1、第七章第七章 信號(hào)的輸入輸出技術(shù)信號(hào)的輸入輸出技術(shù) 7.1 7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)7.2 7.2 模擬信號(hào)的輸入模擬信號(hào)的輸入傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)7.3 7.3 模擬信號(hào)的輸入模擬信號(hào)的輸入-A/D-A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換7.4 7.4 模擬信號(hào)的輸出模擬信號(hào)的輸出-D/A-D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換7.5 7.5 開關(guān)量的輸入輸出開關(guān)量的輸入輸出7.6 7.6 信號(hào)輸入輸出實(shí)驗(yàn)信號(hào)輸入輸出實(shí)驗(yàn) 7.1 7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖7.17.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的核心任務(wù)：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的核心任務(wù)： 根據(jù)一定的輸入（前

2、向通道），結(jié)合一定的處理算根據(jù)一定的輸入（前向通道），結(jié)合一定的處理算法，然后作出一定的輸出響應(yīng)（后向通道）。法，然后作出一定的輸出響應(yīng)（后向通道）。輸入：輸入： 包括包括模擬輸入模擬輸入和和數(shù)字輸入數(shù)字輸入，電量信號(hào)輸入電量信號(hào)輸入和和非電量非電量信號(hào)輸入信號(hào)輸入。對(duì)于非電量輸入需要通過傳感器將非電物。對(duì)于非電量輸入需要通過傳感器將非電物理量轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)。理量轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)。 預(yù)處理：預(yù)處理：一般包括一般包括放大器放大器和和濾波器濾波器兩部分：兩部分： 信號(hào)經(jīng)過放大器的放大變?yōu)榫哂幸欢ǚ档哪M輸入信號(hào)； 濾波器（低通或帶通）的作用則是濾除輸入模擬信號(hào)中的無用頻率成分和噪聲，避免采樣后

3、發(fā)生頻譜混疊失真。 A/DA/D轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 MCS-51單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制和處理核心，它是一個(gè)數(shù)字處理芯片，要求所有的輸入和輸出都是具有TTL電平的數(shù)字信號(hào)。這樣模擬信號(hào)要想輸入到單片機(jī)中必須先將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 A/D轉(zhuǎn)換器的任務(wù)就是在滿足奈奎斯特采樣定理的條件下，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 對(duì)于開關(guān)量，可以很容易的映射成數(shù)字的0或者1，即TTL的低電平和高電平，映射后的這些數(shù)字信號(hào)就可以直接輸入到單片機(jī)內(nèi)部。輸出：輸出： 處理的結(jié)果需要輸出，對(duì)于開關(guān)量的輸出，可以簡(jiǎn)單地經(jīng)過映射部件，將單片機(jī)的TTL電平輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需要的開關(guān)量

4、進(jìn)行輸出。 D/AD/A轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換： 有些輸出需要以模擬信號(hào)的形式存在（如語音信號(hào)），單片機(jī)輸出的TTL電平數(shù)字信號(hào)必須經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換。 由于轉(zhuǎn)換后模擬信號(hào)中往往含有許多高頻成分，因此也需要通過濾波器濾波器濾除這些高頻信號(hào)，以獲得平滑的模擬輸出信號(hào)。有時(shí)候，輸出的模擬信號(hào)還有電壓、電流、功率等要求，D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)需要經(jīng)過一定的模擬電路來滿足這些要求。7.2 7.2 模擬信號(hào)的輸入模擬信號(hào)的輸入傳感器技術(shù)傳感器技術(shù) 傳感器：傳感器： 將被測(cè)非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量輸將被測(cè)非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的電量輸出的器件或裝置，也叫變換器、換能器或探測(cè)器。出的器件或裝置，

5、也叫變換器、換能器或探測(cè)器。通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換電路組成，如圖： 圖圖7.2 7.2 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 敏感元件：敏感元件： 傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分； 轉(zhuǎn)換元件：轉(zhuǎn)換元件： 傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適合于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)。 信號(hào)調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路：信號(hào)調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路： 由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，因此需要有信號(hào)調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行放大、運(yùn)算調(diào)制等。 輔助電路：輔助電路： 主要是指電源。7.2.17.2.1傳感器的分類傳感器的分類、按傳感器的物理量：、按傳感器的物理量： 可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等可分為位移、力、速度、

6、溫度、流量、氣體成份等傳感器；傳感器；、按傳感器工作原理：、按傳感器工作原理： 可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。柵、熱電偶等傳感器。、按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)：、按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)： 可分為：輸出為開關(guān)量（可分為：輸出為開關(guān)量（“”和和 ”或或“開開”和和“關(guān)關(guān)”）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。7.2.27.2.2傳感器特性傳感器特性 選擇傳感器主要考慮靈敏度靈敏度、響應(yīng)特性響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)線性范圍、穩(wěn)定

7、性、精確度、測(cè)量方式定性、精確度、測(cè)量方式等六個(gè)方面的問題。 除了以上選用傳感器時(shí)應(yīng)充分考慮的一些因素外，還應(yīng)盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小。重量輕、價(jià)格便宜、易于維修、易于更換等條件。1、靈敏度、靈敏度 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，因?yàn)殪`敏度越高，就意味著傳感器所能感知的變化量小，即只要被測(cè)量有一微小變化，傳感器就有較大的輸出。但是，在確定靈敏度時(shí)，要考慮以下幾個(gè)問題：p 當(dāng)傳感器的靈敏度很高時(shí)，那些與被測(cè)信號(hào)無當(dāng)傳感器的靈敏度很高時(shí)，那些與被測(cè)信號(hào)無關(guān)的外界噪聲也會(huì)同時(shí)被檢測(cè)到，并通過傳感器輸關(guān)的外界噪聲也會(huì)同時(shí)被檢測(cè)到，并通過傳感器輸出，從而干擾被測(cè)信號(hào)。因此，為了既能使傳感器出，從而干

8、擾被測(cè)信號(hào)。因此，為了既能使傳感器檢測(cè)到有用的微小信號(hào)檢測(cè)到有用的微小信號(hào); ;又能使噪聲干擾小，要求傳又能使噪聲干擾小，要求傳感器的信噪比愈大愈好。也就是說，要求傳感器本感器的信噪比愈大愈好。也就是說，要求傳感器本身的噪聲小，而且不易從外界引進(jìn)干擾噪聲。身的噪聲小，而且不易從外界引進(jìn)干擾噪聲。p 與靈敏度緊密相關(guān)的是量程范圍。當(dāng)傳感器的與靈敏度緊密相關(guān)的是量程范圍。當(dāng)傳感器的線性工作范圍一定時(shí)，傳感器的靈敏度越高，干擾線性工作范圍一定時(shí)，傳感器的靈敏度越高，干擾噪聲越大，則難以保證傳感器的輸入在線性區(qū)域內(nèi)噪聲越大，則難以保證傳感器的輸入在線性區(qū)域內(nèi)工作。不言而喻，過高的靈敏度會(huì)影響其適用的測(cè)

9、工作。不言而喻，過高的靈敏度會(huì)影響其適用的測(cè)量范圍。量范圍。p 當(dāng)被測(cè)量是一個(gè)向量時(shí)，并且是一個(gè)單向量時(shí)，當(dāng)被測(cè)量是一個(gè)向量時(shí)，并且是一個(gè)單向量時(shí)，就要求傳感器單向靈敏度愈高愈好；如果被測(cè)量是就要求傳感器單向靈敏度愈高愈好；如果被測(cè)量是二維或三維的向量，那么還應(yīng)要求傳感器的交叉靈二維或三維的向量，那么還應(yīng)要求傳感器的交叉靈敏度愈小愈好。敏度愈小愈好。2、響應(yīng)特性、響應(yīng)特性 傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但我們總希望延遲的時(shí)間越短越好。 一般物性型傳感器(如利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等傳感器)響應(yīng)時(shí)間短，工作頻率寬; 結(jié)構(gòu)型傳感器，如電感、電容、磁電等傳感器，由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響機(jī)械系統(tǒng)慣性

10、質(zhì)量的限制，其固有頻率低，工作頻率范圍窄。3、線性范圍、線性范圍 任何傳感器都有一定的線性工作范圍。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測(cè)量精度的基本條件。例如，機(jī)械式傳感器中的測(cè)力彈性元件，其材料的彈性極限是決定測(cè)力量程的基本因素，當(dāng)超出測(cè)力元件允許的彈性范圍時(shí)，將產(chǎn)生非線性誤差。 對(duì)任何傳感器，保證其絕對(duì)工作在線性區(qū)域內(nèi)是不容易的。在某些情況下，在許可限度內(nèi)，也可以取其近似線性區(qū)域。例如，變間隙型的電容、電感式傳感器，其工作區(qū)均選在初始間隙附近。而且必須考慮被測(cè)量變化范圍，令其非線性誤差在允許限度以內(nèi)。4、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性

11、 穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長(zhǎng)期使用以后，其輸出穩(wěn)定性是表示傳感器經(jīng)過長(zhǎng)期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間時(shí)間與與環(huán)境環(huán)境。 為了保證穩(wěn)定性，在選擇傳感器時(shí)，一般應(yīng)注意兩個(gè)問題： 一、根據(jù)環(huán)境條件選擇傳感器。一、根據(jù)環(huán)境條件選擇傳感器。例如，選擇電阻應(yīng)變式傳感器時(shí)，應(yīng)考慮到濕度會(huì)影響其絕緣性，濕度會(huì)產(chǎn)生零漂，長(zhǎng)期使用會(huì)產(chǎn)生蠕動(dòng)現(xiàn)象等。又如，對(duì)變極距型電容式傳感器，因環(huán)境濕度的影響或油劑浸人間隙時(shí)，會(huì)改變電容器的介質(zhì)。光電傳感器的感光表面有塵?；蛩麜r(shí)，會(huì)改變感光性質(zhì)。 二、要?jiǎng)?chuàng)造或保持一個(gè)良好的環(huán)境二、要?jiǎng)?chuàng)造或保持一個(gè)

12、良好的環(huán)境，在要求傳感在要求傳感器長(zhǎng)期地工作而不需經(jīng)常地更換或校準(zhǔn)的情況下，應(yīng)器長(zhǎng)期地工作而不需經(jīng)常地更換或校準(zhǔn)的情況下，應(yīng)對(duì)傳感器的穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。對(duì)傳感器的穩(wěn)定性有嚴(yán)格的要求。5、精確度、精確度 傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測(cè)量的對(duì)應(yīng)程度。度。如前所述，傳感器處于測(cè)試系統(tǒng)的輸入端，因此，傳感器能否真實(shí)地反映被測(cè)量，對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)具有直接的影響。 在實(shí)際中并非要求傳感器的精確度愈高愈好，需要考慮到測(cè)量目的，同時(shí)還需要考慮到經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)閭鞲衅鞯木仍礁?，其價(jià)格就越昂貴，所以應(yīng)從實(shí)際出發(fā)來選擇傳感器。 在選擇時(shí)，首先應(yīng)了解測(cè)試目的首先應(yīng)

13、了解測(cè)試目的，判斷是定性分析還是定量分析。如果是相對(duì)比較性的試驗(yàn)研究，只需獲得相對(duì)比較值即可，那么應(yīng)要求傳感器的重復(fù)精度高，而不要求測(cè)試的絕對(duì)量值準(zhǔn)確。如果是定量分析，那么必須獲得精確量值。但在某些情況下，要求傳感器的精確度愈高愈好。例如，對(duì)現(xiàn)代超精密切削機(jī)床，測(cè)量其運(yùn)動(dòng)部件的定位精度，主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差、振動(dòng)及熱形變等時(shí)，往往要求它們的測(cè)量精確度在0.10.01m范圍內(nèi)，欲測(cè)得這樣的精確量值，必須有高精確度的傳感器。6、測(cè)量方式、測(cè)量方式 傳感器在實(shí)際條件下的工作方式，也是選擇傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。例如，接觸與非接觸測(cè)量、破壞與非破壞性測(cè)量、在線與非在線測(cè)量等，條件不同，對(duì)測(cè)量方式的要求

14、亦不同。 接觸與非接觸測(cè)量：接觸與非接觸測(cè)量： 在機(jī)械系統(tǒng)中，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的被測(cè)參數(shù)(例如回轉(zhuǎn)軸的誤差、振動(dòng)、扭力矩)，往往采用非接觸測(cè)量方式。因?yàn)閷?duì)運(yùn)動(dòng)部件采用接觸測(cè)量時(shí)，有許多實(shí)際困難，諸如測(cè)量頭的磨損、接觸狀態(tài)的變動(dòng)、信號(hào)的采集等問題，都不易妥善解決，容易造成測(cè)量誤差。這種情況下采用電容式、渦流式、光電式等非接觸式傳感器，若選用電阻應(yīng)變片，則需配以遙測(cè)應(yīng)變儀。破壞與非破壞性測(cè)量破壞與非破壞性測(cè)量 在某些條件下，可以運(yùn)用試件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，這時(shí)可進(jìn)行破壞性檢驗(yàn)。然而有時(shí)無法用試件模擬，因被測(cè)對(duì)象本身就是產(chǎn)品或構(gòu)件，這時(shí)宜采用非破壞性檢驗(yàn)方法。例如，渦流探傷、超聲波探傷、核輻射探傷以及聲發(fā)射檢測(cè)

15、等。非破壞性檢驗(yàn)可以直接獲得經(jīng)濟(jì)效益.在線與非在線測(cè)量在線與非在線測(cè)量 在線測(cè)試是與實(shí)際情況保持一致的測(cè)試方法。特別是對(duì)自動(dòng)化過程的控制與檢測(cè)系統(tǒng)，往往要求信號(hào)真實(shí)與可靠，必須在現(xiàn)場(chǎng)條件下才能達(dá)到檢測(cè)要求。實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)是比較困難的，對(duì)傳感器與測(cè)試系統(tǒng)都有一定的特殊要求。例如，在加工過程中，實(shí)現(xiàn)表面粗糙度的檢測(cè)，以往的光切法、千涉法、觸針法等都無法運(yùn)用，取而代之的是激光、光纖或圖像檢測(cè)法。研制在線檢測(cè)的新型傳感器，也是當(dāng)前測(cè)試技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方面。7.2.3 7.2.3 常用傳感器簡(jiǎn)介常用傳感器簡(jiǎn)介1、紅外光電傳感器、紅外光電傳感器 光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電傳感器是通過把光

16、強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。變化來實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器發(fā)送器、接收器接收器和檢測(cè)電路檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。檢測(cè)電路能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。常用的光電傳感器分以下幾種：常用的光電傳感器分以下幾種：槽型光電傳感器槽型光電傳感器 把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)

17、的是槽形光電。的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。對(duì)射型光電傳感器對(duì)射型光電傳感器 若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開關(guān)，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(guān)。為對(duì)射分離式光電開關(guān)，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過路徑的兩側(cè)，檢測(cè)

18、物通過時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。反光板型光電開關(guān)反光板型光電開關(guān) 把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式為反光板反射式( (或反射鏡反射式或反射鏡反射式) )光電開關(guān)。光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。擴(kuò)散反射型光電開關(guān)擴(kuò)散反射型光電開關(guān) 它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光

19、器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。 本圖是利用光電傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的一個(gè)應(yīng)用。光線每照射到接收器件一次，接收器件就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，經(jīng)放大整形后，可以通過頻率計(jì)計(jì)算出每分鐘產(chǎn)生的脈沖數(shù)，即電機(jī)轉(zhuǎn)速。2 2、壓力傳感器、壓力傳感器 壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器壓電傳感器。極化效應(yīng)：極化效應(yīng)： 在受到壓力的時(shí)候，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng)。在受到壓力的時(shí)候，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng)。根據(jù)這個(gè)效應(yīng)研制出了壓力傳感器。

20、壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。壓電材料壓電材料 壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。 石英石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場(chǎng)變化微?。ㄒ簿驼f壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。 酒石酸鉀鈉酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏

21、度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。 磷酸二氫胺磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。主要應(yīng)用主要應(yīng)用 壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。 壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。 壓電式傳感器也可以用來測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)

22、部燃燒壓力的測(cè)量與真空度的測(cè)量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測(cè)量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測(cè)量大的壓力，也可以用來測(cè)量微小的壓力。 壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，比如說心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因?yàn)闇y(cè)量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣。 除了壓電傳感器之外，還有利用壓阻效應(yīng)制造出來的壓阻傳感器壓阻傳感器，利用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應(yīng)和不同的材料，在不同的場(chǎng)合能夠發(fā)揮它們獨(dú)特的用途。這里我們介紹一種濟(jì)南金鐘電子衡器股份有限公司生產(chǎn)的L-PS II-10型壓力傳感器

23、，該傳感器為雙孔懸臂梁式，是電子計(jì)價(jià)秤的專用產(chǎn)品，也可用于制造由單只傳感器構(gòu)成的電子案秤，臺(tái)秤及專用衡器等，其外形如下圖所示：圖圖7.4 7.4 金鐘衡器金鐘衡器L-PS II-10L-PS II-10型壓力傳感器型壓力傳感器金鐘衡器金鐘衡器L-PS II-10L-PS II-10型壓力傳感器主要技術(shù)指標(biāo)型壓力傳感器主要技術(shù)指標(biāo) 3、溫度傳感器、溫度傳感器 熱電偶溫度傳感器是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是： 測(cè)量精度高。測(cè)量精度高。 因溫度傳感器熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 測(cè)量范圍廣。測(cè)量范圍廣。 常用的溫度傳感器熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊溫度

24、傳感器熱電偶最低可測(cè)到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800（如鎢-錸）。 構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。 溫度傳感器熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便?；竟ぷ髟砘竟ぷ髟?熱電偶溫度傳感器的基本工作原理是，將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)。溫度傳感器熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。采用適當(dāng)?shù)碾娐凡杉@個(gè)微弱的電動(dòng)勢(shì)，即將溫度轉(zhuǎn)化成了電信號(hào)。 值得注意的是，近年來

25、出現(xiàn)了一種新型的集成式數(shù)字溫度傳感器，典型代表是DS18B20，它主要有以下特點(diǎn)：（1）適應(yīng)電壓范圍寬）適應(yīng)電壓范圍寬 電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電。（2）獨(dú)特的單線接口方式）獨(dú)特的單線接口方式 DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。（3）DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能 多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫。（4）DS18B20在使用中不需要任何外圍元件在使用中不需要任何外圍元件 全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)（5）測(cè)溫范圍廣）測(cè)溫范圍廣 測(cè)溫范圍551

26、25，在-10+85時(shí)精度為0.5。（6）測(cè)溫精度高）測(cè)溫精度高 可編程的分辨率為912位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫。 （7）響應(yīng)速度快）響應(yīng)速度快 在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快。 （8）抗干擾糾錯(cuò)能力強(qiáng)）抗干擾糾錯(cuò)能力強(qiáng) 測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以一線總線串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力。（9）負(fù)壓特性好）負(fù)壓特性好 電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 從以上特點(diǎn)來看，DS18B20相對(duì)于傳

27、統(tǒng)的溫度傳感器來說是很強(qiáng)大的，特別是其低廉的價(jià)格，使得它普通測(cè)量溫度的場(chǎng)合被廣泛采用。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：6464位光刻位光刻ROMROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器THTH和和TLTL、配置、配置寄存器寄存器。DS18B20的外形及管腳排列如圖所示： DS18B20引腳定義： (1)DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； (2)GND為電源地； (3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。 DS18B20測(cè)溫原理如圖所示。圖中低溫度系數(shù)晶振低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)計(jì)數(shù)器數(shù)器1 1和溫度寄存器溫度寄存器被預(yù)置在55所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)