传感器

 

传感器分类		转换原理	传感器名称	典型应用
转换形式	中间参量
电 参 数	电 阻	移动电位器角点 改变电阻	电位器传感器	位移
		改变电阻丝或片尺寸	电阻丝应变传感器、半导体应变传感器	微应变、力、负荷
		利用电阻的温度效应	热丝传感器	气流速度、液体流量
			电阻温度传感器	温度、辐射热
			热敏电阻传感器	温度
	电 容	改变电容的几何尺寸	电容传感器	力、压力、负荷、位移
		改变电容的介电常数		液位、厚度、含水量
	电 感	改变磁路几何尺寸、导磁体位置	电感传感器	位移
		涡流去磁效应	涡流传感器	位移、厚度、含水量
		利用压磁效应	压磁传感器	力、压力
		改变互感	差动变压器	位移
			自整角机
			旋转变压器
	频 率	改变谐振回路中的固有参数	振弦式传感器	压力、力
			振筒式传感器	气压
			石英谐振传感器	力、温度等
	计 数	利用莫尔条纹	光栅	大角位移、大直线位移
		改变互感	感应同步器
		利用拾磁信号	磁栅
	数字	利用数字编号	角度编码器	大角位移
电 能 量	电 动 势	温差电动势	热电偶	温度、电流
		霍尔效应	霍 尔传感器	磁通、电流
		电磁感应	磁电传感器	速度、加速度
		光电效应	光电池	光 照度
	电 荷	辐射电离	电离室	离子计数、放射性强度
		压电效应	压电传感器	动态力、加速度

 

 

 

 

 

 

 

智能家居用到的传感器：

 

1、电感式传感器：

无需在电器外壳金属板上开孔，通过电磁效应实现开关，旋钮等功能。

金属触摸感应，解决方案比较：

pressure sensor压力垫片方式，灵敏度高，但熔在金属上，工艺复杂；

 

电感式传感器构成：在PCB上画一个金属线圈+电容+处理芯片

导体+PCB线圈（即电感）+处理芯片

LCD定时驱动→检测旋转频率→感知磁感应强度→即金属形变

等效电路图：

实际操作示意图：

电感式传感器芯片：

 

如何设计一个电感式传感器，利用TI的这个芯片，webench软件支持。

举例：

根据客户要求的算法举例：

在物理结构无法实现要求的前提下，实现用户功能需求。也就是数据处理算法，例子中用到了神经网络、差分、动态基准值算法，降低误触发，降低温漂。

 

 

 

 

 

 

2、电容式传感器：

首先区分概念：

电容触摸与电容传感的区别：

电容触摸，触摸点数多，灵敏度不高；

电容传感，触摸点数少，灵敏度高。

 

 

电容式传感器典型应用：

液位检测

接近检测

避障

电容式传感器原理：

 

 

 

 

电容式传感器原理：

右边传统方案：通过给电容充电，再检测放电时间，确定电容容量，换算相应参数

左边TI方案：通过LC谐振电路，检测频率，确定电容容量，优点抗噪

举例：咖啡机液位测量

三对电容极，底部一个短的，中间一个长的，顶部一个短的

底部电容极对作为参考，反向测量介电常数；

中间电容极对，主量程；

不需要把传感器泡在水里，是要容器是绝缘体，可以放在外面

 

电容式传感器芯片

应用举例：

用6个电容触点，滑动控制LED灯亮度

 

3、温度传感器：

温度传感器IC、热敏电阻、、热电偶、

温度传感器IC基本原理：PN节的热效应

设计案例：远端温度测量

难点：长距离菊花链传输干扰，精度降低；长距离传输线成本高

 

 

 

传感器芯片：

采样电阻的电流

菊花链连接方式：

重点在于传感器地址编辑，MCU发给第一个，第一个把地址加一再发给第二个。。。。

 

4、湿度传感器

湿度定义：

 

最大问题是：灰尘

温湿度传感器芯片

参考设计

 

5、3D-ToF传感器

典型应用场景：3d扫描、手势识别、检测

3D技术包含3种

双目识别、结构光、TOF

双目识别：通过2个以上摄像头拍照，计算出距离、景深等参数；

结构光：通过光栅形变，感知物体距离，在发射端和接收端都需要光栅；

TOF：测量发射端和接收端的时间差，

三种技术的测量方案：

 

TOF的原理：

 

课程列表：

• 3D time-of-flight 概览：3D TOF机器人障碍检测，防撞和导航
• 3D time-of-flight 概览：3D TOF手势控制手势跟踪
• 3D time-of-flight 概览：3D TOF占用检测人体跟踪和人数统计
• 开始使用TOF 3D传感器：三维TOF传感器操作理论
• 开始使用TOF 3D传感器：推荐的设计过程和资源
• 开始使用TOF 3D传感器：TOF 3D图像滤波
• 3D TOF应用探讨：3D TOF 机器人导航应用
• 3D TOF应用探讨-3D TOF手势控制应用

 

6、霍尔传感器

霍尔位置传感器分三类：

绝对位置测量：线性运动或角运动

接近检测：霍尔效应开关，通过磁场阈值

转速测量：旋转编码和电机换向

霍尔效应：

霍尔元件对于磁场敏感，通过电压形式表现，也就是一个洛伦兹力和电压的转换元件。

霍尔效应传感器类型：

 

霍尔元件VS霍尔集成电路：

霍尔元件的封装形式及磁场方向：

永磁体的材料：

reed开关 VS霍尔传感器

磁簧开关(Reed Switch)也称之为干簧管，它是一个通过所施加的磁场操作的电开关。基本型式是将两片磁簧片密封在玻璃管内，两片虽重叠，但中间间隔有一小空隙。当外来磁场时将使两片磁簧片接触，进而导通。 一旦磁体被拉到远离开关，磁簧开关将返回到其原来的位置。

 

霍尔传感器在电机测速上的应用：

直流无刷电机，需要检测转子的位置，才能驱动，用到3个霍尔传感器；

 

 

7、电机控制参数采样

电压采样：

电流采样：

转子位置检测传感器：

 

8、毫米波雷达传感器mmWave Sensors

高精度，检测距离、速度、角度。

对比对象：激光雷达。区别在于：频率？？？

毫米波雷达工作范围：10-100G Hz，计算一下1hz对1m，100赫兹对于1mm？频率和波长怎么对应上的？计算公式？

汽车领域常用频段：24G和77G，射频部分要求高。

汽车领域应用：

1、接近检测传感；

2、盲点检测；

3、前向中长距离雷达，距离200m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献：

1、温度传感器 - TI在智能家电领域的新型传感技术 - http://edu.21ic.com/m/video/2017.html

2、霍尔位置传感器应用概述   http://edu.21ic.com/m/video/3401.html

3、开始使用霍尔效应传感器 http://edu.21ic.com/m/video/1769.html

4、霍尔效应磁传感器基础 http://edu.21ic.com/m/video/1794.html

5、TI传感器详解 http://edu.21ic.com/m/video/1380.html

6、如何在步进电机中运用集成式的电流感应器    http://edu.21ic.com/m/video/1768.html

7、TI MSP430TM集成可配置信号链模块在传感测量领域的应用 http://edu.21ic.com/m/video/3480.html

8、电机控制系统中的电压电流采样实现   http://edu.21ic.com/m/video/2023.html

9、time-of-flight TI 3D传感器 http://edu.21ic.com/m/video/1888.html

10、毫米波雷达的应用无处不在- 1.1 毫米波传感器简介  https://edu.21ic.com/m/video/2625.html

11、桂小林主编《物联网技术导论》

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