传感器专业系统(传感器专业系统设计)

海潮机械 2023-01-13 21:30 编辑:admin 244阅读

1. 传感器专业系统设计

力传感器(force sensor) 将力的量值转换为相关电信号的器件。力是引起物质运动变化的直接原因。力传感器能检测张力、拉力、压力、重量、扭矩、内应力和应变等力学量。具体的器件有金属应变片、压力传感器等,在动力设备、工程机械、各类工作母机和工业自动化系统中,成为不可缺少的核心部件。

力传感器组成

力传感器主要由三个部分组成:

1---力敏元件(即弹性体,常见的材料有铝合金,合金钢和不锈钢)。

2---转换元件(最为常见的是电阻应变片)。

3---电路部分(一般有漆包线,pcb板等)。

力传感器分类

力能够产生多种物理效应,可采用多种不同的原理和工艺,针对不同的需要设计制造力传感器。力传感器主要有:

(1)被测力使弹性体(如弹簧、梁、波纹管、膜片等)产生相应的位移,通过位移的测量获得力的信号。

(2)弹性构件和应变片共同构成传感器,应变片牢固粘贴在构件表面上。弹性构件受力时产生形变,使应变片电阻值变化(发生应变时,应变片几何形状和电阻率发生改变,导致电阻值变化),通过电阻测量获得力的信号。应变片可由金属箔制成,也可由半导体材料制成。

(3)利用压电效应测力。通过压电晶体把力直接转换为置于晶体两面电极上的电位差。

(4)力引起机械谐振系统固有频率变化,通过频率测量获取力的相关信息。

(5)通过电磁力与待测力的平衡,由平衡时相关电磁参数获得力的信息。

如何提高力传感器精度——补偿

温度将会使4个应变片的应变信号(电阻)在相同方向和程度变化。

因为两个正向应变和两个负向应变被列入等式,因此温度将不会产生输出信号。

剩下微小的残余误差可以通过连接到惠斯通电桥上特殊的镍金属来进行修正。

另外,应变片需要进行温度对灵敏度的补偿 (TCS)。等温度变化时,材料的 E 模量 将会降低,导致产生应变。另外,应变片的灵敏度依赖于温度。在高温状况下电阻的补偿将产生更大的压降。这将降低惠斯通电桥的输出信号。

在负载状态下,线性误差 也将产生变化。这可以通过对弹性体材料和结构的优化以及选择精确的测量点来完成。

图中列出了补偿方法的总结。除了以上描述的 TKzero 和 TCS,也可以通过调整对线性和灵敏度进行补偿。

力传感器在汽车安全性能试验中的应用

说起多轴测力传感器,知道的人并不多。不过,很多人都在电视里看到过汽车碰撞实验,通过碰撞模拟人传感器的输出信号来评判汽车的安全性能。可以这么说,没有了多轴测力传感器,碰撞模拟人仅能充当橱窗里的模特,而不能真正发挥作用。

汽车安全碰撞试验的模拟人身上会装有测力传感器。

汽车安全性能实验中的测力传感器

在汽车安全实验室里,通常汽车厂家会进行安全性能的实验,让模拟人坐在汽车里,有意地发生碰撞,之后检测模拟人各个部位的加速度、载荷和变形,从而评定出汽车的安全等级。

模拟人大多采用金属与塑料制作,不仅具有和真人一样的外形,还有复杂的脊柱、肋骨和合成肌肉。最重要的是,模拟人身体上遍布着各种各样的多轴测力传感器,为技术人员分析汽车在碰撞瞬间的各项技术数据。一般来说,多轴测力传感器就通过安装在汽车碰撞模拟人的颈部、手部、腿部等不同部位上。

颈部受一定程度的力就会断,大腿受猛烈撞击会骨折等。对测力传感器采集到的各种受力数据以及假人的‘伤情’进行分析,汽车厂家就能据此评定出安全性能等级。

带有测力传感器的机器人磨削系统

2. 传感器设计检测系统

iphone检查各传感器是否正常可进行校准

1、在手机的拨号界面输入*#9527*#

2、点击“应用和测试”

3、点击“距离感应校准”

4、点击“校准开始”

5、校准成功后屏幕中间会显示“校准良好”,说明校准成功,点击“成功”返回后“距离感应校准”会变成绿色

3. 传感器专业系统设计方案

电控喷射系统由传感器、执行器和处理器组成。其中传感器:曲位凸轮位置传感器、温度传感器、压力传感器、废气传感器、加速传感器等等;执行器有喷油器、点火器、怠速电机、燃油电机、EGR阀等等;处理器就是发动机电脑。发动机电脑接收各个传感器信号,经过数据处理后,发出指令让各执行器按照设计的程序工作。

4. 传感器专业系统设计工作

通常高温熔体压力传感器的损坏都是由于其安装位置不恰当而引起的,如果将传感器强行安装在过小的孔或形状不规则的孔中,就有可能造成传感器的震动膜受到冲击而损坏,选择合适的工具加工安装孔,有利于控制安装孔的尺寸,另外,合适的安装扭矩有利于形成良好的密封,但是如果安装扭矩过高就容易引起高温熔体压力传感器的滑脱,为防止这种现象发生,通常在传感器安装之前在其螺纹部分上涂抹防脱化合物。

1. 压力传感器正确安装方法:

(1) 通过适当的仪表, 在普通大气压和标准温度条件下,核实压力传感器的频率反应值。

(2) 核实压力传感器的编码与相应的频率反应信号的正确性。

2. 确定具体安装位置

为了确定压力传感器的编号和具体安装位置, 需按充气网的各个充气段来考虑。

(1) 压力传感器必须沿着线缆进行安装, 最好安装在线缆接头处。

(2) 每条线缆装设压力传感器不少于4个, 靠近电话局的两个压力传感器, 相距不应大干200m。

(3) 每条线缆的始端和末端分别安装1个。

(4) 每条线缆的分支点应装1个, 如果两个分支点相距较近(小于100 m),可只装1个。

(5) 线缆敷设方式(架空、地下)改变处应装1个

(6) 对无分支的线缆, 因垒线的线缆程式一致, 压力传感器的安装隔距不大干500m, 并使其总数不少于4个。

(7) 为了便于确定压力传感器故障点, 除在起点安装压力传感器外,距起点150~200m处,还要另外安装1个当然在设计中, 一定要考虑经济与技术的因素, 在不需要安装压力传感器的地方,则应不必安装。

检查尺寸

如果安装孔的尺寸不合适,高温熔体压力传感器在安装过程中,其螺纹部分就很容易受到磨损,这不仅会影响设备的密封性能,而且使传感器不能充分发挥作用,甚至还可能产生安全隐患。只有合适的安装孔才能够避免螺纹的磨损(螺纹工业标准1/2-20UNF2B),通常可以采用安装孔测量仪对安装孔进行检测,以做出适当的调整。

5. 传感器软件设计

传感器的设计要点

1、一般所测得的物理量是非常小的,通常还带有作为传感器物理转换元件固有的转换噪声。比如传感器在1被放大倍率下的信号强度为0.1~1uV,此时的背景噪声信号也有这么大的水平,甚至于将其湮灭。如何将有用信号尽量取出并且压低噪声是传感器设计的首要解决的问题。

2、传感器电路一定要简单精炼。设想具有3级放大电路的,带有2级有源滤波器的放大回路,放大了信号的同时也将噪声放大了,如果噪声不是明显偏离有用信号频谱,则无论怎样滤波两者同时放大,结果信噪比没有提高。因此传感器电路一定要精炼简约。能省1只电阻或电容就一定要将它去掉。这一点是许多设计传感器的工程师们容易忽略的问题。已知的情况是,传感器电路随着噪声的问题困扰,电路越修改越复杂,成为怪圈。

3、功耗问题。传感器通常在后续电路的前端,有可能需要较长的引线连接。当传感器功耗较大时引线的连接将会所有的无谓噪声以及电源噪声引入使得后续电路愈发难以设计。在够用的情况小如何降低功耗也是一个不小的考验。

4、元器件的选用和电源回路。元器件的选用一定要够用为好,只要器件指标在需要的范围之内就可以了,余下的就是电路设计问题。电源是传感器电路设计过程一定要遇到的难题,不要追求无法达到的电源指标,而选择一款带有较好的共模抑制比的运放,采用差分放大电路设计可能最普通的开关电源以及器件就能满足你的要求。

传感器五大设计技巧

1、先从总线工具开始

第一步,工程师应当采取首次介接到传感器时,是透过一个总线工具的方式以限制未知。一个总线工具连接一台个人计算机(PC),然后到传感器的I2C、 SPI或其他可让传感器可以“说话”的协议。与总线工具相关的PC应用程序,提供了一个已知与工作来源用以发送和接收数据,且不是未知、未经认证的嵌入式微控制器(MCU)驱动程序。在总线工具的工作环境下,开发人员可以传送和接收讯息以得到该部分如何运作的理解,在试图于嵌入式等级操作之前。

2、在Python编写传输接口码

一旦开发者已尝试使用总线工具的传感器,下一步就是为传感器编写应用程序代码。并非直接跳到微控制器的代码,而是在Python编写应用程序代码。许多总线 工具在编写脚本(writing scripts)配置了插件(plug-in)和范例码,Python通常是随着。NET中可用的语言之一。在Python编写应用程序是快速且容易的, 其并提供一个方法已在应用程序中测试传感器,这个方式并未如同在嵌入式环境测试的复杂。拥有高层级的代码,将使非嵌入式工程师易于挖掘传感器的脚本及测 试,而不需要一个嵌入式软件工程师的照看。

3、以Micro Python测试传感器

在Python写下第一段应用程序代码的其中一个优势是,透过调用Micro Python,应用程序调用到总线工具应用程序编程接口(API)可易于进行更换。Micro Python运作在实时嵌入式软件内,其中有许多传感器可供工程师来了解其价值,Micro Python运作在一个Cortex-M4处理器,且其是一个很好的环境,以从中为应用程序代码除错。不仅是简单的,这里也不需要去写I2C 或SPI驱动程序,因为它们已被涵盖在Micro Python的函式库中。

4、利用传感器供货商代码

任 何可以从传感器制造商“搜括”到的范例码,工程师需要走一段很长的路才能了解传感器如何工作的原理。不幸的是,许多传感器供货商并非嵌入式软件设计的专家,因此不要期待可以发现一个可投入生产的漂亮架构和优雅的例子。就使用供货商代码,学习这部分如何运作,之后重构的挫折感将出现,直到它可以被干净利索地整合到嵌入式软件。它可能如“意大利面条般(spaghetti)”开始,但利用制造商对其传感器如何运作的理解,在产品推出之前,将有助于减少许多得 被毁掉的周末时间。

5、使用一个传感器融合函式库

机会是,传感器的传输接口并不是太新,且先前没有人这么做过。已知的所有函式库,如由许多芯片制造商提供的“传感器融合函式库”,以协助开发人员快速掌握、 甚至更好,更可避免他们陷入重新开发或大幅修改产品架构的轮回。许多传感器可以被整合至一般类型或类别,而这些类型或类别将使驱动程序顺利被开发,若处理得当,几乎是普遍或是少可重复使用。寻找这些传感器融合函式库,并学习它们的优点和短处。

感测器被整合至嵌入式系统时,有许多方式可以帮助提高设计时程和易用性。开发者在开始设计时,透过一个高层次抽象概念,以及在把传感器整合进一个较低等级的 系统之前,学习传感器如何运作,就绝对不会“走错路”。今天存在的众多资源将可协助开发人员“旗开得胜”,而无须从头开始。

6. 传感器控制系统设计

电控模块传感器可用来检测机油、液压系统、汽油以及空调制冷剂的压力,如制动器的液压控制系统、怠速下的空调机压缩器和动力转向泵、燃油控制系统、悬架控制系统以及自动变速器中的液压换挡系统。这些系统的压力变化在2~20MPa,而传感器可耐压38MPa.这种传感器使用一种树脂胶而不是通常使用的金属和玻璃来封装,以形成足够大的油分子通道,实现了外型和元件间封尺寸的优化设计。包括压力感应元件和放大电路在内的所有元件都集中在一块芯片上。