下载文档原格式
传感器综合运用一、设计题目如图所示工件，在生产线的30°滑道上自上而下滑落，要求在滑动过程中检测工件厚度，并且计数。
图中4mm尺寸公差带为10μm。
图1.测量工件二、厚度检测传感器的选择电容传感器是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
与电阻式或电感式传感器相比，电容传感器具有四大优点:(l)分辨力高，常用于精密测量;(2)动态响应速度快，可以直接用于某些生产线上的动态测量;(3)从信号源取得的能量少，有利于发挥其测量精度;(4)机械结构简单，易于实现非接触式测量。
因此电容传感器在精密测量中占有重要的地位。
此外，电容器传感器还具有结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等优点。
因此，在本题中选择电容传感器作为厚度检测传感器。
三、电容传感器的检测原理电容式传感器可分为面积变化型、极距变化型、介质变化型三类，下面将分述其检测原理。
1、面积变化型电容传感器这一类传感器输出特性是线性的，灵敏度是常数。
这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。
测量装置如图2所示。
图2.变面积式电容传感器其电容量计算公式为：002121212()22ln()ln()ln()x l l l l l C C C C r r r r r r lπεπεπε-∆∆∆∆=-=-=-=- 式中 L －外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度21,r r -外圆筒内半径与内圆柱外半径 灵敏度0212ln()C C l r r l πε∆=-=-∆2、极距变化型电容传感器极距变化型电容传感器一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。
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。
1 电容式油量表工作原理当油箱中无油时，电容传感器的电容量为CX0，调节匹配电容使C0=CX0，并使电位器RP的滑动臂位于0点，即RP的电阻值为0。
此时，电桥满足CX0/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0=0。
当油箱中注满油时，液位上升至h处，CX=CX0+ΔCX，而ΔCX与h成正比，此时，电桥失去平衡，电桥的输出电压UX放大后驱动伺服电动机，经减速后带动指针偏转，同时带动RP的滑动臂移动，从而，使RP阻值增大。
当RP阻值大到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，UX=0，于是，伺服电动机停转，指针停留在转角为0处。
由于指针及可变电阻的滑动臂同时为伺服电动机所带动，因此，RP的阻值与0之间存在着确定的对应关系，即0正比于RP的阻值，而RP的阻值又正比于液位的高度h。
因此，可直接从刻度盘上读得液位高度h。
该装置采用了零位式测量方法，所以，放大器的非线性及温漂对测量精度影响不大。
2 . 超声波传感器的工作原理人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ -20KHZ 范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。
常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。
在工业中应用主要采用纵向振荡。
超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。
另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。
在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。
在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。
利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。
超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。
电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。
传感实验总结传感器技术与应用这门课虽只历时八周，但这却是第一次理论与实践结合能同步的专业课。
实验室去了两次，也做了很久，然自己想法甚多，多么渴望能多做些实验让自己所学的理论知识活起来。
这次试验主要做了四个实验：差动变压器的位移特性、电容式传感器的位移特性、电涡流传感器的位移特性、光纤传感器的位移特性。
下面分别说明：一．差动变压器的性能实验１.实验目的：了解差动变压器的工作原理及特性。
２. 基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段和三段式，本实验是三段式结构。
当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈（做为差动变压器激励用，相当于变压器原边）和次级线圈（由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器副边）之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
３. 需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、电压表。
４.实验步骤：１）根据图1－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。
图1－1 差动变压器电容传感器安装示意图２）在模块上按图1－２接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。
调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。
图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。
接线时，航空插头上的号码与之对应。
当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。
判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端,按图1—2接线。
当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。
传感器大作业技术报告学院：电气与电子工程学院专业：11电子信息工程设计者：刘建喜李梦丽张锐（电子1班）王定员（电子2班）指导老师：***目录目录 (2)一、温控的设计思路 (4)1.1设计思路 (4)1.1.1设计框图 (4)1.1.2总电路图 (4)二、硬件部分 (5)2.1报警部分 (5)2.1.1报警模块 (5)2.1.2报警模块PCB板示意图 (5)2.2显示部分 (6)2.2.1显示模块电路图 (6)2.2.2显示模块PCB板示意图 (8)三、参考文献 (9)摘要无线温度数据采集系统不需要固定的传输网络支持，可以快速安置，稳定可靠，维护方便，解决了一些因传输和环境所造成的困难，在工业和科学研究中有着重要的使用价值，是数据采集系统发展的必然趋势。
论文详细说明了无线温度采集装置的硬件与软件设计。
温度传感器选择美国DALLAS公司的数字智能温度传感器DS18B20。
该系统实现了温度采集，并通过射频的方式将采集到的温度数据传送到监控节点。
监控节点上具备无线接收装置和液晶显示设备，将接收到的温度数据显示出来，供监控人员观察。
同时还设有报警系统，该系统具有体积小、精度高、实时性强的特点，可投放于人无法立足的恶劣环境中，完成重要温度数据的采集。
关键词：温度传感器；DS18B20；无线；液晶显示；报警一、温控的设计思路1.1设计思路1.1.1设计框图1.1.2总电路图温 度传 感 器 最 小 系 统 模 块报 警 模 块显 示 模 块二、硬件部分2.1报警部分2.1.1报警模块2.1.2报警模块PCB板示意图本次系统的温度监控报警模块使用的是一个NPN型三级管作为蜂鸣器的驱动，控制蜂鸣器的报警，同时控制报警灯的闪烁。
2.2显示部分2.2.1显示模块电路图•本次的液晶显示模块主要用来实时的显示出机箱环境的温度以及风扇的转速。
考虑实用经济的方面的因素，现有两种方案可选择：•方案一：采用12864:液晶，该液晶自带中文字库，能够显示出中文来，因此该液晶能够同时的显示中文，数字，英文，符号等内容来。
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。
机电一体化中传感器与检测技术的应用引言：传感器是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的费电信号转换成电信号的换能器。
从各行各业到日常生活，传感器几乎是无处不在，无处不用，其主要作用就是信息的采集和获取。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
随着微电子技术、控制技术、传感器技术等快速发展，机电一体化也得到了快速发展。
机电一体化系统是多种技术共同结合、共同配合形成的控制系统，最主要的技术是传感器技术。
一、传感器的种类传感器在机电一体化系统的主要作用是测量机电一体化系统各模块性能和目标对象、工作环境等的状态，为可靠地控制、调控机电一体化系统的整体工作提供有效的物理参数信息。
当今，传感器用于检测的方面不同，具有多种种类，原理各异分类方式也不尽相同。
按输入被测量进行分类，一般可分为速度传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器等。
这种分类方法直接反应了检测的目的；按输出量形式可分为数字传感器与模拟传感器两类；按工作机理可分为结构型和物性型；按转换原理可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、热点式传感器等；按信息的传递方式可分为能量转换传感器与能量控制型传感器两类。
具体可以分为测量系统内部模块性能状态的内部数据传感器和系统外部状态的外部数据信息传感器。
系统内部数据信息传感器的主要工作是检查机电一体化系统内部模块的位矢、加速度、力臂、力、温度等的相关状态变化情况。
系统外部数据信息传感器主要职能是采集、检测机电一体化系统外部环境对机械性能的变化状态情况。
传感器能够如人感受器官一样，具有触觉感受和非触觉感受，所以传感器又可以分为接触式传感器和非接触式传感器。
如：接触式的碰触式传感器、压觉传感器；非接触式的温觉传感器、声觉传感器等。
简答题（每小题10分，共100分）1.笛簧开关？笛簧开关是由小玻璃管内装有2个细长的触头构成的，触头由铁、镍等易于被磁铁吸引的强磁性材料制成。
受玻璃管外磁极的控制，有时触头互相吸引而闭合，有时互相排斥而断开，从而形成了触头的开关作用。
2.为什么要禁止使用含铅汽油？无铅汽油是一种在提炼过程中没有添加铅的汽油，英语略称ULP。
无铅汽油中只含有来源于原油的微量的铅，一般每升汽油为百分之一克。
它的辛烷值为95，比现有其他级别含铅汽油的辛烷值（97）略低。
使用无铅汽油能有效控制汽车废气中的有害物质，减少碳氢化合物（造成烟雾）、一氧化碳（有毒）及氮氧化物（形成酸雨）等污染。
要减少排污最有效。
最简单的方法就是在排气系统中加装催化转化器，而汽油含铅量每升超过0.013克时，就会使催化剂失效，从而达不到控制汽车废气的目的。
这个临界量即为界定无铅汽油的标准3.非接触角度传感器的工作原理？角度传感器用来检测角度的。
它的身体中有一个孔，可以配合乐高的轴。
当连结到RCX 上时，轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。
往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。
计数与角度传感器的初始位置有关。
当初始化角度传感器时，它的计数值被设置为0，如果需要，你可以用编程把它重新复位4.爆震现象？汽油发动机，当混合气体进入燃烧室后，活塞在压缩行程时便将其压缩，火花塞将高压混合气点燃后，其燃烧所产生的压力则转换成发动机运转的动力。
简单的说就是混合气还处在压缩过程中，火花塞还没有跳火时，高压混合气就达到了自燃温度，并开始猛烈燃烧的不正常燃烧现象。
5.全范围空燃比传感器应用？空燃比传感器就是一个组感应器，一般安装在进气总喉管里面，连接载计算机后计算出燃料喷射的量。
6.催化剂温度传感器的种类和特点？催化温度传感器在市面上常常被称为温度探头或探针等，是指探温元件用不锈钢（最常用的）或其它导热材料（如聚四氟管防腐，陶瓷管耐高温），温度传感器常用的可分为三类（按探温元件来分），1、铂电阻温度传感器 2、热电偶温度传感器 3、热敏电阻温度传感器。
传感器大作业题目：光电式传感器系院：信息工程学院XXXXXXXXXX专业：业： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX班级：级： XXXXXXXXXXXX姓名：小王********* 学号：号： *********目录光电式传感器 (1)光电传感器内容 (2)1.1 工作原理 (2)1.2 测量的物理量及其范围 (3)1.3 透射式光电传感器在烟尘浊度监测上的应用 (3)1.4 技术指标、参考价格及生产厂家 (4)1.5 光电检测的优缺点 (4)1.6 光电传感器的改进措施 (5)1.6.1 发射光源的改进 (5)1.6.2 光敏器件的改进 (5)1.6.3 信号采集电路的改进 (5)1.6.4 信号滤波处理 (5)1.7 对课程教学的建议 (5)参考文献 (7)检索方式 (8)1.1教科书 (8)1.2 科技期刊 (8)1.3 网络 (9)光电式传感器信息革命的两大重要支柱是信息的采集和处理， 而信息采集的关键是传感信息革命的两大重要支柱是信息的采集和处理，器，传感器技术已成为现代信息技术的重要组成部分，在当代科学技术中占有十分重要的地位。
传感器是将感受的物理量、化学量等信息， 按一定规律转换十分重要的地位。
传感器是将感受的物理量、化学量等信息，成便于测量和传输信号的装置。
电信号易于传输和处理， 所以大多数的传感器成便于测量和传输信号的装置。
电信号易于传输和处理，是将物理量等信息转换成电信号输出的。
传感器感受一种量并把它转换成另一种量，这种转换也可以看成是能量的转换，因此在某些领域如生物医学工程等中，也被称为换能器。
也被称为换能器。
光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏器件。
由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和反应快等特点，加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器的内容及其丰富，它可用于检测直接引起光强变化的非电量， 也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，在检测和控强变化的非电量，制领域获得了广泛的应用。
传感器综合作业班级：姓名：学号：学院：北京邮电大学题目：丢东西总是一件很不愉快的事情，而现在的小偷又越来越猖狂，为了尽可能避免手机钱包等贵重物品被盗，我打算设计一个能够实时检测手机或钱包等物品与自身距离的传感系统，当检测到的距离大于设定距离时，即发出警报。
解答：1）探测对象探测对象为距离，可用电磁波信号进行探测。
设置两个芯片，一个可以贴在手机或钱包等物品上，另外一个可戴在手上。
贴在手机或钱包等物品上的芯片能够发射特定的电磁波信号，而戴在手上的芯片则可以接收该特定的信号。
通过这两个成对的电磁波收发装置，即可测得物品和人的距离，并且通过一定处理，使得当此距离大于设定距离时发出警报，由此可有效的即时发现小偷，防止物品被盗。
因此，探测对象为贴在物品上的芯片发出的电磁信号。
2）传感器设计思路系统由发送信号与检测信号两部分构成：1）电磁信号发送装置，将此芯片集成化，制作成挂坠或者贴片等，方便与物品结合。
2）电磁信号接收装置，可制成手链形式，戴在手上，该传感器用以检测发送装置传来的电磁信号，并转化为距离，当检测到的距离超过设定距离时则报警。
3）传感器的结构4）传感器工作原理说明接收传感器由传感线圈构成，其工作原理为：由发送传感器发出的电磁信号在线圈中产生感应电动势，由检测电路检测分析距离，如果距离超过初始设定值，则触发蜂鸣器，发出警报，以达到防盗的目的。
5）补偿主要考虑连接线圈与检测电路之间的电缆，采用电缆屏蔽的方式避免受空间电磁波的干扰。
6）主要参数由于信号微弱，本装置最主要的参数是检测灵敏度。
7）需要说明的问题1）发送装置发射的信号应具有明显特征以便于识别提取。
2）发送信号装置和接收信号装置应一一匹配，即每一对发送、接收装置所设置的发送、接收频率都有独特性，以避免不同装置互相干扰。
3）发送装置发射的信号频率需要精心选择使之能够穿过日常携带的用品但又不至于对人体造成伤害。
传感器大作业第1章工程振动测试方法在工程振动测试领域中，测试手段与方法多种多样，可是按各样参数的丈量方法及丈量过程的物理性质来分，能够分红三类。
1、机械式丈量方法将工程振动的参量变换成机械信号，再经机械系统放大后，进行丈量、记录，常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，它能丈量的频次较低，精度也较差。
但在现场测试时较为简单方便。
2、光学式丈量方法将工程振动的参量变换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。
如读数显微镜和激光测振仪等。
3、电测方法将工程振动的参量变换成电信号，经电子线路放大后显示和记录。
电测法的重点在于先将机械振动量变换为电量（电动势、电荷、及其余电量），而后再对电量进行丈量，从而获取所要丈量的机械量。
这是当前应用得最宽泛的丈量方法。
上述三种丈量方法的物理性质固然各不相同，可是，构成的丈量系统基真相同，它们都包含拾振、丈量放大线路和显示记录三个环节。
图1 基本丈量系统表示图拾振环节把被测的机械振动量变换为机械的、光学的或电的信号，达成这项变换工作的器件叫传感器。
丈量线路丈量线路的种类甚多，它们都是针对各样传感器的变换原理而设计的。
比方，专配压电式传感器的丈量线路有电压放大器、电荷放大器等；别的，还有积分线路、微分线路、滤波线路、归一化妆置等等。
信号剖析及显示、记录环节从丈量线路输出的电压信号，可按丈量的要求输入给信号剖析仪或输送给显示仪器（如电子电压表、示波器、相位计等）、记录设施（如光芒示波器、磁带记录仪、X—Y记录仪等）等。
也可在必需时记录在磁带上，而后再输入到信号剖析仪进行各样剖析办理，从而获取最后结果。
1第2章传感器的机械接收原理振动传感器在测试技术中是重点零件之一，它的作用主假如将机械量接收下来，并变换为与之成比率的电量。
因为它也是一种机电变换装置。
所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。
图2 振动传感器的工作原理振动传感器其实不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量，而后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量，最后由机电变换部分再将变换为电量。
机器人触觉传感器概况姓名：徐乾荣学号：1402311.1背景介绍触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能，研制满足要求的触觉传感器是机器人发展中的技术关键之一。
随着微电子技术的发展和各种有机材料的出现，已经提出了多种多样的触觉传感器的研制方案，但目前大都属于实验室阶段，达到产品化的不多。
现代工业的高度自动化以及电子工业的迅猛发展，使得机器人在各领域的应用更加广泛和深入。
实现机器人智能化的关键是模拟人类五官感知功能的传感器的研究设计。
触觉传感技术作为实现智能机器人技术的关键因素之一，不仅仅是视觉的一种补充，它与视觉一样，都是模拟人的感觉，是实现机器人与环境直接作用的必须媒介。
1.2机器人触觉传感器国外研究现状国外学者对机器人触觉传感技术较系统的研究开始于上世纪70年代，目前国外触觉传感技术研究已经取得很大成果。
2002年，美国科研人员在内窥镜手术的导管顶部安装触觉传感器，可检测疾病组织的刚度，根据组织柔软度施加合适的力度，保证手术操作的安全。
2008年，日本Kazuto Takashima等人设计了压电三维力触觉传感器，将其安装在机器人灵巧手指端，并建立了肝脏模拟界面，外科医生可以通过对机器人灵巧手的控制，感受肝脏病变部位的信息，进行封闭式手术。
2009年，德国菲劳恩霍夫制造技术和应用材料研究院的马库斯-梅瓦尔研制出新型触觉系统的章鱼水下机器人，可精确地感知障碍物状况，可以自动完成海底环境的勘测工作。
1.3机器人触觉传感器国内研究现状国内对机器人触觉传感技术的研究起步较晚，受到客观条件的限制，在1987年国家863计划开始实施以后才加快研究步伐。
在863计划的支持下，东南大学、北京理工大学，中科院合肥智能所等单位在90年代初相继开展了各有特色的研究，并取得了一定的成果。
1.4触觉传感器分类机器人感知能力的技术研究中，触觉类传感器极其重要。
触觉类的传感器研究有广义和狭义之分。
广义的触觉包括触觉、压觉、力觉、滑觉、冷热觉等。
传感器相关文献检索
1、主题
•应变式传感器
•电容式传感器
•差动变压器式传感器
•压电式传感器
•光电式传感器
•光纤式传感器
•CCD
•霍尔式传感器
•电涡流式传感器
•超声波传感器
•光栅式传感器
2、内容
•该类传感器的工作原理
•该类传感器的测量的物理量及范围
•该类传感器对测量某一物理量的具体应用
•举出某一该类传感器的技术指标及参考价格、可能的生产厂家•所介绍方法的优缺点
•针对缺点有何改进措施
•你对课程教学有何建议
3、参考文献
•文献号.作者.文献名，来源
4、检索方式
1)教科书
2)科技期刊
3)网络
注：三种方式必须都有涉及。
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系统框图被测物理量：主要是指非电的物理量，在这里为水位。
传感器：将输入的物理量转换成相应的电信号输出，实现非电量到电量的变换。
传感器的精度直接影响到整个系统的性能，所以是系统中一个重要的部件。
放大，整形，滤波：传感器的输出信号一般不适合直接去转换数字量，通常要进行放大，滤波等环节的预处理来完成。
A/D转换器：实现将模拟量转换成数字量，常用的是并行比较型、逐次逼近式、积分式等。
在此用到逐次逼近式。
单片机：目前的数据采集系统功能和性能日趋完善，因此主控部分一般都采用单片机。
显示设备：在此用到8段数码管。
控制设备：控制电动机的运行或关闭。
2.传感器原理2.1传感器简述电容式液位传感器系统; 它利用被测体的介电常数不同,使电容的大小也不相同，通过传感器将液位高度变化转换成相应的电容量变化，再通过测量电路转化成电压脉冲宽度变化, 再由单片机进行测量并转换成相应的液位高度进行显示,该系统对液位深度具有测量、显示与设定功能, 并具有结构简单、成本低廉、性能稳定等优点。
2.2电容式液位计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。
因此，可通过测量电容量的变化来检测液位。
图（a）是由两个同轴圆筒极板组成的电容器，在两圆筒之间充以介电常数为ε0的介质时，则两圆筒间的电容量表达式为式中L---两极板相互遮盖部分的长度；d，D---圆筒形内电极的外径和外电极的内径；ε0---两电极间介质的介电常数。
所以，当D和d一定时，电容量C的大小与极板的长度L和介质的介电常数的ε0乘机成比例。
这样，将电容传感器（探头）插入被检测物料中，电极浸入物料中的深度随物位高低变化，必然引起电容量的变化，从而可检测出物位。
2.3传感器的组成图3-1-2 为传感器部分的结构原理图。
它主要是由细长的不锈钢管(半径为R1 ) 、同轴绝缘导线(半径为R0 ) 以及其被测液体共同构成的金属圆柱形电容器构成。
该传感器主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化, 从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。
2.4测量原理由图（a）可知, 当可测量液位H = 0 时, 不锈钢管与同轴绝缘导线构成的金属圆柱形电容器之间存在电容C0 , 根据文献得到电容量为:（1）（1）式中, C0 为电容量, 单位为F ; ε0 为容器内气体的等效介电常数,单位为F/ m; L 为液位最大高度; R1 为不锈钢管半径;R0 为绝缘导线半径, 单位为m。
当可测量液位为H 时, 不锈钢管与同轴绝缘电线之间存在电容CH :（2）式中, ε为容器内气体的等效介电常数, 单位为F/ m。
因此, 当传感器内液位由零增加到H 时, 其电容的变化量ΔC 可由式(1) 和式(2) 得(3)由式（3）式可知, 参数ε0 , ε, R1 , R0 都是定值。
所以电容的变化量ΔC 与液位变化量H 呈近似线性关系。
因为参数ε0 , ε, R1 , R0 , L 都是定值, 由式(2) 变形可得:CH = a0 + b0 H ( a0和b0 为常数) (4)。
可见, 传感器的电容量值CH 的大小与电容器浸入液体的深度H 成线性关系。
由此,只要测出电容值便能计算出水位。
3.电容测量电路设计3.1测量电路本设计采用二极管T形网络（双T电桥）如下图所示。
它是利用电容器充放电原理组成的电路。
其中e是高频电源，提供幅值电压为E的对称方波；C1和C2为差动电容传感器；D1和D2为两只理想二极管；R1和R2为固定电阻，且R1=R2；RL 为负载电阻（或后接仪器仪表的出入电阻）。
该电路的工作原理如下：当电源为正半周时，二极管D1导通而D2截止，其等效电路如图（b)所示。
此时电容C1很快充电至E，电源e经R1以电流I1向负载RL供电；与此同时，电容C2经R2和RL放电，放电电流I2(t)。
流经RL的电流IL(t)是I1和I2(t)之和，他们的极性如图（b）所示。
当电源e为负半周时，二极管D2导通而D1截止，其等效电路如图（c)所示。
此时电容C1很快充电至E，电源e经R1以电流I1向负载RL供电；与此同时，电容C2经R2和RL放电，放电电流I2(t)。
流经RL的电流IL(t)是I1和I2(t)之和，他们的极性如图（c）所示。
利用电路分析可以求得电源e的负半周内电路的输出为：式中，为电容C1的放电时间常数。
同理，在电源e的正半周期内电路的输出为式中，为电容C2的放电时间常数。
由此可得输出电流的平均值为式中，f为电源e的频率；k1、k2为系数，输出电压的平均值为适当选择电路中元件的参数以及电源频率f，则上式中指数项所引起的误差可以小于1%。
式中，k为常数，为电容传感器测量时的电容变化量。
二极管T形网络电路特点：（1）e，C1 ，C2接地；（2）工作电平高，D1 ，D2工作在线性区灵敏度与电源幅值和频率有关（3）输出电压高；4）输出阻抗与C1 、C2无关，与R1 ，R2同数量级，可用mA或A表直接测量（5）RL 影响电容放电速度，宜小些，RL＝1k时，上升时间20s，可测量动态信号。
4.电信号放大电路设计4.1整流电路将模拟电压转化为数字信号所用的转换芯片为ADC0809，它仅能将单极性电压转换为数字量，所以我们将测量电路转换后的电压先经整流电路、滤波器和稳压电路将输入电压变为单极性电压供给放大电路。
4.2放大电路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，如图3-3所示，采用最基本的比例运算反放大电路.图3-3 比例放大电路要将30mV电压放大成5V，根据公式U=-（R1/R2）Uo,所以选择R1=500K,R2=3K，R4=R1//R2,,后边的是一个反相器，把第一个运放得到的电压反相成正的，其中R3=R5=1K,R6=R3//R5。
5 . AD转换电路及与单片机接口本设计采用A/D转换器ADC0809。
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，由于输出级有8位三态输出锁存器，因而0809的数据输出端可以直接与单片机的数据总线连接。
ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。
此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。
START上升沿将逐次逼近寄存器复位。
下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。
直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。
当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上.ADC0809转换是采用逐次比较的方法完成A/D转换的，由单一的+5V供电，片内带有锁存功能的8路选一的模拟开关，由A，B，C引脚的编码来确定所选通道。
0809完成一次转换需要100us左右，输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到MCS-51的数据总线上，通过适当的外接电路，0809可对0-5V 的模拟信号进行转换。
液位高度与电压变化曲线：6 .误差分析6.1误差来源（1）温度对度对结构尺寸参数的影响（2）温度对介电常数的影响（3）结构设计中边缘效应的影响（4）结构设计中采用绝缘材料的影响（5）寄生电容的干扰的影响6.2影响液位测量的主要因素温度常常是影响液位测量精度的一个主要因素，在不同温度下，传感器所用材料都将发生不同程度的尺寸变化，这些都将影响传感器的精度。
同时，各种介质的介电常数也是随温度的变化而变化的。
所以应当选用适当的温度补偿电路，减小温度带来的影响。
7.总结一个多星期的课程大作业忙碌而充实，对于这次的传感器的结课作业，总的来说基本完成了课设的任务要求，从这次的课程设计当中也学会了许多的东西，在平时当中我们设计的的程序比较简单，趋于理论化，而这次的课程设计题目趋于生活的实际，做起来有较大的兴趣。
由于平时在实验室做实验时，有较多的外接硬件供使用，程序就相对简单一些，而这次的传感器结课作业没有提供外加的硬件设施，开始时觉得无从下手，经过多方面的搜索资料，慢慢有了头绪，并且发现要用到的知识并非所想象中的那么难以理解，经过一番自学，逐一的弄明白，使自己对这次设计有了很大的帮助。
通过将要实现的任务分成多块，然后分而治之，最终将各分功能进行合并，最终获得成功，完成之时，相当有成就感。
在我们平时的学习期间，我们所学的知识都是书本上的一些不大灵活的东西,而且学习期间的这种考核是单科进行，主要是考查我们对本门学科所学知识的记忆程度和理解程度。
但我认为这种传感器的结课论文则不同，它不是单一地对我们进行某一学科已学知识的考核，而是着重考查我们运用所学知识对某一问题进行探讨和研究的能力。
整个设计的过程，同时也是专业知识的学习过程，而且是更生动、更切实、更深入的专业知识的学习。
