，控制仪不启动机械手，车辆行驶如常；当车辆速度临界设定值时，控制器立即启动机械手拉起油门，等同于司机放松油门，汽车只能滑行减速不能加速，从而使车速得到控制；当车辆速度低于设定值时，控制器立即反向放松油门，使油门恢复如初。由于它的科学控速原理，车辆限速时呈自然、平稳状态，不易被站立的乘客察觉。 车速检测系统的设计电子限速的作用是限制车速过高，防止因车速过高造成事故。电子限速器可以实时监测车辆的速度，当车速达到一定值的时候，它就会控制供油系统和发动机的转速，这时即使踏下油门踏板，供油系统也不会供油。汽汽车车速传感器 霍尔式车速传感器
1、传感器的组成： 传感器由敏感元件、转换元件和信号调节转换电路组成，敏感元件是传感器必不可少的元件。 2、静态特性： 衡量静态特性的性能指标是灵敏度、分辨率、线性度、迟滞、稳定性、测量范围与量程。 3、灵敏度： 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下，输出量变化与引起此变化的输入量变化的比值。K=△y/△x 或K=dy/dx 。 4、电阻式传感器是把被测的量，如位移、压力、力、力矩等非电量的变化转换为电阻值的变化，然后把电阻的变化通过测量转换电路变成电压或电流。 5、电阻式传感器的种类：电阻应变式传感器、固态压阻式传感器、热电阻式传感器、电位器式传感器及气敏电阻式传感器等。 6、电阻应变式传感器的核心元件是电阻应变片，其结构主要由电阻丝、覆盖层、黏合剂和引出线四部分组成：电阻丝（敏感栅），是应变片的转换元件，是核心部件。 8、什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片工作原理。 金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相应的应变，其电阻也将随之发生变化，这种物理现象称为应变效应。半导体的应变效应要比金属的强。其表达式为， 式中K 为材料的应变灵敏系数，当应变材料为金属或合金时，在弹性极限内K 为常数。金属电阻应变片的电阻相对变化量R dR 与金属材料的轴向应变ε 成正比，因此，利用电阻应变片，可以将被测物体的应变转换成与之ε成正比关系的电阻相对变化量，这就是金属电阻应变片的工作原理。 9、电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感器元件，通过它将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。 10、电容式传感器的基本原理： 两平行极板组成的电容器的电容量为：C=（εA ）/d ，式中ε——极板间介质的介电常数，ε=ε0εr ，F/m ；A ——极板的遮盖面积；d ——极板间的距离。C 与A 成正比，成线性关系。 11、电容式传感器的类型：变极距式、变面积式、变介电常数式。 12、调频型测量电路是把电容传感器作为振荡器电路的一部分，当被测量变化而使电容量发生变化时，能使振荡频率发生相应的变化，而振荡器中的电感L 保 持不变。 13 、简述电容式油量表的工作原理。 ①当油箱中无油时，电容传感器的电容量Cx=Cx0，调节匹配电容使 C0=Cx0， R4=R3 ；并使电位器 RP 的滑动臂位于0点，即RP 接入桥路的电阻值为0。电桥满足Cx/C0=R4/R3的平衡条件，电桥输出为零，伺服电动机不转动，油量表指针偏转角θ=0。 ②当油箱中注满油时，液位上升至h 处，Cx=Cx0+△Cx ，而△Cx 与h 成正比，此时电桥失去平衡，电桥的输出电压U0经放大后驱动伺服电动机，再由减速箱减速后带动指针顺时针偏转，同时带动RP 的滑动臂移动，从而使RP 阻值增大，Rcd=R 3+R RP 也随之增大。当RP 阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，U0=0，于是伺服电动机停转，指针停留在转角为θ处。 ③当油箱中的油位降低时，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同时带动RP 的滑动臂移动，使RP 阻值减小。当阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，U0=0，于是伺服电动机再次停转，指针停留在转角为θx 处。 14、论述电感式传感器的原理。 电感式传感器的工作基础是电磁感应，即利用线圈电感或互感的改变来实现非电量测量。被测量的非电量变成线圈的自感或互感的变化，通过测量转换电路转换成电流、电压、频率。电感式传感器可分为变磁阻式、变压器式、涡流式等。 15、差动式电感传感器的线性度较好，且输出曲线较陡，灵敏度较高。差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，而且减小了温度漂移，对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等也基本上可以相互抵消。 16、“检波”与“整流”的含义相似，都能将交流输入转换成直流输出。但“检波”多用于描述信号电压的转换。如果输出电压在送到指示仪前经相敏检波，它既可以反映位移的大小（U0的幅值），还可以反映位移的方向（U0的相位）。采用相敏检波电路，得到的输出信号既能反映位移的大小，也能反映位移的方向。 17、差动变压器式传感器：将其中两个二次线圈的同名端的接法对调时，其串联的总电压相互抵消，这种接法称为差动接法。如果将变压器的结构加以改造，将铁心做成可以活动的，就可以制成用于检测非电量的另一种传感器，即差动变压器式传感器。 18、电涡流式传感器的工作原理。 电涡流式传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，故称为电涡流或涡流。 如图所示，一个通有正弦交变电流I1的传感器线 圈，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个正弦交变磁场H1。当被测导体置于该磁场内，则在被测导体内产生电涡流I2，电涡流I2也将产生交变磁场H2，H2的方向与H1的方向相反。由于磁场H2的反作用，抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。 当线圈靠近导体时，互感变大，电阻变大的程序不如感抗变小的程序，所以等效阻抗变小。 电涡流传感器就是利用涡流效应将非电量变化转换成阻抗变化而进行测量的。 19、电涡流式传感器在金属导体上产生的涡流，其渗透深度与传感器线圈的励磁电流的频率有关，电涡流式传感器主要可分为高频反射式（趋肤效应）和低频透射式两类 。电信号的高频＞100KHz 。 20、当电涡流线圈与被测导体的距离x 变小时，电涡流线圈的电感量L 也随之变小，引起LC 振荡器的输出频率增高，此频率的变化可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将△f 转换为电压△U0。 21、压电式传感器是一种典型的自发电式传感器。 22、什么是压电效应？ 某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为压电效应。反之，在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形。当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为逆压电效应（电致伸缩效应）。 23、光轴（z 轴）、电轴（x 轴）和机械轴（y 轴）。 无论是沿x 轴方向施加力还是沿y 轴方向施加力，电荷只产生在x 面上。光轴（z 轴）方向受力时，由于晶格的变形不会引起正负电荷中心的分离，所以不会产生压电效应。 24、压电材料有哪些？ ①压电晶体。天然石英的性能（压电系数、介电系数、机械强度、品质因数、居里点）较之人工石英更好，所以常用于精度和稳定性要求高的场合和制作标准传感器。 ②压电陶瓷。锆钛酸铅系列压电陶瓷（PZT ）。 ③压电半导体。 ④高分子压电材料。 25、压电式力传感器：压电组件由三组双石英晶片并联方式组成，可增大输出电荷量。 26、压电式传感器可以用来测量加速度、力、压力等，其中压电式加速度传感器应用的最广。 27、霍尔元件有4个引脚。在霍尔片两个互相垂直方向的侧面上，各引出一对电极，其中a 、b 极用于加激励电压或电流（也叫控制电压或电流），成为激励电极（控制电极）。另一对c 、d 极用于引出霍尔电势，称为霍尔电极。 28、解释一下什么是霍尔效应？ N 型半导体薄片（霍尔元件）相对两侧面，通以控制电流I ，在薄片垂直方向加以磁场B ，则半导体薄片的另两侧面会产生一个大小与控制电流I 和磁场B 乘积成正比的电势U H 。这一现象叫做霍尔效应。 U H =K H IB ， 式中 U H ---霍尔电势（或称霍尔电压），V ；K H ---霍尔元件的灵敏度，V/（A T ）；I---控制电流，A ；B---磁感应强度，T 。 K H =1/(ned)， 式中 n---N 型半导体的电子浓度；e---电子电量， e =1.602×10-19 C ；d---霍尔元件的厚度，m 。 29、为什么金属和绝缘体不能作为霍尔元件？ 金属的电子浓度n 较高，使得K H 太小；绝缘体的n 很小，但需施加极高的电压才能产生很小的电流I ，故这两种材料都不宜用来制作霍尔元件。霍尔元件采用半导体材料。只有半导体电子浓度适宜，而可通过掺杂来获取希望的电子浓度。此外，d 越小则K H 越高，但同时霍尔元件的机械强度下降，且输入、输出电阻增加，因此，霍尔元件不能做得太薄。 30、当磁感应强度B 和元件平面法线方向成一角度θ时，作用在元件上的有效磁场是法线方向的分量，即Bcos θ，这时 U H =K H IBcos θ 由上式可知，当控制电流I 的方向或磁场B 的方向改变时，输出电势方向也将改变。但当磁场与电流同时改变方向时，霍尔电压极性不变。 31、霍尔汽车点火器的工作原理？ 在汽车点火装置中，发动机主轴带动磁铁转板转动时，霍尔元件感应的磁场交替改变，输出一串与气缸活塞运动同步的脉冲信号去触发晶体管功率放大电路，使点火线圈二次绕组产生很高的50kv 感应电压，火花塞产生放电，完成汽缸点火过程。 32、声波按频率的高低分为次声波（f ＜20Hz ）、声波（20Hz ≤f ≤20kHz ）、超声波（f ＞20kHz ）和特超声波（f ≥10MHz ）。超声波具有波长短、频率高、方向性好、能量集中、穿透本领大，遇到基质或分界面产生显著反射等优点。 33、超声波的传播特性： 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是由与介质相接触的振荡源所引起的。 振荡源在介质中可产生两种形式的振荡，即横向振荡和纵向振荡 横向振荡只能在固体中产生，而纵波振荡可在固体、液体和气体中产生。为了测量在各种状态下的物理量多采用纵向振荡。 34、例7-1 超声波液位计原理如图所示，从显示屏上测得t0=1.5ms ，t1=6.0ms ，已知水底与超声探头的间距为10m ，反射小板与探头的间距为0.5m ，求液位h 。 解：由于c=2h0/t0=2h1/t1，则有 h0/t0=h1/t1， h1=t1/t0×h0=(6.0×0.5/1.5)m=2m 液位h 为 h=h2-h1=(10-2)m=8m 35、发射器发射出频率f=40kHz 左右的连续超声波 高频超声波具有波长短，不易产生绕射，碰到杂质或分界面就会有明显的反射，且方向性好，能成为射线而定向传播，在液体、固体中衰减小，穿透本领大等特性，使其成为无损探伤方面的重要工具。 频率越高，波长越短，指向角越小，方向性越好。 36、根据超声波传输特性和衰减规律知，气体对超声波的吸收衰减很强；固体对超声波的吸收衰减最小。 37、使用超声波传感器的注意事项 根据超声波传输特性和衰减规律知气体对超声波的吸收衰减很强，而吸收衰减与频率成正比。所以使用的超声波频率一般较低，传感器的位置要恰当，这样才能避开盲区并顺利接收到反射脉冲。 38、用于超声波探伤的超声波的特性 高频超声波具有波长短，不易绕射，碰到杂质或者分界面就会有明显的反射，且方向性好，能成为射线而定向传播，在液体、固体中衰减小，穿透本领大，频率越高，波长越小，指向角越小方向性越好等特性 39、热电偶传感器简称热电偶，它是将温度量转换为热电势的热电式传感器。热电偶用来测量120°~1300°范围内的温度，根据需要可以测量更高或更低的温度。主要优点：测量范围宽、性能稳定具有较高的准确度、信号可以远传和记录、有良好的灵敏度。 40、什么是热电效应？ 热电偶测温基于热电效应，在两种不同的导体（或半导体）A 和B 组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中就要产生一个电动势，这个电动势为热电势，其物理效应称为热电效应。热电效应产生的热电势E AB (T ，T0)由两个部分组成，一是两种导体的接触电势；另一是单一导体的温差电势。热电偶置于温度为T 的被测对象中的结点称为测量端，又称工作端或热端；温度为参考温度T0的另一结点称为参比端或参考端，又称自由端或冷端，接触电势比温差电势大的多。 41、什么是接触电势？ 接触电势是由于互相接触的两种金属导体内自由电子的密度不同造成的。这个电动势将阻碍电子由金属A 进一步向金属B 扩散，一直达到动态平衡为止。 42、单一导体的温差电势是由于金属导体两端温度不同引起热扩散而形成的。 可得出如下结论： （1）如果热电偶两电极材料相同，两接点温度不同，则闭合回路中热电势为零。因此，热电偶两电极的材料必须不同。 （2）如果热电偶两电极材料不同，但两接点温度相同，则闭合回路中热电势也为零。因此，热电偶两电极的两个结点温度必须不同。 （3）热电势的大小仅与热极材料的性质、两接点的温度有关，而与热电偶尺寸、形状及温度分布无关。 43、热电偶基本定律有4个：均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律、标准电极定律。 中间导体定律：在热电偶回路中，接入第三种导体C ，只要这第三种导体两端温度相同，则热电偶所产生的热电势保持不变。即第三种导体C 的引入对热电偶回路的总电势没有影响，这就是中间导体定律。 中间温度定律：在热电偶回路中，两结点温度为T 、T0时的热电势等于该热电偶在结点温度为T 、Ta 和Ta 、T0时热电势的代数和，即E AB （T 、T0）=E AB （T 、Ta ）+E AB （Ta 、T0）。 标准电极定律：当结点温度为T 、T0时，用导体A 、B 组成的热电偶的热电势等于AC 热电偶和CB 热电偶的热电势之代数和，即E AB （T ，T0）=E AC （T ，T0）+E CB （T ，T0）。导体C 称为标准电极，故把这一定律称为标准电极定律。 44、中间导体定律的应用： 热电偶冷端温度补偿方法：补偿导线法、计算法、补偿电桥法、冰浴法（冷端恒温法） 热电偶的冷端温度补偿：补偿导线法 要求把温度测量的信号从现场传送到集中控制室，或者由于其他原因，显示仪表不能安装在被测对象的附近，而需要通过连接导线将热电偶延伸到温度恒定的场所，将热电偶冷端延长到远离高温的地区。一般用一种导线（称为补偿导线）将热电偶的冷端加长，这种导线采用廉价金属，在一定温度范围内（0℃~100℃）具有和所连接的热电偶有相同的热电性能。 冰浴法（冷端恒温法）：为了避免冰水导电引起冷端处的结点短路，必须把结点分别置于两个玻璃试管内，如果浸入同一冰点槽，要使之相互绝缘。 计算法：E （t ，0）=E （t ，t0）+E （t0，0）。 例8-1 S 型热电偶在工作时冷端温度t0=30°C ，现测得热电偶的电势为7.5mv ，求被测介质的实际温度。 解：已知热电偶测得的电势为E （t ，30），即E （t ，30）=7.5mv ，其中t 为被测介质温度。由分度表可查得E （30,0）=0.173mv ，则E （t ，0）=E （t ，30)+E(30，0)=(7.5+0.173)mv=7.673mv 由分度表可查得E （t ，0)=7.673mv 对应的温度为830℃，则被测介质的实际温度为830℃。 45、热电偶传感器的应用：①管道温度的测量。②金属表面温度的测量。③热电偶在红外线探测器中的应用。④热电偶在热力学测量水泵效率中的应用。 46、什么是光电效应？有哪些分类？ 光电效应：光可以认为是由一定能量的粒子（光子）所形成，每个光子的能量为h γ。光的频率越高，光子的能量就越大。光照到物体上，组成该物体的材料吸收光子能量而发出相应电效应（如电导率变化、发射电子或产生电动势等）的物理现象，称为光电效应。光电效应通常分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三类。 47、1）外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，也称光电发射，向外发射的电子称为光电子。E=h γ=1/2mv 2+A 0。 基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等。 2）内光电效应：在光照射下，半导体材料的电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，从而引起材料电阻率的变化，使其导电能力发生变化。 基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管。 3）光生伏特效应：在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的现象，具有该效应的材料有硅、硒、氧化亚铜、硫化镉、砷化镓。利用该效应可制成各类光电池。 48、光敏二极管：在电路中，一般光敏二极管是处于反向工作状态。 光敏三极管：大多数光敏三极管的基极无引出线，集电结加反向偏压。 光电池：光电池的工作原理基于光生伏特效应，当光照射到光电池上时，可以直接输出电动势及光电流。 49、光电传感器：将光能（入射的电磁辐射能量）转变成电能的传感器，入射的电磁辐射能量的大小和性 质，反应了光能的存在和所携带的被测量变化的信息。 50、什么是热释电效应？ 给电石、水晶等晶体加热，其晶体表面会产生自热极化而出现电荷，这种现象称为热释电效应。 51、热释电红外传感器由滤光片、热释电红外敏感元件、高输入阻抗放大器等组成。 52、热释电型人体检测器原理：热释电红外传感器用于防盗报警器时，表面必须罩上一块菲涅尔透镜，可以提高传感器的灵敏度，扩大监视范围。菲涅尔透镜就是一种由塑料制成的特殊设计的光学透镜组，它由一组平行的棱柱型透镜组成。若从热释电元件来看，它前面的每一个单元透镜都只有一个不大的视场角，而相邻的两个单元透镜的视场既不连续，也不重叠，都相隔一个盲区。当人体在透镜总的监视范围内运动时，产生一个交替的“盲区”和“高灵敏度区”。则物体或人体的移动就会产生一系列的光脉冲进入传感器，将光脉冲转换成电压的变化，电压通过放大器，带通滤波器滤除干扰的分量，再经过阀值比较器，如果电压超过阀值比较器的范围，就进行声光报警。 53、光电效应有哪几种？与之对应的光电元件各是哪些？简述其特点。 光可以认为是由一定能量的粒子（光子）所形成，每个光子的能量为hr 光的频率越高，光子的能量就越大。光照到物体上，组成该物体的材料吸收光子能量而发出相应电效应的物理现象称为光电效应。光电效应分为外光电效应、内光电效应、光生伏特效应。 基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管。 基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等。 基于光生伏特效应的光电元件有各类光电池。 光敏二极管特点处于反向工作状态。 光敏三极管特点基极无引出线集电结加反向偏压。 光电池工作原理基于光生伏特效应。 54、什么是热释电效应？它有哪些应用？ 给电石、水晶等晶体加热，其晶体表面会产生自然极，化而出现电荷（即在晶体两端产生数量相等而符号相反的电荷），这种现象称为热释电效应 能产生热释电效应的晶体称为热释电体，又称为热电元件。常用材料有钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸锂、热释电塑料等。 应用于楼道自动开关、防盗报警、人体检测等。 55、光电开关分为直射型和反射型，直射型发射器和接收器相对安防，轴线严格对准，反射型分为反射镜反射和被测物体反射型。 光电开关中的红外光发射器一般采功率较大的红外发光二极管（红外LED ），接收器采用光敏三极管、光敏达林顿三极管或光电池。 光电断续器分为直射型和反射型 直射型断续器用于光电控制和光电计量等电路，以及检测物体的有无、运动方向、转速。反射型光断续器主要用于光电接近开关、光电自动控制、物体识别等。 56、光不会穿过两个介质的分界面，而只会完全反射回来，因此称为全反射，产生全发射的条件为θ1≥θc=arcsin n2/n1，由于光纤纤芯的折射率大于包层的折射率，所以在光纤纤芯中传播的光只要满足该条件，光线就能在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射，呈锯齿形路线在芯内向前传播，从光纤的一端以光速传播到另一端，这就是光纤传光原理。 ε ?=K R dR LC 21f π=
传感器技术与检测 流 量 检 测 交 通 灯 班级： 学号： 姓名 日期：
一．研究的主要内容 本课题研究的内容有如下几个方面： （1）基于车流量的智能交通灯控制系统的工作原理。 （2）基于车流量的智能交通灯控制系统的硬件设计。 （3）车流量检测原理及其硬件电路设计。 （4）基于车流量的智能交通灯控制系统的程序设计。 二．研究方案 １．系统总体方案 ２．车流量检测方案 利用红外线车辆检测器。红外线车辆检测器是利用被检测物对光束的遮挡或反射，通过同步回路检测物体有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。如当汽车通过光扫描区域时，部分或全部光束被遮挡，从而实现对车辆数据的综合检测。红外线车辆扫描系统提供了车辆轮廓扫描的解决方案，并提供车辆分离信号，同时还能够检测挂钩是否存在及其位置，由于光学产品的高速响应，当车速低于100公里/小时，系统可对车辆间距0.3米车辆实现可靠的分离检测并抓取车辆轮廓数据，当车速低于200公里/小时，对车辆间距0.6米的车辆实现可靠的分离检测并抓取轮廓数据，系统可自动分类超过100种车型，车辆自动分类的准确率超过99％。常利用光电开关技术成熟，高速响应，可输出丰富的车辆数据信息，能可靠检测各种特殊车辆。抗干扰性强，不受恶劣气象条件或物体颜色的影响，安装简便。 采用AT89C51单片机作为主控制器。AT89C51具有两个16位定时器/计数器，5个中断源，便于对车流量进行定时中断检测。32根I/O线，使其具有足够的I/O口驱动数码管及交通灯。外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K，便于系统扩展。其T0，T1口可以对外部脉冲进行实时计数操作，故可以方便实现车流量检测信号的输入。 显示部分:采用数码管与点阵LED相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输
1、结构型传感器是依靠传感器( )的变化实现信号变换的。 1. 材料物理特性<="" label=""> 2.体积大小 3.结构参数
4.涡流式 4、应变片的选择包括类型的选择、材料的选用、阻值的选择和( )等。 1.测量范围的选择 2.电源的选择 3.精度的选择
4. 尺寸的选择 5、半导体应变片具有( )等优点。 1. 灵敏度高
3. 可以控制 4. 没有误差 9、信号传输过程中，产生干扰的原因是 ( ) 1. 信号是缓变的 2. 信号是快变的 3. 干扰的耦合通道 4. 信号是交流的 10、对压电式加速度传感器，希望其固有频率( )。 1. 接近于零 2. 尽量低些 3. 尽量高些 4. 是任意的 11、常用于测量大位移的传感器有( ) 1. 感应同步器 2. 应变电阻式 3. 霍尔式 4. 涡流式 12、将电阻应变片贴在( )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 1. 质量块
检测与转换技术 大作业 题目电容式传感器在水箱液位装置上的设计院系信息工程学院 班级自动化133班 学生姓名张如江 日期 2015年11月18日
摘要 (2) 1 设计方案 (2) 1.1设计原理 (2) 1.2系统框图- 4 - 2传感器原理 (3) 2.1传感器简述 (3) 2.2电容式液位计 (3) 2.3传感器的组成 (4) 2.4测量原理 (5) 3电容测量电路设计 (6) 3.1测量电路 (6) 4电信号放大电路设计 (9) 4.1整流电路 (9) 4.2放大电路 (9) 5 AD转换电路及与单片机接口 (10) 6 误差分析 (11) 6.1误差来源 (11) 6.2影响液位测量的主要因素 (11) 7总结 (12) 参考文献 (12)
在工业自动化生产过程中，为了实现安全快速有效优质的生产，经常需要对液位进行精确测量，继而进行自动调节、智能控制使生产结果更趋完善。 通常进行液位测量的方法有二十多种，分为直接法和间接法。其中电容式液位测量价格低廉、结构简单，是间接测量方法中最常用的方法之一。本设计采用电容式传感器的原理、电容电压转换电路、精确测量电压幅度的测量法,及利用DS1820 测量温度和用单片机进行温度补偿的方法。设计并制作了圆柱形电容器，利用二极管T型网络电路将容量变化转换成电压的变化，并利用单片机进行测量，通过软件计算液位高度，减小了电容与电压转换的线性误差，具有温度软件补偿功能。通过实验测试，该装置的测量精度优于1cm。 1.设计方案 1.1设计原理 本设计采用筒式电容传感器采集液位的高度。主要利用在柱形电容器的极板之间，充以不同高度的介质时，电容量的大小也会有所不同。从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。由于从传感器得出的电压一般在0~30mv之间，太小不易测量，所以要通过放大电路进行放大。从放大电路出来的是模拟量，因此送入ADC0809转换成数字量，ADC0809连接于单片机，把信号送入单片机。显示电路连接于单片机用于显示水位的高度。该显示接口用一片MC14499和单片机连接以驱动数码管。 1.2系统框图
1.何为准确度、精密度、精确度？并阐述其与系统误差和随机误差的关系 答：准确度，反映测量结果中系统误差的影响程度。 精密度，反映测量结果中随机误差的影响程度。 精确度，反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，其定量特征可用测量的不确定度（或极限误差）表示。 2.检定2.5级（即满度误差为2.5%）的全量程为100V 的电压表，发现50V 刻度点的示值误差2V 为最大误差，问该电压表是否合格？ 答：由题意得 2/100*100%=2%<2.5%即该电压表合格 3.测量摸电路电流共5次，测得数据（单位为mA ）分别为168.41，168.54，168.59，168.40，168.50.试求算术平均值和标准差。 答：算术平均值 x=（168.41+168.54+168.59+168.40+168.50）/5=168.488mm 标准差σ= （xi ?x ）2 n i =1n?1=0.0823mm 4.测量某物质中铁的含量为：1.52,1.46,1.61,1.54,1.55,1.49,1.68,1.46,1.83,1.50,1.56，试用3σ准则检查测量值中是否有坏值。 答： X=x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8+x9+x10+x1111=1.52+1.46+1.61+1.54+1.55+1.49+1.68+1.46+1.83+1.50+1.5611=1.56 σ=x 12+x 22+x 3 2+?+x n 2n?1=?0.042+?0.12+0.052+?0.022+?0.012+?0.072+0.122+?0.12+0.272+?0.062+0211?1=0.10973 3σ=0.32919 因为 X-X 0<3σ 所以没有坏值
2015春机械智能专业传感器原理与应用试题试卷号7550 1．测量是借助专用的技术和设备，通过和，取得被测对象的某个量的大小和符号。 2．电阻应变片的初始电阻R0是指应变片未粘贴时，在室温下测得的电阻。 3．工业和计量部门常用的热电阻，我国统一设计的定型产品是热电阻和 热电阻。 4．闭磁路变隙式单线圈电感传感器与灵敏度及线性度式相矛盾的。 5．所谓光栅，从它的功能上看，就是刻线间距很小的。 6．螺线管式差动变压器传感器中，零点残余电压是评定差动变压器性能的主要指标之一。它的存在造成传感器在附近灵敏度降低、测量大等。 7．电涡流式传感器的测量系统由和两部分组成，利用两者之间的耦合来完成测量任务。 8．电容式传感器中，变面积式常用于较大的测量。 9．振筒式传感器用薄壁圆筒将被测气体或密度的变化转换成频率的变化。10．光敏三极管可以看成普通三极管的集电结用代替的结果。通常基极不引出，只有两个电极。 11．热电偶中，接触电势是由互相接触的两种金属导体内造成的；温差电势是由金属两端温度不同引起造成的。 12．硅光电池的结构是在N型硅片上渗入P型杂质形成一个大面积而成。13．对某种物体产生有一个的限制，称为红限。 14．电位器是一种将机械转换成电阻或电压的机电传感元件。
1．单线圈螺线管式电感传感器广泛用于测量（）。 A．大量程角位移 B．小量程角位移 C．大量程直线位移 D．小量程直线位移 2．用热电阻测温时，热电阻在电桥中采用三线制接法的目的是（）。 A.接线方便 B.减小引线电阻变化产生的测量误差 C.减小桥路中其它电阻对热电阻的影响 D.减小桥路中电源对热电阻的影响 3. 压电石英晶体表面上产生的电荷密度与（）。 A.晶体厚度成反比 B.晶体面积成正比 C.作用在晶片上的压力成正比 D.剩余极化强度成正比 4.当一定波长入射光照射物体时，反映该物体光电灵敏度的物理量是（）。 A. 红限 B. 量子效率 C. 逸出功 D. 普朗克常数 5. 通常用振弦式传感器测量（）。 A. 压力 B. 扭矩
2009电气工程与自动化专业 传感器原理与应用课程能力训练项目及要求 学生以3人一组，自由组合，确定组长。选定课程设计题目，分配任务，共同协作，完成课题既定要求。在完成项目过程中严禁相互抄袭。 目标： 1.完成设计报告、项目开发报告、说明书等； 2.成果分享。 3.锻炼学生自学能力和灵活运用所学知识的能力，写作能力和口头表达能 力； 4.锻炼学生团队协作精神。 要求：设计报告字数不少于3000字，采用统一的格式，毕业论文的结构，包括封面、中英文摘要、目录、正文、参考文献、附录等环节。文档格式也按照毕业论文的要求排版。 题目： 一、教室日光灯控制系统设计 某学院为节约用电，拟在教室里安装传感器。当教室里有人时，日光灯就亮，当无人的时候，经过几分钟，灯熄灭。在白天光线很亮的情况下，即使教室中有人，日光灯也不亮。请按要求设计一个可行方案，完成设计报告，报告包括3大段落：a．“必要性”；b．“可行性”（主要谈传感器）；c．如何实现这个设想的具体方案。 要求： （1）在报告中给出选用器件的型号。 （2）在报告中画出该“日光灯控制系统”的安装立体图（以这门课的上课教室为例）。包括：教室顶部的传感器、日光灯、课桌、学生等，应使阅读报告
人能看得懂你的设想，特别应标出传感器在图上的安装位置。 （3）在报告中画出该“日光灯控制系统”的系统原理框图(包括控制单元（如单片机、ARM等）、所用的传感器、强电控制电路等）。 （4）在报告后给出参考文献
二、感应水龙头的设计 假设你应聘到某卫生洁具公司。现公司打算开发一个用于医院门诊部、给医生和就诊病人使用的“感应式水龙头”。 1.请先按以下给出提示分析“感应式水龙头”的原理。 1）当使用者的手靠近该“感应式水龙头”的出水口时，它就______，而人经过时无反应。为实现上述功能，你选用经济、体积小的______传感器，该传感器应安装在水龙头的______位置，属于______（接触/非接触）式测量。 2）为节约用水，水龙头在______（30/3/0.3）s后自动______。为实现上述功能，你选用______（整形/延时/放大）电路来达到目的。 3）水龙头的出水和断水使用______（放大器/显示器/电磁阀门）来控制。 4）该日夜工作的“感应式水龙头”的电源应为______（9V干电池/380V/220V/1000V）为宜。 5）设计该“感应式水龙头”时，特别应注意防止______（雷击/受潮/振动）。 6）你认为参考该“感应式水龙头”的原理，还可以用于什么场合？ 2.根据以上要求和分析，给公司领导写一份项目开发报告，报告包括如下内容： a.你的动机和设想；b.如何实现这个设想；c.系统的工作原理和工作过程。 要求： （1）在报告中给出选用器件的型号。 （2）在报告中画出该“感应式水龙头”的正视图或侧视图，包括外型、传感器、显示电源的LED、人的手等应使阅读报告人能看得懂你的设想。 （3）在报告中画出该“测控系统”的系统原理框图(应包括传感器、信号处理电路、控制电路、执行机构（以上均须写出具体名称）、显示器、电源等。）。（4）在报告后给出参考文献
北京邮电大学 传感器大作业 题目：霍尔转速器 姓名：##### 学院：电子工程学院 班级： 学号： 日期：2013年6月10日
一、被测量分析 转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。在工农业生产和工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要测量和显示其转速。要测速，首先要解决的是采样问题。测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器，非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难。数字式通常采用光电编码器、圆光栅、霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，单片机技术的日新月异，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，智能化微电脑代替了一般机械式或模拟式结构，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 二、霍尔传感器的发展历史及其现状 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、
导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。三、传感器设计思路 系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。处理器采用STC89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。系统原理框图如图所示： 系统软件主要包括测量初始化模块、信号频率测量模块、浮点数算术运算模块、浮点数到BCD码转换模块、显示模块、按键功能模块、定时器中断服务模块。系统软件框图如图所示：
洛阳理工学院《检测与转换技术》期末大作业 题目：酒精测试仪 专业：自动化 姓名：高志远 学号： B12041214 日期： 2014.11.22
随着中国经济的高速发展，人民生活水平的迅速提高，中国逐渐步入“汽车社会”酒后驾驶行为所造成事故越来越多，对社会的影响也越来越大，酒精正在成为越来越凶残的“马路杀手”。越来越多的交通事故在我们的身边发生，让人心痛，经济的发展，每个人都希望人的安全意识也该发展。此外，由交通事故造成的经济损失也相当惊人。据事故调查统计，超过半数的车祸与饮酒有关。在全国各地加强查处酒后驾驶的力度，以减少由酒后驾驶造成的恶性交通事故。要查处就涉及到检测人体内的酒精含量和使用设备来进行检测的问题。 本文设计了一种用于公共场所具有检测及超限报警功能的酒精浓度智能测试仪。其设计方案基于89C51单片机，MQ-3酒精浓度传感器。系统将传感器输出信号通过A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由4位LCD数码管显示酒精浓度值。并且根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行自动报警来提示危害。从而让驾车的人知道自己该在什么情况下可以开车，这是一个在现代生活很实用，很负责的一个设计。 开车司机只要将嘴对着传感头使劲吹气，仪器就能发上显示出酒精浓度的高低，从而判断该司机是否酒后驾车，避免事故的发生。当然，最好的办法是在车内安装这种测试仪，司机一进入车内检测仪就检测司机的酒精含量，如果超出允许值，系统控制引擎无法启动，这样就可从根本上解决酒后驾车问题。 酒精测试仪在生产中也有重要的应用，比如，在一些环境要求严格的生产车间，用这种酒精浓度探测仪，可随时检测车间内的酒精气体浓度，当酒精气体浓度高于允许限定值时要及时通风换气，做到安全生产。当然，依照同样的原理也可设计检测其他气体的探测仪，与我们的生活息息相关的是检测有毒气体。 1.方案设计 1.1概述：该设计方案基于89C51单片机，MQ-3酒精浓度传感器。系统将传感器输出信号通过A/D转换电路调理后，经由单片机进行数据处理，最后由4位LCD数码管显示酒精浓度值。并且根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行自动报警来提示危害。 1.2 考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5伏的电压值并且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过ADC0804采集数据送入单片机进行处理。酒精浓度监测仪的硬件电路设计主要包括：传感器测量电路、89C51单片机系统、A/D转换电路、自动报警电路、LED 数码管显示电路。酒精浓度测试仪总体设计电路框图如图系统总框图如下：
无线传感器网络大作业题目：无线传感网络实现矿井环境检测物联网工程学院计算机科学与技术专业 学号 学生姓名
指导教师宋春霖副教授 二〇一六年五月 摘要：煤矿中的突发事故具有一定的随机性和不确定性。利用无线传感器网络采集矿井中的数据,再将这些数据通过无线网络传输到矿井上的环境监测中心,并把这些数据实时直观地显示出来;尤其是在被监测的瓦斯体积分数超标的时候,还可发出报警信号。采集到的数据会备份到数据库中,通过对这些数据进行科学的分析归纳,能为预测事故和危机的发生提供强有力的数据支持。 关键词：煤矿、突发事故、无线传感网
目录 1、具体应用 (4) 2、设计方面的挑战 (4) 2.1土壤状况与类型 (4) 2.2成本 (5) 2.3功耗问题 (5) 2.4恶劣环境 (5) 3、无线传感网的组成以及架构 (5) 传感器节点 (6) 4、通信架构 (7) 参考文献: (7)
1、具体应用 近些年来，我国的煤矿事故时常发生，一旦出现重大煤矿事故，不仅失去大量矿工人
员的生命，而且还给煤矿企业和国家带来一定的负面影响。我国现有的煤矿井下的检测系统还是传统的有线检测系统，这种检测系统存在着一系列的弊端，比如说，它只能在矿井扩宽的场域方便使用，而在那些工人作业的采煤区域还不能够完全地有效使用。 监控设备不能很好地发挥作用。传统的监控设备，监控范围有限，并且基本采用有线模式传输信号，在矿井中使用十分不便。而无线传感器网络存在监测区域内大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式组成的一个多跳的自组织网络，其目的是采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并通过无线模块发送给观察者。是集数据的采集、融合、分析、传输于一体，具有展开快速、可靠稳定、可维护性好等特点，特别适用于环境恶劣、不方便人工监控和通过有线网络监控的场所。如果将其应用于煤矿中，配上上层监控软件，可以很好地实现对煤矿内重点区域实时监控、显示和预警，对煤矿的安全生产起着非常重要的作用。下面就提出一种基于无线传感网络的煤矿瓦斯预警系统的设计方法。 无线传感器网络由于自身的特殊特点，比如说方便，能够适应各种环境、检测精确度较高和安全可靠性高等特点，在当前的煤矿开采中非常实用，可以解决在环境复杂、恶劣的煤矿中对瓦斯浓度的监控和预警，不仅要实现煤矿采空区的监测和数据的传输,而且开发成本和运行成本也要低,适合于中、小煤矿采空区的温度监测,移植与功能扩展方便,更换与增加不同的传感器又可构建其他监测网络。 2、设计方面的挑战 2.1土壤状况与类型 在地下通信中网络部署与土壤类型密切相关，随着土壤类型的不同功率衰减的特性展现出很大差异，很大程度上引起了网络拓扑结构的设计。另外，天气、湿度、季节等因素对土壤状况的影响也是我们需要考虑的一个重点。
传感器实验报告 班级：电气二班 姓名：梁智健 学号：201324122202 老师：陈永健 日期：2015年12月9日
实验二(1) 电涡流传感器位移实验 一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。 二、基本原理：通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。 三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。 四、实验步骤： 1、根据图8－1 安装电涡流传感器。 图8－1 电涡流传感器安装示意图 图8－2 电涡流传感器位移实验接线图
2、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。 3、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L 的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。 4、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。 5、将实验模板输出端Vo 与数显单元输入端V i相接。数显表量程切换开关选择电压20V 档。。 6、用连结导线从主控台接入15V 直流电源接到模板上标有＋15V 的插孔中。 7、使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm 读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表8－1。 表8－1 电涡流传感器位移X 与输出电压数据 8、根据表8－1 数据，画出V－X 曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3 mm 及5mm 时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。
五、思考题： 1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm 的量程应如何设计传 感器？ 答:量程与线性度、灵敏度、初始值均有关系。如果需要测量25mm的量程应使传感器在这个范围内线性度最好，灵敏度最高，这样才能保证准确度。 2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。 答：根据需要测量距离的大小，一般距离较大要求量程较大，且灵敏度要求不会太高，而且量程有正负；相反需要测量的距离较小，则对另名都要求较高，量程不需要太大，这样进呢过满足要求，同时又保证了测量的精确度。 实验二(2) 被测体材质对电涡流传感器特性影响 一、实验目的：了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。 二、基本原理：涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。 三、需用器件与单元：除与实验二(1)相同外，另加铜和铝的被测体圆盘。 四、实验步骤： 1、传感器安装与实验二(1)相同。 2、将原铁圆片换成铝和铜圆片。 3、重复实验二(1)步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，分别记入 表8－2 和表8－3。 表8－2 被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据