




不同类型接近传感器的工作原理
电容式接近传感器的工作原理:电容式接近传感器由高频振荡器和放大器等组成,由传感器的检测面与大地间构成一个电容器,参与振荡回路工作,起始处于振荡状态。当物体接近传感器检测面时,回路的电容量发生变化,使高频振荡器振荡。先简要介绍了霍尔效应的基本原理,霍尔元件和霍尔集成电路的发展过程和近况。振荡与停振这二种状态转换为电信号经放大器转化成二进制的开关信号。
电感式接近传感器的工作原理:电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。振荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场,当金属物体接近传感器检测面时,金属中产生的涡流吸收了振荡器的能量,使振荡减弱以至停振。随着集成技术的发展,人们又将这部分电路及电源等电路也一起装在传感器内部。振荡器的振荡及停振这二种状态,转换为电信号通过放大转换成二进制的开关信号,经功率放大后输出。
高频振荡型接近传感器的工作原理:由LC高频振荡器和放大处理器电路组成,当金属物体接近振荡感应头时会产生涡流,使接近传感器振荡能力衰减,内部电路的参数发生变化,由此识别出有无金属物体接近,进而控制开关的通或断。所有金属型传感器的工作原理:所有金属型传感器基本上属于高频振荡型。高频振荡型接近传感器的工作原理:由LC高频振荡器和放大处理器电路组成,当金属物体接近振荡感应头时会产生涡流,使接近传感器振荡能力衰减,内部电路的参数发生变化,由此识别出有无金属物体接近,进而控制开关的通或断。和普通型一样,它也有一个振荡电路,电路中因感应电流在目标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率。目标物接近传感器时,不论目标物金属种类如何,振荡频率都会提高。传感器检测到这个变化并输出检测信号。

有色金属型传感器的工作原理:有色金属传感器基本上属于高频振荡型。它有一个振荡电路,电路中因感应电流在目标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率的变化。如何将多个传感器的量测数据进行有机融合,得到比单个传感器更优越的跟踪性能,是多传感器多目标跟踪领域的难点和热点。当铝或铜之类的有色金属目标物接近传感器时,振荡频率;当铁一类的黑色金属目标物接近传感器时,振荡频率降低。如果振荡频率高于参考频率,传感器输出信号。
复合式磁传感器
弱磁探测技术的发展,归根结底依靠的是磁传感器技术的进步。近年来,随着各种物理效应在磁场测量中的应用,各种弱磁测量的方法已经逐渐趋于完善,而根据不同测量方法,各类磁传感器也应运而生。从霍尔效应磁传感器、磁通门磁传感器、磁电阻传感器到光泵磁强计和超导量子干涉器件(SQUID),磁传感器技术不断的向前发展。这其中,为熟知的探测精度达到fT量级的弱磁传感器当属基于超导约瑟夫森效应的超导量子干涉器件。数字接口器件常使用两线接口(I2C或PMBus),并具有内置的ADC。目前,单独的SQUID 器件在低温下灵敏度可以达到0.2—2 pT,而通过加入耦合线圈磁通放大器,在4.2 K灵敏度可以达到10 fT 以下。然而,对于低温超导SQUID 而言,需要昂贵的低温制冷设备(液氦、低温制冷机等);高温超导SQUID由于超导材料的相干长度短,在约瑟夫森结的制备方面存在困难。这些因素都制约了SQUID的大规模应用。

伴随着科技进步和信息技术的发展,除了灵敏度之外,人们也对磁传感器的尺寸、稳定性、功耗、制备工艺的简单化等提出了越来越高的要求。其中基于磁电阻效应的传感器因其具备高灵敏度、功耗低、体积小、加工技术成熟等优点正在越来越大规模的使用。用有限元分析软件FEMM对磁路进行模拟,从原理上论证了方案的可行性。其中,基于巨磁电阻(GMR)及隧道磁电阻(TMR)效应制备的磁电阻传感器因其饱和磁场较低、单位磁场灵敏度高、温度特性稳定等优点,目前已被广泛用于生产应用中。特别是TMR磁传感器,拥有小型化、低成本、低功耗、高集成性、高相应频率和高灵敏度特性,使其成为未来竞争的制高点。
另一方面,作为高灵敏度传感器而言,GMR和TMR的固有噪声仍然较大,特别是在低频下,传感器存在明显的1/f 噪声。在迭代形式的多传感器PHD(IteratedcorrectorPHD,IC-PHD)滤波中,跟踪结果的好坏主要取决于后一个更新传感器的检测概率。并且在探测精度方面相比于SQUID、光泵磁力仪等高灵敏度磁传感器仍然有较大差距,这也限制了其在生物磁性、等一些弱磁探测领域的应用。
光纤传感器
光纤传感器
光纤传感器技术是随着光导纤维实用化和光通信技术的发展而形成的一门崭新的技术。光纤传感器与传统的各类传感器相比有许多特点,如灵敏度高.抗电磁干扰能力强,耐腐蚀,绝缘性好,结构简单,体积小.耗电少,光路有可挠曲性,以及便于实现遥测等。

光纤传感器一般分为两大类,一类是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器.称为功能型传感器;另一类是光纤仅仅起传输光波的作用,必须在光纤端面或中间加装其他敏感元件才能构成传感器,称为传光型传感器。这一发现的材料磁阻变化率很小,只有1%,此效应即被称为各向异性磁电阻(AMR)效应。无论哪种传感器,其工作原理都是利用被测量的变化调制传输光光波的某一参数,使其随之变化,然后对已调制的光信号进行检测,从而得到被测量。
光纤传感器可以测量多种物理量.目前已经实用的光纤传感器可测量的物理量达70多种,因此光纤传感器具有广阔的发展前景。