數字傳感器是指將傳統的模擬式傳感器經過加裝或改造A/D轉換模塊,使之輸出信號為數字量(或數字編碼)的傳感器,主要包括:放大器、A/D轉換器、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(通過人工指令進行高層次操作,自動處理低層次操作)系統可以包含更多智能性功能,能從其環境中獲得并處理更多不同的參數。
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(通過人工指令進行高層次操作,自動處理低層次操作)系統可以包含更多智能性功能,能從其環境中獲得并處理更多不同的參數。尤其是MEMS(微型機電系統)技術,它使數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
數字傳感器有以下九個特點:
1、先進的A/D轉換技術和智能濾波算法,在滿量程的情況下仍可保證輸出碼的穩定。
2、可行的數據存儲技術,保證模塊參數不會丟失。
3、良好的電磁兼容性能。
4、傳感器的性能采用數字化誤差補償技術和高度集成化電子元件,用軟件實現傳感器的線性、零點、溫漂、蠕變等性能參數的綜合補償,消除了人為因素對補償的影響,大大提高了傳感器綜合精度和可靠性。
5、傳感器的輸出一致性誤差可以達到0.02%以內甚至更高,傳感器的特性參數可完全相同,因而具有良好的互換性。
6、采用A/D轉換電路、數字化信號傳輸和數字濾波技術,傳感器的抗干擾能力增加,信號傳輸距離遠,提高了傳感器的穩定性。
7、數字傳感器能自動采集數據并可預處理、存儲和記憶,具有單一標記,便于故障診斷。
8、傳感器采用標準的數字通訊接口,可直接連入計算機,也可與標準工業控制總線連接,方便靈活。
9、數字傳感器是將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,計算出DIE的線性,再利用AD去補償的方法加工而成的。
數字傳感器按結構可分成三種類型:
1、絕對式角度數字編碼器:
其角度分辨率決定于數字編碼器(碼盤)的位數。目前有14位的產品,如再增加碼道和細分電路可制成19位和23位的。
2、周期計數式數字傳感器:
此種結構的位移分辨率對低精度的周期計數式數字傳感器而言,僅由周期信號發生器的性質決定。例如,光柵當長1mm有100條刻線時,其分辨率即為0.01mm;對高精度的周期計數式數字傳感器而言,還要考慮到電子細分數。如前例,在100倍電子細分數下,此光柵的分辨率就是0.1μm。此種結構屬于增量式結構,結構的特點(位移方向的要求)決定它不但備有辨向電路,而且周期計數器還具有可逆性質。
3、頻率式數字傳感器:
按振蕩器的形式,可將此種數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頻式數字傳感器。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。
從上述三種類型數字傳感器的結構圖可以看出,它們都具有抗干擾能力強以及數字量輸出的特點。如考慮到對電源電壓的波動,環境溫度波動和非線性等因素的補償(圖中沒有畫出),則精度還可提高。如果采用單片微型計算機去進行信息處理,諸如補償、頻倍(細分)和數字轉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一步調高。
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