传感器应用设计
班级：微电子10-3班姓名：阮仕奎 学号：20105225
一、电阻应变式传感器---称重传感器
原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。
称重传感器可以采用两种不同的输入、输出接线方法：一种是四线制接法，另一种是六线制接法(如图1所示).四线制接法的称重传感器对二次仪表无特殊要求,使用起来比较方便,但当电缆线较长时,容易受环境温度波动等因素的影响;六线制接法的称重传感器要求与之配套使用的二次仪表具备反馈输入接口,使用范围有一定的局限性,但不容易受环境温度波动等因素的影响,在精密测量及长距离测量时具有一定的优势。
在称重设备中，四线的传感器用的比较多，如果要将六线传感器接到四线传感器的设备上时，可以把反馈正和激励正接到一起，反馈负和激励负，接到一起。信号线要注意一点就是，红色和白色在两种类型的传感器上对应的输出信号是不一样的。
二、电容式传感器---液位传感器
原理：电容式液位传感器系统; 它利用被测体的导电率, 通过传感器测量电路将液位高度变化转换成相应的电压脉冲宽度变化, 再由单片机进行测量并转换成相应的液位高度进行显示,该系统对液位深度具有测量、显示与设定功能, 并具有结构简单、成本低廉、性能稳定等优点。
ADC0809与单片机的接口电路
原理：电感式压力传感器的工作原理是由于磁性材料和磁导率不同，当
压力作用于膜片时，气隙大小发生改变，气隙的改变影响线圈电感的变化，处理电路可以把这个电感的变化转化成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。该种压力传感器按磁路变化可以分为两种:变磁阻和变磁导。电感式压力传感器的优点在于灵敏度高、测量范围大；缺点就是不能应用于高频动态环境。变磁阻式压力传感器主要部件是铁芯跟膜片。它们跟之间的气隙形成了一个磁路。当有压力作用时，气隙大小改变，即磁阻发生了变化。如果在铁芯线圈上加一定的电压，电流会随着气隙的变化而变化，从而测出压力。 在磁通密度高的场合，铁磁材料的导磁率不稳定，这种情况下可以采用变磁导式压力传感器测量。变磁导式压力传感器用一个可移动的磁性元件代替铁芯，压力的变化导致磁性元件的移动，从而磁导率发生改变，由此得出压力值。
电路设计图
四、压电式传感器---薄膜传感器
原理：压电薄膜（PVDF）是一种独特的高分子传感材料，能相对于压力
或拉伸力的变化输出电压信号，因此是一种理想的动态应变片，可加工成为高效可靠、低成本的振动传感器、加速度计或动态开关，也可作为高音频(>1kHz)至超声波(可高达100MHz)的高保真传感器。 设计电路图
五、热电式传感器---红外测温仪
原理：是利用红外辐射的热效应，通过温差电效应、热释电效应和热敏
电阻等来测量所吸收的红外辐射，间接地测量辐射红外光物体的温度。 设计电路图：
单片机处理模块电路
转换电路图
显示电路原理图
六、 光电式传感器---光电计数器
原理：电路图及其工作原理
光电测试部分
当有物体挡住时,
红外对管的阻值很小，放大器输出端会有微小电流输出，
逆时针方向流过1.2M的电阻,此时非门的1端为高电瓶。当没有物体挡住时，红外对管阻值很大，放大器输出端没有电流输出，此时非门1端为低电瓶。同时非门有对信号整形的作用，使其输出成矩形波状。
数码管显示部分
六、 智能传感器---智能温度传感器
原理：各检测单元能独立完成各自功能，并根据主控机的指令对温湿度进行实时采集。主控机负责控制指令的发送，并控制各个检测单元进行温度采集，收集测量数据，同时对测量结果进行整理和显示。其中包括单片机、复位电路、温度检测、报警电路、键盘及显示、报警电路等部分。
低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1计数器1 的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 系统原理图：
八、光导纤维传感器---分布式温度光纤传感器
原理：单片机接收（数据采集卡ＤＳＰ）的信号，确认需要输出的载波
信号频率，然后向直接数字合成器（ＤＤＳ）发送指令，直接数字合成器接收该指令后，输出对应频率的正弦波信号，信号经过ＬＤ激光器后得到调制激光，该激光信号分为两路，一路直接输入雪崩二极管ＡＤＤ２，另一路经耦合器后进入传感光纤，即为激光沿测温光纤向前传播的通道。同时耦合器还有一路回波，即反斯托克斯喇曼背向散射光回波通道。 信号发生器电路：
传感器应用设计
班级：微电子10-3班姓名：阮仕奎 学号：20105225
一、电阻应变式传感器---称重传感器
原理：弹性体（弹性元件，敏感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。 电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。
称重传感器可以采用两种不同的输入、输出接线方法：一种是四线制接法，另一种是六线制接法(如图1所示).四线制接法的称重传感器对二次仪表无特殊要求,使用起来比较方便,但当电缆线较长时,容易受环境温度波动等因素的影响;六线制接法的称重传感器要求与之配套使用的二次仪表具备反馈输入接口,使用范围有一定的局限性,但不容易受环境温度波动等因素的影响,在精密测量及长距离测量时具有一定的优势。
在称重设备中，四线的传感器用的比较多，如果要将六线传感器接到四线传感器的设备上时，可以把反馈正和激励正接到一起，反馈负和激励负，接到一起。信号线要注意一点就是，红色和白色在两种类型的传感器上对应的输出信号是不一样的。
二、电容式传感器---液位传感器
原理：电容式液位传感器系统; 它利用被测体的导电率, 通过传感器测量电路将液位高度变化转换成相应的电压脉冲宽度变化, 再由单片机进行测量并转换成相应的液位高度进行显示,该系统对液位深度具有测量、显示与设定功能, 并具有结构简单、成本低廉、性能稳定等优点。
ADC0809与单片机的接口电路
原理：电感式压力传感器的工作原理是由于磁性材料和磁导率不同，当
压力作用于膜片时，气隙大小发生改变，气隙的改变影响线圈电感的变化，处理电路可以把这个电感的变化转化成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。该种压力传感器按磁路变化可以分为两种:变磁阻和变磁导。电感式压力传感器的优点在于灵敏度高、测量范围大；缺点就是不能应用于高频动态环境。变磁阻式压力传感器主要部件是铁芯跟膜片。它们跟之间的气隙形成了一个磁路。当有压力作用时，气隙大小改变，即磁阻发生了变化。如果在铁芯线圈上加一定的电压，电流会随着气隙的变化而变化，从而测出压力。 在磁通密度高的场合，铁磁材料的导磁率不稳定，这种情况下可以采用变磁导式压力传感器测量。变磁导式压力传感器用一个可移动的磁性元件代替铁芯，压力的变化导致磁性元件的移动，从而磁导率发生改变，由此得出压力值。
电路设计图
四、压电式传感器---薄膜传感器
原理：压电薄膜（PVDF）是一种独特的高分子传感材料，能相对于压力
或拉伸力的变化输出电压信号，因此是一种理想的动态应变片，可加工成为高效可靠、低成本的振动传感器、加速度计或动态开关，也可作为高音频(>1kHz)至超声波(可高达100MHz)的高保真传感器。 设计电路图
五、热电式传感器---红外测温仪
原理：是利用红外辐射的热效应，通过温差电效应、热释电效应和热敏
电阻等来测量所吸收的红外辐射，间接地测量辐射红外光物体的温度。 设计电路图：
单片机处理模块电路
转换电路图
显示电路原理图
六、 光电式传感器---光电计数器
原理：电路图及其工作原理
光电测试部分
当有物体挡住时,
红外对管的阻值很小，放大器输出端会有微小电流输出，
逆时针方向流过1.2M的电阻,此时非门的1端为高电瓶。当没有物体挡住时，红外对管阻值很大，放大器输出端没有电流输出，此时非门1端为低电瓶。同时非门有对信号整形的作用，使其输出成矩形波状。
数码管显示部分
六、 智能传感器---智能温度传感器
原理：各检测单元能独立完成各自功能，并根据主控机的指令对温湿度进行实时采集。主控机负责控制指令的发送，并控制各个检测单元进行温度采集，收集测量数据，同时对测量结果进行整理和显示。其中包括单片机、复位电路、温度检测、报警电路、键盘及显示、报警电路等部分。
低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1计数器1 的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。 系统原理图：
八、光导纤维传感器---分布式温度光纤传感器
原理：单片机接收（数据采集卡ＤＳＰ）的信号，确认需要输出的载波
信号频率，然后向直接数字合成器（ＤＤＳ）发送指令，直接数字合成器接收该指令后，输出对应频率的正弦波信号，信号经过ＬＤ激光器后得到调制激光，该激光信号分为两路，一路直接输入雪崩二极管ＡＤＤ２，另一路经耦合器后进入传感光纤，即为激光沿测温光纤向前传播的通道。同时耦合器还有一路回波，即反斯托克斯喇曼背向散射光回波通道。 信号发生器电路：