電容式傳感器的發(fā)展及應用報告、論文(電子系 完整版

1、.電容式傳感器應用與發(fā)展姓名 （系09級自動化專業(yè)，0905075015）摘要：隨著傳感器不斷的發(fā)展與成熟，電容式傳感器廣泛應用于壓力、液位、位移等各種檢測中，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展作出突出貢獻。電容式傳感器作為一項前途廣闊的新型技術(shù)，日益受到人們的重視。關(guān)鍵詞：電容傳感器 糧食水分 液位 前景精品.0 引言電容傳感技術(shù)投入應用已長達一個世紀，它具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應快、易實現(xiàn)非接觸測量等突出的優(yōu)點，具有著十分廣泛的應用前景，它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運用價值，在未來還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性。1電容式傳感器的應用1.1電容式傳感器在農(nóng)業(yè)上的應用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

2、中，長期以來，糧食水分檢測一直依靠手搓、嘴咬、眼觀為主要的判別方法，人為影響很大。但是國家在糧食收購過程中開始推行收購統(tǒng)一化、標準化，其中就包括糧食水分檢測的標準化，因此設計一套糧食水分快速檢測儀是十分必要的。傳統(tǒng)的電烘箱恒重法是利用電阻爐加熱并根據(jù)失去的質(zhì)量來測量糧食的含水量，因此可以實現(xiàn)糧食水分的在線測量，并可以作為其它水分儀標定的標準裝置。但它是一種間歇式的測量裝置，測量周期較長，大約需要.40s，不能實現(xiàn)對糧食水分的連續(xù)測量，不利于提高控制指標。在研究了糧食的導電浴盆效應的基礎(chǔ)上提出了用電容式傳感器測量糧食的水分。這種方法把糧食作為電介質(zhì)，通過測量糧食的介電常數(shù)來測量糧食的含水量。由于

3、用電容式傳感器測量電容時，在電容兩端還有一個并聯(lián)的電導成分，因此總的變化是由電容（c）與電導（g）的比值來反映的，又由于c/g的值與相角有確定的函數(shù)關(guān)系，因此只要測量出相角的值即可以測量出水分的含量。用這種方法設計出的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低，并可以連續(xù)的在線測量。在設計中采用電容式傳感器作為測量器件。該傳感器是根據(jù)變介質(zhì)型電容式傳感器設計的。被測糧食放入電容式傳感器兩極板間時，由于糧食的含水量不同，從而使電容式傳感器的相對介電常數(shù)發(fā)生變化，即引起了電容值變化。在電容式傳感器一端施加一個正弦高頻激勵信號，則在其輸出端必然產(chǎn)生一個衰減響應，而且，激勵與響應信號是同頻的，只是相位發(fā)生了平移，通過測

4、量相角即可求得電容與電導的比值，從而測出糧食的含水量。由于所測的糧食為顆粒形狀，其裝入容器中存在許多氣隙，因而其介電常數(shù)較小，但其傳感器的極板有效面積不能太小，因此本系統(tǒng)的電容式傳感器采用同軸的圓筒型電容式傳感器。采用圓筒型電容式傳感器的另一目的是它的電極是非對稱的，即內(nèi)極板被外極板所包絡，這樣可以十分有效地抑制人體感應。圓筒型電容式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖精品.1.2 電容式傳感器在工業(yè)上的應用飲料包裝中產(chǎn)品凈含量是否達標是產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要指標。雖然在飲料灌注機上使用精確流量計來滿足定量灌裝的要求,但灌注機長期高速運行會導致灌注機件磨損或噴管堵塞,從而造成灌注的實際值和設定值有偏差;有些含氣飲料剛

5、灌注好時會有大量泡沫存在,如果瓶蓋沒蓋嚴,飲料將會溢出,從而導致飲料實際含量偏低。所以,在實際生產(chǎn)中,飲料灌裝好后要用液位檢測儀實時檢測瓶子的液位。目前,飲料包裝中的液位檢測方法主要有射線、紅外線、光學、紅外熱成像以及聲波等,但這些方法都有一定的缺陷。為了能夠快速精確地檢測液位,需要設計出一套測量精度高、速度快、造價低、維護容易的液位檢測設備,而且這個設備對被測對象沒有過多要求,對人體沒有傷害,電容式液位檢測裝置可以滿足上述要求。以玻璃瓶裝飲料為例,電容傳感器的兩塊電極放置在瓶頸兩側(cè),電極與瓶頸之間留有一定的間距,以免瓶子在輸送帶上運行時碰撞到電極,電極的高度以液位在電極的檢測范圍內(nèi)為宜。兩電

6、極間有三種介質(zhì),分別是水,玻璃和空氣。已知飲料(水) 為極性電介質(zhì),其相對介電常數(shù)為81 ,玻璃和空氣屬非極性電介質(zhì),介電常數(shù)分別為2. 2 和1 。由于水的介電常數(shù)遠大于空氣和玻璃的介電常數(shù),所以瓶中液位的變化將明顯改變檢測電極的電容。當液位增加時,電容增大,液位降低時,電容減小。為了檢測電容的變化,把傳感器電容c和固定電阻r 串聯(lián)起來,接在高頻信號源上。高頻振蕩源產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波, 信號回路的阻抗為r+1/jwc,當電容增大時, 電路阻抗降低, 流過r 上的電流i增大, r 上的電壓u增大。把r 上的電壓u放大、整流、濾波后就可以得到穩(wěn)定的直流電壓輸出,通過和給定的電壓值進行比教就可以看出

7、是不是合格。2 傳感器的發(fā)展前景電容式傳感器有著巨大的應用前景，被認為是將對21 世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。已有和潛在的傳感器應用領(lǐng)域包括：軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療、建筑物監(jiān)測等等。1、微型化 為了能夠與信息時代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強的技術(shù)發(fā)展趨勢保持一致，對于傳感器性能指標（包括精確性、可靠性、靈敏性等）的要求越來越嚴格；與此同時，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標準的輸出模式；而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應快、靈敏

8、度高以及成本低等優(yōu)點。2、智能化隨著微處理器技術(shù)的不斷進步，電容式傳感器技術(shù)正在向智能化方向發(fā)展，所謂智能化就是將傳感器獲取信息的功能與專用的微處理器的信息分析、處理等功能緊密結(jié)合在一起。由于微處理器具有計算與邏輯判斷功能，故可以方便地對傳感器所采集的數(shù)據(jù)進行存儲記憶、比較分析。精品. 3、傳感器網(wǎng)絡應用方向（1）軍事應用 傳感器網(wǎng)絡研究最早起源于軍事領(lǐng)域，實驗系統(tǒng)有海洋聲納監(jiān)測的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡，也有監(jiān)測地面物體的小型傳感器網(wǎng)絡。現(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡應用中，通過飛機撒播、特種炮彈發(fā)射等手段，可以將大量便宜的傳感器密集地撒布于人員不便于到達的觀察區(qū)域如敵方陣地內(nèi)，收集到有用的微觀數(shù)據(jù)；在一部分傳感器

9、因為遭破壞等原因失效時，傳感器網(wǎng)絡作為整傳感器網(wǎng)絡體仍能完成觀察任務。 （2）環(huán)境應用 應用于環(huán)境監(jiān)測的傳感器網(wǎng)絡，一般具有部署簡單、便宜、長期不需更換電池、無需派人現(xiàn)場維護的優(yōu)點。通過密集的節(jié)點布置，可以觀察到微觀的環(huán)境因素，為環(huán)境研究和環(huán)境監(jiān)測提供了嶄新的途徑傳感器網(wǎng)絡研究在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域已經(jīng)有很多的實例。這些應用實例包括：對海島鳥類生活規(guī)律的觀測；氣象現(xiàn)象的觀測和天氣預報；森林火警；生物群落的微觀觀測等3 結(jié)束語當前技術(shù)水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。今后，隨著cad技術(shù)、mems技術(shù)、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來的傳感器系統(tǒng)必將變得更加

10、微型化、綜合化、多功能化、智能化和系統(tǒng)化。在各種新興科學技術(shù)呈輻射狀廣泛滲透的當今社會，作為現(xiàn)代科學“耳目”的傳感器系統(tǒng)，作為人們快速獲取、分析和利用有效信息的基礎(chǔ)，必將進一步得到社會各界的普遍關(guān)注。參考文獻：【1】丁英麗 .本溪冶金高等?？茖W校自控系 . 傳感器技術(shù). 2003年第22卷第4期【2】王斌,黃曉東,秦明,黃慶安 . 東南大學mems教育部重點實驗室 . 一種用于測量飲料包裝中液位的電容式傳感器 .傳感技術(shù)學報 . 第22 卷第1 期2009 年1 月【3】張祖魁 .圖爾克（天津）傳感器有限公司 . 電容式傳感器在自動化生產(chǎn)設備上的應用【4】趙靜顏德田. 上海交通大學精密工程及智能微系統(tǒng)研究所,上海200030. 利用電容式傳感器測量液位的研究【5】張勃，屈保中. 1漯河職業(yè)技術(shù)學院計算機系，河南漯河2 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院河南南陽. 傳感器技術(shù)電容式濕度傳感器設計【6】. 王陽1, 陳軍寧2 . 1安徽大學電子科學與技術(shù)學院, 2.浙江萬里學院電子信息學院. 傳感技術(shù)學報集成電容式傳感器的理論模型研究 . 第21 卷第12 期2008 年12 月【7】王