传感器 – 同心智造网 http://www.hahakm.com Sat, 30 Sep 2023 04:49:46 +0000 zh-CN hourly 1 http://wordpress.org/?v=6.5.5 http://www.hahakm.com/wp-content/uploads/2021/10/2021101807452380-150x150.jpg 传感器 – 同心智造网 http://www.hahakm.com 32 32 陀螺仪传感器的原理及应用(陀螺仪传感器的作用是什么) http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34602/ http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34602/#respond Sat, 30 Sep 2023 04:49:46 +0000 http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34602/   一、陀螺仪传感器原理

  陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位的控制系统,它原本是运用到直升机模型上,现已被广泛运用于手机等移动便携设备。对于不熟悉这类产品的人来说,陀螺仪传感器是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。在假想的平面上挥动鼠标,屏幕上的光标就会跟着移动,并可以绕着链接画圈和点击按键。当你正在演讲或离开桌子时,这些操作都能够很方便地实现。 陀螺仪传感器原本是运用到直升机模型上的,已经被广泛运用于手机这类移动便携设备上(IPHONE的三轴陀螺仪技术)。

  陀螺仪的原理就是,一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时,是不会改变的。人们根据这个道理,用它来保持方向。然后用多种方法读取轴所指示的方向,并自动将数据信号传给控制系统。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒,因为车轴有一股保持水平的力量。现代陀螺仪可以精确地确定运动物体的方位的仪器,它在现代航空,航海,航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器。传统的惯性陀螺仪主要部分有机械式的陀螺仪,而机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高。70年代提出了现代光纤陀螺仪的基本设想,到八十年代以后,光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展,激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。光纤陀螺仪具有结构紧凑,灵敏度高,工作可靠。光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪,成为现代导航仪器中的关键部件。光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外,还有现代集成式的振动陀螺仪,集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度,体积更小,也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。

  二、陀螺仪传感器有哪些应用

  1、陀螺仪传感器在飞行领域的应用

  陀螺仪传感器是惯性导航系统的核心部件之一。在飞行器中,陀螺仪传感器可以通过检测飞行器的旋转速率和方向,帮助飞行器保持平衡和稳定。例如,商用航班的飞行导航系统中,使用多个陀螺仪传感器来检测飞行器的姿态和方向,从而实现航向和高度的自动控制。

  2、陀螺仪传感器在导航领域的应用

  陀螺仪传感器在GPS定位系统中也有着重要作用。由于GPS信号容易受到建筑物、树木等障碍物的挡住而导致信号受干扰或中断,因此需要引入惯性导航系统辅助GPS定位。陀螺仪传感器可以检测移动设备的旋转方向和速度,帮助设备在GPS信号中断的情况下保持定位和导航。

  3、陀螺仪传感器在VR/AR领域的应用

  陀螺仪传感器在虚拟现实和增强现实应用中也有广泛应用。例如,对于头戴式VR设备,陀螺仪传感器可以检测用户头部的转动和姿态,从而实现VR场景的渲染和视角的变换。在AR应用中,陀螺仪传感器可以检测移动设备的转动和旋转,帮助AR应用实现现实场景和虚拟数据的结合,增强交互体验和沉浸感。

  综上所述,陀螺仪传感器在飞行、导航、VR/AR等领域都有广泛应用。通过检测物体的旋转和姿态,帮助设备保持平稳、定位准确、跟踪迅速,是现代科技中不可或缺的重要组成部分之一。

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无线传感器网络的安全性如何实现?(无线传感器网络需要解决的问题是什么交互) http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34601/ http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34601/#respond Sat, 30 Sep 2023 04:49:44 +0000 http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34601/   无线传感器网络(WSN)在许多领域都得到了广泛应用,如环境监测、智能家居、农业自动化等。

  无线传感器网络主要由三大部分组成,包括节点、传感网络和用户这3部分。其中,节点一般是通过一定方式将节点覆盖在一定的范围,整个范围按照一定要求能够满足监测的范围;传感网络是最主要的部分,它是将所有的节点信息通过固定的渠道进行收集,然后对这些节点信息进行一定的分析计算,将分析后的结果汇总到一个基站,最后通过卫星通信传输到指定的用户端,从而实现无线传感的要求。

  WSN由“节点”构成-从几到几百甚至几千,其中每个节点都连接到一个(有时是几个)传感器。每一个这样的传感器网络节点通常具有几个部分:一个无线电收发信机与内部天线或连接到外部天线、微控制器,用于与所述传感器和能量源,通常是一个接口的电子电路的电池或嵌入的形式能量收集。甲传感器节点可能在从鞋盒下来的尘埃的晶粒的尺寸的大小而变化,尽管运作“ 微尘真正的微观尺寸尚未创建。传感器节点的成本类似地变化,从几美元到几百美元不等,具体取决于各个传感器节点的复杂性。传感器节点的大小和成本约束导致相应的约束WSN的拓扑结构可以从简单的星形网络到高级的多跳无线网状网络,而在网络的各跳之间的传播技术可以是路由或洪泛。

  然而,随着这些应用的深入,安全问题也逐渐显现出来,如隐私泄露、设备被控制、数据被篡改等。针对这些安全问题,可以采取以下改善措施:

  设备物理安全:保护无线传感器网络的设备免受物理攻击是防止设备被控制的重要手段。这可以通过采用一些物理防护措施来实现,如使用金属外壳、防水防尘材料等来提高设备的抗破坏能力。

  数据加密:对传输的数据进行加密可以防止数据被篡改或窃取。这可以通过采用一些加密算法来实现,如AES、RSA等。此外,还可以使用一些抗干扰算法,如信道编码、多跳和自组织移动特征等来提高数据的可靠性。

  实时监控:实时监控整个网络的状态和数据传输情况可以及时发现并处理安全问题。这可以通过部署一些监控设备和软件来实现,如网络监控工具、入侵检测系统等。

  除了上述措施外,还可以考虑以下解决方案:

  硬件加密:硬件加密是一种通过在硬件级别实现加密算法的方法,它可以提供比软件加密更高的安全性。例如,可以使用一些专用的加密芯片或模块来实现硬件加密,从而提高数据的安全性。

  软件签名认证:软件签名认证是一种通过数字签名来验证软件来源和完整性的方法。在无线传感器网络中,每个设备都可以使用自己的私钥来对软件进行签名,而其他设备则可以使用公钥来验证签名。这样可以确保设备的软件没有被篡变或替换。

  虚拟专用网络(VPN):VPN是一种可以在公共网络上建立加密通道的技术,它可以保护数据在传输过程中的安全性。在无线传感器网络中,可以使用VPN来保护数据传输的安全性和完整性。

  此外,针对无线传感器网络的安全问题,还可以从安全需求、安全影响等方面进行分析和解决。总之,无线传感器网络的安全问题需要从多个方面进行改善和解决,采取综合措施提高网络的安全性和可靠性。

  无线传感器网络的安全问题需要从多个方面进行改善和解决。除了在设备物理安全、数据加密和实时监控等方面采取措施外,还可以考虑使用硬件加密、软件签名认证和VPN等技术进一步提高数据的安全性和完整性。在智能家居、环境监测等应用场景中,根据实际需求选择合适的措施,综合提高无线传感器网络的安全水平。

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无线传感器网络的应用方案(无线传感器网络应用在哪些领域) http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34600/ http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34600/#respond Sat, 30 Sep 2023 04:49:42 +0000 http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34600/   无线传感器网络(WSN)是一种迅速发展的技术,已经在多个领域展现出广泛的应用前景。本文将重点介绍无线传感器网络在智能家居、智能城市、环境监测等领域的突出用途,并分析其技术优势。

  无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。构成传感器节点的单元分别为:数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元。其中数据采集单元通常都是采集监测区域内的信息并加以转换,比如光强度跟大气压力与湿度等;数据传输单元则主要以无线通信和交流信息以及发送接收那些采集进来的数据信息为主;数据处理单元通常处理的是全部节点的路由协议和管理任务以及定位装置等;能量供应单元为缩减传感器节点占据的面积,会选择微型电池的构成形式。无线传感器网络当中的节点分为两种,一个是汇聚节点,一个是传感器节点。汇聚节点主要指的是网关能够在传感器节点当中将错误的报告数据剔除,并与相关的报告相结合将数据加以融合,对发生的事件进行判断。汇聚节点与用户节点连接可借助广域网络或者卫星直接通信,并对收集到的数据进行处理。

  无线传感器网络由一组低功耗、微型、具有无线通信能力的传感器节点组成。通过自组织和多跳通信机制,这些节点能够协同工作,实现对环境参数的实时监测和数据传输。

  在智能家居领域,无线传感器网络被广泛应用于家庭环境的监控和控制。例如,通过在家庭内部署温度、湿度、光照等传感器,可以实时监测环境参数,为家庭用户提供舒适的生活环境。此外,无线传感器网络还可以用于家庭安全监控,例如门窗状态监测、入侵警报系统等。

  在智能城市领域,无线传感器网络被广泛应用于城市基础设施的监测和管理。例如,在道路、桥梁、隧道等关键部位部署传感器节点,可以实时监测结构物的状态,为城市管理者提供准确的信息,预防潜在的安全风险。此外,无线传感器网络还可以用于智能交通、智能环保等领域,提高城市管理的效率和可持续性。

  在环境监测领域,无线传感器网络被广泛应用于大气、水文、土壤等环境参数的监测。例如,在农田中部署无线传感器网络,可以实时监测土壤湿度、温度等参数,为农民提供准确的农情信息,指导农业生产。此外,无线传感器网络还可以用于城市环境监测、自然灾害预警等领域,提高环境保护的效率和响应速度。

  无线传感器网络具有以下技术优势:

  1. 高精度:无线传感器网络的传感器节点具有高精度、灵敏度高、稳定性好的特点,能够实现对环境参数的准确监测。

  2. 低功耗:无线传感器网络的传感器节点采用低功耗设计,能够保证较长的使用寿命,同时减少对电能的消耗。

  3. 体积小:无线传感器网络的传感器节点具有体积小的特点,便于在各种环境中部署,适应性强。

  4. 自组织性:无线传感器网络具有自组织性和自修复性,能够自动形成网络,并实现节点间的协同工作,提高了网络的可靠性和稳定性。

  5. 动态性:无线传感器网络具有动态性,能够灵活地适应环境的变化,实现对环境的实时监测和数据传输。

  无线传感器网络在多个领域的应用前景广阔,但也面临一些挑战,如网络安全、隐私保护等问题。未来随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展,无线传感器网络将会在更多领域发挥重要作用。

  总结

  本文介绍了无线传感器网络在智能家居、智能城市、环境监测等领域的突出用途和技术优势。无线传感器网络作为一种灵活、可靠、高效的技术手段,已经在多个领域展现出广泛的应用前景。随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展,无线传感器网络将会在更多领域得到应用和发展。

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无线传感器网络的三要素(无线传感器网络的结构有哪几种?分类的依据是什么?) http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34599/ http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34599/#respond Sat, 30 Sep 2023 04:49:41 +0000 http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34599/   无线传感器网络(WSN)是一种分布式网络,由大量微型、低功耗的传感器节点组成,通过无线通信技术实现数据传输。近年来,无线传感器网络的发展迅速,已广泛应用于环境监测、智能家居、工业自动化等领域。本文将深入探讨无线传感器网络的构建要素及其应用优势。

  一、无线传感器网络的发展历程和现状

  无线传感器网络的研究始于20世纪90年代,随着微电子、通信技术的不断发展,WSN的规模和性能得到了极大的提升。进入21世纪后,无线传感器网络开始广泛应用于环境监测、军事、智能交通等领域。目前,无线传感器网络已经成为了物联网的重要组成部分,其应用领域仍在不断拓展。

  二、无线传感器网络的构建要素

  传感器节点:传感器节点是无线传感器网络的基本组成单元,主要负责采集环境参数(如温度、湿度、光照、气压等)和数据传输。一个传感器节点通常由传感器、微处理器、无线通信模块和电源组成。为了满足特定应用需求,节点还需要具备一定的数据处理和自我管理能力。

  无线通信技术:无线通信技术是无线传感器网络的核心技术,负责节点间的数据传输。常用的无线通信技术包括Zigbee、WiFi、蓝牙、LoRa等。这些技术具有不同的特点和适用范围,需要根据具体应用场景进行选择。

  分布式控制技术:无线传感器网络是一个分布式系统,需要采用分布式控制技术来实现对整个网络的协调和管理。这种技术通过将网络划分为多个区域,每个区域由一个主节点负责管理和控制,从而实现整个网络的稳定运行。

  信息安全技术:无线传感器网络中的信息安全技术对于保护网络免受攻击和确保数据安全至关重要。这包括对数据进行加密、认证和访问控制等措施,以防止未经授权的访问和恶意攻击。

  三、无线传感器网络的应用优势

  灵活性强:无线传感器网络的部署和管理非常灵活,可以根据需要随时增加或减少节点数量,扩展性强。此外,由于节点间采用无线通信,无需布线,从而降低了施工难度和成本。

  监测范围广:无线传感器网络具有广泛的监测能力,可以实现对各种环境参数的实时监测。通过网络中的多个节点协同工作,可以有效地提高监测精度和覆盖范围。

  实时性好:无线传感器网络具有实时监测的能力,能够及时有效地获取数据,对异常情况进行预警。例如,在环境监测中,通过实时监测大气污染物的浓度,可以及时采取相应的治理措施。

  精准度高:无线传感器网络的精准度高,能够实现高精度的定位和数据采集。例如,在智能交通领域,通过部署高精度GPS定位的传感器节点,可以实现对车辆的精准调度和管理。

  低功耗:无线传感器网络的节点通常采用低功耗设计,通过优化算法和硬件结构,最大程度地降低节点的能耗。这使得无线传感器网络可以在没有外部电源的情况下持续工作数月甚至数年之久。

  成本效益高:由于无线传感器网络的节点设计和制造采用了微型化、批量生产等技术,使得其成本大大降低,具有很高的成本效益。此外,由于其低功耗和灵活性的特点,也使得其维护和运营成本相对较低。

  安全性高:无线传感器网络中的信息安全技术可以有效地保护网络免受攻击,确保数据的完整性和机密性。同时,通过采用节点间的认证和访问控制等措施,可以防止未经授权的访问和恶意攻击。

  四、结论

  综上所述,无线传感器网络具有灵活性强、监测范围广、实时性好、精准度高、低功耗、成本效益高以及安全性高等诸多应用优势。这使得无线传感器网络在各个领域都具有广泛的应用前景和发展潜力。随着相关技术的不断进步和创新应用研究的深入开展相信无线传感器网络在未来将会发挥更加重要的作用并为社会带来更多的便利和效益。

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无线传感器网络的结构有哪几种?分类的依据是什么?(无线传感器网络的一般结构和特点有哪些) http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34596/ http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34596/#respond Sat, 30 Sep 2023 04:49:35 +0000 http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34596/   无线传感器网络已经成为了物联网的重要组成部分。它是一种由多个具有无线通信能力的传感器节点组成的网络,能够实时监测和收集各种环境参数,如温度、湿度、光照、压力等。本文将详细介绍无线传感器网络的结构和技术特点,帮助读者更好地了解这一新兴领域。

  无线传感器网络的结构

  无线传感器网络由多个传感器节点组成,这些节点通过无线方式进行通信。每个节点通常包括传感器、微处理器、无线通信模块和电源等部分。根据需要,无线传感器网络中的节点可以以星型、树型、网状等形式进行连接。

  在无线传感器网络的结构中,节点之间的通信通常采用多跳方式进行。每个节点不仅可以作为信息的发送者,也可以作为信息的接收者。当一个节点接收到来自其他节点的信息时,它会根据需要将该信息转发给其他节点。这种多跳通信方式使得无线传感器网络具有更强的灵活性和可扩展性。

  无线传感器网络的技术特点

  自组织性

  无线传感器网络中的节点是自主的,能够自组织地形成网络。这种自组织性使得无线传感器网络具有很高的适应性和灵活性。在没有预设基础设施的情况下,节点之间可以自组织地建立通信连接,实现对环境的实时监测。

  感知能力

  无线传感器网络中的节点配备了各种传感器,能够感知环境中的各种参数,如温度、湿度、光照、气压等。通过这些传感器,无线传感器网络能够实现对环境的全面感知和实时监测。

  通信能力

  无线传感器网络中的节点之间能够通过无线方式进行通信。这种通信方式使得节点之间的连接不受地理位置的限制,可以实现灵活、快速、低成本的通信。此外,无线传感器网络的通信协议通常具有较低的能耗,使得网络的运行更加高效。

  能量管理

  由于无线传感器网络的节点通常由电池供电,因此能源管理成为了该领域的一个重要问题。许多研究者在能源管理方面进行了深入研究,提出了各种节能技术和协议,以延长无线传感器网络的生命周期。例如,通过优化节点的休眠和唤醒机制、采用低功耗通信协议和算法等措施,可以有效地降低节点的能耗。

  可靠性

  无线传感器网络在恶劣环境下也能够稳定运行,具有很高的可靠性。例如,在网络遭受故障或恶意攻击时,节点之间的冗余通信可以保证网络的连通性和可用性。此外,通过数据融合和信息处理技术,可以降低通信噪声和干扰,提高数据传输的准确性和稳定性。

  无线传感器网络的应用场景

  无线传感器网络具有广泛的应用前景,可以应用于环境监测、医疗、军事等领域。

  在环境监测领域,无线传感器网络可以用于监测气象、水文、土壤等信息。例如,在农田中部署无线传感器网络,可以实时监测土壤湿度、温度等参数,为农民提供准确的农情信息,指导农业生产。此外,无线传感器网络还可以应用于城市环境监测、地震监测等领域。

  在医疗领域,无线传感器网络可以用于实现远程医疗和健康监测。例如,将无线传感器植入病人体内,可以实时监测病人的生理参数,如血压、心率等,并将数据传输给医生进行远程诊断和治疗。此外,无线传感器网络还可以应用于医疗物资管理和药品追踪等领域。

  在军事领域,无线传感器网络可以用于实现战场监测、敌方侦查和目标追踪等方面。例如,在战场上部署无线传感器网络,可以实时监测敌方动态、侦查敌方阵地,为作战指挥提供准确的信息支持。

  结论

  本文对无线传感器网络的结构和技术特点进行了详细介绍。无线传感器网络作为一种新兴的物联网技术,具有广泛的应用前景和巨大的发展潜力。它的自组织性、感知能力、通信能力和可靠性等特点使得它在环境监测、医疗、军事等领域具有广泛的应用价值。随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展,无线传感器网络将会在更多领域发挥重要作用。

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光纤传感器有哪两大类型?它们之间有何区别(什么是光纤传感器?光纤传感器的分类主要有哪些?) http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34550/ http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34550/#respond Sat, 09 Sep 2023 04:49:37 +0000 http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34550/   一、光纤传感器

  光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器。光纤传感器的工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器,在调制器内与外界被测参数的相互作用, 使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化,成为被调制的光信号,再经过光纤送入光电器件、经解调器后获得被测参数。整个过程中,光束经由光纤导入,通过调制器后再射出,其中光纤的作用首先是传输光束,其次是起到光调制器的作用。

  光纤传感器的优点是与传统的各类传感器相比,光纤传感器用光作为敏感信息的载体,用光纤作为传递敏感信息的媒质,具有光纤及光学测量的特点,有一系列独特的优点。电绝缘性能好,抗电磁干扰能力强,非侵入性,高灵敏度,容易实现对被测信号的远距离监控,耐腐蚀,防爆,光路有可挠曲性,便于与计算机联接。

  传感器朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展,它能够在人达不到的地方(如高温区或者对人有害的地区,如核辐射区),起到人的耳目作用,而且还能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。

  二、光电传感器

  光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。其工作原理基于光电效应。光电效应是指光照射在某些物质上时,物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。根据光电效应现象的不同将光电效应分为三类:外光电效应、内光电效应及光生伏特效应。光电器件有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。分析了光电器件的性能、特性曲线。

  光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电物理量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度,以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。新的光电器件不断涌现,特别是CCD图像传感器的诞生,为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。

  三、光纤传感器和光电传感器有什么区别

  光纤传感器和光电传感器作为两种典型的传感器,其在生产测量当中的应用都是比较广泛的,那么两者究竟有什么区别呢?接下来就从原理及应用两方面对二者的区别进行逐一的分析。

  (一)原理方面

  光电传感器:是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。

  光纤传感器:是将来自光源的光经过光纤送入调制器,使待测参数与进入调制区的光相互作用后,导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化,称为被调制的信号光,在经过光纤送入光探测器,经解调后,获得被测参数。

  (二)应用方面

  1、光电传感器的应用领域:

  烟尘浊度监测仪防止工业烟尘污染是环保的重要任务之一。为了消除工业烟尘污染,首先要知道烟尘排放量,因此必须对烟尘源进行监测、自动显示和超标报警。烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的。如果烟道浊度增加,光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加,到达光检测器的光减少,因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。

  光电池在光电检测和自动控制方面的应用;光电池作为光电探测使用时,其基本原理与光敏二极管相同,但它们的基本结构和制造工艺不完全相同。由于光电池工作时不需要外加电压;光电转换效率高,光谱范围宽,频率特性好,噪声低等,它已广泛地用于光电读出、光电耦合、光栅测距、激光准直、电影还音、紫外光监视器和燃气轮机的熄火保护装置等。

  2、光纤传感器应用领域:

  绝缘子污秽、磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。

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倾角传感器的用途(倾角传感器精度能到多少) http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34549/ http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34549/#respond Sat, 09 Sep 2023 04:49:35 +0000 http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34549/   传感器在现代生活中发挥着重大作用,现实生活中的很多应有都是基于传感器搭建起来的。为增进大家对传感器的认识,本文将对倾角传感器的精度、倾角传感器的应用予以介绍。如果你对传感器、倾角传感器具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。

  一、倾角传感器中的精度是指什么

  倾角传感器又称作倾斜仪、测斜仪、水平仪、倾角计,经常用于系统的水平角度变化测量,水平仪从过去简单的水泡水平仪到的电子水平仪是自动化和电子测量技术发展的结果。作为一种检测工具,它已成为桥梁架设、铁路铺设、土木工程、石油钻井、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可缺少的重要测量工具。电子水平仪是一种非常精确的测量小角度的检测工具,用它可测量被测平面相对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度。

  随着倾角传感器的技术不断的突破,倾角传感器的精度也随着变得越来越小,我们在购买倾角传感器的时候不经要问倾角传感器的精度到底是指什么呢?是不是我们在购买倾角传感器的时候就要购买精度相对小的倾角传感器呢?

  倾角传感器的精度是指实际角度与传感器测量角度多次(≥16次)测量的均方值误差。我们在购买倾角传感器的时候不是说一定得购买精度相对较小的倾角传感器,而是要根据自己的实际情况来判断我们所需要的精度是多大,然后再去进行购买。

  影响倾角传感器的测量精度与以下指标密切相关:

  1、灵敏度误差——取决于核心敏感器件的自身特性,但同时与频率响应关联,也称幅频特性。经过实际的测试,对灵敏度的影响很小,可以忽略不计。

  2、零点偏置——取决于核心敏感器件的自身特性,是指传感器在没有角度输入的情况下(如绝对水平面),传感器测量输出不为零,该实际输出角度值即为零点偏置。这个指标跟传感器是否能置零没有任何关系

  3、非线性——可以通过后续进行校正,取决于校正点的多少。校正点越多,非线性越好

  倾角传感器的使用寿命一般来说是比较短的,是和它的使用环境有关系的,所以我们在使用倾角传感器的时候注意恶劣的环境中保护好传感器,尤其重要的是机械汽车上面我们必须经常的检测传感器以及更换掉,高温长时间的操作等等都不利于倾角传感器的使用寿命

  二、倾角传感器应用

  1、轧辊感应

  倾斜传感器可用于警告施工设备翻转或翻倒、提醒车辆在崎岖的越野的地形。这种传感器大多数利用水银,也有无水银的类型,但由于冲击、振动造成虚假的跳闸,少有能够完美实现其功能的。

  2、汽车使用

  倾斜传感器(水银开关)可以用于汽车照明控制(例如,后备箱盖灯控制)和防抱死制动系统。但这一用途自2003年以来已被停用,以避免报废汽车泄漏的汞对环境有影响。

  3跌倒报警

  执行工作在有限空间内(如焊机、坦克),有特殊劳动安全要求时,可运用倾斜传感器。如果工人摔倒,倾斜传感器将会发出警报。

  4、航姿导航系统

  电子姿态指标通常使用倾斜传感器(水银开关)来保持陀螺轴垂直。当陀螺垂直,倾斜传感器触发转矩马达令陀螺回到正确的位置。

  5、压力开关

  可以用弹簧管压力开关和倾斜传感器来做压力开关。这类开关可以利用管产生的微小的力来控制其工作运行。

  6、自动售货

  倾斜传感器一方面用于机械系统控制电致动器的物理方向。他们也常用于自动售货机“倾斜警报”。当有人企图震动或倾斜机器以获得商品时,倾斜传感器激活、拉响警报。

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红外温度传感器原理及应用(红外温度传感器应用实例) http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34525/ http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34525/#respond Sat, 26 Aug 2023 04:49:37 +0000 http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34525/   一、红外线温度传感器选型要点

  在选择红外线温度传感器时,需要考虑以下几个要点:

  1. 测量对象

  首先需要确定所需测量的对象类型及其表面状态。例如,需要测量均匀涂覆着黑色漆的金属板时,应选用反射率为0.9的滤波器;需要测量光亮金属表面时,应选用窄带滤波器以避免多次反射引起的误差等。

  2. 测量距离

  其次需要根据实际应用场景测量距离要求,选择合适的红外线温度传感器型号。例如,对于长距离测量需求,应选择测量范围更广、发射功率更高的红外线温度传感器。

  3. 环境条件

  在一些复杂环境下,红外线温度传感器的测量误差可能会受到环境因素的影响。因此,在选择红外线温度传感器时需要考虑其适应环境温度、湿度、电磁干扰等因素的能力。

  4. 响应速度

  响应速度是红外线温度传感器的重要指标,它影响着传感器的实时性和稳定性。一般而言,响应速度与测温范围成反比关系,因此需要根据实际需求选择合适的响应速度。

  5. 精度要求

  精度是评估红外线温度传感器性能的重要指标之一。在选择时需要根据实际应用场景的精度要求选择合适的型号。同时,还需要注意红外线温度传感器的测量误差来源,例如环境干扰、温度漂移等。

  6、红外线温度传感器的波长范围

  目标材料的发射率和表面特性决定测温仪的光谱响应或波长。对于高反射率合金材料,有低的或变化的发射率。在高温区,测量金属材料的最佳波长是近红外,可选用0.18-1.0μm波长。其他温区可选用1.6μm、2.2μm和3.9μm波长。由于有些材料在一定波长是透明的,红外能量会穿透这些材料,对这种材料应选择特殊的波长。如测量玻璃内部温度选用10μm、2.2μm和3.9μm(被测玻璃要很厚,否则会透过)波长;测量玻璃内部温度选用5.0μm波长;测低区区选用8-14μm波长为宜;再如测量聚乙烯塑料薄膜选用3.43μm波长,聚醋类选用4.3μm或7.9μm波长。厚度超过0.4mm选用8-14μm波长;又如测火焰中的C02用窄带4.24-4.3μm波长,测火焰中的C0用窄带4.64μm波长,测量火焰中的N02用4.47μm波长。

  7、红外线温度传感器的响应时间

  响应时间表示红外测温仪对被测温度变化的反应速度,定义为到达最后读数的95%能量所需要时间,它与光电探测器、信号处理电路及显示系统的时间常数有关。这要比接触式测温方法,快得多。如果目标的运动速度很快或测量快速加热的目标时,要选用快速响应红外测温仪,否则达不到足够的信号响应,会降低测量精度。然而,并不是所有应用都要求快速响应的红外测温仪,对于静止的或目标热过程存在热惯性时,测温仪的响应时间就可以放宽要求了。因此,红外测温仪响应时间的选择要和被测目标的情况相适应。

  二、红外线温度传感器和温度传感器的区别

  红外线温度传感器一般测量精度较高。而在一定的测温范围内,温度计也可以测量物体内部的温度分布。不过对于运动体、小目标或者是热容量很小的对象则会产生较大的测量误差,常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻与温差电偶等。它们广泛应用在工业、农业、商业等部门。就是在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药与石油化工等部门的广泛应用以及超导技术的研究,测量120K以下温度的低温温度计得到了发展,例如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻以及低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性以及稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件,还可以用于测量1.6~300K范围内的温度。

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霍尔电流传感器是什么?它的工作原理是什么(霍尔电流传感器是什么?它的工作原理是什么意思) http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34524/ http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34524/#respond Sat, 26 Aug 2023 04:49:35 +0000 http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34524/   霍尔传感器的工作原理是:磁场中有一个霍尔半导体片,恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下,I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移,使该片在CD方向上产生电位差,这就是所谓的霍尔电压。

  什么是霍尔传感器?

  霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。根据霍尔效应,人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点,因此,在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。

  霍尔传感器常见的类型?

  1、霍尔压力传感器:敏感元件弹簧片一端固定,另一端安装着霍尔元件。当输入压力增加时,弹簧伸长,使处于恒定梯度磁场中的霍尔元件产生相应的位移,从霍尔元件输出的电压的大小即可反映出压力的大小。

  2、霍尔电流传感器:在磁芯上开一气隙,内置一个线性霍尔元件,器件通电后,便可由它输出的霍尔电压得出导线中流通电流的大小。

  霍尔传感器应用领域有?

  1、测量领域:可用于测量磁场、电流、位移、压力、振动、转速等;

  2、通讯领域:可用于放大器、振荡器、相敏检波、混频、分频、以及微波功率测量等;

  3、自动化技术领域:可用于无刷直流电机、速度传感、位置传感、自动记数、接近开关等。

  基本原理:霍尔电势VH的大小与控制电流IC和磁通密度B的乘积成正比,即:H=KHICBsin霍尔电流传感器是按照霍尔效应原理制成,对安培定律加以应用,即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场,而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此,使电流的非接触测量成为可能。通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此,电流传感器经过了电-磁-电的绝缘隔离转换。工作原理:

  霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。它有两种工作方式,即开环(直放式)和闭环(磁平衡式)。直放式霍尔传感器的优点是电路形式简单,成本相对较低;其缺点是精度、线性度较差,响应时间较慢,温度漂移较大。为了克服它的不足,出现了闭环(磁平衡式)霍尔电流传感器。

  闭环式霍尔电流传感器又称零磁通式霍尔电流传感器,如下图所示,它是由原边电路、聚磁环、霍尔元件次级线圈、放大器等组成。当原边电流IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中,霍尔元件固定在气隙中检测磁通,通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流,用于抵消原边IP产生的磁通,使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理,传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化.

  开环式电流传感器,如下图所示, 当原边电流IP流过一根长导线时,在导线周围将产生磁场,这一磁场的大小与流过导线的电流成正比,产生的磁场聚集在磁环内,通过磁环气隙中霍尔原件进行测量并放大输出,其输出电压VS精确的反映原边电流IP。由于环形磁芯中的磁感应强度与原边电流成正比,只要原边电流足够大,环形磁芯必然饱和。

  注:不论是哪种霍尔电流传感器,磁芯发生磁饱和后,可能导致剩磁,而霍尔传感器的输出与磁芯的磁通有关,因此,磁饱和后的霍尔电流传感器,在一次没有输入的情况下,也会有一定直流信号的输出。

  功能:

  霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换,通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受,响应时间快,电流测量范围宽精度高,过载能力强,线性好,抗干扰能力强

  扩展资料:

  霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转。当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积,从而形成附加的横向电场。

  动力电池包,作为电动汽车上具备独立功能的电气单元,需要具备完善的控制和保护功能,并且需要周期性的向整车控制器汇报自身工作状况,电流电压等基本电路参数的测量必不可少。具体到电流的测量,主要采集回路总电流。而电池包电路系统末梢的每一只电芯,目前还做不到精确掌握其实时工作电流。电流测量的常用传感器,一种是分流器,另一种就是霍尔电流传感器。霍尔电流传感器属于依靠电磁特性检测电流的一种传感器。

  1 磁电流传感器分类和工作原理

  磁电流传感器的种类很多,按照测试原理可以划分为:罗氏(Rogowski)线圈、电流互感器、分流器、巨磁阻效应(GMR)、巨磁阻抗(GMI)各向异性(AMR)、隧道效应(TMR)、光学效应、霍尔效应等等。

  Rogowski 线圈测量电流的基本原理是电磁感应和安培环路定律,又叫电流测量线圈或者微分电流传感器,如下图所示。根据线圈上的感应电流信号与通过线圈的额电流变化率成正比的顾虑,通过积分还原一次回路电流值。这是一种交流电流的测量方法。

  Rogowski 线圈不含磁性材料,所以没有磁滞效应和磁饱和现象,测量的范围从数安培到几千安培,结构简单,测量回路与被测电流之间没有直接的关系,具有测量范围广、精度高、稳定性高、响应频率范围宽等优点,可以用来测量交流、直流和瞬态电流,用在继电保护、可控硅整流、变频调速等场合。

  电流互感器是用来测量、保护、监控用电设备的重要器件,广泛应用于电力系统中,电流互感器的可靠性与整个系统的安全运行非常紧密。

  电流互感器的基本原理图如下图所示。通过设计原边与副边的绕组匝数关系,用副边的感应电流值的大小去反应原边电流值的大小。由于电流互感器的特性,二次负载阻抗很小,接近于零,所以,对外部电路的要求较低。这是一种常见的交流测量方式。准确度高、工艺成熟、制造方便,能满足一般测量要求。

  分流器测量电流的基本原理是欧姆定律,是通过被测电流电路中串联电阻两端的电压来测量直流电流。

  它的结构简单,使用方便,在低频小电流测量中,具有非常高的精度和快的响应时间,在大电流测量中,会有很大的误差。因为分流器的材料一般是铜的合金,为了测量准确,导体电阻不宜过小,但大电流会产生大量欧姆热;如果减小导体电阻,又势必增加分流器的尺寸,降低精度,提高生产的成本。一般分流器更适合于偏小的电流测量,其实物图如下图所示。

  各向异性磁电阻(简称 AMR)电流传感器,敏感元件的材料是坡莫合金。铁磁材料具备一种特别的属性,铁磁材料的电阻率随自身磁化强度和电流方向夹角的改变而变化。外部磁场施加到铁磁性材料上,铁磁材料的长度方向上施加一个垂直于磁场的电流,铁磁材料自身阻值的变化,可以转化为元件端电压的变化。如下图所示。各向异性磁电阻,灵敏度高,对平行磁场的响应迅速,主要应用在伺服系统、变速传动装置、过载电流保护等领域。

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磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么) http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34502/ http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34502/#respond Sat, 05 Aug 2023 04:49:40 +0000 http://www.hahakm.com/tech/hxlbj/cgq/34502/ 看上去神秘的“磁”,其实离我们并不遥远,时刻环绕着我们。因为,地球本身就可以看成一个天然的巨大磁体,叫做地磁场。如果把地磁场简化为一个条形磁铁的话,那么地磁南极实际是在地理北极附近,而地磁北极实际是在地理南极附近。这两个磁极的假设磁轴并不是和地球的自转轴是重合的,而是有大约成11.5度的倾斜角度。地磁场数值从0.4高斯到0.6高斯,其强度与方向也随地点而变化。

所谓磁传感器,就是把磁场、放射线、压力、温度、光等因素作用下引起敏感元件磁性能的变化转换成电信号。现代工业和电子产品中应用中,磁传感器最广泛的是以感应磁场强度来测量电流、位置、方向等物理参数。在现有技术中,有许多不同类型的磁传感器,最常见的是采用霍尔(Hall)元件、各向异性磁电阻(Anisotropic Magnetoresistance, AMR)、巨磁电阻(Giant Magnetoresistance, GMR)、隧道磁阻传感器(Tunnel Magnetoresistance, TMR)为核心的传感器。

什么是AMR磁阻传感器?

某些金属或半导体在遇到外加磁场时,其电阻值会随着外加磁场的大小发生变化,这种现象叫做磁阻效应,电阻的变化量叫做磁阻。

1857年,Thomson发现坡莫合金的的各向异性磁阻效应。对于有各向异性特性的强磁性金属, 磁阻的变化是与磁场和电流间夹角有关的。我们常见的这类金属有铁、钴、镍及其合金等。当外部磁场与磁体内建磁场方向成零度角时, 电阻是不会随着外加磁场变化而发生改变的;但当外部磁场与磁体的内建磁场有一定角度的时候, 磁体内部磁化矢量会偏移,薄膜电阻降低, 我们这种特性称为各向异性磁电阻效应(Anisotropic Magnetoresistive Sensor,简称AMR)。磁场作用效果下图。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图

坡莫合金的AMR效应

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图1

磁阻变化值与角度变化的关系

薄膜合金的电阻R就会因角度变化而变化,电阻与磁场特性是非线性的,且每一个电阻并不与唯一的外加磁场值成对应关系。从上图中,我们可以看到,当电流方向与磁化方向平行时,传感器最敏感,在电流方向和磁化方向成45度角度时,一般磁阻工作于图中线性区附近,这样可以实现输出的线性特性。

AMR磁传感器的基本结构由四个磁阻组成了惠斯通电桥。其中供电电源为Vb,电流流经电阻。当施加一个偏置磁场H在电桥上时,两个相对放置的电阻的磁化方向就会朝着电流方向转动,这两个电阻的阻值会增加;而另外两个相对放置的电阻的磁化方向会朝与电流相反的方向转动,该两个电阻的阻值则减少。通过测试电桥的两输出端输出差电压信号,可以得到外界磁场值。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图2

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图3

AMR磁阻传感器等效电路

AMR磁阻传感器如何“施展拳脚”?

各向异性磁阻传感器的测量范围正好是以地球磁场分布范围为中心,最适合工作在地球磁场环境下的磁传感器。其采用常见的坡莫合金,具有精度高,体积小,稳定性好等优点,且工艺上只需一层磁性薄膜,工艺简单,成本低,不需要昂贵的制造设备,适合批量生产和更迎合消费类电子市场的需求。

AMR磁阻传感器可以很好地感测地磁场范围内的磁场低于1高斯。传感器可用来检测一些铁磁性物体如飞机、火车、汽车。其它应用包括磁罗盘、旋转位置传感、电流传感、钻井定向、线位置测量、偏航速率传感器和虚拟实景中的头部轨迹跟踪。

导航功能

磁传感器最初是利用其磁性来作为航海指南针。磁传感器和加速度计可以组成电子罗盘,是测量方位角比较经济的一种电子仪器。如今电子罗盘广泛应用于汽车和手持电子罗盘,手表,手机,对讲机,雷达探测器,望远镜,探星仪,穆斯林麦加探测器(穆斯林钟),手持 GPS 系统,寻路器,武器/导弹导航(航位推测),位置/方位系统,安全/定位设备,汽车、航海和航空的高性能导航设备,电子游戏机设备等需要方向或姿态显示的设备。

– 车辆管制功能

由于地球是个巨大的磁场,当车辆这类大磁体通过时,会引起地磁场局部的扰动。磁传感器可以探测到车辆的存在,行驶方向,行驶速度,车辆大小等。因此,地下车库可以计算剩余车位数量,可以监测道路车流量情况,为人们的出行提供道路和停车信息。在当前大力发展的“智慧城市”中,将会有很重要的作用!

地磁探测

各向异性磁阻传感器可以用来辨别埋藏物质的。磁阻传感器是利用薄膜合金遇到磁场会产生磁阻值变化的性质,当电桥遇到不同强度的磁场时会产生不同的电压输出,将磁性信号转变为电信号。面对密布于城市各个角落的地下管线错综复杂,在施工过程中经常出现打漏管线情况,进而造成漏水、漏气、停电等事故,该应用有现实意义。

ARM在机器人领域的应用

协作机器人是指在共享空间中与人类互动或近距离地与人一起安全工作以生产东西的机器人。1978年,日本广岛一家工厂的切割机器人在切钢板时将一名值班工人当作钢板操作,导致了悲剧的发生,自那时起工业机器人的安全性就成为了所有机器人研发人员一直在努力解决的问题。而从1996年世界上第一台商业化人机协作机器人WAM机械臂于美国诞生以来,又一个核心问题始终困扰着研发者——如何在实现安全化的同时,提升生产效率并降低成本。

作为机电系统的一种外在表现形式,工业协作机器人的机械臂通常通过变速箱连接到电机,而要实现电机的精确控制和高效换向,高分辨率电流和旋转位置信息至关重要。一般而言,在基于旋变器的系统中,分辨率和精度可能非常高,但终端解决方案可能价格昂贵且体积较大;无传感器方案也可用于检测反电动势电流,而且还能降低传感器重量和成本,但是电机启动性能可能是个问题;利用三个霍尔效应传感器检测电机磁体的位置则通常用于对成本敏感的应用中,由于需要监控三个信号,往往会产生空间和安装难题。作为工业自动化领域半导体方案的专业厂商,ADI公司提供基于异性磁阻(AMR)技术的角度传感器,借助ARM传感器,不仅可实现高角度精度,而且可获得非常小的传感器子系统,并且能够在电机总成内定位传感器。

什么是AMR技术?

基于AMR理念的传感器的材料电阻率取决于相对于电流方向的磁化方向。该传感器通常沉积为薄膜透磁合金(磁性铁镍合金)。AMR传感器在饱和状态下工作,因此外部磁场对电阻变化起决定作用。外部磁场和电流方向平行时电阻最大,施加磁场与载流透磁合金的平面垂直时电阻最小。两个独立的惠斯登电桥配置以彼此呈45°的方式排列时,可实现角度传感器,其正弦和余弦输出取决于外部磁场方向。此配置可提供具有180°绝对测量范围的传感器。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图4

AMR工作原理

在当今的位置检测技术中,各向异性磁阻(AMR)薄膜材料变得日益重要。相比传统技术,磁阻(MR)位置测量具有多种优势。可靠性、精度和整体鲁棒性是推动磁阻检测技术快速发展的主要因素。低成本、相对较小的尺寸、非接触式操作、宽温度范围、对灰尘和光的不敏感性、宽磁场范围,这些特性共同造就出一种鲁棒的传感器设计。

决定机器人精度和可重复性规格的因素

当机器人处于工作状态时,电机旋转速度往往非常快,相比之下,机械臂的运动速度要慢得多。位置传感器通常安装在电机本身上,送回机器人控制器的关节角度解读结果会显示关节的位置,然后从电机角度传感器直接解释,或在机械臂一侧进行解释。在机械臂一侧的情况下,电机角度传感器将被用来控制电机速度。还有一个安全制动器,当断电时它会将机械臂固定在适当的位置,以免整个机械臂倒塌。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图5

工业机器人架构

可重复性是机器人设计中最常使用的术语之一,一旦机械臂始终回到同一位置,用户就可以在任务开始时对其进行校准,然后便知道它会保持一致。人们经常使用精度一词代替可重复性,它是重复性任务(例如机器人技术)中最重要的规格和关键参数之一。具有高重复性的系统经校准后可实现很高的绝对精度。

了解可重复性规格和机器人的作用范围之后,我们就可以推断旋转编码器的规格。伺服电机上和机器人关节上一般都有编码器,变速箱通过提高扭矩,将电机的高速转动转换成受控的低惯性臂运动。由于机器人中有多个关节,而且要考虑机械公差,因此组合多个关节以实现机器人在传感器下的总体作用范围时,关节的性能应比目标角度重复性规格更高。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图6

机器人架构中的编码器

具备高可靠性&精确位置信息的 AMR传感器

ADI可提供ADA4571 AMR角度传感器形式的位置传感器以用于成熟的磁编码器解决方案。借助高精度位置反馈信息,ADA4571可提高电机换向效能,改进对扭矩和速率性能的控制,在低转速应用中尤其如此。该款传感器还支持最高50,000 RPM的电机转速,而角度直接测量原理则可降低振动和噪声效应,从而消除对电机性能的影响。完善的扭矩控制能力则有利于提高电机效率,减少排放和散热,并能延长电机寿命。除此以外,低相位延迟(2µs)则可实现快速闭环控制,提高工业伺服电机、机器人、电动转向等高动态应用中的响应能力。

什么是AMR?

AMR是Anisotropic Magneto Resistance的缩写,意为各向异性磁电阻。这是一种具有施加磁场后电阻减少功能的元件,其功能取决于磁力线相对于元件的方向(各向异性)。

AMR元件的材料采用强磁性金属。

AMR元件的材料采用Ni、Fe等合金而成的强磁性金属。

由于具有正侧和负侧对称的特性,因此即使磁铁的N和S反转,也可执行相同的动作。利用此特性,可以非接触方式获取高精度、可靠的数据。此外,利用可进行这种非接触式检测的特点,还可将其灵活运用于打开、关闭检测和旋转检测、位置检测等各种应用。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图7

输出类型:数字输出

传感器在与IC和AMR元件相同的基板上形成。通过IC对AMR元件的模拟信号进行数字处理,实现了Hi、Lo级别的数字输出,因此客户无需进行信号处理。

何为AMR(磁力)传感器的灵敏度?

AMR传感器的灵敏度是AMR传感器打开(或关闭)时的磁力强度。在0(零)或弱磁场中处于关闭状态的AMR传感器打开时的磁力被称为ON灵敏度(Hon),而在强磁场中处于打开状态的AMR传感器关闭时的磁力则被称为OFF灵敏度(Hoff)。各AMR传感器的灵敏度之间存在差异,数据表上的Hon、Hoff仅表示该产品所处范围。

AMR传感器的优势是什么?

灵敏度和尺寸种类丰富

AMR传感器的灵敏度、响应能力和消耗电流的种类繁多,因此您可按用途选择最适合您的产品。

适用于灵活的配置和设计

即使AMR(磁力)传感器的磁铁N极和S极反转,传感器的动作也不会改变。

与霍尔IC相比,这种小型、高精度AMR传感器具有灵敏度范围更广的特性,因此磁铁和传感器的配置更加灵活,可以减少外壳和贴装时的安装误差。

此外,由于AMR传感器并非类似磁簧开关的结构部件,因此可确保其小型、可靠的特性。
磁力传感器的适用优势

磁力线是肉眼所看不见的。磁力线不会被塑料等非磁性材料吸收,而是穿透到另一面。磁力传感器就是利用这些特征进行检测的。
例如,可轻松运用于以下场景便是其一大优势。

小型且无法看到开关所在位置:笔记本电脑的打开、关闭检测和安全设备的动作设定

最适用于注重密封的构造物

气体和水等的旋转检测

易于实现防水结构

可穿戴终端的电源开关

AMR传感器的原理:磁阻元件

磁阻元件的电阻在与电流方向垂直的磁场中会发生变化。AMR传感器通过如图所示的模式配置后,即可组合电阻会发生变化的元件(R1、R4)与电阻无变化的元件(R2、R3)。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图8

AMR传感器的动作

施加磁场后,磁阻元件R1、R4的电阻值将下降,且中点A和中点B之间的电位将产生差异。

当电位差超过规定的设置值(阈值)时,将切换传感器的ON/OFF输出。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图9

传感器内直方图

3端子结构

磁块为单个IC封装,用于将AMR元件及其输出信号转换为数字信号。
3端子结构包括输入端子(VCC)、GND端子(GND)、输出端子(OUT),采用了搭载抑制消耗电流的采样电路结构。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图10

防震动

震动是指切换继电器或开关触点时,由于细微且极快的机械震动导致电力信号反复中断的现象,是造成电子电路故障的原因之一。

为防止震动的产生,已使工作磁场具有磁滞。

若磁铁靠近传感器且磁场超过MOP时,OUT即由H变为L。
若磁铁远离传感器且磁场低于MRP时,OUT即由L变为H。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图11

与霍尔IC的区别

磁铁采用小巧轻薄的设计

AMR传感器可使用的磁场范围更广,因此检测范围也更广。
因其检测范围较广,所以可减少外壳公差和贴装时的误差。与霍尔IC相比,具备磁铁可采用小巧轻薄的设计等优势。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图12

磁铁方向的不同

磁铁在传感器正上方时,霍尔IC的磁铁配置为垂直放置,而AMR则为水平放置。二者的磁场检测方向有所不同。

由于磁铁磁极附近的磁力较强,所以纵向放置磁铁时,若附近有信用卡等磁力数据,则有可能影响卡中的数据,而对于智能手机和笔记本电脑等无法垂直放置磁铁的电子设备,AMR则会显示出优势。(水平放置并不意味着磁力数据不会消失。)

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图13

设计自由度

为检测水平磁场,可以考虑多种AMR传感器的放置方式,从而增加了设计自由度。

而霍尔IC通常定点检测垂直方向的磁场,因此会建议您将磁铁就近安装在霍尔IC的正上方,这就会限制设计自由度。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图14

AMR传感器与霍尔IC的对比表

检测原理

传感器材料

检测方向

检测范围

AMR传感器 霍尔IC
磁阻效应 霍尔效果
NiFe合金 Si (低价格,低灵敏度)
InSb (高灵敏度,温度特性差)
水平磁场 垂直磁场

与磁簧开关的区别

灵敏度波动更小,小型且抗冲击

与磁簧开关相比,AMR传感器由于灵敏度波动较小,因此具有磁铁和传感器配置设计的自由度更高的优势。

此外,因磁力传感器尺寸较小,且可缩小您所使用的电路板并进行表面贴装,因此有助于降低贴贴成本。同时,由于磁力传感器比磁簧开关更抗震、抗冲击,因此具有易操作的优势,而其无触点的特征还会增加使用寿命。

磁阻传感器特性及应用(磁阻传感器原理是什么)插图15

磁场检测方向相同

由于磁场检测方向相同,因此在磁簧开关中使用的磁铁有可能直接适用于AMR传感器。

然而需注意的是,由于AMR传感器的开关本身存在电路,需有电源才能运作,所以布线数量会有所不同,或传感器内部会产生消耗电流。

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