第7.6节 基于计算机的测量离不开传感器
传感器——物理量与电量间的转换元件
我们知道,计算机是基于比特流工作的,尽管利用A/D转换器我们已经初步解决了模拟世界和计算机系统交流的方式,目前计算机总算可以接受:直流、交流、频率等信号。但对于五彩缤纷的模拟世界中的物理量,比如:位移、温度、压力、流量、应力、声音、振动信号等等,计算机还是无法与这些物理量直接打交道。能够起到这种沟通作用的就是各种传感器,基于计算机的测量是绝对离不开传感器的。
传感器使测量系统中的一种前置部件,它将输入物理量转换成可供测量的信号。
不同的传感器将不同的物理量按某种规律变换成交流或直流的电压、电流信号(或频率信号)然后送给A/D转换器,A/D转换器再将这些代表不同物理量的电信号转换成数字量交付给计算机进行处理,也就实现了基于计算机的测量。
即便同样是交流电信号,为了准确的变换大小及起到隔离作用,还要使用高准确度等级的电压互感器、电流互感器。与传感器有类似功能的被称为:变换器,它与传感器的区别就是:传感器有比较高的稳定性和准确度。变压器就是变换器中的一种,它仅起到能量转换的作用。
传感器根据不同的物理量有不同的类型,比如:温度传感器、压力传感器、流量传感器等等。但是即便是同一种物理量也可能有多种不同工作原理的传感器,比如:温度传感器就包括,IC电路、热电偶、铂电阻、热电阻等等。即便是热电偶也分为:S 、R、B、K、T、E、J等多种。
传感器也可以有不同的工作方式,比如:应变片的工作方式就有1/4桥、半桥、全桥之分。
所以了解更多的有关传感器的知识,掌握不同传感器的特性和特点,对测量会起到至关重要的作用。
对传感器的主要要求
1、物理量与电信号之间有着某种准确的变换关系
最好这种变换关系为常数或定式,也就意味着它不应该随时间、地点、环境、带宽等参数的变化而发生变化。也就是说:传感器应稳定性好、重复性好、温度系数小、频率响应好。当然,最好还具有良好的线性变换关系(这样使用更方便)。
2、响应速度快
因为传感器是物理量的变换环节,所以要求其变换速度要快或者说响应速度要快。我们知道:在闭环反馈控制系统中,环路的闭环反馈控制能力(调节速度和稳定度)是受传感器时间常数影响的。尽可能的提高传感器的响应速度对改善控制系统动态特性是十分有帮助的。
响应速度快也能够更好的反应出物理量的变化特点,温度测量使用的传感器应该有较好的响应速度。
信号调理
传感器即便满足了上面的要求,可能还存在着某些问题。比如,非线性、噪声、信号幅度大小等等问题,这就需要信号调理电路。
信号调理包括了:滤波器、线性化、信号幅度的放大和衰减、某些激励电源等等。好在C系列模块本身就包含了信号调理部分,使得我们的测量工作更简单、更方便。
NI提供的常规测量指南
http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/7206
感测器名词定义(台湾国语)
zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/6323
实际上,当我们获得某测量任务时,如何应对、实现基于计算机的测量呢?用户仅提交给我们的是任务书或者是总体要求,如何实现整个设计呢?
下一章,将结合我工作中的体会和应用实例来介绍我的理解和设计。