传感器灵敏度自动测量系统
摘要：换能器从名字上来说就是完成能量转换的器件，而水声换能器则指完成声与电之间转换的器件，水声换能器是声纳的重要总称部分，分为发射换能器和接收换能器，接收换能器常称水听器，是声纳的水下部分，一个换能器的优劣直接影响声纳性能，现在换能器主流是压电陶瓷换能器。该论文主要讲述了一套基于用信号源、发射换能器、压电陶瓷传感器、示波器、GPIB总线和PC个人计算机组成的自动测量系统,信号源产生标准正弦信号声波，该声波在均匀声腔水介质中传播并作为压力源,标准传感器和被测传感器同时接收波动声压,用示波器测出两传感器的输出电压,并将输出电压通过GPIB总线传输到个人计算机上，通过一系列计算推算出被测传感器的灵敏度。实验测试了不同频率下水听器灵敏度及不确定度的分析。
关键词：换能器；灵敏度；不确定度
1.概论
1.1 概述
地球表面积的71%是海洋，海洋里蕴藏着丰富的生物和矿物质资源，是人类今后生存和发展的第二个空间。当今各国都在努力加强海军建设和大范围地开发海洋事业。声纳这一水下探测设备成了开发海洋的重要帮手，更是海军和民用航海事业不可缺少的组成部分。
人们比喻声纳设备是舰船的水下耳目，换能器及其基阵则可谓之耳目的鼓膜和瞳孔了。由于电磁波在水下传播衰减极快，探测距离甚微，因此发现和测量水下目标，目前仍主要采用声纳。
声纳设备的功能，就是收听水下有用信号并把它转变为电信号以供视听；或者自身产生一个电信号再转变为声信号在水介质中传播打到目标反射回来接收之，再转变为电信号供收听或观察，由此可以判断水下目标的方位和距离。在这个水下电声信号的转换过程中的关键设备就是水声换能器或是换能器阵。
目前，水声换能器已经普遍地应用到工业、农业、国防、交通和医疗等许多领域。其中包括以下几种：
（1）在测深方面的应用：为保证航行安全，无论是军舰或是民船都要安装测深声纳；专门的航道检测船只都配备精度高、功能齐全的测深仪。根据测深深度的不同，测深换能器的频率和功率也相差甚远。以频率范围在10kHz~200kHz的较多，功率从数瓦到数十千瓦不等，其中，高频小功率用于内河或浅海，低频大功率用于远洋、大深度。对这类换能器的要求是波束稳定、主波束锐。
（2）在定位和测距方面的应用：测量航船对地的航行速度，大多采用多普勒声纳，利用四个性能相同的换能器分别排列与龙骨相垂直的左右舷方向上。一般工作频率在100kHz~500kHz。
（3）在海洋考察和海底地层勘探方面的应用：海底地质调查主要采用低频大孔径声纳。拖曳式声纳是当今装在活动载体上最大尺寸的声学基阵，作用距离也最远。水中成像方面，通常采用高频旁视声纳，在船底左右舷对称地沿龙骨平行方向装两个直线基阵，各自向海底发射扇形指向性声束，然后接收来自海底的反射波，由于海底凹凸不平反射波强度有别，在显示图像上就会出现亮度不同的图像，因为工作频率较高，声信号衰减较快，作用距离不远，现在试验的频率范围为数十千赫到500千赫。
1.2 开展水声换能器测试方法研究的意义
在水声技术研究和应用中需要用到声压、声强和声功率等基础的水中声学量，水声量值的准确与否至关重要，不仅关系到水声科学研究的准确性，而且也关系到水声技术装备性能优劣和质量高低的检定和评价，开展水声换能器测试方
法研究工作就是为了再现水声基本量，确保水声量值的准确一致。
计量具有传递特性的，它是以传递量值为目的的测量。而测试通常是无传递特性的，它是以确定某种产品技术指标和性能或定量描述某物理现象为目的的测量，该论文就是主要测试水声换能器接收器的灵敏度。
1.3 水声换能器测试方法现状
水声换能器测试方法的典型代表是比较法，由于此法所用仪量仪表少、测量步骤少、测量程序简单，因而产生误差的来源要少一些，所以在水声测量中，此法应用的比较广泛，当此法只采用一个标准换能器进行比较时，其校准精度要比参考标准的原校准精度要低一些，并且在实践中，还可检查出所用的标准换能器是否失效，在此校准中，通常采用标准水听器作比较，而尽量不用标注发射器作比较。
1.4 本文的主要研究内容
本文主要针对水声换能器的二级校准方法及比较校准法，通过由信号源、示波器、功率放大器、水声换能器及PC组成的自动测量系统实现对水声接收器的灵敏度及其不确定度的测量分析。
2.水声换能器测量的原理和方法
2.1 水声换能器的主要参数
水声换能器的主要性能指标有；水中工作频率、工作频率范围、频带宽度、发射声源级（声功率）及发射响应、指向性、接收灵敏度及接收灵敏度响应、发射效率、品质因素、阻抗、最大工作深度、尺寸和重量等。其中：
(1). 工作频率
水声换能器的工作频率或工作频率范围通常是由声纳设备的工作频率确定的。换能器的阻抗、指向性、灵敏度、发射功率、尺寸等都是频率的函数。一般说来，对发射换能器要计算它在谐振频率上或在谐振频率附近有限频带内的性能指标，在这个频率及其附近有最大的发射效率。对于宽带接收换能器（压电换能器）谐振频率应远高于接收频带的上限，以保证宽带内有平坦的接收响应且要计算它在谐振频率及其以下频段内的接收响应。大型低频声纳换能器的频率在数十赫到数千赫，而小型目标探测声纳换能器在数十千赫到数百千赫。
(2). 指向性
不管是换能器还是换能器阵，它们的发射响应或接收响应会随着相对于它们的方向改变而变化。这就是换能器具有指向性，发射换能器发射的声波如同探照灯射出的光束一样。由于换能器具有指向性就可以把声能聚集到某个方位发射，使能量更加集中。采用许多换能器组成尺寸更大的基阵，在相同的频率上指向性更加尖锐，能量更加集中，发射的距离更远，在接收状态下信噪比更大，作用距离也越远。
(3) 阻抗（或导纳）特性
换能器在谐振频率附近可以看成一个简单串并联的等效电路。电路中的每一个电阻、电容或电感表示该换能器固有特性，这就是换能器阻抗（或导纳）特性。掌握了换能器的阻抗特性才能使它与发射机的末级回路或接收机的输入电路相匹配。换能器的阻抗（或导纳）是一个复数，它是频率的函数，一般可表示成：Z(w)=R(w)+jX(w) （单位：欧姆）。
在机械共振时动态无功抗趋于零，静态容抗可用匹配电感调谐此时可以把它看成一个纯阻。压电换能器电阻抗一般在数十欧姆到数千欧姆的范围内。
(4). 发射功率
发射换能器的功能是将电子发射机的电功率转变为机械振动的机械功率，再把机械功率转变为声功率发射出去。发射声功率是指换能器在单位时间内向介质中辐射能量多少的物理量，功率的单位用瓦表示。换能器的发射功率受额定电压（或电流）、动态机械强度、温度及介质特性等因素的制约。
(5) 发射响应
能够全面反映发射换能器性能指标的是发射响应，主要有发射电压响应和发射电流响应。发射电压响应S V的定义是指发射换能器在指定方向上离其有效声中心d0米距离上产生的自由场表观声压P f与加到换能器输入端的电压U的比值：S V=P f d0/U。发射电压响应通常用分贝表示。
发射电流响应是指发射换能器在指定方向上离其有效声中心d0米距离上产生的自由场表观声压P f与加到换能器输入端的电流I的比值：S I=P f d0/I 。发射电压响应通常用分贝表示。
(6). 接收灵敏度
换能器的自由场电压灵敏度指的是接收换能器在入射声波的作用下，输出端的开路电压U(w)与自由场中（假设接收换能器不存在时）它的声中心所在点的声压P f(w)的比值M(w)。对于接收换能器而言，需要在很宽的频率范围内接收入射声信号，而压电换能器通常是在低于谐振频率的宽频带范围内工作。
(7)接收灵敏度的起伏
宽带接收换能器要求在使用的频范围内有比较平坦的接收响应。通常规定在工作频段内接收电压灵敏度起伏量为±1.5dB。
2.2 程控接口
2.2.1 IEEE488接口（GPIB接口）
GPIB接口于1965年首先由美国HP公司设计推出。开始主要用于该公司自己生产地仪器与计算机之间地连接，被命名为HP-IB。由于该接口当时地高传输速率（1MB/S），很快在测量领域流行起来，最后被吸纳为IEEE标准488-1975，并进一步被接纳为ANSI/IEEE标准488.1-1987，GPIB则是比HP-IB、IEEE488
更为流行地叫法。今天，GPIB测试技术有了长足地发展，ANSI/IEEE488.2-1987标准更严格地定义了控制器与仪器之间地通信方式；在GPIB总线规范基础上发展起来的VXI总线测试系统更是代表了仪器测试技术发展的潮流。GPIB接口的问世使得自动化测试中仪器得互连有了统一得标准，推动了仪器制造业的技术发展，在以后的20年间，各种带标准接口的测试仪器如雨后春笋般涌现出来，使检测人员能够轻而易举的组成各种功能强大的自动化测试系统。
用GPIB接口总线构成的系统总线上可连接不同传输速率的仪器设备多达14台，在程控仪器仪表与计算机联网系统中起着一个重要的桥梁作用。用GPIB接口与总线构成的系统包括总线、接口和设备。GPIB总线是系统级的总线，该总线上连接的程控仪器设备都包含两部分功能，一种是仪器本身的设备功能，一种是实现GPIB接口与总线规约的接口功能。
2.2.2 接口功能
在接口系统中，为了进行有效地信息传递，一般要包括三种基本地接口功能要求，即讲者、听者和控者。控者是对系统进行控制的设备，能管理GPIB上的通信，使系统按适当的命令正确运行。它能发出接口消息，如各种命令、地址，也能接收仪器发来的请求和信息。讲者使发出装置消息的设备，即能输出数据。在一个系统中可以有一个或多个讲者，但在任一时刻只能有一个讲者工作。听者使接收讲者所发出的装置消息的设备，从GPIB接收数据。在一个系统中可以有
几个听者，且可以有一个以上的听者同时工作。在一个GPIB系统中至少应该具有一个讲者功能和一个听者功能，以便传递信息，在自动测试系统中还应具备控者功能。一台仪器可具有上述一、二或三个功能。
接口消息是指用于管理接口系统的消息，它只能在接口功能及总线之间传递，并为接口功能所利用和处理，而绝不允许传递到装置功能部分去，装置消息在装置功能间传输，并由装置功能所利用和处理，它不改变接口功能的状态。2.2.3 VISA控制技术
VISA是一种用于仪器程控的标准I/O应用程序接口（API），VISA本身不提供仪器程控能力，它是一种调用低级驱动程序的高级应用编程接口。NI-VISA的层次结构如图2所示:VISA可以根据所用仪器的类型调用适当的驱动程序，以实现对VXI、GPIB或串口仪器的控制。
应用VISA的理由：
VISA是标准。VISA是整个仪器工业做仪器驱动程序的标准API。可以利用一个API来控制一系列不同类型的仪器，如VXI、GPIB和串口。
接口无关性。VISA利用同样的操作来与各仪器进行联系，而不必考虑接口的类型。例如为实现向一个消息基仪器写一个ASCII字符串而采用的命令都是统一各，而不管这个仪器是串口、GPIG或是VXI。因此，VISA提供了接口无关性。这使得在各个总线接口间得切换变得更加容易，同时这也意味者使用者只需学习一个API即可实现仪器针对不同接口的编程。
平台无关性。VISA被设计为利用VISA函数调用实现的程序，可以很容易地从一个平台转到另一个平台。为保证平台无关性，VISA严格定义了自己地数据类型。这便保证了诸如一个整型变量的大小是几个字节这样的问题，不会影响一个VISA程序从一个平台成功转移到另一个平台。VISA的函数调用及相关参数在不同平台上都是相同的。软件可以被转移到其他平台并重新编辑。一个LabWindows/CVI的程序可以被转移到任何支持LabWindows/CVI的平台上。
与未来相适应。VISA的另外一个优点是它面向对象的API，会很容易地与未来将出现的新仪器接口相适应，从而保证了会比较容易地将一个应用程序移植到一个新的接口。
2.2.4 ActiveX
ActiveX是一种软件组件，它可以插入到许多不同的程序中，并被当作程序的一部分来使用。ActiveX技术建立在微软的COM（组件对象模型）技术上，并使用COM接口和交互模型使其完全无缝地集成。COM技术规定了构建ActiveX对象的方式和设计ActiveX接口的方式。ActiveX中最关键的技术之一是自动工作，而不需要程序员在使用ActiveX时对其内部进行修改。
ActiveX自动化是一种能将单个应用程序和其他应用程序结合在一起的方法。也就是说，服务器端应用程序就是一个服务提供者，客户端应用程序访问服务器内部并设置服务器应用程序的属性。微软的OFFICE就是ActiveX自动化服务器，任何一个客户端应用程序都能与之链接并要求自动化服务器打印.doc文件等服务。
VB允许程序员应用ActiveX服务器的接口以远程控制开发环境。VB还能够用来开发ActiveX客户应用程序与ActiveX服务器连接。每个ActiveX对象都具有属性、方法和事件三个要素。
2.3 水声换能器测量原理
在实施测量时，水声器必须放置离发射器声场的远区中，为了测量精度，要
求标准水听器与发射器的远场球面波的波面相割的弧形面足够小，以至于可以为此弧面上的波跟平面波相差无几。如果待校水听器的尺寸与标准水听器的尺寸大很多，比如待测水声器为直径大于1米的水听器基阵，而标准水听器通常多是小于10厘米的小球或小柱，这样两者的远场条件所要求的测量距离相差很大，这种情况下，需待测水声器与标准水声器先后置于两个不同的距离上进行比较，现在图1中，两水听器处于两个不同的距离，这两者的远场条件所要求的测量距离也相差较远，也需待测水声器与标准水声器先后置于两个不同的距离上进行比较，由于他们都处在同一发射器的远场中，按球面波的波面扩展规律，则有公式：
112
22D P P V =M (式1)
在式1中，M2为被测传感器灵敏度，V1、V2分别为标准传感器与被测传感器的输出电压，P1、P2分别为标准传感器与被测传感器的压强，M1为标准传感器的灵敏度。
在实施测量之前，还应做好如下一些准备工作。首先应对所用的三个换能器的表
图1 水声换能器测量系统
面进行清洗，特别是换能器的工作表面应清洗干净并涂上浸润剂，以保证换能器放入水中，能不生气泡并与水介质间有良好的声耦合。
以上准备工作和检验工作全部完成后，便可按所需校准频率范围逐一频率实施测量，即在每个频率上分别测出V1和V2。为了减少测量时的偶然误差，在每个频率上应进行多次测量。当没有高精度的电压表提供测量使用时，国标GB3223-82《水声换能器自由场校准方法》中还推荐使用标准衰减器的方法。
2.4 小结
本节首先介绍了换能器的主要参数的有关概念，然后再简单介绍了仪器程控的有关知识和测量计算的原理。下面的章节将论述各种测量分系统的方法原理和系统的建立。
PC
个人计算机
示波器 标准 被测
信号发生器 功率放大器
发射 GPIB
水
3. 水声换能器灵敏度自动化测量系统
所谓自动测试，就是对研究对象的整个测试过程，包括数据采样 、分析和数据处理计算，以及测试结果的显示输出都是在计算机统一控制下完成的。而实现某种测试任务的自动测试设备的总体就称为自动测试系统，简称ATS 。这里完成成测试工作的一切操作，都是在计算机控制下完成的。人的作用仅限于编制必要的测试程序或做一些必要的动作，如开机、插被测件等等，极为简单。
3.1水声换能器灵敏度自动化测量的硬件构成
水声换能器灵敏度自动化测量的硬件系统的框图如图2所示。
IEEE488
图2 水声换能器灵敏度自动化测量的硬件系统的框图
3.1.1 信号源
我们这次论文采用的信号源是3390型50MHz 任意波形/函数发生器，该发生器在市场同类产品中具有最高的波形分辨率和最佳的性价比。3390是一款功能灵活、简洁易用的可编程信号发生器，具有先进的函数、脉冲和任意波形生成能力。3390兼具出色的信号集成能力、快速的上升和下降时间、极低的噪声以及大容量波形存储器等特征于一体，能够提供高品质的输出信号。3390波形存储器容量相比其他同类波形发生器提高了四倍，能够支持高分辨率的波形。
3390具有很多实用的功能，包括：
? 最高50MHz 的正弦波频率；
? 支持25MHz 脉冲频率，最小10ns 的脉宽；
? 具有256k 点、14位分辨率的任意波形发生器；
? 内建函数发生器，支持正弦波、方波、三角波、噪声、直流等波形； ? 支持具有快速上升/下降时间的精确脉冲与方波；
? 内建10MHz 外部时基，支持多单元同步；
? 内建AM 、FM 、PM 、FSK 、PWM 等调试方式；
? 支持频率扫描与猝发功能；
? 支持LXI Class C 兼容以太网，TMC 兼容USB ，标准GPIB 接口；
? 数字码型输出端口和控制功能。
3390型50MHz 任意波形/函数发生器在同类波形发生器中具有最快的重复频率——至少比同类产品快2倍。除了具有较高的正弦波频率之外，速度提升后信号源 功率放大器
发射传感器 标准传感器
被测传感器
示波器 计算机
的3390还具有多种应用优势，例如具有更高的方波、三角波、斜波和任意波形重复频率，具有更快的脉冲和点到点任意波形跳变上升时间，具有更高的调制频率，具有更逼真的噪声仿真能力。相比其他同类产品，3390的存储容量提高了四倍，达到了256000点，而类似的波形发生器存储容量只有8000点或者64000点。更多的点数将会得到更平滑的波形，或者在同样分辨率下波形长度可以提高四倍。
3390在一套设备中实现了六种不同的主要功能，包括函数生成、脉冲生成、波形生成、码型生成、噪声生成和调制，大大节省了宝贵的机架空间，用户无需再购买单独的仪器。3390提供了10MHz的标准外部基准时钟，使用户能够轻松实现多台3390或者其他设备的同步，大大简化了设备到设备的同步。
3390提供了多种内置的标准波形，也允许用户创建并保存他们自定义的波形。3390还为用户提供了吉时利的KiWAVE软件，它是一个波形创建工具，能够创建自定义的任意波形并管理波形存储器。用户通过KiW AVE能够查看真实设备中的波形，并编辑波形。
3.1.2功率放大器
高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范围。实际运用时，该比值使用dB来表示两信号的电平差，高保真放大器的动态范围应大于90 dB。
信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系，将攻放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数称为信噪比的大小。
我们使用的是5 W输出RQA0002的高频功率MOSFET，用于电源信号的传输功率放大。
RQA0002的主要特性如下：
(1) 在低电压下实现高效率
RQA0002，可以提供5 W输出下的业界最高效率水平，功率附加效率是68% (7.5 V工作电压和520 MHz频率下)。与瑞萨科技先前的12 V下工作的放大器相比，功率附加效率增加了大约4%，同时降低了电压，并实现了高达9 W的输出功率。
(2) 小型、薄型、无引线、无铅封装
WSON0504-2的尺寸为5.0 mm × 4.0 mm 、厚度为0.8 mm (最大值) ，它的 (瑞萨科技的封装代码) 的安装面积比瑞萨科技目前的RP8P (瑞萨科技的封装代
码) 封装约减小了31%，厚度小了大约46% 。RQA0002通过使用这种封装，成为了业界最小、最薄的5 W输出高频功率MOSFET。
3.1.3水声换能器
水声换能器是发射和接收水下声信号的装置。也称声纳换能器。应用最广泛的是电声转换的水声换能器，即把电信号转换为水中声信号的水声发射器和把水中声信号转换为电信号的声波接收器(即水听器)。
我们这次使用的是压电陶瓷超声波传感器，它的价格便宜，容易实现实务部分的操作。
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。
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。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。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23-25KHZ及40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示发送，R表示接收，40表示频率为40KHZ，16及12表示其外径尺寸，以毫米计）。
超声波在水中传播时，如果遇到其它媒介，则因两种媒介的声阻抗不同而产生反射。另外，超声波传感器信息处理简单快速，环境适应性强，价格便宜，因此适于在水声换能器灵敏度自动化测量系统中应用。
当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。
超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便，防水型，发射夹角较小，灵敏度高，方便与工业显示仪表连接，也提供发射夹角较大的探头。
压电陶瓷超声波传感器体积小，灵敏度高、性能可靠、价格低廉，是遥控、遥测、报警等电子装置最理想的电子器件。
技术参数：
灵敏度：≥—70dB/V/ubar
谐振频率：40KHZ±1KHZ（UCM—T40K1·发射用）
38KHZ±1KHZ（UCM—R40K1·接收用）
频带宽：2KHZ±0.5KHZ
外形尺寸：∮16mm×22.5mm
超声波传感器使用环境：
温度：—20℃~+60℃相对湿度：20±5℃时达98%
随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，
以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。无庸置疑，未来的超声波传感器将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。随着传感器的技术进步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。在新的世纪里，面貌一新的传感器将发挥更大的作用。
3.1.4示波器
示波器用来测量交流电或脉冲电流波的形状的仪器，由电子管放大器、扫描振荡器、阴极射线管等组成。除观测电流的波形外，还可以测定频率、电压强度等。凡可以变为电效应的周期性物理过程都可以用示波器进行观测。
我们用的是数字示波器，这是因为随着电子技术的发展，数字示波器凭借数字技术和软件大大扩展了工作能力，早期产品的取样率低、存在较大死区时间、屏幕刷新率低等不足得到较大改善，以前难以观察的调制信号、通讯眼图、视频信号等复合信号越来越容易观察。数字示波器可以对数据进行运算和分析，特别适合于捕获复杂动态信号中产生的全部细节和异常现象，因而在科学研究、工业生产中得到了广泛的应用。
3.1.5GPIB
GPIB标准接口总线作为一个国际标准，他具体规定了接口在机械、电气和功能三方面的有关要求和标准，保证了系统仪器相互连接的兼容性。GPIB把实现自动测试的控制所必须具有的逻辑功能概括为十种接口功能，不同的装置可按需选择，同时还为制造厂和用户提供了一套设计与GPIB接口总线相兼容的仪器接口的状态图，用状态图来表达每一种接口功能的各个状态之间的逻辑关系，比较形象直观，可以保证每一种接口功能的正确实现。
GPIB、VXI、PXI是自动测试系统标准总线，GPIB以性能稳定、操作方便、价格低廉赢得用户的认可。这里选用了GPIB作为测试系统的总线。
GPIB接口为82357B，使用它的原因是：
?结构紧凑分量轻，便于携带，制成尺寸比普通型还小，它已变得更轻，从而提高了机动性。
?数据保存在软盘上，设定数据和测量数据都可以保存在软盘上。测量数据经由所连接的512KB SRAM矛以保存，以进可靠性。利用附件的数据转换软件可将数据变到Excel或Lotusl-2-3软件界面。
?友好的PC届面
丰富的PC软件使以PC机为基础的数据采集环境得以灵活地配置。
?通用的输人
各通道互相隔离的输人区域采用一个信号校正器功能件，它会普遍地检测电压，热电阻，触点等各种不同的输人信号。
?输人点的数目：1个或20个通道（可选择）
?输人类型：DC电压，热电偶和热电阻
?通信模式：经由GPIB，RS-232或以太网接口
?检测周期：2至60秒
?记录周期：最短2秒
?记录功能：10色打点记录,有效记当宽度150毫米
?显示：VFD显象5×7点57阵，三数字显示
?存储器：3.5时软盘驱动器动器
3.1.6计算机
采用PC个人计算机，配备相应的软件完成测量系统的控制与数据的处理。
PC仪器的组成如图3
指导老师: 班级： 姓名： 学号：
目录 1系统方案...................................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1 测温模块的论证与选择................................................................. 错误！未定义书签。 1.2 电源电路切换模块的论证与选择................................................. 错误！未定义书签。 1.3 控制系统的论证与选择................................................................. 错误！未定义书签。 1.4 显示模块的论证与选择................................................................. 错误！未定义书签。 1.5键盘模块.......................................................................................... 错误！未定义书签。2系统理论分析与计算.................................................................................. 错误！未定义书签。3电路与程序设计.......................................................................................... 错误！未定义书签。 3.1电路的设计...................................................................................... 错误！未定义书签。 3.1.1系统总体框图...................................................................... 错误！未定义书签。 3.1.2 电源转换电路子系统的设计............................................. 错误！未定义书签。 3.1.3 STC89C52单片机子系统的设计........................................ 错误！未定义书签。 3.1.4电源的设计.......................................................................... 错误！未定义书签。 3.1.5温度采集电路子系统电路的设计...................................... 错误！未定义书签。 3.1.6键盘模块.............................................................................. 错误！未定义书签。 3.2程序的设计...................................................................................... 错误！未定义书签。 3.2.1程序功能描述...................................................................... 错误！未定义书签。 3.2.2程序流程图.......................................................................... 错误！未定义书签。4测试方案与测试结果.................................................................................. 错误！未定义书签。 4.1测试方案.......................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2 测试条件与仪器............................................................................. 错误！未定义书签。 4.3 测试结果及结论............................................................................. 错误！未定义书签。
课程设计说明书 学生姓名:学号： 学院: 班级: 题目: 传感器测量系统设计 高 指导教师：高敏职称: 副教授 年 12 月 26 日
摘要 在工程实践中,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，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 关键词：电动机，单片机，传感器，晶振电路，流程图
目录 1 概述 (3) 1.1本课题设计的目的和意义 (3) 1.2数字式转速测量系统的发展背景 (3) 2 单片机 (4) 2.1 单片机AT89C51介绍 (4) 3 系统方案提出和论证（传感器的选择） (7) 3.1 方案一霍尔传感器测量方案 (7) 3.2 方案二光电传感器 (8) 4 转速测量系统的原理 (9) 4.1 转速测量方法 (9) 4.2 转速测量原理 (9) 5 系统硬件设计 (11) 5.1 转速信号采集 (11) 5.2 转速信号处理电路设计 (13) 5.3 最小系统的设计 (14) 5.3.1 复位电路（图4.8） (14) 5.3.2 晶振电路 (16) 5.3.3 最小系统的仿真 (17) 总结 (18) 参考文献 (19)
1 概述 1.1 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,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,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。 1.2 数字式转速测量系统的发展背景 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．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，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。
摘要 汽车车速传感器设计是一种智能限速装置，利用速度传感器将转变成的电压信号输送给ECU（Electronic Control Unit）,来控制速度，速度达到规定值时切断电路达到限速的目的。本文介绍了限速装置的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和测试方法。系统采用硬件建软件对测量过程及测量结果进行处理。与传统的限速装置相比，此限速器具有结构简单、新颖、易于实现的特点。实验证明在整个调速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，同时也提高了限速装置的整体性能。 关键词 数据采集控制装置磁电式传感器
目录 摘要................................... 错误！未定义书签。前言................................................... III 1传感器的工作原理.. (1) 1.1汽车车速传感器的工作原理 (1) 1.2汽车磁电式车速传感器 (1) 1.3控制装置的工作原理 (2) 2车辆限速装置的设计 (4) 2.1控制装置系统的设计 (4) 2.2数据采集系统的设计 (5) 2.3系统总体设计 (6) 3车辆限速装置的性能测试 (8) 3.1性能指标 (8) 3.2测试方法与结果 (8) 3.3干扰问题 (9) 4汽车车速传感器装置的应用 (9) 5汽车车速传感器装置的发展趋势 (10) 结论.................................................... I 参考文献 (1)
前言 随着电子技术的发展，汽车电子化程度不断提高，通常的机械系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的问题，而被电子控制系统代替。传感器的作用就是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车的技术性能的发挥。 近年来，汽车保有量迅速增加，车辆安全性已成为人们最关心的问题。为了保障人民生命财产安全，政府部门制定了相关的道路交通安全法规，为了满足安全法规和消费者对车辆安全性的要求，厂商采取了多方面措施来改善车辆的安全性能，其中电子技术起了很大的作用。随着现代电子技术的发展，车辆电子化的程度越来越高，车辆传感器成为汽车电子控制系统的重要组成部件，也是车辆电子技术领域研究的核心技术之一。车辆内传感器的工作环境十分恶劣，因此对传感器的要求也十分严格。这些传感器必须要经受40℃～150℃的温度变化，而且要求精度高、可靠性好、反应快、抗干扰和抗振动能力强，才能准确地实时检测车辆运行的有关状态，速度传感器是列车安全行驶的重要设备，它能否稳定工作，将直接影响到车辆的正常运行。 作为现代信息技术三大支柱之一的传感器技术,已成为21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点。在现代汽车电子控制中，传感器广泛用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中，传感器的使用数量和技术水平决定了现代车辆控制系统的性能，为汽车性能的改善提供了有力保障。传感器是汽车电子控制系统的信息源，是促进汽车高档化、电子化、自动化的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。普通汽车上大约装有10-20只传感器，高级豪华轿车则更多。传感器能及时识别外界和系统本身的变化，对温度、压力、位置、转速、体积流量等信息进行实时、准确的测量，并将信息传递给电脑进行处理，从而实现汽车各系统的电子控制。现代社会对车辆性能的要求越来越高，促使汽车传感器技术不断发展，今后汽车传感器的发展趋势是实现微型化、智能化和多功能化，开发新材料、新工艺和新型传感器。
机械工程综合实 践 实验报告 课程名称机械工程综合实践 专业精密工程 指导教师彭小强 小组成员刘强14033006 谌贵阳 吴志明 实验日期2012.4.2—2011.6.25 国防科学技术大学机电工程与自动化学院
目录 1激光干涉仪 1.1激光干涉仪介绍 1.2激光干涉仪原理 2 激光干涉仪测量机床的直线度 2.1实验器材以及平台的搭建 2.2激光干涉仪的调试 2.3直线度的测量 3 激光干涉仪测量机床的重复定位精度3.1实验器材以及平台的搭建 3.2激光干涉仪的调试 3.3重复定位精度的测量 4 实验分析与总结
目录 一、实验目的与任务 (2) 二、实验内容与要求 (2) 三、实验条件与设备 (2) 四．实验原理 (3) 1.定位精度测量 (3) 2.直线度测量 (4) 五、实验步骤 (5) 1.设定激光测量系统 (5) 2.调整激光光束，使之与机器运动轴准直。 (5) 3.数据记录与数据处理 (6) 六、实验过程和结果 (8) 1.X轴定位精度 (8) 2.X轴直线度 (9) 3.误差分析 (11) 七、实验总结与体会 (14) 1.实验总结 (14) 2.实验心得体会 (14) 3.对课程的一些建议 (14)
综合实践3 伺服系统运动精度建模与评价 一、实验目的与任务 通过对三轴机床的X轴进行定位误差实验，使学生掌握一般机构空间运动精度的测量与分析评价方法。主要内容包括了解双频激光干涉仪测量位移的基本原理，掌握利用双频激光干涉仪测量机床进给轴的定位误差的方法，深刻理解轴运动的精度的概念。在对机床进给轴运动定位误差测量的基础上，分析机床的运动误差。 二、实验内容与要求 （1）直线轴运动误差测量。利用双频激光干涉仪建立直线轴定位精度、直线度、姿态误差的测量系统，并对机床典型三维进给机构各轴的运动误差进行测量，分析测量结果的不确定度； （2）垂直度测量。任选进给机构两轴，利用双频激光干涉仪建立两轴垂直度的测量系统，并对垂直度进行测量，并对测量结果进行评价； （3）典型三维进给机构的精度建模。在分析多轴进给机构拓扑结构的基础上，用多体系统理论和变分法建立多轴进给机构运动空间各点的运动误差传递模型； （4）典型三维进给机构的精度分析与评价。在测量得到的进给机构轴运动误差的基础上，利用所建立的精度模型，对机构的典型运动轨迹如直线、圆弧、平面等的运动误差进行分析，并对分析结果的不确定度进行评价。 三、实验条件与设备 双频激光干涉仪，含直线度、定位精度测量组件。具体如图1所示。 （图1 定位精度测量组件直线度测量组件）
. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
摘要：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。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
Abstract: The rotate speed is one of the important parameters for the engine, and it is also the important factor that calculates other parameters. The rotate speed measurement system for the common engine is designed with the single chip STC89C51. The signal of the rotate speed is sampled by the Hall sensor, and it is transformed into square wave which will be sent to single chip computer. The result of the experiment shows that the measurement system is able to satisfy the requirement of the engine rotate speed measurement. Key words:rotate speed measurement, Hall sensor, signal processing, data processing
西安文理学院物理与机械电子工程学院课程设计任务书
目录 摘要 (3) 1 引言 (3) 1.1课题背景 (3) 1.2研究内容和意义 (5) 2 芯片介绍 (5) 2.1 DS18B20概述 (5) 2.1.1 DS18B20封装形式及引脚功能 (6) 2.1.2 DS18B20内部结构 (6) 2.1.3 DS18B20供电方式 (9) 2.1.4 DS18B20的测温原理 (10) 2.1.5 DS18B20的ROM命令 (11) 2.2 AT89C52概述 (13) 2.2.1单片机AT89C52介绍 (13) 2.2.2功能特性概述 (13) 3 系统硬件设计 (13) 3.1 单片机最小系统的设计 (13) 3.2 温度采集电路的设计 (14) 3.3 LED显示报警电路的设计 (15) 4 系统软件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.1 流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 4.2 温度报警器程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 4.3 总电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 5总结 (20)
摘要 随着时代的进步和发展，温度的测试已经影响到我们的生活、工作、科研、各个领域，已经成为了一种非常重要的事情，因此设计一个温度测试的系统势在必行。 本文主要介绍了一个基于AT89C52单片机的数字温度报警器系统。详细描述了利用数字温度传感器DS18B20开发测温系统的过程，重点对传感器在单片机下的硬件连接，软件编程以及各模块系统流程进行了详尽分析，对各部分的电路也一一进行了介绍，该系统可以方便的实现温度的采集和报警，并可以根据需要任意上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当做温度处理模块潜入其他系统中，作为其他主系统的辅助扩展。DS18B20与AT89C52结合实现最简温度报警系统，该系统结构简单，抗干扰能力强，适合于恶劣环境下进行现场温度测量，有广泛的应用前景。 关键词：单片机；温度检测；AT89C52;DS18B20; 1 引言 1.1课题背景 温度是工业对象中主要的被控参数之一，如冶金、机械、食品、化工各类工业生产中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的温度处理要求严格控制。随着科学技术的发展，要求温度测量的范围向深度和广度发展，以满足工业生产和科学技术的要求。 基于AT89C51单片机提高了系统的可移植性、扩展性，利于现代测控、自动化、电气技术等专业实训要求。以单片机为核心设计的温度报警器，具有安全可靠、操作简单方便、智能控制等优点。 温度对于工业生产如此重要，由此推进了温度传感器的发展。温度传感器主要经过了三个发展阶段[1]： （1）模拟集成温度传感器。该传感器是采用硅半导体集成工艺制成，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。此种传感器具有功能单一(仅测量温度)、
课题名称：传感器测量系统的设计指导教师：秦建中 班级：自动化1301 姓名：刘洒 学号： 2013001575 日期：2016年1月20日
《模拟电子技术》课程设计报告 传感器测量系统的设计 摘要 传感器检测系统这一概念是传感技术发展到一定阶段的产物。检测系统是传感器与测量仪表、变换装置等的有机组合。在工程实际中，需要有传感器与多台测量仪表有机地组合起来，构成一个整体，才能完成信号的检测，这样便形成了检测系统。随着计算机技术及信息处理技术的不断发展，检测系统所涉及的内容也不断得以充实。在现代化的生产过程中，过程参数的检测都是自动进行的，即检测任务是由检测系统自动完成的，因此研究和掌握检测系统的构成及原理十分必要。本次论文需要设计一个放大器系统，当电阻值变化±1%时，放大电路能够产生±10V的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为10V，偏差为-1%时输出为-10V，误差不超过±5%。 关键词：放大器，传感器，检测 The design about sensor measuring system Abstract Sensor system, the concept is sensing technology has developed to a certain stage of the product. Detection system is the sensor and the measuring instrument, the organic combination of the conversion device. In practical engineering, sensor and measurement instrument of organic combination, constitute a whole, to complete signal detection, thus forming the detection system. With the development of computer technology and information processing technology, detection system involves content also continues to enrich. In modern production process, the process parameters of detection is done automatically, the detection task is done automatically detected by the system. Therefore, the study and master the detection The constitute and principle of the system is very necessary. This paper needs to design an amplifier system, when the resistance value change + 1%, amplifying circuit to generate the output voltage of the + 10V. Requirement deviation is 0 when the output is 0, the deviation is 1% output of 10V, the deviation is 1% output to - 10V, the error is more than + 5%. Key words: amplifier, sensor, detection
边坡监测传感器系统的硬件设计 尧春燕余清华林兴立 （暨南大学土木工程系广州510632） 摘要：本文从系统组成、工作原理及硬件设计三个方面详细介绍本创新成果——边坡监测传感器系统。 无线传感器网络WSN是随着微电子技术、计算机技术和无线通信技术的进步而兴起的一项新技术，它由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集、和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。本课题将无线传感器网络应用于边坡稳定的长期监测，可以实现一天二十四小时自动监测，从而实时获取精确的监测数据，具有自动化、智能化程度高和效率高等特点。 1、边坡监测传感器系统组成 本边坡监测传感器系统基于无线传感器网络,其主要由硬件部分和软件部分组成，硬件部分包括监测区域内的节点模块、基站模块（中继）、GPRS模块和监测中心计算机；软件部分包括单片 机控制程序和监测中心计算机中的应用程序。系统中每一部分都是模块化的，具有结构紧凑、易于维护等优点。 传感器系统组成简图
2、系统的工作原理 本监测系统主要有数据采集、数据传输、数据转换并加入数据库、数据处理五项功能。数据采集由监测区域内各节点完成，监测区域内的节点组成数据采集网络，单个节点可以是加速度传感器、土压力传感器、孔隙水压力传感器、温度传感器等及其组合，用于测量该节点各层土体中的土压力、土体位移、孔隙水压力、土体温度等数据，并将数据通过传感器内置的单片机进行初步处理，再通过埋设的电缆把数据传递给埋设在表层的无线发射装置。各节点的无线发射装置将数据汇集到监测区域的基站中，数据采集过程完成。数据传输过程则由基站将数据通过GPRS发射装置发送到无线GSM网络，经由国际互联网，传递到数据接收终端（这里采用个人计算机）。终端接收到数据后，数据采集装换软件将数据纳入数据库。数据库处理软件便可以通过长期监测建立起来的数据库调用数据，列出供人查询，更进一步，软件可以根据数据绘制出边坡位移、压力、温度等曲线，直观的将边坡的变化呈现出来，通过设定位移等参数的阀值，并设置数据自动更新，可以动态地监测边坡的变化并在数据达到阀值时发出报警。 3、传感器系统硬件设计： 3、1、传感器模块（原理参照中期成果） 加速度传感器、电阻应变式土压力传感器以及温度传感器。由于本系统主要用来监测边坡位移，因此节点设计的重点放在加速度传感器上。 本设计采用MMA7260Q高集成度三轴加速度传感器。MMA7260Q是一种低成本单芯片三轴向高灵敏度加速度传感器，基于表面微机械结构，集成信号调理电路、单极点低通滤波器和温度补偿部分，并且具有4种不同的灵敏度选择模式。滤波器截止频率已在出厂前设定，不需要外部调整。同时它包含一种睡眠模式，使其成为小型电池供电便携式设备的理想之选。MMA7260Q能在XYZ三个轴向上以极高的灵敏度读取低重力水平的坠落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆，它是同类产品中的第一个单芯片三轴向加速器。主要具有以下特点：①XYZ：在一个设备中提供三轴向检测灵敏度。②可选灵敏度：1．5、2、4和6 g。③低功耗：500uA 。 ④睡眠模式：3uA ，是电池供电的手持电子产品的理想之选。⑤低压运行：2．2—3．6 V。⑥快速启动：lms。⑦低噪音：达到更高的分辨率、更高的精确度。 ⑧封装：16引脚6 mm×6 mm×1．45 mm方体扁平封装(QFN)。
模拟电子技术课程实验报告 专业班级： 学号： 姓名： 指导教师：
基本摘要及要求： 设计一个放大器系统，当传感器电阻值变化±1%时，放大电 路能够产生±6的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为6V，偏差为-1%时输出为-6V，误差不超过±2%。 一、电路结构及原理说明： 该电路由四部分组成：基准电压源电路、测量电桥电路、放大电路。 电路框图如下所示： 基准电压源测量电桥放大电路 1．基准电压源：为测量电桥提供一定精度要求的7.0V基准电压，采用5.6V稳压管与同相比例运算电路结合实现。 2．测量电桥电路：当电桥的所有阻值都相同时，输出电压为零。当有一电阻发生变化时将会有电压输出。此电路可以等效为传感器测量电路，测取的温度变化量并将其转化成电压变化。 3.放大电路： 放大电路用于将测温桥输出的微小电压变化（ΔV）放大，使其满足性能要求。放大电路采用两个同相电压跟随器（作为输入缓冲器）与两级放大器组成，其中第一级放大器为差动放大器，第二级放大器为可以方便调节的反相比例运算电路。 二、测量电路和参数计算
1、基准电源电路 基准源输出电压为V+=7V ，稳压管电压为5.6V ，取稳压管的稳定电流为1~1.2mA 。 根据基准源电路有 Vz RJ RJ Vo )1 2 1(1+ = 25.16 .50 .7)121(1==+=RJ RJ Vz Vo 得到： 25.01 2 =RJ RJ 选RJ2=10k Ω，可得RJ1=40k Ω。 由于 JF JF F R R Vz Vo I 6 .50.7-=-= R11 R21 R22 R31 R32 R41 R42 vo vi1 vi2 . . . VS RJ1 RJ2 RJ3 RJ4 RJF DJ1 Vz V+ . . . . R1 R3 R4 R2(1+δ|) Vo . . . . . . . .
温度传感器是指能感受温度并能转换成可用输出信号的传感器。温度是和人类生活环境有着密切关系的一个物理量，是工业过程三大参量（流量、压力、温度）之一，也是国际单位制（SI）中七个基本物理量之一。温度测量是一个经典而又古老的话题，很久以来，这方面己有多种测温元件和传感器得到普及，但是直到今天，为了适应各工业部门、科学研究、医疗、家用电器等方面的广泛要求，仍在不断研发新型测温元件和传感器、新的测温方法、新的测温材料、新的市场应用。要准确地测量温度也非易事，如测温元件选择不当、测量方法不宜，均不能得到满意结果。 据有关部门统计，2009年我国传感器的销售额为327亿元人民币，其中温度传感器占整个传感器市场的14％，主要应用于通信电子产品、家用电器、楼宇自动化、医疗设备、仪器仪表、汽车电子等领域。 温度传感器的特点 作为一个理想的温度传感器，应该具备以下要求：测量围广、精度高、可靠性好、时漂小、重量轻、响应快、价格低、能批量生产等。但同时满足上述条件的温度传感器是不存在的，应根据应用现场灵活使用各种温度传感器。这是因为不同的温度传感器具有不同的特点。 ● 不同的温度传感器测量围和特点是不同的。 几种重要类型的温度传感器的温度测量围和特点，如表1所示。 ● 测温的准确度与测量方法有关。 根据温度传感器的使用方法，通常分为接触测量和非接触测量两类，两种测量方法的特点如 ● 不同的测温元件应采用不同的测量电路。 通常采用的测量电路有三种。“电阻式测温元件测量电路”，该测量电路要考虑消除非线性误差和热电阻导线对测量准确度的影响。“电势型测温元件测量电路”，该电路需考虑线性化和冷端补偿，信号处理电路较热电阻的复杂。“电流型测温元件测量电路”，半导体集成温度传感器是最典型的电流型温度测量元件，当电源电压变化、外接导线变化时，该电路输出电流基本不受影响，非常适合远距离测温。 温度测量的最新进展 ● 研制适应各种工业应用的测温元件和温度传感器。 铂薄膜温度传感器膜厚1μm，可置于极小的测量空间，作温度场分布测量，响应时间不超过1ms，偶丝最小直径25μm，热偶体积小于1×10-4mm3，质量小于1μg。 多色比色温度传感器能实时求出被测物体发射率的近似值，提高辐射测温的精
基于单片机的智能温度传感器的毕业设计 1.1设计目的 我国是一个农业大国，粮食是一个国家生存的根本，为了防备战争、灾害及各种突发事件的发生，粮食的安全储藏具有重要的意义。目前，我国各地区的各种大型粮库都还存在着程度不同的粮食储存变质问题，而影响粮食储藏的主要参数又是温度。根据国家粮食保护法规定，必须定期抽样检查粮库各点的粮食温度，以便及时采取相应的措施，防止粮食的变质。过去粮食温度的检测是靠人工手测进行，不但测试速度慢、测试精度低，而且人员劳动强度非常大。随着计算机和信息技术的发展，计算机测量系统越来越多的场合得到了广泛应用。传统的人工查看粮温的方法，已逐步被电子检温设备所取代，小的储粮设备一般采用小型测温仪检测粮温，大中型储粮设备已逐步配备微机测温系统。前一种方式多数采用由拨动手动开关逐点查看粮温的方法，有些也采用自动巡检方式并配备小型打印机记录粮温数据。后一种方式则可在微机机房监测粮温情况，并能利用微机对粮温数据进行分析对比。保证粮库中储藏粮食的安全，一个十分重要的条件就是要求粮食储藏温度保持在18℃~20℃之间。对于出现不正常升温或降温，要求能够迅速的测量并且报警使工作人员可以马上采取措施降温或升温。本设计采用的DS18B20是美国DALLAS公司生产的智能温度传感器。可以通过程序设定9~12位的分辨率，测量温度围为-55℃~+125℃，在-10℃~+85℃围精度为士0.5℃，DS18B20支持“一线总线”接口，用一根线对信号进行双向传输，具有接口简单容易
扩展等优点，适用于单主机、多从机构成的系统。DS18B20测量的现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，提高了系统的抗干扰性，适合各种恶劣环境的现场温度测量。DS18B20支持3V~ 5.5V的电压围。分辨率、报警温度可设定存储在DS18B20的E2PROM中，掉电后依然保存。 1.2 设计容 （1）一线总线制单片机中的应用。 （2）点阵式液晶显示器的使用。 （3）高级语言对单片机编程技术。 1.3 设计要求 （1）检测8个温度点数。 （2）精度要求正负0.5摄氏度 （3）体积在200*100毫米。 （4）数据传输约一公里左右。 （5）采用LCD显示。 1.4 关于一线总线DS18B20的简介 DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的
汽车传感器通用测试系统 传感器测试系统的特点： 1．模块化设计，同一套测试系统可以通过更换模块的方式完成多种类型的汽车传感器测试； 2．模块和母台采用快插式电气连接，软件自动识别插入模块，模块更换无技术难度，操作简便； 3．系统集成了打标功能，减少了操作动作和操作时间（可以选择热印和激光两种形式） 4．测试、打标合计时间小于10S，测试速度能够满足生产线生产要求； 5．核心部件采用NI（美国国家仪器公司）硬件，测试精度高、重复性好，GR&R测试指标良好； 6．具有作业记录、样件校验测试和防错机制等，便于生产质量管理； 7．完善的本地化售后服务网络，服务方便、快捷。 汽车传感器简介
汽车传感器是汽车电子控制系统的信息源和关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前，一辆普通轿车大约安装了几十只到上百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量多达二百余只。 ·发动机控制系统传感器包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。 ·底盘控制传感器是用于变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、制动防抱死系统等底盘控制系统中的传感器。 --自动变速器系统传感器； --制动防抱死系统用传感器； -- 悬架系统用传感器； --动力转向系统用传感器； ·车身控制用传感器主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。主要包括以下几种：-- 用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器等； --用于安全气囊系统中的加速度传感器； --用于门锁控制的车速传感器； --用于亮度自动控制的光传感器等。 随着GPS/GIS（全球定位系统和地理信息系统）导航系统在汽车上的应用，导航用传感器得到了迅速的发展。导航系统用传感器主要包括：确定汽车行驶方向的罗盘传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。 汽车中传感器的日渐增加，使对汽车传感器的高效率、高精度测试成为了汽车测试界面临的挑战。以下介绍的泛华测控汽车传感器通用测试系统为汽车传感器测试提供了一种全新的测试理念和方法，并已成功应用在现实中。 系统概述 泛华测控汽车传感器测试系统采用美国国家仪器（NI）公司的虚拟仪器技术,即基于软件LabWindows/CVI或LabVIEW开发平台，测试硬件由基于PXI总线标准的机箱和相应模块及其它配件等组成。 本汽车传感器通用测试系统主要用于传感器生产线终检工位。系统采用台式结构，适于生产线上操作人 员站立操作。 本测试系统采用可更换测试模块方式，同一套工作台可以测试曲轴、凸轮轴、轮速等传感器。更换相应的测试模块即可测试不同的传感器。在各个测试模块上安装有气缸、旋转电
传感器与检测技术试卷及答案 （（（（试卷一试卷一试卷一试卷一）））） 第一部分选择题（共24 分） 一、单项选择题（本大题共12小题，每小题2 分，共24分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项 是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均无分。1．下列被测物理量适合于使用红外传感器进行测量的是（） A．压力B．力矩C．温度D．厚度 2．属于传感器动态特性指标的是（） A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率 3．按照工作原理分类，固体图象式传感器属于（） A．光电式传感器B．电容式传感器 C．压电式传感器D．磁电式传感器 4．测量范围大的电容式位移传感器的类型为（） A．变极板面积型B．变极距型 C．变介质型D．容栅型 5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（）A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联 C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 6．影响压电式加速度传感器低频响应能力的是（） A．电缆的安装与固定方式B．电缆的长度 C．前置放大器的输出阻抗D．前置放大器的输入阻抗 7．固体半导体摄像元件CCD 是一种（） A．PN结光电二极管电路B．PNP 型晶体管集成电路 C．MOS型晶体管开关集成电路D．NPN型晶体管集成电路 8．将电阻R 和电容C 串联后再并联到继电器或电源开关两端所构成的RC吸收电路，其作用是 （） A．抑制共模噪声B．抑制差模噪声 C．克服串扰D．消除电火花干扰 9．在采用限定最大偏差法进行数字滤波时，若限定偏差△Y≤0.01，本次采样值为0.315，上次 采样值为0.301，则本次采样值Yn应选为（） A．0.301 B．0.303 C．0.308 D．0.315 10．若模/数转换器输出二进制数的位数为10，最大输入信号为2.5V，则该转换器能分辨出的最 小输入电压信号为（） A．1.22mV B．2.44mV C．3.66mV D．4.88mV 11．周期信号的自相关函数必为（） A．周期偶函数B．非周期偶函数 C．周期奇函数D．非周期奇函数 12．已知函数x(t)的傅里叶变换为X（f），则函数y(t)=2x(3t)的傅里叶变换为（）
汽车仪表用传感器测量系统设计 汽车仪表是人和汽车的交互界面，为驾驶员提供所需的汽车运行参数、故障、里程等信息，是每一辆汽车必不可少的部件。随着汽车工业与电子工业的不断结合发展，电子控制技术在现代汽车的仪表系统中得到了广泛的应用。车用传感器是汽车电子设备中的重要组成部分，主要用于测量和控制系统，其性能好坏直接影响汽车是否正常工作。在自动测量过程或控制系统中，首先由传感器感受被测量，而后将其转换成电信号，供显示仪表指示或用以控制执行机构。如果传感器不能灵敏地感受被测量，或者不能把感受到的被测量精确地转换成电信号，则其他仪表和装置的精确度再高也无意义。 一、系统分析与论证 系统要求分别连接滑线变阻器左右两端接线头，从而要求系统分别显示测得的阻值，然后在将测得的两个阻值相减，得到的差值即为系统所要求的最后结果（结果精确到0.5‰）。如果差值的绝对值小于0.3€%R，我们说系统合格，否则不合格。根据系统要求，此系统首先通过A/D转换系统的A/D转换器作为模拟量的采集和输入，然后将数据送入51系列的单片机中进行数据的存储、处理，并通过单片机控制的LED显示系统送入LED显示管显示。 （一）A/D转换系统 A/D转换系统所需用为A/D转换器，它的作用就是把模拟量转换成数字量，以便于计算机进行处理。A/D转换器的主要技术指标：转换时间和转换速率，分辨率和转换精度。同时为了适应系统集成的需要，有些转换器还将多种转换开关、时钟电路、基准电压源、二/十进制译码器和转换电路集成在一个芯片内，为用户提供了很多方便。我们可以根据A/D转换器位数、A/D转换器转换速率、是否要加采样保持器、基准电压等4个方面来选择一个适合于各自系统的A/D转换器。
温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。在实际使用上通常会和一些仪表配套使用，但也会出现很多故障现象。下面就让艾驰商城小编对温度传感器常见故障的处理方法来一一为大家做介绍吧。 第一，被测介质温度升高或者降低时变送器输出没有变化，这种情况大多是温度传感器密封的问题，可能是由于温度传感器没有密封好或者是在焊接的时候不小心将传感器焊了个小洞，这种情况一般需要更换传感器外壳才能解决。 第二，输出信号不稳定，这种原因是温度源本事的原因，温度源本事就是一个不稳定的温度，如果是仪表显示不稳定，那就是仪表的抗干扰能力不强的原因。 第三，变送器输出误差大，这种情况原因就比较多，可能是选用的温度传感器的电阻丝不对导致量程错误，也有可以能是传感器出厂的时候没有标定好。 温度传感器出现故障的情况很少见，只要出厂的时候进行仔细的检测，这些情况都是可以避免的，所以温度传感器在出厂的时候一地要进行检验，客户也可找传感器厂家索要出厂检测报告进行参考。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/3c7422175.html,/