1、厚植博學致用致遠傳感器應用實例考試方式：考查院系：自動控制系專業：測控技術與儀器班級:13030344姓名：封g學號：13030344022016年6月10日一、查閱傳感器（電阻式、電容式、磁電式、熱電式、光電式，以及其他類型的新型傳感器）應用的相關資料，選擇一類傳感器，綜述這類傳感器的應用實例，并分析1至2個應用實例（從傳感原理、結構、被測量傳感及測試實現過程）（不能將網上原文復制粘貼，需要閱讀文獻并理解，以自己的思路進行總結分析，控制在4至6頁）50分（一）電容式傳感器1 .基本工作原理1電容式傳感器是一個具有可變參數的電容器。多數場合下，電容是由兩個金屬平行極板組成，并且以空氣為介質，如

2、圖1所示。兩個平行板組成的電容器的電容量為C上r0，-電容極板間介質的介電常數,0-真空介電常數;r介質材料的相對介電常數；A-兩平行極板覆蓋的面積；d-兩平行極板之間的距離；C-電容量；當被測參數變化使得式中的A,e或d發生變化時，電容量C也隨之變化。如果保持其中兩個參數不變，而僅改變其中一個參數，就可把該參數的變化轉換為電容量的變化，通過測量電路就可轉換為電量輸出。因此，電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質型三種類型。改變平行極板間距d的傳感器可以測量微米數量級的位移，而變化面積A的傳感器則適用于測量厘米數量級的位移，變介電常數式電容式傳感器適用于液面、厚度的測量。2 .應用實例(

3、一)一一電容式轉速傳感器(1)變面積式電容傳感器工作原理1如圖2所示是常見的變面積式電容傳感器的結構示意圖。變面積式電容傳感器可分為：線位移式電容傳感器如圖2(a)、角位移式電容傳感器如圖2(b)、圓柱式線位移電容傳感器如圖2(c)(d)0測量范圍比變間隙式大，可以測量較大范圍的現位于和角位移。圖2(c)、(d)中所示1、3為固定電容板，2為可動電容板。而該應用實例的工作原理就是線位移式電容傳感器的工作原理。圖2表面積式電容傳感器結構示意圖線位移式電容傳感器的工作原理(如圖3為線位移式電容傳感器工作原理圖)：變面積型電容傳感器1固定極板2動機板圖3線位移式電容傳感器工作原理圖極板起始覆蓋面積為

4、A=a3b,沿活動極板長度方向移動Aa,則改變了兩極板間覆蓋的面積，忽略邊緣效應，改變后的電容量為b(aa)Co式中a極板的長度;b極板的寬度。電容的變化量為C'*Coa靈敏度為KcCCoa靈敏度系數Kc為常數，可見減小極板長度a可提高靈敏度，而極板的起始覆蓋寬度b與靈敏度系數Kc無關。但b不能太小，必須保證b>>d,否則邊緣處不均勻電場的影響將增大。(2)電容式轉速傳感器結構及測量原理電容式轉速傳感器是一種電參數型數字式轉速傳感器。工作時，齒盤隨被測軸轉動，周期性的改變電容器電極板之間的相對面積，電容量發生周期變化，即傳感器利用電容變換原理將被測軸機械轉速變換成電容參數量

5、，傳感器輸出的電容參數信號的頻率與被測轉速成正比。電容式轉速傳感器的結構原理1-齒輪2-定級3-電容式傳建器4頻率if圖4電容式轉速床干起結構原理圖3 .應用實例(二)一一電容式加速度傳感器在發動機上的應用(1)電容式加速度傳感器工作原理1電容式加速度傳感器的優點是頻率響應范圍大，量程范圍大，僅受彈性系統設計限制。其設計的一個困難是如何獲得對溫度不敏感的阻尼。由于氣體粘度的溫度系數比液體要小得多，因此采用空氣或其它氣體作阻尼是合適的。如圖5所示是空氣阻尼的電容加速度計。圖5電容式加速度計1.絕緣體；2.固定電極；3.振動質量（動電極）；4.彈簧片電容式加速度傳感器的結構形式一般采用彈簧質量系統

6、。當質量受加速度作用運動而改變質量塊與固定電極之間的間隙進而使電容值變化。電容式加速度計與其它類型的加速度傳感器相比具有靈敏度高、零頻響應、環境適應性好等特點，尤其是受溫度的影響比較小；但不足之處表現在信號的輸入與輸出為非線性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身是高阻抗信號源，因此電容傳感器的輸出信號往往需通過后繼電路給于改善。在實際應用中電容式加速度傳感器較多地用于低頻測量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，且成本也比壓電式加速度傳感器高得多。（2）電容式加速度傳感器在發動機上的應用原理及構造2在發動機EOB歡火診斷模塊中，需要借助垂直方向的加速度來判斷目前車輛所處的路況。如果所處

7、路面的豎直方向加速度超過某一幅值，那么在一定概率下，發動機曲軸的轉速波動會和失火時候的情況近似，這時候就需要暫時關掉失火診斷功能，以免發動機故障指示燈誤報警。加速度傳感器在發動機失火診斷中的應用當車輛在極度不平的路面行駛時，車輛的振動可能會通過傳動系傳到發動機曲軸，造成曲軸轉速信號的變化，引起誤判失火。目前，在國內外中高端車輛中，主要采用ABS的信號來判斷壞路面。而在低端車中（未安裝ABS,加速度傳感器由于具有判斷靈敏等優點而被廣泛地應用圖6差動式電容加速度傳感器結構原理圖如圖6所示為差動式電容加速度傳感器結構原理圖。它有2個固定極板丫、Z（與殼體絕緣），中間有一用彈簧片支撐的質量塊X,此質量

8、塊的2個端面經過磨平拋光后作為可動極板（與殼體電連接）。當傳感器殼體隨被測對象在垂直方向上作直線加速運動時，質量塊在慣性空間中相對靜止，而2個固定電極將相對質量塊在垂直方向上產生大小正比于被測加速度的位移。此位移使兩電容的間隙發生變化，一個增加，一個減小，從而使C1、C2產生大小相等，符號相反的增量，此增量正比于被測加速度。（二）參考文獻1 孟立凡，藍金輝.傳感器原理與應用（第三版）M.北京：電子工業出版社，2015:57-71.2 鄧裕.電容式加速度傳感器在發動機上的應用J.汽車電器，2009（5）:11-13.二、查閱物聯網的相關資料，舉例說明傳感器在物聯網領域的重要性及作用。30分物聯網

9、的概念是在1999年提出的。物聯網的英文名稱叫“TheInternetofthings”，顧名思義，物聯網就是“物物相連的互聯網”。這有兩層意思：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。嚴格而言，物聯網的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網的關鍵環節可以歸納為“感知、傳輸、處理”。而傳感器是感知環節的重要組成部分，傳感器作為感

10、知層信息獲取的基礎，處于物聯網產業鏈上游，處在物聯網金字塔的塔座，是整個物聯網產業中需求量最大、最基礎的環節。目前只要談到傳感器，指的幾乎都是以電為輸出的傳感器。除電信號以外，人們在不斷探索和利用新的信號媒介。可以預料，當人類跨入光子時代，光信號能夠更為快速、高效傳輸與處理時，一大批以光信號為輸出的器件和裝置將加入到傳感器的家族里來。傳感器是生物體感官的工程模擬物；反過來，生物體的感官則可以看作是天然的傳感器。傳感器廣泛應用于各個學科領域：在基礎學科和尖端技術的研究中；在工業自動化與國防領域；在生物工程、醫療衛生、環境保護、安全防范、家用電器等與人們的生活密切相關的方面，傳感器的應用層出不窮。

11、可以肯定地說，未來的社會將是充滿傳感器的世界。人們既可以把它看作傳統互聯網的自然延伸，因為物聯網的信息傳輸基礎仍然是互聯網；也可以把它看作是一種新型網絡，因為其用戶端延伸和擴展到了物品與物品之間，這與互聯網那種“電腦相連的網絡”大不一樣。相比互聯網，物聯網具有以下諸多特點：首先，終端的多樣化。以前的互聯網主要是電腦互連的網絡，當然現在能上網的設備越來越多了，除電腦之外，還有手機、PDA（掌上電腦）以及諸如機頂盒之類的東西，但在物聯網這里，這些還不夠。人們坐在家里環顧四周，就會發現身邊還有很多東西是游離于互聯網之外的，像電冰箱、洗衣機、空調等。人們開發物聯網技術，就是希望借助它將我們身邊的所有東

12、西都連接起來，小到手表、鑰匙以及剛才所說的各種家電，大到汽車、房屋、橋梁、道路，甚至那些有生命的東西（包括人和動植物）都連接進網絡。這種網絡的規模和終端的多樣性，顯然要遠大于現在的互聯網。其次，感知的自動化。物聯網在各種物體上植入微型感應芯片，這樣，任何物品都可以變得“有感受、有知覺”。例如，洗衣機可以通過物聯網感應器“知曉”衣服對水溫和洗滌方式的要求；人們出門時物聯網會提示是否忘記帶公文包；借助物聯網，人們可以了解到自己的小孩一天中去過什么地方、接觸過什么人、吃過什么東西等。物聯網的這些神奇能力是互聯網所不具備的，它主要是依靠一種名為RFID（射頻識別）的技術來實現的。對許多人來說，RFID

13、可能是一個陌生的詞匯，但它并不神秘。我們坐公交時所用的公交卡刷卡系統、高速公路上的不停車收費系統都采用了RFID技術。在物聯網中，RFID發揮著類似人類社會中語言的作用，借助這種特殊的語言，人和物體、物體和物體之間可以相互感知對方的存在、特點和變化，從而進行“對話”與“交流”。物聯網把新一代IT技術充分運用在各行各業之中，具體地說，就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、大壩、供水系統、油氣管道等各種物體中，然后將“物聯網”與現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合，在這個整合的網絡當中，存在能力超級強大的中心計算機群，能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施

14、實施實時的管理和控制，在此基礎上，人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，達到“智慧”狀態，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關系。毫無疑問，如果“物聯網”時代來臨，人們的日常生活將發生翻天覆地的變化。然而，不談什么隱私權和輻射問題，單把所有物品都植入識別芯片這一點現在看來還不太現實。人們正走向“物聯網”時代，但這個過程可能需要很長很長的時間。在老師講解傳感器在物聯網領域的應用這一內容里，使我印象最深的是智能家居這一部分，它讓我們的生活更加方便快捷。之后我在2015版物聯網及傳感器產業發展白皮書中了解到了一些傳感器在智能家居中的應用：智能家居作為重要的物聯網數據入口，硬件廠商和

15、平臺廠商正加速布局。以谷歌Nest平臺應用為例，當傳感器應用在自動調溫器、門鎖、燈具、電視/娛樂系統及安全系統中后，傳感器將能識別出人為活動，可實現當我們快到家時自動開門、開燈，并根據我們的喜好對娛樂系統進行好設置。國內小米發布的智能家庭套裝則包括：多功能網關，人體傳感器，門窗傳感器，無線開關等。以小米多功能網關為中心，通過Zigbee協議及WiFi網絡，搭配其人體傳感器、門窗傳感器和無線開關進行智能控制，并與小米生態鏈體系下其他智能設備聯通。結合小米已推出小蟻智能攝像機、小米智能插座、Yeeligh智能燈及小米智能遙控中心等產品，小米正在試圖打造一個智能家居系統。物聯網改造后的日常生活中，家電甚至可以告訴我們食物已經用完，需要再次購買。水杯、牙刷等日常用品也可以追蹤記錄生活規律和健康情況。在工作中，物聯網也將會讓工作場所的氛圍和商務流程變得更有效率。例如在醫院里，物聯網使設備定位追蹤變得很簡便，已經聯網的設備設施會被標記出位置，這樣就減少了醫務人員尋找設備的