我们生活在传感器世界中。 您可以在我们的房屋,办公室,汽车等中找到各种各样的传感器。这些传感器通过检测不同的物理量,调节房间温度,检测烟雾或火灾,为我们提供美味的咖啡,打开车库门,打开灯光,从而使我们的生活更轻松更便利, 我们的车一开门就完成了其他许多任务。
由于有传感器,所有这些以及许多其他自动化任务都是可能的。 在详细介绍什么是传感器,什么是不同类型的传感器以及这些不同类型的传感器的应用之前,我们首先来看一个简单的自动化系统示例,由多种传感器和许多其他组件共同组成。
传感器的实时应用
我们在此讨论的示例是飞机上的自动驾驶系统。几乎所有民用和军用飞机都具有自动飞行控制系统即自动驾驶功能。
传感器类型
自动飞行控制系统由多个传感器组成,可完成各种任务,例如速度控制,高度,位置,门,障碍物,燃料,操纵等等。计算机从所有这些传感器中获取数据,并通过将其与预先设计的值进行比较,进一步对其控制修正等。
然后计算机将控制信号提供给不同零件,例如发动机,襟翼,方向舵等,以帮助平稳飞行。传感器,计算机和机械师的结合使以自动驾驶模式运行飞机成为可能。
在构建成功的自动化系统中,所有参数,即传感器(向计算机提供输入),计算机(系统的大脑)和力学(系统的输出,例如引擎和电动机)都同样重要。
但是在本教程中,我们将专注于系统的传感器部分,并研究与传感器相关的不同概念(例如类型,特征,分类等)。
什么是传感器?
关于什么是传感器有很多定义,但是我想将传感器定义为一种输入输出设备,输入即是特定的物理量,如光,力,重量,加速度,位置等等,输出即我们设备可以采集的信号,如电压信号,电流信号。
传感器的定义中的“输入设备”一词表示它是一个较大的系统的一部分,该系统为主控制系统(如处理器或微控制器)提供输入。
传感器的另一个独特定义如下:它是一种将物理信号从一个能量域转换为电域的设备。如果我们考虑一个例子,可以理解传感器的定义。
比如一个光敏电阻LDR,它也是一个简单的传感器,它的电阻会根据所承受的光照强度变化而变化。当落在LDR上的光非常强时,其电阻变得非常小,而当周围便黑暗时,LDR的电阻变得非常高。
我们可以将此LDR和另外一个电阻串联分压,并检查LDR两端的电压。把该电压与落在LDR上的光量进行校准,我们就可以得到一个光照强度和电压的比例关系。
现在我们已经了解了传感器是什么,我们将继续进行传感器的分类。
传感器分类
传感器的种类非常多,有些非常简单,有些非常复杂。传感器的以下分类可能已由本领域的专家使用,但这是传感器的非常简单的分类。
在传感器的第一分类中,它们分为主动和被动。
有源传感器是需要外部激励信号或功率信号的传感器。
另外一种无源传感器,就是不需要任何外部电源信号即可直接产生输出响应。
另一种分类是基于传感器中使用的检测手段。
一些检测手段是电,生物,化学,放射性等。
下一个分类基于转换现象,即输入和输出。常见的转换现象包括光电,热电,电化学,电磁,热光等。
传感器的最终分类是模拟和数字传感器。
模拟传感器产生模拟输出,即相对于被测量的连续输出信号。
与模拟传感器相比,数字传感器即输出各种开关量,数字通讯协议等。本质上,传感器都是模拟的,数字信号只是人为地在后端加入了数字处理,如开关量比较,数字信号传输等等