传感技术与测控系统
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传感器技术在自动化控制中的应用摘要:随着社会经济的快速发展和科学技术的不断创新,我国在工业发展方面取得了巨大突破。
其中,传感器技术在自动化控制系统当中起着至关重要的作用,尤其是传感器检测仪的应用方面。
该文章主要探讨传感器技术在自动化控制中的应用。
关键词:传感器;自动化控制;技术应用引言:近年来,伴随我国社会经济的大力发展,工业化技术脱颖而出,成为我国进一步研究的重点。
在科学技术不断创新的大背景之下,自动化技术变得越来越重要。
而传感器作为自动化技术中的重要组成部分,其主要功能是准确测量数据,一旦传感器出现异常,就会导致数据信息测量出现偏差,进而无法在工程中进行准确测量。
自动化技术属于综合性技术,其主要功能表现为制造设计过程的相互促进协调,从而大力推动技术的广泛发展。
由此可以分析出,有关技术人员应大力重视传感器技术工作,一旦发现传感器出现问题,必须第一时间进行解决,由此推进信息技术的大力发展。
1.传感器技术概述传感器被称为一种检测侦察设备,可以高效确定测量信息,符合社会各行各业对信息储存操控的需求。
在工程上能够直接被测量,按照一定规律转换为同种或别种量值输出的器件[1]。
它能够通过客观规律对信息进行转化,以电信号形式加以输出。
传感器技术的迅速发展离不开人们对科学技术的深入研究。
通过对自动化系统的充分应用可以第一时间获取到正确的数据信息,进而使系统运行得到更加可靠的保障。
此外,因其在自动化系统运行当中占有重要地位,所以传感器技术的未来发展趋势十分乐观,并且传感器技术正在向高新自动化技术迈进,对传感器未来发展具有更重大的意义[2]。
2.传感器技术现状及其应用目前传感器技术的运用并不完善,仍存在诸多问题,需要我们进一步解决。
追根溯源是因为传感器技术水平较差。
首先,在工业领域快速发展的现状下,工业自动化水平在不断提升,但是当下,传感器设备还处在发展阶段,其性能并没有达到大范围使用,从而严重制约了传感器技术的发展。
测控与传感技术课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握测控与传感技术的基本原理,理解常见传感器的工作方式及其在工程中的应用。
2. 使学生了解测控系统的组成,掌握数据采集、处理和传输的基本方法。
3. 引导学生掌握至少两种传感器(如温度传感器、光电传感器)的接线方式和使用方法。
技能目标:1. 培养学生运用测控与传感技术解决实际问题的能力,能够设计简单的测控系统。
2. 提高学生的动手实践能力,学会使用传感器进行数据采集,并能够对数据进行简单的处理和分析。
3. 培养学生团队协作和沟通能力,能够在小组合作中发挥自己的作用,共同完成测控系统的设计。
情感态度价值观目标:1. 激发学生对测控与传感技术学科的兴趣,培养他们的学习热情和求知欲。
2. 引导学生关注测控技术在生活中的应用,认识到测控技术对社会发展的贡献,增强社会责任感。
3. 培养学生严谨的科学态度,使他们具备良好的实验习惯和实事求是的精神。
本课程针对初中年级学生的认知特点,注重理论与实践相结合,旨在提高学生的动手实践能力和创新能力。
通过课程学习,使学生能够将所学知识应用于实际问题的解决,培养他们的综合素质,为未来的学习和工作打下坚实基础。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面:1. 测控与传感技术基本原理- 介绍测控系统的概念、组成及其应用。
- 传感器的工作原理、分类及其性能参数。
- 教材第1章和第2章内容。
2. 常见传感器及其应用- 温度传感器:热敏电阻、热电偶等原理和使用方法。
- 光电传感器:光敏电阻、光敏二极管等原理和使用方法。
- 教材第3章和第4章内容。
3. 测控系统设计与实践- 数据采集、处理和传输的基本方法。
- 设计简单的测控系统,如温度监测、光照强度检测等。
- 教材第5章内容。
教学内容安排和进度:1. 第1周:测控系统基本原理学习。
2. 第2-3周:常见传感器原理及使用方法学习。
3. 第4-5周:测控系统设计与实践,包括数据采集、处理和传输。
传感器与测控技术随着现代科技的高速发展,传感器与测控技术也迎来了蓬勃的发展趋势。
尤其是在智能制造与物联网的背景下,这两个领域正逐步向更为广泛、成熟的应用场景发展。
接下来,本文将探讨传感器与测控技术在现代生产、智慧城市、医疗健康等多个领域的应用及其发展前景。
一、传感器在生产领域的应用在生产制造领域,传感器广泛应用于测量、控制、监测、检测等多个环节。
例如,生产车间中的各类机床、输送带、传动装置等设备,可通过传感器实时监测工作状态,进行精准的数据采集、记录与分析。
这些数据可以用于预测设备的维护保养、生产调度、故障排除等方面,从而优化生产效率,提高产品质量。
此外,传感器与测控技术也广泛应用于各类检测仪器中,如汽车检测设备、医疗仪器、机械测试设备等。
这些设备的检测效果直接关系到产品的质量和安全性能。
传感器可通过测量物理量的变化,如温度、压力、湿度等,实现快速、准确的检测和分析。
二、智慧城市建设中的传感器应用随着城市人口的增加,城市交通、环境、公共设施等问题也日益受到关注。
而传感器与测控技术,则为智慧城市的发展提供了一个可靠的支持。
例如,交通传感器可实现交通流量、车辆速度、道路状态等数据的实时监测,以及交通指挥系统的智能化调度。
环境传感器则可用于监测城市空气质量、噪声污染等环境问题,从而为城市管理部门提供科学依据。
此外,智慧城市的公共设施管理、水电气费计量、停车管理等方面,也需要传感器与测控技术的支持。
这些技术的应用,可大幅提高城市管理效率,实现资源的合理配置,从而为城市的可持续发展做出贡献。
三、传感器在医疗健康领域的应用医疗健康领域是传感器与测控技术的应用另一个重要场景。
无线传感器、体感传感器、血糖传感器等各类传感器的应用,不仅实现了对患者生命体征的实时监测,从而提高了医疗诊断的准确性;同时还实现了远程医疗、健康管理等新兴应用模式。
以远程医疗为例,患者可通过传感器、智能穿戴设备来实现身体健康数据的实时收集与传输,医生可对这些数据进行远程分析、诊断、判断。
传感器技术、通讯系统技术和计算机技术是现代电子信息技术的三大支柱,其中传感器技术是信息获取的前端,随着传感器技术应用领域的不断扩大和深入,社会对掌握该项技术的人才需求正在不断增加,同时要求其知识结构和实践能力也不断提高。
在传感器课程的教学效果在很大程度上取决于实验课的质量,为了使传感器实验教学达到较好的效果, 以便学生对电子测试系统的整体结构和工作流程有清楚的了解。
目前的传感器实验室建设,包含有传感器实验箱(传感器系统实验箱,传感器测控实验箱),或传感器实验仪(传感器系统实验仪,传感器检测实验仪,传感器测控实验仪),或传感器实验装置,或传感器检测装置等相关实验设备。
实验分为基础原理性实验、设计开放性实验、扩展应用性实验三个层次:基础原理性实验:传感器的设计结构采用透明化材质,便于学生对原理的认知,开设的基础原理性实验项目40余项,主要包含力、磁、电、温度、位移、振动等各项基础原理性实验。
设计开放性实验:实验箱含有温度源、转动源等提供标准的信号输入输出接口,结合实验箱配置的多功能数据采集卡,在完成典型教学实验的基础上,学生科自主开发设计性实验,同时为学生提供多项课程设计、毕业设计的理想实验模型。
扩展应用性实验:实验台同时扩展多项虚拟仪器实验、MATLAB自动控制仿真实验,不但兼顾了相关专业实验课程的开展,而且便于实施综合性和应用性实验的开展,大大提高了整个实验室设备的利用率,可开展多个综合性实验和研究课题。
一、主要技术参数1.信号源及采集卡部分1.1提供高稳定的±15V、±5V直流稳压电源,并具有过流、过压、声光报警自保护、自恢复功能,含有温度智能PID控制仪表,温度控制精度±0.5°,装有电压/频率/显示表。
1.2USB/RS485总线多路数据采集卡:8路模拟量输入、4路模拟量输出、8路开关量输入、4路继电器开关量输出(2路常闭、2路常开),可以完成各类传感器的数据采集及对温度、转速等对象的闭环控制功能。
第1章传感器与检测技术的 1.1 测量概论1.2 测量数据的估计和处理第1章传感与检测技术的 1.1 测量概论在科学技术高度发达的现代社会中人类已进入瞬息万变的信息时代。
人们在从事工业生产和科学实验等活动中主要依靠对信息资源的开发、获取、传输和处理。
传感器处于研究对象与测控系统的接口位置是感知、获取与检测信息的窗口一切科学实验和生产过程特别是自动检测和自动控制系统要获取的信息都要通过传感器将其转换为容易传输与处理的电信号。
在工程实践和科学实验中提出的检测任务是正确及时地掌握各种信息大多数情况下是要获取被测对象信息的大小即被测量的大小。
这样,信息采集的主要含义就是测量取得测量数据。
“测量系统”这一概念是传感技术发展到一定阶段的产物。
在工程中需要有传感器与多台仪表组合在一起才能完成信号的检测这样便形成了测量系统。
尤其是随着计算机技术及信息处理技术的发展测量系统所涉及的内容也不断得以充实。
为了更好地掌握传感器需要对测量的基本概念测量系统的特性测量误差及数据处理等方面的及工程方法进行学习和研究只有了解和掌握了这些基本才能更有效地完成检测任务。
一、测量测量是以确定量值为目的的一系列操作。
所以测量也就是将被测量与同种性质的标准量进行比较确定被测量对标准量的倍数。
它可由下式表示: x nu (1-1)x或n (1-2)u 式中:x——被测量值u——标准量即测量单位n——比值(纯数)含有测量误差。
由测量所获得的被测的量值叫测量结果。
测量结果可用一定的数值表示也可以用一条曲线或某种图形表示。
但无论其表现形式如何测量结果应包括两部分:比值和测量单位。
确切地讲测量结果还应包括误差部分。
被测量值和比值等都是测量过程的信息这些信息依托于物质才能在空间和时间上进行传递。
参数承载了信息而成为信号。
选择其中适当的参数作为测量信号例如热电偶温度传感器的工作参数是热电偶的电势差压流量传感器中的孔板工作参数是差压ΔP。
测量过程就是传感器从被测对象获取被测量的信息建立起测量信号经过变换、传输、处理从而获得被测量的量值。
浅析传感器在故障检测系统中的作用摘要:传感器作为测控系统重要环节,其工作状态直接影响到整个检测系统的稳定与否。
因此,提高传感器故障检测与诊断能力对于提高整个检测系统精度以及稳定性意义重大。
关键词:传感器;故障检测系统传感器是一个完整的测量装置,能把被测非电量转换为与之有确定对应关系的有用电量输出,以满足信息的传输处理、记录、显示和控制等多方面要求。
现代科技水平的发展,使传感与测试技术产生了革命性的变化正向智能化、集成化、微型化、量子化、网络化的方向发展。
1传感器结构分析根据我国国家标准(GB/T7665-2005),传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置,通常由敏感元器件和转换元件组成。
根据其定义,传感器应由敏感元件、转换元件及其他辅助部件组成。
2检测系统分析检测(detection)是利用各种物理、化学效应,选择合适的方法和装置,将生产、科研、生活等各方面的有关信息与检测的方法赋予定性或定量结果的过程。
检测系统的规模的大小及其复杂程度与被测量的多少、被测量的性质以及被测对象的特性有非常密切的关系。
涵盖各个功能模块的检测系统的结构框图如图1所示。
可知,传感器是检测系统的第一环节,其工作状态直接影响到整个检测系统的稳定与否,因此,提高传感器故障检测与诊断能力对于提高整个检测系统精度以及稳定性意义重大。
3传感器特性与指标3.1传感器静态特性传感器的静态特性是指它在稳态信号作用下的输出量与输入量之间所具有的相互关系。
衡量传感器静态特性的主要指标有:线性度、灵敏度、迟滞(回程误差)、重复性、漂移等。
这些静态特性所描述的传感器的输入、输出关系式中均不含时间变量。
①线性度。
线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度。
在实际工作中,为使仪表具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度(非线性误差)就是这个近似程度的一个性能指标。
第60卷第1-2期2021年1月Vol.60No.1-2Jan.2021中山大学学报(自然科学版)ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENI高精度温度传感、测量与控制技术综述*文明轩,李珏,王成,凌晨,辜凌云,丁延卫“天琴计划”教育部重点实验室,中山大学天琴中心&物理与天文学院,天琴前沿科学中心,国家航天局引力波研究中心,广东珠海519082摘要:空间引力波探测中,高精度温度传感、测量与控制作为探测卫星的关键技术之一,技术指标高,实现难度大。
本文主要针对高精度温度传感、测量与控制,介绍了传统铂电阻和NTC热敏电阻温度传感特性、新型光纤温度传感关键技术以及基于PID的温度控制算法,对温度传感、测量以及控制算法特性进行了分析归纳。
关键词:铂电阻;NTC热敏电阻;光纤光栅;温度传感;温度控制中图分类号:V57文献标志码:A文章编号:0529-6579(2021)01-0146-10Review of high precision temperature sensing,measurement and control technologyWEN Mingxuan,LI Jue,WANG Cheng,LING Chen,GU Lingyun,DING YanweiMOE Key Laboratory of TianQin Mission,TianQin Research Center for Gravitational Physics&School of Physics and Astronomy,Frontiers Science Center for TianQin,CNSA Research Center for Gravitational Waves,Sun Yat-sen University(Zhuhai Campus),Zhuhai519082,ChinaAbstract:In space gravitational wave detection,high precision temperature sensing,measurement and control are some of the key technologies for satellites,with high technical requirements and implementa⁃tion difficulty.This paper mainly focuses on high precision temperature sensing,measurement and con⁃trol,introducing the sensing characteristics of traditional platinum resistance and NTC thermistor temper⁃ature sensors,and new optical fiber temperature sensing and PID temperature control algorithms.The characteristics of temperature sensing,measurement and control algorithms are analyzed and summa⁃rized.Key words:platinum resistance;NTC thermistor;fiber Bragg grating;temperature sensing;temperature controlDOI:10.13471/ki.acta.snus.2020.11.11.2020B127*收稿日期:2020-11-11录用日期:2020-12-29网络首发日期:2021-01-08基金项目:广东省基础与应用基础研究重大项目(2019B030302001);国家自然科学基金(11973100)作者简介:文明轩(1996年),男;研究方向:低噪声温度测量;E-mail:wmx3@李珏(1996年),女;研究方向:光纤温度传感;E-mail:lijue6@(以上两位作者为共同第一作者)通信作者:丁延卫(1976年),男;研究方向:重力/引力卫星总体设计与机热一体化;E-mail:dingyw3@mail.sysu.第1-2期文明轩,等:高精度温度传感、测量与控制技术综述1引言温度作为基本的热力学性质之一,其影响广泛存在于各领域,对温度的传感、测量与控制具有重要意义。
基于光栅传感技术的测控系统设计随着科技的不断发展,光栅传感技术在测控系统设计中得到了广泛应用。
光栅传感技术是一种通过光学原理实现测量和控制的技术,它具有高精度、高分辨率、高灵敏度等优点,适用于各种测控系统的设计。
本文将介绍基于光栅传感技术的测控系统设计的相关内容,包括基本原理、技术特点、应用领域等,以期为相关领域的研究者和工程师提供参考。
一、光栅传感技术的基本原理光栅传感技术是一种利用光栅原理进行测量和控制的技术。
光栅是一种具有规律性周期结构的光学元件,可以将光线分解成不同颜色的成分,根据光栅的周期结构和入射光线的角度,可以实现对光信号的精确测量和分析。
二、基于光栅传感技术的测控系统设计基于光栅传感技术的测控系统设计通常包括光栅传感器、信号处理系统、控制系统等组成部分。
光栅传感器是测控系统的核心部件,它负责对测量对象的光信号进行解析和处理,将光信号转换成电信号,并传输到信号处理系统进行进一步处理。
信号处理系统是负责对传感器采集的信号进行放大、滤波、数字化等处理,得到准确的测量数据。
控制系统则根据测量数据进行实时控制,实现对测量对象的精确控制。
在基于光栅传感技术的测控系统设计中,关键问题是如何设计和制造高精度的光栅传感器。
光栅传感器的性能直接影响着测控系统的精度和稳定性,因此需要针对具体的应用需求,对光栅传感器进行定制设计和制造。
信号处理系统和控制系统的设计也是至关重要的,它们需要具有良好的实时性和稳定性,能够实现对测量数据的准确处理和实时控制。
三、基于光栅传感技术的测控系统设计的技术特点基于光栅传感技术的测控系统设计具有一系列的技术特点,主要包括高精度、高分辨率、高灵敏度等方面。
光栅传感技术具有高精度和高分辨率的优点,能够实现对测量对象的高精度测量和控制。
光栅传感技术具有高灵敏度,能够对微小的光信号进行准确的解析和处理,适用于各种微小尺度的测量和控制。
光栅传感技术还具有光学非接触性和抗干扰能力强的特点,能够适应各种复杂环境下的测量和控制需求。
测控专业传感器原理及应用测控专业是指测量与控制工程技术专业,主要研究各种物理量的测量方法和技术,以及对检测到的信息进行处理和控制。
而传感器则是测控系统中的重要组成部分,负责将被测量的物理量转换为电信号,以供后续的测量、控制和处理。
本文将介绍传感器的原理与应用。
一、传感器的原理传感器是将被测量的物理量转换为电信号的装置,其原理多种多样,常见的传感器原理包括电阻、电容、电感、压阻、热敏、光敏、声敏等。
1. 电阻传感器原理:利用物体的电阻随温度、光照、压力等物理量的变化而变化。
如电阻温度传感器利用材料的电阻随温度变化来测量温度。
2. 电容传感器原理:利用物体的电容随温度、湿度、压力等物理量的变化而变化。
如湿度传感器利用被测空气中的水分使电容发生变化来测量湿度。
3. 电感传感器原理:利用物体的电感随温度、位置、速度等物理量的变化而变化。
如接近开关利用金属物体接近时产生的电感变化来检测物体的存在。
4. 压阻传感器原理:利用物体的阻性随压力、应力等物理量的变化而变化。
如应变计利用材料在受力时电阻发生变化来测量应力。
5. 热敏传感器原理:利用物体的电阻、电容、电动势等随温度变化而变化。
如热敏电阻利用材料的电阻随温度变化来测量温度。
6. 光敏传感器原理:利用物体对光信号的敏感程度随光照强度、波长等物理量的变化而变化。
如光电二极管利用半导体材料对光照的响应来测量光照强度。
7. 声敏传感器原理:利用物体对声波的敏感程度随声波强度、频率等物理量的变化而变化。
如麦克风利用振动膜对声波的感应来转换声波信号。
以上只是传感器原理的一部分,不同类型的传感器适用于不同的应用场景,根据被测量的物理量选择适合的传感器非常重要。
二、传感器的应用传感器广泛应用于各个领域,如自动控制、机器人、环境监测、医疗设备、汽车工业、航天航空等。
以下列举几个常见的应用案例:1. 温度传感器:用于测量环境温度、物体温度,常见于空调、冰箱、温控设备等。
2. 湿度传感器:用于测量环境湿度,常见于气象仪器、气象控制装置、湿度调节装置等。