數(shù)字傳感器是指將傳統(tǒng)的模擬式傳感器經(jīng)過加裝或改造A/D轉(zhuǎn)換模塊,使之輸出信號為數(shù)字量(或數(shù)字編碼)的傳感器,主要包括:放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器(CPU)、存儲器、通訊接口、溫度測試電路等,在微處理器和傳感器變得越來越便宜的今天,全自動或半自動(通過人工指令進(jìn)行高層次操作,自動處理低層次操作)系統(tǒng)可以包含更多智能性功能,能從其環(huán)境中獲得并處理更多不同的參數(shù)。
在微處理器和傳感器變得越來越便宜的今天,全自動或半自動(通過人工指令進(jìn)行高層次操作,自動處理低層次操作)系統(tǒng)可以包含更多智能性功能,能從其環(huán)境中獲得并處理更多不同的參數(shù)。尤其是MEMS(微型機(jī)電系統(tǒng))技術(shù),它使數(shù)字傳感器的體積非常微小并且能耗與成本也很低。以納米碳管或其它納米材料制成的納米傳感器同樣具有巨大的潛力
數(shù)字傳感器有以下九個特點:
1、先進(jìn)的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)和智能濾波算法,在滿量程的情況下仍可保證輸出碼的穩(wěn)定。
2、可行的數(shù)據(jù)存儲技術(shù),保證模塊參數(shù)不會丟失。
3、良好的電磁兼容性能。
4、傳感器的性能采用數(shù)字化誤差補(bǔ)償技術(shù)和高度集成化電子元件,用軟件實現(xiàn)傳感器的線性、零點、溫漂、蠕變等性能參數(shù)的綜合補(bǔ)償,消除了人為因素對補(bǔ)償?shù)挠绊懀蟠筇岣吡藗鞲衅骶C合精度和可靠性。
5、傳感器的輸出一致性誤差可以達(dá)到0.02%以內(nèi)甚至更高,傳感器的特性參數(shù)可完全相同,因而具有良好的互換性。
6、采用A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字化信號傳輸和數(shù)字濾波技術(shù),傳感器的抗干擾能力增加,信號傳輸距離遠(yuǎn),提高了傳感器的穩(wěn)定性。
7、數(shù)字傳感器能自動采集數(shù)據(jù)并可預(yù)處理、存儲和記憶,具有單一標(biāo)記,便于故障診斷。
8、傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通訊接口,可直接連入計算機(jī),也可與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制總線連接,方便靈活。
9、數(shù)字傳感器是將AD,EPROM,DIE(傳感器芯片),封裝在一塊用PCB,金屬塊或陶瓷板上的集成。通過各種溫度,壓力點的校準(zhǔn),計算出DIE的線性,再利用AD去補(bǔ)償?shù)姆椒庸ざ傻摹?/p>
數(shù)字傳感器按結(jié)構(gòu)可分成三種類型:
1、絕對式角度數(shù)字編碼器:
其角度分辨率決定于數(shù)字編碼器(碼盤)的位數(shù)。目前有14位的產(chǎn)品,如再增加碼道和細(xì)分電路可制成19位和23位的。
2、周期計數(shù)式數(shù)字傳感器:
此種結(jié)構(gòu)的位移分辨率對低精度的周期計數(shù)式數(shù)字傳感器而言,僅由周期信號發(fā)生器的性質(zhì)決定。例如,光柵當(dāng)長1mm有100條刻線時,其分辨率即為0.01mm;對高精度的周期計數(shù)式數(shù)字傳感器而言,還要考慮到電子細(xì)分?jǐn)?shù)。如前例,在100倍電子細(xì)分?jǐn)?shù)下,此光柵的分辨率就是0.1μm。此種結(jié)構(gòu)屬于增量式結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)的特點(位移方向的要求)決定它不但備有辨向電路,而且周期計數(shù)器還具有可逆性質(zhì)。
3、頻率式數(shù)字傳感器:
按振蕩器的形式,可將此種數(shù)字傳感器分成帶有晶體諧振器的和不帶晶體諧振器的兩種。前者,按被測量的作甩點,又分作用在石英諧振器上的石英晶體諧振式數(shù)字傳感器和作用在諧振器中儲能元件上的帶有晶體諧振器的調(diào)頻式數(shù)字傳感器。按采用敏感元件的形式,又可分為簡單的a)和差動的b)兩種。
從上述三種類型數(shù)字傳感器的結(jié)構(gòu)圖可以看出,它們都具有抗干擾能力強(qiáng)以及數(shù)字量輸出的特點。如考慮到對電源電壓的波動,環(huán)境溫度波動和非線性等因素的補(bǔ)償(圖中沒有畫出),則精度還可提高。如果采用單片微型計算機(jī)去進(jìn)行信息處理,諸如補(bǔ)償、頻倍(細(xì)分)和數(shù)字轉(zhuǎn)換等硬件線路可軟件化,不僅使線路簡化,還可使分辨率,測量精度和工作可靠性進(jìn)一步調(diào)高。
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