数字传感器
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目录
- 1传感器的定义
- 2数字传感器结构分类
- 3传感器的类别介绍
- 4结构类型
- 5及其优势优势
- 6特点
1传感器的定义
传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
2数字传感器结构分类
[1]数字传感器按结构可分成三种类型：
1.式角度数字编码器
德国hbm数字【广州兰瑟电子】一级供应商这种传感器的结构示意图如图一所示，其角度分辨率决定于数字编码器（码盘）的位数。目前有14位的产品，如再增加码道和细分电路可制成19位和23位的。
2．周期计数式数字传感器
它的结构示意图如图二所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其分辨率即为0.01mm；对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如前例，在100倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是0.1洀。此种结构属于增量式结构，结构的特点（位移方向的要求）决定它不但备有辨向电路，而且周期计数器还具有可逆性质。
3．频率式数字传感器
其结构示意图如图三所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用在石英谐振器上的石英晶体谐振式数字传感器和作用在谐振器中储能元件上的带有晶体谐振器的调频式数字传感器。按采用敏感元件的形式，又可分为简单的图四a)和差动的图四b)两种。
从上述三种类型数字传感器的结构图可以看出，它们都具有抗干扰能力强以及数字量输出的特点。如考虑到对电源电压的波动，环境温度波动和非线性等因素的补偿（图中没有画出），则精度还可提高。如果采用单片微型计算机去进行信息处理，诸如补偿、频倍（细分）和数字转换等硬件线路可软件化，不仅使线路简化，还可使分辨率，测量精度和工作可靠性进一步调高。
3传感器的类别介绍
传感器为电子信息类科技产品，是现代各精密仪器所必备的一个成分，传感器又分有：温度传感器，湿度传感器，压力传感器，磁场传感器，液位传感器，超声波传感器，转速传感器，加速度传感器，光电传感器，电流、电压传感器，电容传感器，角度传感器等等...可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。
根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ：
传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。
常见传感器的应用领域和工作原理列于下表。
1.按照其用途，传感器可分类为：
压力敏和力敏传感器 ?位置传感器
液面传感器 ?能耗传感器
速度传感器 加速度传感器 ?
射线辐射传感器 热敏传感器
2.按照其原理，传感器可分类为：
振动传感器? 湿敏传感器
磁敏传感器? 气敏传感器
真空度传感器? 生物传感器等。?
以其输出信号为标准可将传感器分为：
模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。?
数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。?
膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。?
开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
?
在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：
(1)按照其所用材料的类别分?
金属? 聚合物? 陶瓷? 混合物?
(2)按材料的物理性质分? ? 导体? 绝缘体? 半导体? 磁性材料?
(3)按材料的晶体结构分?
单晶? 多晶? 非晶材料?
与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向：?
(1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。?
(2)探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。?
(3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。?
现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。表1.2中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。?
按照其制造工艺，可以将传感器区分为：
集成传感器?薄膜传感器?厚膜传感器?陶瓷传感器
集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。?
薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。?
厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。
陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。?
完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。?
每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。
4结构类型
1.式角度数字编码器
这种传感器的结构示意图如图一所示，其角度分辨率决定于数字编码器（码盘）的位数。目前有14位的产品，如再增加码道和细分电路可制成19位和23位的。
2．周期计数式数字传感器
它的结构示意图如图二所示。此种结构的位移分辨率对低精度的周期计数式数字传感器而言，仅由周期信号发生器的性质决定。例如，光栅当长1mm有100条刻线时，其分辨率即为0.01mm；对高精度的周期计数式数字传感器而言，还要考虑到电子细分数。如前例，在100倍电子细分数下，此光栅的分辨率就是0.1μm。此种结构属于增量式结构，结构的特点（位移方向的要求）决定它不但备有辨向电路，而且周期计数器还具有可逆性质。
3．频率式数字传感器
其结构示意图如图三所示。按振荡器的形式，可将此种数字传感器分成带有晶体谐振器的和不带晶体谐振器的两种。前者，按被测量的作甩点，又分作用在石英谐振器上的石英晶体谐振式数字传感器和作用在谐振器中储能元件上的带有晶体谐振器的调频式数字传感器。按采用敏感元件的形式，又可分为简单的图四a)和差动的图四b)两种。
从上述三种类型数字传感器的结构图可以看出，它们都具有抗干扰能力强以及数字量输出的特点。如考虑到对电源电压的波动，环境温度波动和非线性等因素的补偿（图中没有画出），则精度还可提高。如果采用单片微型计算机去进行信息处理，诸如补偿、频倍（细分）和数字转换等硬件线路可软件化，不仅使线路简化，还可使分辨率，测量精度和工作可靠性进一步调高。 [2]
5及其优势优势
而数字传感器，顾名思义，就是在原来的传感器的基础上，添加上数字电路，而后将以上各类型的传感器的输出以数字形式表示出来的一种高自动化，高保真性的一种传感器。其优点在于，除了拥有传统传感器的优良性能外，还融合了数字电路相对于模拟电路的各方面优势，操作方便，读数简便，输出稳定，抗干扰能力强，是传感器的一种改进，是很实用的一种现代电子器件。
6特点
1、先进的A/D转换技术和智能滤波算法，在满量程的情况下仍可保证输出码的稳定。
2、可行的数据存储技术，保证模块参数不会丢失。
3、良好的电磁兼容性能。
4、传感器的性能参数采用数字化误差补偿技术和高度集成化电子元件，用软件实现传感器的线性、零点、额定输出温漂、蠕变等性能参数的综合补偿，消除了人为因素对补偿的影响，大大提高了传感器综合精度和可靠性。
5、传感器的输出一致性误差可以达到0.02%以内甚至更高，传感器的特性参数可完全相同，因而具有良好的互换性。[3]
6、采用A/D转换电路、数字化信号传输和数字滤波技术，传感器的抗干扰能力增加，信号传输距离远，提高了传感器的稳定性。
7、数字传感器能自动采集数据并可预处理、存储和记忆，具有标记，便于故障诊断。
8、传感器采用标准的数字通讯接口，可直接连入计算机，也可与标准工业控制总线连接，方便灵活。
9, 数字传感器是将AD，EPROM，DIE(传感器芯片)，封装在一块用PCB，金属块或陶瓷板上的集成。通过各种温度，压力点的校准，计算出DIE的线性，再利用AD去补偿的方法加工而成的。