谷守良

【摘 要】近年來(lái)，數(shù)字傳感器的應(yīng)用變得越來(lái)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(lái)記錄和顯示數(shù)據(jù)，有時(shí)也會(huì)通過(guò)檢測(cè)結(jié)果來(lái)對(duì)電流或者水流等負(fù)載量進(jìn)行控制。數(shù)字傳感器能準(zhǔn)確的顯示出各種測(cè)量數(shù)據(jù)，也能夠更為精準(zhǔn)地測(cè)量各種數(shù)值，能夠達(dá)到各種高精度實(shí)驗(yàn)和控制場(chǎng)景的要求。此文就數(shù)字傳感器的應(yīng)用與原理進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，希望通過(guò)此文讀者能夠?qū)?shù)字傳感器有一些初步的認(rèn)識(shí)和理解。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字；傳感器；應(yīng)用

0 前言

各類(lèi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)的測(cè)量是實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。如果單靠人力來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，難免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的誤差和錯(cuò)誤。傳感器則能有效地解決這類(lèi)問(wèn)題，相比人力測(cè)量，使用傳感器能極大程度上避免了錯(cuò)誤的發(fā)生，但是誤差問(wèn)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(cuò)誤和誤差問(wèn)題，并且數(shù)據(jù)的讀取和記錄方式也給科研人員帶來(lái)了極大的便利。現(xiàn)在，數(shù)字傳感器得到了廣泛的應(yīng)用，從航空航天到個(gè)人消費(fèi)電子，它們的身影無(wú)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(chē)場(chǎng)的應(yīng)用

很多國(guó)外汽車(chē)廠商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)，并已配裝了許多高端車(chē)型，這是數(shù)字傳感器應(yīng)用很成功的一個(gè)范例。該系統(tǒng)是通過(guò)傳感器發(fā)射信號(hào)并接收反射信號(hào)，來(lái)計(jì)算車(chē)與墻壁、車(chē)與車(chē)之間的間距，再通過(guò)智能程序控制汽車(chē)走位，來(lái)實(shí)現(xiàn)智能泊車(chē)。常見(jiàn)的包括射頻，紅外或者超聲波等傳感器，許多停車(chē)場(chǎng)的墻壁上也安裝了此類(lèi)傳感器，當(dāng)汽車(chē)距離墻壁太近時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警提醒駕車(chē)人，以免發(fā)生事故。這些系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了泊車(chē)的安全系數(shù)，方便了司機(jī)們的起車(chē)和泊車(chē)，同時(shí)對(duì)停車(chē)場(chǎng)的管理帶來(lái)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(jiàn)的物品都運(yùn)用到了數(shù)字傳感器。例如菜市場(chǎng)常見(jiàn)的電子秤，大街上常見(jiàn)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(zhǔn)確的顯示在我們眼前。有些傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)有用的數(shù)據(jù)供人們查看，而有些傳感器能保護(hù)設(shè)備儀器甚至人身的安全。這類(lèi)傳感器通過(guò)將檢測(cè)到的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)程序處理，對(duì)相關(guān)負(fù)載進(jìn)行控制，使儀器維持在安全的狀態(tài)。總之，數(shù)字傳感器在各類(lèi)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(qiáng)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(hào)的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以水位傳感器為例，當(dāng)傳感器中的線圈固定不動(dòng)，氣壓推動(dòng)隔膜帶動(dòng)磁芯使其與線圈之間的相對(duì)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(guò)感應(yīng)電阻轉(zhuǎn)換成變化的電壓輸出變量，由此實(shí)現(xiàn)了水位由非電信號(hào)到電信號(hào)的變換。這些傳感器除了能及時(shí)地掌握工程狀況，確保其安全外還能滿足對(duì)工程進(jìn)度的診斷、預(yù)測(cè)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(yàn)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(gè)多月時(shí)間運(yùn)行，使用情況良好，未發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題，有效地保證了水閘的自動(dòng)化控制運(yùn)行，達(dá)到了理想的改造目的。

2 常見(jiàn)的部分?jǐn)?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?xì)微的運(yùn)動(dòng)做出立即響應(yīng)。地球磁場(chǎng)在三維坐標(biāo)系中可以將地球磁場(chǎng)分為垂直分量和兩個(gè)水平分量，常見(jiàn)的三軸數(shù)字磁傳感器HMC5883L就是用來(lái)采集這三個(gè)分量的值。該傳感器目前有應(yīng)用于家庭游戲機(jī)Wii，以及更多的日常常見(jiàn)的電子用品中。由于三軸數(shù)字磁傳感器對(duì)于運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)特別明顯，對(duì)于細(xì)微的運(yùn)動(dòng)也格外地敏感，三軸數(shù)字磁傳感器運(yùn)用到了我們?nèi)粘Ｉ钪行枰ㄟ^(guò)微小的變化來(lái)進(jìn)行控制的機(jī)器上，例如手機(jī)、平板、筆記本電腦……如今，越來(lái)越多的電子設(shè)備朝著便攜的方向發(fā)展。而便攜所帶來(lái)的隱患就是機(jī)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(jìn)了這方面的研究，這種傳感器通過(guò)對(duì)設(shè)備周邊環(huán)境的變化對(duì)機(jī)器所處的位置進(jìn)行判斷，并在適合的時(shí)候加以保護(hù)。

2.2 數(shù)字電容式傳感器

數(shù)字電容式傳感器是將機(jī)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(hào)時(shí)，會(huì)發(fā)射一個(gè)響應(yīng)頻率的信號(hào)。鑒相器通過(guò)對(duì)這兩個(gè)信號(hào)的相位差的判斷繼續(xù)輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)。而這個(gè)數(shù)字信號(hào)就會(huì)對(duì)應(yīng)地轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的數(shù)據(jù)來(lái)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(duì)面積。當(dāng)這些量的數(shù)值發(fā)生改變的時(shí)候，傳感器所顯示的數(shù)值就會(huì)發(fā)生變化。如今，機(jī)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(guò)測(cè)量變化的電容量得到剩余燃油量，同時(shí)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(bǔ)償功能，消除了溫度和燃油雜質(zhì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，無(wú)可動(dòng)部件的設(shè)計(jì)增加了它的使用壽命，令測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)。不僅如此，生活中所用到的可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)旋鈕控制燈光亮度的臺(tái)燈正是運(yùn)用了通過(guò)改變正對(duì)面積進(jìn)而改變電容進(jìn)而改變信號(hào)的原理?，F(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(jiàn)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(cè)、自我校準(zhǔn)、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(dòng)洗衣機(jī)里就應(yīng)用到了水位傳感器。我們常見(jiàn)的水位傳感器有兩種：開(kāi)關(guān)式和電子式。開(kāi)關(guān)式水位開(kāi)關(guān)由于檔位少，不能滿足對(duì)于水的多方面控制，現(xiàn)在很少再采用，而電子式水位開(kāi)關(guān)檔位多、線路少、精度較高且具有較強(qiáng)的防浪涌功能等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于各種實(shí)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(guò)各種電路的檢測(cè)，實(shí)時(shí)掌握水位情況，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊，使工作人員更及時(shí)地掌握水位情況，在災(zāi)情的預(yù)防和情勢(shì)的控制上更加的便利。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字傳感器的發(fā)明是人類(lèi)社會(huì)的一大進(jìn)步，也為科技的進(jìn)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(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓各類(lèi)實(shí)驗(yàn)在得出結(jié)果的過(guò)程中能夠利用更為準(zhǔn)確的數(shù)值測(cè)量得更為客觀、正確，方便科研人員得到更加精準(zhǔn)無(wú)誤的結(jié)論。不僅如此，數(shù)字傳感器在日常生活中的運(yùn)用也讓人們的生活更加的安全、便利。隨著科技的進(jìn)步，數(shù)字傳感器的運(yùn)用會(huì)越來(lái)越普遍，人們將在生活得各個(gè)角落都運(yùn)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(lái)越穩(wěn)固，越來(lái)越不可替代。也會(huì)隨著數(shù)字傳感器的大量使用，它的許多弊端也會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，但這并不影響人們對(duì)它的應(yīng)用?？蒲腥藛T們將會(huì)在實(shí)踐中不斷地改進(jìn)、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(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：湯靜]