第2章常用傳感器及其在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用講義教材

壓力傳感器壓阻式壓力傳感器利用壓阻效應(yīng)將壓力信號變換為電阻變化信號的傳感器。利用檢測電路把壓阻式壓力傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?，即可被電子系統(tǒng)處理。檢測電路通常是采用惠斯通電橋構(gòu)成的。壓力傳感器惠斯通電橋構(gòu)成的恒壓源電阻測量電路結(jié)論：恒壓源測量電路輸出電壓與溫度相關(guān)，必須進(jìn)行補償，而恒流源測量電路無需溫度補償，因此采用恒流源激勵是不錯的選擇?？梢杂煤懔髟垂╇姡。。追N恒流源參考電路類型3：特征：使用晶體管，簡單，低精度

輸出電流：Iout=Vbe/Rs檢測電壓：約0.6V類型4：特征：減少類型3的Vbe的溫度變化，低、中等精度，低電壓檢測

輸出電流：Iout=Vref/Rs檢測電壓：0.1V—0.6V幾種恒流源參考電路類型5：特征：使用JEFT，超低噪聲

輸出電流：由JFET決定檢測電壓：與JFET有關(guān)類型6：特征：消除類型1基極電流誤差

輸出電流：Is=Iout-Ig壓力傳感器在低成本電子秤中的應(yīng)用電子秤基本結(jié)構(gòu)電子秤樣機(jī)電路A：電阻應(yīng)變式稱重傳感器B：RC濾波網(wǎng)絡(luò)輸入模擬信號范圍為（-AVDD/2，AVDD/2）

SDI提供SPI（串行外設(shè)接口）與MCU通信電子秤精度計算及分析設(shè)傳感器輸出規(guī)格為1.6mV/V（即傳感器滿量程時，電源單位電壓對應(yīng)的輸出電壓大?。?V電源對應(yīng)的滿量程差分輸出信號為：8mV。由FS1（電子秤滿量程）=

0.8*FS0（傳感器的滿量程范圍），得傳感器的最大可提供信號為：6.4mV。設(shè)定SDI0818內(nèi)部PGA為：128，故SDI0818的最大可用信號為：6.4mV*128=819.2mV。

假設(shè)電子秤內(nèi)部精度要做到10000點分度（d），則每個分度大小為：82uV，也就是SDI0818必需能分辨出82uV的信號。

SDI0818參考電壓AVDD為5V，則如果每分度按照82uV來計算的話，則共有約60975個分度值（<2^16），也就是說SDI0816的不動碼要達(dá)到16位以上才能實現(xiàn)。SDI0816在PGA=128的情況下，有效位為16位，不動碼也是16位，能實現(xiàn)10000點左右的電子秤?；魻杺鞲衅鞲鶕?jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器?；魻栃?yīng)：如果把通有電流的導(dǎo)體放在垂直于它的磁場中，則在導(dǎo)體的兩側(cè)會產(chǎn)生一電勢差，它與電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，與導(dǎo)體厚度成反比?；魻杺鞲衅鞯幕緫?yīng)用電路控制電流（激勵電流）由電源E供給，其大小可由調(diào)節(jié)電阻RP來實現(xiàn)，霍爾片輸出端接負(fù)載Rj，Rj可以是一般電阻，也可以是放大器的輸入電阻或指示器的內(nèi)阻。在磁場和控制電流的作用下，負(fù)載上就有輸出電壓。在實際使用中，輸入信號可為電流I或磁感應(yīng)強(qiáng)度B，或者兩者同時作為輸入，則輸出信號可正比于I或B，或兩者之積。霍爾傳感器的典型應(yīng)用——測量轉(zhuǎn)速在非磁材料的圓盤邊緣上粘貼一塊磁鋼，將圓盤固定在被測轉(zhuǎn)軸上，開關(guān)型霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近，圓盤每旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器便輸出一個脈沖，用頻率計測量這些脈沖，便可知道轉(zhuǎn)速。設(shè)頻率計的頻率為f，粘貼的磁鋼數(shù)為Z，則轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為n=60f/Z（r/min），若Z=60，則n=f，即轉(zhuǎn)速為頻率計的示值。若粘貼6塊磁鋼，則轉(zhuǎn)速為n=10f，這樣讀數(shù)與計算都比較方便。

（1）轉(zhuǎn)速測量原理霍爾傳感器的典型應(yīng)用——測量轉(zhuǎn)速（2）測量轉(zhuǎn)速電路測量轉(zhuǎn)速的裝置UGN3040是集電極開路元件，外接上拉電阻。當(dāng)磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，霍爾IC的輸出也隨之變化，B點是經(jīng)過三極管反相后的輸出。后續(xù)電路可用計數(shù)器記錄轉(zhuǎn)速。

光電傳感器將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。按光電元件輸出量性質(zhì)可分為模擬式光電傳感器和脈沖（開關(guān)）式光電傳感器兩類。光電傳感器常用光敏器件——光敏電阻器一．結(jié)構(gòu)與原理

光敏電阻利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成。當(dāng)入射光子使電子由價帶躍升到導(dǎo)帶時，導(dǎo)帶中的電阻和價帶中的空穴二者均參與導(dǎo)電，因此電阻顯著減小，稱為光敏電阻。二．光敏電阻有以下優(yōu)點

1.光譜響應(yīng)相當(dāng)寬。

2.所測的光強(qiáng)范圍寬，即可對強(qiáng)光響應(yīng)，也可對弱光響應(yīng)。

3.無極性之分，使用方便，成本低，壽命長。

4.靈敏度高，工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安。光敏電阻的符號和連接電路此電路在實際應(yīng)用中還需改進(jìn)，如樓道照明增加聲控開關(guān)、路燈控制增加抗干擾附加電路。光敏電阻的應(yīng)用電路——照明燈自動控制電路光敏二極管又稱光電二極管，其原理是利用PN結(jié)施加反向電壓時，在光線照射下反向電阻由大變小進(jìn)行工作的。光敏二極管使用時要反向接入電路中，即正極接電源負(fù)極，負(fù)極接電源正極。常用光敏器件——光敏二極管運放A1構(gòu)成光電流/電壓變換器，A2構(gòu)成電壓/電流變換器；該電路可構(gòu)成光控裝置。光敏二極管的應(yīng)用電路——照度計白天，亮度大于一定程度時，光敏二極管D呈現(xiàn)低阻狀態(tài)≤1KΩ，使三極管V截止，其發(fā)射極無電流輸出，單向可控硅VS因無觸發(fā)電流而阻斷。此時流過燈泡H的電流≤2.2mA,燈泡H不能發(fā)光。電阻R1和穩(wěn)壓二極管DW使三極管V偏壓不超過6.8V，對三極管起保護(hù)作用。夜晚，亮度小于一定程度時，光敏二極管D呈現(xiàn)高阻狀態(tài)≥100KΩ，使三極管V正向?qū)?，發(fā)射極約有0.8V的電壓，使可控硅VS觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡H發(fā)光。RP是清晨或傍晚實現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換的亮度選擇元件。

光敏二極管的應(yīng)用電路——光控電子開關(guān)此處光敏二級管的連接還待斟酌常用光敏器件——光敏三極管光敏三極管受光面通過電流，使T飽和，74HC4093輸出高電平，圓盤轉(zhuǎn)動輸出脈沖序列，測得脈沖個數(shù)和圓盤每周孔數(shù)，即可算出旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角。光敏三極管的應(yīng)用電路——光電測速裝置光電傳感器常用光敏器件——光電耦合器在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。

功能：隔離、控制作用接口電路構(gòu)成邏輯電路光耦器件應(yīng)用電路舉例（1）機(jī)械有觸點開關(guān)量輸入接口電路光耦器件應(yīng)用電路舉例（2）電子無觸點開關(guān)量輸入接口電路光耦器件應(yīng)用電路舉例（3）直流繼電器接口電路光耦器件應(yīng)用電路舉例（4）交流接觸器接口電路光耦器件應(yīng)用電路舉例（5）固態(tài)繼電器接口電路光耦器件應(yīng)用電路舉例（6）交流電源過零檢測器光電傳感器補充：熱釋電人體紅外傳感器基本原理：利