于娟

摘要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為傳感器技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了機(jī)遇。而電磁計(jì)量技術(shù)是傳感器測(cè)量系統(tǒng)主要應(yīng)用技術(shù)，其對(duì)傳感器測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量效果具有直接的影響。因此，本文以電磁計(jì)量技術(shù)為研究對(duì)象，介紹了傳感器測(cè)量系統(tǒng)組成，分析了電磁計(jì)量理論基準(zhǔn)。并對(duì)電磁計(jì)量技術(shù)在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)探究。

關(guān)鍵詞：電磁計(jì)量技術(shù);傳感器;測(cè)量系統(tǒng)

前言

傳感器測(cè)量系統(tǒng)主要是一種可感知的信息測(cè)量模式。其可依據(jù)固定規(guī)律，將溫度、位移等被測(cè)量信息轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)或電磁參量。隨后利用電磁計(jì)量技術(shù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量分析。通過(guò)傳感器測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用，可以滿足多個(gè)復(fù)雜的電子電氣系統(tǒng)測(cè)量需求。因此，為保證傳感器測(cè)量系統(tǒng)實(shí)際效果的充分發(fā)揮，對(duì)電磁計(jì)量技術(shù)在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行適當(dāng)分析非常必要。

一、傳感器測(cè)量系統(tǒng)組成

傳感器是一種常規(guī)測(cè)量技術(shù)，依據(jù)計(jì)量方式及對(duì)象的變化，其主要可分為氣敏傳感器、磁敏傳感器、濕敏傳感器、光敏傳感器等幾種類型。在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，傳感器測(cè)量物理參量復(fù)雜程度不斷提升^[1]。為滿足工業(yè)測(cè)量需求，技術(shù)人員將多個(gè)傳感器與多臺(tái)顯示儀進(jìn)行邏輯組合，稱之為傳感器測(cè)量系統(tǒng)。完整的傳感器測(cè)量系統(tǒng)主要包括測(cè)量?jī)x表、變換裝置、傳感器、信號(hào)處理電路等幾個(gè)模塊。

二、電磁計(jì)量技術(shù)在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.電磁計(jì)量技術(shù)在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用理論

電磁計(jì)量技術(shù)與傳感器測(cè)量息息相關(guān)。在19世紀(jì)中葉，麥克斯韋首次從電磁計(jì)量的角度進(jìn)行了電現(xiàn)象分析。并對(duì)電磁學(xué)單位、實(shí)物基準(zhǔn)電磁學(xué)單位進(jìn)行了定義劃分。隨后庫(kù)倫利用扭稱，對(duì)靜電力距離平方反比關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。并依據(jù)電荷間、磁極間相互作用力，得出了電磁學(xué)基本定律。即庫(kù)倫定律。而歐姆利用傅里葉熱傳導(dǎo)理論，提出了歐姆定律。依據(jù)上述公式，可對(duì)靜電場(chǎng)電荷、靜磁場(chǎng)電荷進(jìn)行計(jì)算。

2.電磁計(jì)量技術(shù)在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用基準(zhǔn)

可測(cè)、可采用數(shù)學(xué)形式表示物理含義是物理量計(jì)算的主要方式。一般來(lái)說(shuō)，物理量計(jì)算過(guò)程中，主要計(jì)算方式為純數(shù)字與單位的組合。而根據(jù)CGSM的相關(guān)要求，在磁極量計(jì)算過(guò)程中，可依據(jù)庫(kù)倫定律（f=ma=φ1φ1/r2），對(duì)電磁量分?jǐn)?shù)量綱指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，針對(duì)電磁量分?jǐn)?shù)量綱數(shù)計(jì)算階段出現(xiàn)的單位大小不恰當(dāng)問(wèn)題，可采用SI單位制，將整體電磁學(xué)單位引入新物理領(lǐng)域。即依據(jù)一貫性單位原理，進(jìn)行獨(dú)立于力學(xué)量之外的物理量的設(shè)置^[2]。如在距離測(cè)量過(guò)程中，若兩根距離為L(zhǎng)的無(wú)限長(zhǎng)平衡再流導(dǎo)線，測(cè)得其單位長(zhǎng)度作用力為F，則兩導(dǎo)線間產(chǎn)生的力為：L*I/2πr*u。

上述式子中，I為單位導(dǎo)線電流，r為單位導(dǎo)線直徑，u為常數(shù)。

3.新型電磁計(jì)量技術(shù)在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用

除光線、氣壓、距離、磁場(chǎng)等基礎(chǔ)電磁計(jì)量技術(shù)之外，電磁緩沖稱重式計(jì)量技術(shù)、電磁高壓損耗計(jì)量技術(shù)也是傳感器測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用較普遍的測(cè)量方式。一方面，電磁緩沖稱重式計(jì)量技術(shù)是傳感器測(cè)量系統(tǒng)中主要重量測(cè)量技術(shù)。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，電磁緩沖稱重式計(jì)量技術(shù)主要利用產(chǎn)量算法，依據(jù)傳感設(shè)備獲得流量，逐步進(jìn)行累計(jì)流量、產(chǎn)量計(jì)算。如在S7200電氣系統(tǒng)中，利用稱重傳感器、位置傳感器、溫度傳感器、液位計(jì)等過(guò)程量，在微型計(jì)算機(jī)中輸入測(cè)量參數(shù)，控制單相電機(jī)啟動(dòng)或停止，可驅(qū)動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。最終依據(jù)光電編碼器數(shù)據(jù)，可獲得多通閥單路位置數(shù)據(jù)。進(jìn)而得出單一產(chǎn)量數(shù)值。

另一方面，電磁高壓損耗計(jì)量技術(shù)是近幾年發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)的新型電磁計(jì)量技術(shù)。

電磁高壓損耗測(cè)量技術(shù)主要以電力傳感元件為依據(jù)。結(jié)合電磁參量特征，進(jìn)行損耗數(shù)據(jù)測(cè)量。電磁高壓損耗測(cè)量技術(shù)具有精確度高、安全、便捷等特征。

三、電磁計(jì)量技術(shù)在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用實(shí)例

本文以智能手機(jī)為例，對(duì)不同類型傳感器中電磁參數(shù)計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，具體如下：

1.電磁計(jì)量技術(shù)在光線傳感器中的應(yīng)用

光線傳感器主要組成部件為光敏三極管。若外界光線照射到光敏三極管位置，則會(huì)產(chǎn)生微型電流。通過(guò)對(duì)微電流計(jì)量，可得出環(huán)境光照亮度。

2.電磁計(jì)量技術(shù)在距離傳感器中的應(yīng)用

由于距離傳感器LED燈可以發(fā)射紅外光，利用前方物體反射作業(yè)，紅外探測(cè)器可接收紅外光。通過(guò)對(duì)紅外光強(qiáng)度的測(cè)量，可得出對(duì)應(yīng)光反射距離^[3]。

3.電磁計(jì)量技術(shù)在磁場(chǎng)傳感器中的應(yīng)用

電磁計(jì)量技術(shù)在磁場(chǎng)傳感器中的應(yīng)用主要是通過(guò)多個(gè)向異性磁電材料的應(yīng)用，在外部磁場(chǎng)、電阻相位間設(shè)置驅(qū)動(dòng)算法。此時(shí)通過(guò)對(duì)電阻兩端電壓差進(jìn)行測(cè)量，可得出磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方向。

4.電磁計(jì)量技術(shù)在霍爾感應(yīng)器中的應(yīng)用

在霍爾感應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中，主要利用霍爾磁電效應(yīng)，在電流流經(jīng)磁場(chǎng)某一導(dǎo)體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與導(dǎo)體電子成90°的力。進(jìn)而可促使導(dǎo)體兩端產(chǎn)生一定幅度電勢(shì)差，進(jìn)而獲得感應(yīng)數(shù)值。在實(shí)際計(jì)量過(guò)程中，可依據(jù)量子化霍爾效應(yīng)原理及約瑟夫效應(yīng)原理，從理論層面分析，將霍爾感應(yīng)器看作為絕緣層在1.0mm以下的弱耦合超導(dǎo)體。然后在微波輻射的基礎(chǔ)上，選擇霍爾元件電流-電壓特性曲線第m個(gè)階梯的電壓。假定該點(diǎn)電壓與與輻射頻率呈正比，且U（m）=mf/K。則K為m=1時(shí)頻率電壓量級(jí)。

5.電磁計(jì)量技術(shù)在氣壓傳感器中的應(yīng)用

一般來(lái)說(shuō)，氣壓傳感器主要設(shè)計(jì)模式為變阻式。其與變阻器間僅具有一薄膜。而大氣壓的變化，會(huì)促使薄膜運(yùn)行環(huán)境壓力發(fā)生一定的變化。進(jìn)而促使電阻端電流發(fā)生變化。通過(guò)對(duì)電阻端電流進(jìn)行測(cè)量，可獲得氣壓數(shù)值。

6.電磁計(jì)量技術(shù)在指紋傳感器中的應(yīng)用

在指紋傳感器中，需要利用電容式識(shí)別的方式，依據(jù)電容原理，以用戶手指作為電容一極。隨后以設(shè)備內(nèi)硅晶片作為電容另一極。通過(guò)人體手指自帶微磁場(chǎng)、電容間相互作用，可產(chǎn)生微電流。同時(shí)由于指紋波峰、波谷的變化，可促使設(shè)備硅晶片產(chǎn)生電容差，最終可形成完整的指紋圖像。

總結(jié)

綜上所述，在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中，利用電磁計(jì)量技術(shù)可將被測(cè)量物理量轉(zhuǎn)化為電流、電壓、光強(qiáng)、電阻等電磁參量。通過(guò)對(duì)電磁參量的測(cè)量計(jì)算，利用計(jì)算公式，可獲得對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度、力學(xué)方向或氣壓數(shù)值。

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