數(shù)字傳感器應(yīng)用初探

谷守良

【摘 要】近年來，數(shù)字傳感器的應(yīng)用變得越來越廣泛，在生活、工程、安全等方面都起到了不可替代的作用。數(shù)字傳感器通常用來記錄和顯示數(shù)據(jù)，有時也會通過檢測結(jié)果來對電流或者水流等負載量進行控制。數(shù)字傳感器能準確的顯示出各種測量數(shù)據(jù)，也能夠更為精準地測量各種數(shù)值，能夠達到各種高精度實驗和控制場景的要求。此文就數(shù)字傳感器的應(yīng)用與原理進行簡單闡述，希望通過此文讀者能夠?qū)?shù)字傳感器有一些初步的認識和理解。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字；傳感器；應(yīng)用

0 前言

各類科學(xué)實驗中，數(shù)據(jù)的測量是實驗成敗的關(guān)鍵。如果單靠人力來進行數(shù)據(jù)測量，難免會出現(xiàn)各種各樣的誤差和錯誤。傳感器則能有效地解決這類問題，相比人力測量，使用傳感器能極大程度上避免了錯誤的發(fā)生，但是誤差問題卻依舊存在。隨著傳感器的發(fā)展，數(shù)字傳感器的出現(xiàn)有效地解決了錯誤和誤差問題，并且數(shù)據(jù)的讀取和記錄方式也給科研人員帶來了極大的便利?，F(xiàn)在，數(shù)字傳感器得到了廣泛的應(yīng)用，從航空航天到個人消費電子，它們的身影無處不在。

1 數(shù)字傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域范例

1.1 傳感器在停車場的應(yīng)用

很多國外汽車廠商已經(jīng)開發(fā)出了自動泊車系統(tǒng)，并已配裝了許多高端車型，這是數(shù)字傳感器應(yīng)用很成功的一個范例。該系統(tǒng)是通過傳感器發(fā)射信號并接收反射信號，來計算車與墻壁、車與車之間的間距，再通過智能程序控制汽車走位，來實現(xiàn)智能泊車。常見的包括射頻，紅外或者超聲波等傳感器，許多停車場的墻壁上也安裝了此類傳感器，當(dāng)汽車距離墻壁太近時，系統(tǒng)將報警提醒駕車人，以免發(fā)生事故。這些系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了泊車的安全系數(shù)，方便了司機們的起車和泊車，同時對停車場的管理帶來了極大的便利。

1.2 傳感器在儀器電路中的應(yīng)用

傳感器在儀器電路中的應(yīng)用也十分廣泛。日常生活中的很多常見的物品都運用到了數(shù)字傳感器。例如菜市場常見的電子秤，大街上常見的路燈，家里常用的壓力鍋……這些物品中的數(shù)字傳感器能夠?qū)⑽覀兯璧臄?shù)據(jù)更快更準確的顯示在我們眼前。有些傳感器負責(zé)檢測有用的數(shù)據(jù)供人們查看，而有些傳感器能保護設(shè)備儀器甚至人身的安全。這類傳感器通過將檢測到的物理信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過程序處理，對相關(guān)負載進行控制，使儀器維持在安全的狀態(tài)?？傊瑪?shù)字傳感器在各類儀器中的應(yīng)用必不可少。

1.3 傳感器在水利工程方面的應(yīng)用

在水利工程方面，傳感器的應(yīng)用也尤為廣泛，例如控制壓強和溫度的壓力傳感器和溫度傳感器。傳感器可以將非電信號的變化轉(zhuǎn)換為電信號，以水位傳感器為例，當(dāng)傳感器中的線圈固定不動，氣壓推動隔膜帶動磁芯使其與線圈之間的相對位置發(fā)生變化，線圈的電感量發(fā)生變化，導(dǎo)致線圈中電流變化，通過感應(yīng)電阻轉(zhuǎn)換成變化的電壓輸出變量，由此實現(xiàn)了水位由非電信號到電信號的變換。這些傳感器除了能及時地掌握工程狀況，確保其安全外還能滿足對工程進度的診斷、預(yù)測以及研究。數(shù)字傳感器在水利工程方面的應(yīng)用使得工作人員能更加科學(xué)有效的做好工程的控制和規(guī)劃，也杜絕了工作人員依靠經(jīng)驗判斷而導(dǎo)致工程出現(xiàn)安全隱患。水利工程方面?zhèn)鞲衅鞯膽?yīng)用還體現(xiàn)在了位移傳感器上，例如三汊河河口閘工程中應(yīng)用了位移傳感器，該工程2008年3月完工后，歷經(jīng)3個多月時間運行，使用情況良好，未發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問題，有效地保證了水閘的自動化控制運行，達到了理想的改造目的。

2 常見的部分數(shù)字傳感器的介紹

2.1 三軸數(shù)字磁傳感器

三軸數(shù)字磁傳感器能夠?qū)λ俣?、方向、加速度的變化甚至最細微的運動做出立即響應(yīng)。地球磁場在三維坐標(biāo)系中可以將地球磁場分為垂直分量和兩個水平分量，常見的三軸數(shù)字磁傳感器HMC5883L就是用來采集這三個分量的值。該傳感器目前有應(yīng)用于家庭游戲機Wii，以及更多的日常常見的電子用品中。由于三軸數(shù)字磁傳感器對于運動的響應(yīng)特別明顯，對于細微的運動也格外地敏感，三軸數(shù)字磁傳感器運用到了我們?nèi)粘Ｉ钪行枰ㄟ^微小的變化來進行控制的機器上，例如手機、平板、筆記本電腦……如今，越來越多的電子設(shè)備朝著便攜的方向發(fā)展。而便攜所帶來的隱患就是機器的易損毀。于是，技術(shù)人員們就在嘗試著研發(fā)出更加穩(wěn)定可靠的便攜式設(shè)備。三軸數(shù)字磁傳感器極大地推進了這方面的研究，這種傳感器通過對設(shè)備周邊環(huán)境的變化對機器所處的位置進行判斷，并在適合的時候加以保護。

2.2 數(shù)字電容式傳感器

數(shù)字電容式傳感器是將機械位移量轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器?；阪i相環(huán)的頻率-數(shù)字轉(zhuǎn)換原理，當(dāng)振蕩器接收到信號時，會發(fā)射一個響應(yīng)頻率的信號。鑒相器通過對這兩個信號的相位差的判斷繼續(xù)輸出一個數(shù)字信號。而這個數(shù)字信號就會對應(yīng)地轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的數(shù)據(jù)來控制振蕩器，從而影響環(huán)路的振蕩頻率。而其他的影響因素則為板間距離和正對面積。當(dāng)這些量的數(shù)值發(fā)生改變的時候，傳感器所顯示的數(shù)值就會發(fā)生變化。如今，機電一體化發(fā)展迅速，就出現(xiàn)了一種數(shù)字電容式液位傳感器，它替代傳統(tǒng)投入浮子式油箱液位傳感器。利用電容量隨電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)變化這一原理，通過測量變化的電容量得到剩余燃油量，同時監(jiān)控油箱內(nèi)部的溫度。數(shù)字電容式液位傳感器有自補償功能，消除了溫度和燃油雜質(zhì)對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，無可動部件的設(shè)計增加了它的使用壽命，令測量結(jié)果準確，實時。不僅如此，生活中所用到的可以通過旋轉(zhuǎn)旋鈕控制燈光亮度的臺燈正是運用了通過改變正對面積進而改變電容進而改變信號的原理。現(xiàn)今生活中，數(shù)字電容式傳感器更是應(yīng)用在了觸摸屏上、導(dǎo)航系統(tǒng)中、游戲設(shè)備里……可謂處處皆有數(shù)字電容式傳感器的身影。

2.3 水利工程方面應(yīng)用的傳感器

在水利工程方面，比較常見的一種傳感器是網(wǎng)絡(luò)數(shù)字水位傳感器。網(wǎng)絡(luò)數(shù)字水位傳感器在普通的數(shù)字水位傳感器的基礎(chǔ)上添加了通訊技術(shù)，使得傳感器不僅具有自我檢測、自我校準、自我診斷的功能，還添加了網(wǎng)絡(luò)通訊的功能，更加方便了用戶的使用。在全自動洗衣機里就應(yīng)用到了水位傳感器。我們常見的水位傳感器有兩種：開關(guān)式和電子式。開關(guān)式水位開關(guān)由于檔位少，不能滿足對于水的多方面控制，現(xiàn)在很少再采用，而電子式水位開關(guān)檔位多、線路少、精度較高且具有較強的防浪涌功能等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于各種實用水位采集中。網(wǎng)絡(luò)數(shù)字水位傳感器的應(yīng)用可以預(yù)防一些災(zāi)情的發(fā)生，通過各種電路的檢測，實時掌握水位情況，并通過網(wǎng)絡(luò)通訊，使工作人員更及時地掌握水位情況，在災(zāi)情的預(yù)防和情勢的控制上更加的便利。

3 結(jié)語

數(shù)字傳感器的發(fā)明是人類社會的一大進步，也為科技的進步奠定了優(yōu)良的基礎(chǔ)，為科研人員的工作提供了便利和更加精準的實驗結(jié)果，讓各類實驗在得出結(jié)果的過程中能夠利用更為準確的數(shù)值測量得更為客觀、正確，方便科研人員得到更加精準無誤的結(jié)論。不僅如此，數(shù)字傳感器在日常生活中的運用也讓人們的生活更加的安全、便利。隨著科技的進步，數(shù)字傳感器的運用會越來越普遍，人們將在生活得各個角落都運用到數(shù)字傳感器。數(shù)字傳感器在生產(chǎn)生活中的地位將越來越穩(wěn)固，越來越不可替代。也會隨著數(shù)字傳感器的大量使用，它的許多弊端也會逐漸顯現(xiàn)出來，但這并不影響人們對它的應(yīng)用?？蒲腥藛T們將會在實踐中不斷地改進、完善數(shù)字傳感器，讓數(shù)字傳感器更好地為人們服務(wù)、提供便利。

【參考文獻】

[1]沈冬萍，繆傳杰，徐欣歌，陳文薌.各向異性磁傳感器在車輛檢測中的應(yīng)用[J].廈門大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009（06）.

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[責(zé)任編輯：湯靜]