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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