液位传感器设计论文

液位传感器设计论文（11篇）

1.液位传感器设计论文 篇一

引言

超导磁体相对于常规磁体而言，具有励磁线圈电流密度大、电流稳定性高、功耗小、体积小和运转费用低等优点，可满足用户对磁场高强度、高均匀度和高稳定度等性能的要求，在科学研究、医疗诊断、交通运输和电力系统等领域有着广阔的应用前景，其中采用了超导磁体的核磁共振(NMR)谱仪和磁共振成像(MRI)仪更是发展形成了一个产值巨大的市场.随着国民经济和科教医卫事业的迅速发展，我国对超导 NMR 和 MRI仪器设备的需求也在飞速增长，但是这些仪器设备的核心技术与制造基本上控制在少数发达国家手中，为了打破国外的技术垄断并满足国内市场的巨大需求，我国科研机构目前正在积极开展超导仪器设备的自主创新研制.液氦和液氮的液位测量原理

1.1 液氦液位的测量原理

液氦的测量使用电阻式传感器，其测量原理如图 1 所示.使用一根铌钛超导丝制成的液位传感器插入液氦中，其中 I+端和 I-端连接电流源的正负极，V+端和 V-端输出超导丝的电压.测量时，浸没在液氦中的那部分超导丝呈超导态，电阻为 0;而液面之上的超导丝由于加热电阻的作用呈正常态.通过测量传感器的电阻变化量，即可检测液氦液面的变化.1.2 液氮液位的测量原理

液氮的测量使用电容式液位传感器，其测量原理如图 2 所示，电容传感器由两个同轴不锈钢管构成，中间使用聚四氟乙烯绝缘材料固定两个管子的位置，外管的管壁上开有若干流通孔，使液氮能在电容传感器中自由流入或流出.由于空气和液氮的介电常数不同，当液位变化时，传感器的电容量也相应变化，可以检测出液位的变化.液位监测单元的硬件设计

2.1 硬件整体设计

液位监测单元的硬件整体架构如图 3 所示，液位监测单元硬件电路主要由模拟信号处理电路和以 STM32ARM 微控制器为核心的控制系统组成.2.2 压控电流源的设计

为了适应不同规格的电阻传感器对电流源的需求，由微控制器所产生的 PWM 输出经过光耦合器的隔离耦合以及比较器的缓冲后，再经过低通滤波后输出一个直流电压以控制电流源.2.3 电压-频率转换电路

电压-频率转换电路的原理图如图 5 所示，电阻式传感器提供的电压经由接口 V+和V-进入电压-频率转换器 TC9400 的 3 脚和 7 脚，然后在 8 脚输出相应的频率 FREQ_OUT，输出频率经过光耦的隔离耦合后进入微控制器进行处理，从而计算出液氦的液位.2.4 电容-频率转换电路

电容-频率转换电路的原理图如图 6 所示，采用 INTERSIL 公司型号为 ICM7555 的555 定时器构建一个经济实用的电容-频率转换电路.电容传感器的两个极板分别连接P1 和 P2 接口，接口 PL1，PL2 和 PL3 分别接供电电源、频率输出和地，由电阻 R2和电容构成积分电路，并周期性对电容进行充放电，使得电容上的电压在门限电压上下反复震荡，通过 555 定时器内部的比较器和触发器的工作，可以在输出管脚得到相应的脉冲波形.2.5 微控制器系统设计

以 STM32F103 微控制器作为控制核心，对模拟接口电路输出的频率信号进行处理，并通过脉冲宽度调制(PWM)为压控电流源提供输入脉冲，通过 CAN 总线与上位机进行通信，液氦和液氮的液位信息在微控制器内进行计算，其结果在 LED 数码管上显示，并且在液位低于安全位置时，通过蜂鸣器进行报警.图 7 所示为微控制器系统电路的框图.液位监测单元的软件设计

3.1 软件总体设计

液位监测软件的主要功能是通过 CAN 通信设置两个测量通道的各项参数，并控制电流源为电阻式液氦传感器提供工作电流，然后将测量通道反馈回来的频率信号进行处理，得出液位信息后显示在 LED 数码管上，并通过 CAN 通信接口上传给上位机.3.2 频率信号处理程序设计

STM32F103 包含了多个通用定时器，为了能够同时测量液氦和液氮的液位，本文使用通用定时器 TIM2 和 TIM3 分别为液位监测的两个通道进行频率信号处理.在STM32F103 初始化的时候对 TIM2 和 TIM3 进行配置，其时钟由内部时钟源提供为 72MHz，预分频值为 1，计数器设置为向上计数模式，自动重载寄存器的值设置为 65 535.液位监测单元的功能测试

液位监测单元经过 PCB 的器件焊接和各个功能模块的调试后进行了功能测试.在默认设置中，液位监测单元启用了两个测量通道，通道 1 用于液氦测量，通道 2 用于液氮测量.结论

本文首先介绍了超导磁体液氦和液氮的液位监测单元的研究背景和意义，接着介绍了液氦和液氮的液位测量原理，然后详细阐述了基于 STM32 微控制器的双通道低温液位监测的设计方案，即从微控制器 STM32F103 输出的 PWM 波形控制电流源输出一个稳定的电流，同时，两路频率转换电路分别把电压值和电容值转换为频率信号，输入到微控制器 STM32 中进行处理，最后由 STM32 输出的液位信息在 LED 数码管进行显示并通过 CAN 通信传至上位机.最后通过测试表明，实现了液位的实时监测、远程监测和远程控制等功能，验证了设计的可行性.

2.液位传感器设计论文 篇二

关键词：水杯设计,液位传感器,提醒装置设计

日常生活中, 盲人由于自身条件的限制, 有诸多方面的不便, 尤其在喝水时容易遇上因无法判断杯子中水是否满溢、杯中水量多少导致烫伤等问题。虽然近年来不断有适合盲人使用的杯子的设计出现, 但是结构简单、绿色、环保、低成本的设计少之又少, 在推广使用上遇上很大阻力。为了帮助盲人解决这类问题, 并且达到结构简单、免维护、绿色、环保、低成本的目的, 作者利用大学生创新实验的机会平台, 提出基于液位传感器的带提醒装置盲人水杯设计方案, 以期方便盲人的生活。

一、设计构思

运用液位传感器作为水位判断装置, 采用低压直流电源供电, 为盲人提供需求水量的帮助, 方便盲人根据自身实际需水量倒水。同时采用电子讯响器如蜂鸣器作为水位提醒装置, 为盲人进行水位提示, 防止溢出烫伤或用手指等第三方物体判断水位造成水的二次污染。

二、设计方案

主要由以下几部分组成:定位装置、液位传感器、电源模块、提醒装置。如1图所示, 首先根据需水量将定位装置固定在杯体某一高度a上, 而后接通电源模块使液位传感器和提醒装置工作。当杯中的水量到达a时, 液位传感器发出信号使提醒装置 (蜂鸣器) 工作。

(一) 定位装置。

采取可与液位传感器相固定的可沿杯体上下滑动的机械式结构, 并与供电电源开关结合, 方便使用。

(二) 液位传感器。

采用非接触式液位感应器, 直接贴合在杯体外部就可以侦测某点水位, 当水位到达时就有一个信号输出。

三、硬件设计及工作流程

以液位传感器 (型号FJY-001) 为核心, 选用5V直流电源供电, 配以小型蜂鸣器作为提醒装置。

四、使用方法

(一) 使用。

首先根据需水量通过定位装置固定液位传感器在杯体某一高度上, 接通电源模块使液位传感器和蜂鸣器工作。用水杯接水时, 在杯内水即将超过预定水位时, 蜂鸣器工作发出声响提醒盲人水位已到达预定高度。

(二) 充电。

电源模块选用充电电池, 持续使用一段时间后需要对其充电, 充电时 (该项目过程应请视觉正常者进行) 将电池卸下, 用专用充电器接通220V电源进行充电。

五、结语

3.基于单片机的液位控制器设计 篇三

【关键词】单片机 液位控制器 设计

【中图分类号】 TM571【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0186-02

引言

液位控制器的工作方式主要有电子式液位开关控制、浮球开关控制、液位继电器控制、接触式控制等，虽然液位控制器的所选取的控制方法根据产品的不同而有所区别，但是主要是过机械式或电子式的方法来对高低液位进行控制，以此实现自动化或半自动化。液位控制在高层小区水塔水位控制、污水处理设备、有毒或腐蚀性液体液位控制中应用较为普遍。随着电子工业的发展，单片机控制的智能型控制器在电子产品中的应用越来越广泛。

1 液位控制器的工作方式

1.1 电子式液位开关控制

电子式液位开关控制要实现对液位的自动化控制需要与其说搭配的水位控制器工作作用。电子式液位控制器在进行工作时，先是由电子探头对液位进行检测，检测的信号由液位检测专用芯片进行处理，如果检测结果显示液位到达动作点时，液位检测专用芯片会发出高电平信号或低电平信号，之后水位控制器针对电平信号的不同对液位进行控制。电子式液位器主要体有使用寿命长、安全系数高、价格低廉等特点。

1.2 浮球开关控制

浮球开关控制有大金属球的浮球开关、带干簧管的微型浮球开关和电缆式浮球开三种。带有达金属球的浮球开关在工作时主要是通过液体浮力的变动实现对阀门的控制，当液体液位上升，则金属浮球上升，浮球上升带动阀门关闭，使进水停止；当液体液位下降，则金属浮球下降，浮球下降带动阀门打开，使进水开始，如此往复实现对液体液位的控制。带干簧管的微型浮球开关主要通过磁性小浮球使杆里面的干簧管闭合或打开实现对液体液位的控制。电缆式浮球开关，这种方式的液体液位高低主要取决于平衡锤或弹性电线的某一固定点到浮筒间的电线长度，虽然其造价低廉，但直接与220v电压相接，也使其安全隐患较大，一旦电缆线受损，则必须进行整个装置就要替换，否则易引起漏电电人的现象。

1.3 液位继电器控制

液位继电器控制在高层楼宇的上下集液池应用较多，它主要采用集成电路，根据上下集液池的液位分级提升而设计的。通过液位继电器控制能使上下集液池的液位得到有效控制，同时在集液池发生溢水或缺水时，可以实现排水和补水的作用。虽然这种液位控制在实现集液池排水和补水的过程中表现较好，而且价格也较为低廉，但是这种液位控制不耐污，受水垢影响较大，一旦水垢太多，就会使液位控制作用受到影响。

1.4 接触式控制

接触式控制主要通过探头超声波脉冲的反射来检测和计算液体液位，从而实现对液位的控制。接触式控制将高频超声波脉冲探头耦合在容器外壁，探头发出的高频超声波脉冲会在在容器壁和液体中传播，再被容器内表面发射回来，通过中方式计算出液位高度，判断液位与液位控制机器的位置，当液体液位处于上限或者下限时，控制器产生继电信号，从而实现对液体液位的控制。这种方式在对液体液位上限和下限进行检测时，不受介质密度、介电常数、导电性、反射系数、压力、温度、沉淀等因素的影响，所以这种方式在医药、石油、化工、电力、食品等行业的各类液体液位控制中应用最为普遍，尤其是储存的液体具有毒性或腐蚀性时，该方式的功用则表现更为优越。虽然这种方式方便、准确，但是其造价较高。

2 基于单片机的液位控制器设计

2.1 基于单片机的液位控制器工作原理

液位控制器的工作方式有多种，笔者利用单片机为控制核心， 设计一个对供水箱水位进行监控的系统。单片机控制固态继电器的开断对液体液位进行调整。该设计的核心AT89C51 芯片，主要的组成部分有键盘、数码显示、A / D 转换、传感器、电源和控制部分等。基于单片机实现的液位控制器利用气压传感器和A / D 转换产生液位高度数据，通过单片机的数据采集，利用数码管显示液位高度数据，进而进行液位控制。当液体液位达到上限或者下限时，液体底部的软管管内空气气压发生变化，由气压传感器将软管内的空气气压信号转化成电压信号，电压信号生成后进入A / D转换，A / D转换将电压信号转化成数字信号量，单片机对数字信号量进行采集并处理，最终在数码显示管内生成数码液位高度，之后通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值，从而实现对液位的自由控制。

2.2 基于单片机的液位控制器设计

2.2.1 单片机

基于单片机的液位控制器设计的单片机是AT89C51 芯片，如图1。[ 1]该芯片由由Atmel 公司生产，呈双列，共40脚。A/ D 转换和显示连接口在P0，3x5的键盘连接口在P1，控制电磁阀和水泵动作的接口P2，上、下限指示灯连接口在P3。

2.2.2 传感器

基于单片机的液位控制器设计传感器使用的是SY-9411L-D 型变送器，如图2。[2]这种变送器有一个美国SM 公司生产的555-2 型OEM 压阻式压力传感器和相应的放大电路组成。555-2 型OEM 压阻式压力传感器外壳封装材料是用坚固的耐高温塑料特殊加工处理，所以其耐温性能较强。1脚和2脚都是信号输出（-），5 脚和6脚都为信号输出（+），中间3脚为激励电压、 4脚为地。在液体底部有一根软管用以输出空气气压信号，软管两端分别和液体底部和传感器，其直径为5 mm。在液体液位发生变化时，会引起软管内空气气压的变化，进而生产气压信号，气压信号在传感器的作用下生成电压信号，电压信号再输入A/ D 转换器中。

2.2.3液位显示电路

基于单片机的液位控制器设计的液位显示采用数码管动态显示。[ 3]其显示的范围在0至999之间，单位自定。该液位显示的数码管采用的LDS18B20型号的7段共阴极连接数码管。这种数码管在单片机中应用较为广泛，可以作为地址数据总线扩展的锁存器， 也可以作为普通的LED的驱动器件。

2.2.4 A/ D转换电路及控制输出

基于单片机的液位控制器设计的A/ D转换电路采用的是CMOS 工艺制造的逐步逼近式8位A/ D转换器芯ADC0809。编制A/ D转换程序可分为三种，分别是中断、查询0和延时。A/ D转换器，由液位高低变化引起液体底部的软管管内空气压变化，空气气压在传感器内经过运算放大器和分压电路把传感器输出的电流信号转换成电压信号，进而进入A/ D转换器，由单片机对A/ D转换器生成的数字信号量进行处理，在数码显示管内显示液位高低。设置液位高、低和限定值以及强制报警值的键盘采用P1口作为键盘接口， 连接一个4x4键盘。结构上采用行列方式，可定义键盘布局。

3 结束语

在电子工业的发展的浪潮中，单片机控制的智能型控制器在电子产品中的应用越来越广泛。随着基于单片机的液位控制器设计日益完善，其模型的设计必会在具体的个案应用发挥其良好的延伸作用。

参考文献

[1] 陈新昌，王万章.单片机在水位控制中的应用[J].信息科技，2006（24）：89-90，94.

[2] 胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社， 1996.

4.智能传感器的设计 篇四

随着自动化生产模式的再扩大，对智能传感器的技术水平要求也在不断提高, 高精度的智能传感器是生产自动化的可靠性的有效保障，研制出具有灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型智能传感器是其未来发展的不然趋势。

1.2 朝着高可靠性、宽温度范围方向发展

由于智能传感器的可靠性对电子设备的抗干扰等性能具有直接的影响，我们需要研究发现新的材料，利用新型材料研制基本传感器。基本传感器是智能传感器的基础, 它的制作及其性能对整个智能传感器影响甚大。除硅材料具有优良的物理特性, 能够方便地制成各种集成传感器。此外还有功能陶瓷、石英、记忆合金等都是制作传感器的优质材料。用来研制高可靠性、宽温度范围的智能传感器，来抵抗电磁对它的干扰。

1.3 朝着微型化方向发展

当下，各种控制仪器设备在功能越来越强的同时，还要求体积的微型化，智能传感器当然也不是一个例外。这就要求发展新的材料及微细的加工技术。近年来，微加工技术日趋成熟，可以加工高性能的微结构传感器、ASIC 制作技术, 也可用于制造智能传感器。来研制出体积非常小、互换性可靠性都较好的智能传感器。

1.4 朝着微功耗及无源化方向发展

智能传感器是利用非电量向电量转化的原理制成的，电源是其正常工作的必备品，一旦是在野外现场或远离电网的工作环境，电池供电或太阳能供电将成为智能传感器应用的电源，既可以节省能源又可以提高系统寿命的智能传感器是现在所急需的，这也就决定了研制微功耗的传感器及无源传感器将是智能传感器必然的发展方向。

1.5 朝着智能化数字化方向发展

由于我国自动化技术的进步，智能传感器的功能已不再受传统的功能的束缚, 对智能传感器的要求即输出的不再仅仅是单一的模拟信号，而是经过微电脑处理好后的数字信号，这些数字信号有的附带一定的控制功能，这也是智能传感器发展的趋势。

1.6 朝着网络化方向发展

5.报告压力传感器设计与实现 篇五

学生姓名学 号专 业题 目教 师——压力传感器设计

电气自动化技术 压力传感器设计 刘艳伟

PS

压力传感器设计与实现

——PS压力传感器

摘 要

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应

【1】

；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压电传感器。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

关键词：压力；结构；PS压力系统

目录

第1 章

绪论..........................................................................1 1.1背景......................................................................................1 1.2传感器的定义..........................................................................1 1.3传感器的分类..........................................................................1 1.4设计目的..............................................................................2 第2章

原理分析.....................................................................3 2.1工作原理.........................................................................3 第3章 实现过程...........................................................................4 3.1 电路图设计......................................................................4 第四章 结论...............................................................................5 参考文献：.....................................................................................6

第1 章

绪论

1.1背景

压力传感器【2】中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

早在1954年美国C.S.Smith首先确认了半导体压电效应，1955年C.Herring指出：这种压电电阻效应是由于应力的作用，引起导体与价电子带能量状态的变化，以及载流子数量与迁移率变化所产生的一种现象。日本从1970年开始研究开发，首先应用在血压计上，之后在过程控制领域及轿车发动机控制部分都获得了广泛的应用。最近几年在家用电器、装配机器人等应用领域普遍采用电子压力传感器作为压力控制、压力监控和判断真空吸附的效果。

1.2传感器的定义

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

1.3传感器的分类

目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种： １、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器

２、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、1

光栅、热电偶等传感器。３、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“１”和"０”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。

关于传感器的分类

1.按被测物理量分：如：力，压力，位移，温度，角度传感器等； 2.按照传感器的工作原理分：如：应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等；

3.按照传感器转换能量的方式分：

（1）能量转换型：如：压电式、热电偶、光电式传感器等；

（2）能量控制型：如：电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等；

4.按照传感器工作机理分：

（1）结构型：如：电感式、电容式传感器等；

（2）物性型：如：压电式、光电式、各种半导体式传感器等； 5.按照传感器输出信号的形式分：（1）模拟式：传感器输出为模拟电压量；

（2）数字式：传感器输出为数字量，如：编码器式传感器。

1.4设计目的

图1是压力传感器在全自动洗衣机中的应用实例。如图所示，利用气室，将在不同水位情况下水压的变化，作为空气压力的变化检测出来，从而可以在设定的水位上自动停止向洗衣机注水。

图1

第2章

原理分析

2.1工作原理

图2为PS压力传感器的截面结构图，图3为其传感器部分的结构。如图所示，在压力传感器半导体硅片上有一层扩散电阻体，如果对这一电阻体施加压力，由于压电电阻效应，其电阻值将发生变化。受到应变的部分，即膜片由于容易感压而变薄，为了减缓来自传感器底座应力的影响，将压力传感器片安 装在玻璃基座上。

图2

图3 如图3（b）所示，当向空腔部分加上一定的压力时，膜片受到一定程度的拉伸或收缩而产生形变。压电电阻的排列方法如图4所示，受到拉伸的电阻R2和R4的阻

值增加；受到压缩的电阻R1和R3阻值减小。

由于各压电电阻如图4那样组成桥路结构，如果将它们连接到恒流源上，则由于压力的增减，将在输出端获得输出电压ΔV，当压力为零时的ΔV等于偏置电压Voffset,在理想状态下我们希望Voffset=0V实际上在生成扩散电阻体时，由于所形成的扩散电阻体尺寸大小的不同和存在杂质浓度的微小差异，因此总是有某个电压值存在。压力为零时，R1=R2=R3=R4=R，我们把加上一定压力时R1、R2电阻的变化部分记作ΔR；相应R3、R4电阻的变化部分记作-ΔR，于是ΔV=ΔRI。这个ΔV相对压力呈现几乎完全线性的特性，只是随着温度的变化而有所改变。

第3章 实现过程

3.1 电路图设计

图5是PS压力传感器的外围电路设计实例，图中用恒流源来驱动压力

图

5、压力传感器器设计电路

由于桥路失衡时的输出电压比较小，所以必须用运放IC1b和IC1C来进行放大。图中VR1为偏置调整，VR2为压力灵敏度调整，VR3为没有加压时输出电压调整，C1、C2用于去除噪声。另外，如果电源电压波动的话，将引起输出电压的变化，所以必须给电路提供一个稳定的电源。

第四章 结论

传感器技术是一门理论性和实践性都很强的专业基础课，也是一门综合性的技术基础学科，它需要数学、物理学、电子学、力学、机械等知识，同时还要掌握各种物理量的变换原理、各种静态和动态物理量（如力、振动、噪声、压力和温度等）的测定，以及实验装置的设计和数据分析等方面所涉及的基础理论。在做此次实验前，我把老师所讲的传感器教材通读了一遍，对传感技术有了一定得了解。因为在这之前，没有接触过类似的课程设计，所以这次实验，我感觉有些困难。传感技术是一门综合性的课程知识，想做好这次实验，必须要有较好的理论知识，例如：电路，模电，还有画图时，也要用软件画图multisim仿真软件的使用。只有熟悉了这些们课程才能真正的完成这次实验。首先，是电路图的设计，要明白传感器的原理及在电路中的作用是什么。虽然最终设计出的电路图不是很复杂，但是也是几经周折。其次，是在multisim中连接电路元件，让我进一步得熟悉了这个软件的功能，并能运用自如。虽然画图时比较麻烦，经过大概一个小时的时间才画完，但看着自己画的图，觉得很有成就感。最后，是电路的仿真，者可以说是最关键的一部了，前面所有的工作都是在为它打基础，一旦仿真失败就意味着所有得努力可能全部白费。仿真的结果虽然显示出数字来了，但是和是要得要求相差很远。因此，就一次一次的调试，改变电阻的阻值，以及滑动变阻器的阻值，最终把结果调试出来了。通过这次传感器技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅.在这次实验的过程中我们要培养自己的独立分析问题，和解决问题的能力。在调试电路图的过程中，要自己学会思考。最后，通过这次实验我不但对理论知识有了更加深刻的理解，更加增强了我的综合能力，希望以后能多有这样的作业，使我们能把所学的专业知识实践运用。使我们整体对各个方面都得到了不少的提高让我们得到更好的锻炼 5

参考文献：

【1】极化建模与雷达遥感应用（英文版.中文评注）作者:Shane R.Cloude(S.R.克劳德)著，洪文 尹嫱 李洋 等评注出版社:电子工业出版社出版时间:2015年08月

6.液位传感器设计论文 篇六

1、传感器的定义：传感器（或敏感元件）基于一定的变换原理/规律将被测量（主要是非电量的测量，可采用非电量电测技术）转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。

2、传感器的组成：传感器一般由敏感元件（将非电量变成某一中间量）、转换元件（将中间量转换成电量）、测量电路（将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号）三部分组成，有的传感器还需加上辅助电源。

3、传感器的分类

按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。

按构成原理分类：

结构型：依靠机械结构参数变化来实现变换。物性型：利用材料本身的物理性质来实现变换。

按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器 按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器

按参电量如：Q（电量）、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器

4、传感器技术的发展动向：

教材表述：发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器

老师表述：微型化、集成化、廉价。第二章：传感器的一般特性

1、静态特性

检测系统的四种典型静态特性

线性度：传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。

灵敏度：系统在静态工作的条件下，其单位输入所产生的输出，实为拟合曲线上某点的斜率。

即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx

迟滞性：特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。

（产生的原因：传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。）

重复性：重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好，误差也小。产生的原因与迟滞性类似。

精确度.测量范围和量程.零漂和温漂.2、动态特性：（传感器对激励（输入）的响应（输出）特性）

动态误差：输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数，它们之间的差异。包括：稳态动态误差、暂态动态误差

动态测试中的两个重要特征：时间响应、频率响应 第三章：传感器中的弹性敏感元件

1、什么叫敏感材料? 对电、光、声、力、热、磁、气体分布等待测量的微小变化而表现出性能明显改变的功能材料。

半导体材料最主要的特点是对温度、光、电、磁、各种气体及压力等外界因素具有敏感特性，是制造磁敏、热敏、光敏、力敏、离子敏等传感器件的主要材料。

2、引言：

（1）变形：物体在外力作用下，改变原来的尺寸和形状的现象。（2）刚度：弹性敏感元件在外力的作用下抵抗变形的能力（3）弹性元件：具有弹性变形特性的物体。

弹性敏感元件作用：把力、力矩或压力变换成相应的应变或位移;然后由各种转换元件，将被测力、力矩或压力转换成电量。

3、弹性敏感元件的基本特性：

（1）弹性特性：作用在弹性敏感元件上的外力与其引起的相应变形（应变、位移或转角）之间的关系。可由刚度或灵敏度来表示。

（2）刚度：弹性敏感元件在外力作用下抵抗变形的能力。dx dF x F k x = ⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆=→∆0lim（3）灵敏度是刚度的倒数

（4）弹性滞后：弹性元件在弹性变形范围内，弹性特性的加载曲线与卸载曲线不重合的现象。

（5）弹性后效：弹性敏感元件所加载荷改变后，不时立即完成相应的变形，而是在一定时间间隔中逐渐完成变形的现象。

（6）应力：反映物体一点处受力程度的力学量

（7）应变：用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变（8）弹性模量=线性应力/线性应变

第四章：电阻应变式传感器

1、电阻应变片的种类（P63~P65）

丝式应变片：（1）回线式应变片（2）短接式应变片 箔式应变片 薄膜应变片 半导体应变片

2、应变效益：金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相应的应变（拉伸或压缩），其电阻也将随之发生变化。

通过弹性敏感元件转换作用，将位移、力、力矩、加速度、压力等参数转换为应变因此可以将应变片由测量应变扩展到测量上述参数，从而形成各种电阻应变式传感器。

第五章：电容式传感器

1、电容式传感器工作原理：由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，当忽略边缘效应影响时，其电容量与真空介电常数、极板间介质的相对介电常数、极板的有效面积Ａ以及两极板间的距离d 有关：

d A C r εε0=

若被测量的变化使式中d、Ａ、三个参量中任意一个发生变化时，都会引起电容量的变化，因此可分为三种：

变间隙式、变面积式、变介电常数式。第六章：电感式传感器

（目测老师上课时没讲，之后视情况补充）第七章：压电式传感器

1、概念：压电式传感器是以具有压电效应的压电器件为核心组成的传感器，已被广泛应用于超声，通信，宇航，雷达和引爆等领域。

2、（1）正压电效应（压电效应）：

在电介质的一定方向上施加机械力而产生电的极化，导致两个相对表面（极化面）上出现符号相反的束缚电荷Q，且其电位移D 与外应力张量T 成正比：

D=dT（d —压电常数矩阵 即压电系数？）

当外力消失，又恢复不带电原状；当外力消失，电荷极性随之而变。（2）逆压电效应（电致伸缩）：

施加电场时，应变S 与外电场强度E 成正比：S= dE（d —逆压电常数矩阵 即压电系数？）

即能量类型转换： 电能量

教材表述：

x 轴平行于正六面体的棱线，称为电轴； y 轴垂直于正六面体的棱面，称为机械轴；

z 轴表示其纵向轴，称为光轴。

压电效应：这些物质（压电材料）在沿一定的方向受到压力或拉力作用而发生形变时，其表面上会产生电荷；若将外力去掉时他们又回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。在每一切片中，当沿电轴方向加作用力F 时，则在于电轴垂直的平面上产生电荷Q。

逆压电效应：在片状压电材料的两个电极面上，如果加以交流电压，那么压电片能产生机械振动，即压电片在电极方向上有伸缩的现象压电材料的这种现象称为“电致伸缩效应”，也叫“逆压电效应”。

3、相关传感器：压电式加速度传感器、压电式力传感器、压电式压力传感器、测力传感器

第八章：磁电式传感器

1、概念：磁电式传感器是利用电磁感应原理, 将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。有时也称作电动式或感应式传感器。根据电磁感应定律, 当N 匝线圈在均恒磁场内运动时, 设穿过线圈的磁通为Φ, 则线圈内的感应电势e 与磁通变化率d Φ/dt有如下关系：

dt d N e φ-=

2、霍尔传感器（ppt 上没有相关内容，大家自己补充）第九章：热电式传感器

1、热电偶温度计（热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表）（1）组成：

热电偶（敏感元件）: 必须用两种不同的材料作热电极—>1 连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线及铜导线）—>2

测量仪表（动圈仪表或电位差计）—（2）结构：

热电偶是由两种不同材料的导体焊接而成；导体被称为热电极。工作端或热端：焊接的一端用来感受被测介质的温度。自由端或冷端：与导线相连端。（3）热电偶的基本原理：

①热电效应：在两种不同的金属所组成的闭合回路中，当两接触处的温度不同时，回路中就要产生热电势，称为Seebeck 电势。这一物理现象称为热电效应。回路的总热电势为：

αAB —为热电势率或Seebeck 系数，其值随电极材料和两接点的温度而定。热电效应产生的电势由珀尔帖效益和汤姆逊效应引起。

②接触电势（珀尔帖电势）——>珀尔帖效应

将同温度的两种不同的金属互相接触。由于不同金属内自由电子的密度不同，在金属A 和B 的接触处会发生自由电子的扩散现象，从密度大的A 扩散到B ；使A 带正电，B 带负电；直到在接点处建立了强度充分的电场，E AB(T

③温差电势——>Thomson效应

假设在一匀质棒状导体的一端加热，则沿此棒状导体有一温度梯度。导体内的自由电子将从高温端向低温端扩散，并在温度较低一端积聚起来，使棒内建立起一电场。当该电场对电子的作用力与扩散力相平衡时，扩散作用停

止，电场产生的电势称为Thomson 电势（温差电势）

。E A(T T T o 温差电势远小于接触电势，常把它忽略掉。回路的总热电势为：((,(0 0 T E T E dT T

T E AB AB T T AB AB-= =⎰α

(4插入第三种导线的问题:在热电偶回路中接入第三种金属导线对原热电偶所产生的热电势数值并无影响。不过必须保证引入线两端的温度相同。

(5补偿导线的选用:(工作端与冷端离得很近，而且冷端又暴露在空间，受周围环境温度的影响，冷端温度难以恒定。可以采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这种专用导线称为“补偿导线”。不同的热电偶所用的补偿导线也不同。

(6热电偶的温度补偿方法（教材上表述方法有些许不同，大家自己补充吧~）①0℃恒温法：在标准大气压下，将清洁的水和冰鞋混合后放在保温容器内，可使T 0保持0℃

②补正系数修正法：设冷端温度为t n，此时测得温度为t 1，其实际温度应为t= t1+kt n（k ：补正系数）③延伸电极法：原理为连接导体定律

④补偿电桥法：利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶参考端温度变化引起的电势变化

（7）热电偶的使用误差

①分度误差：热电偶的分度是指将热电偶置于给定温度下测定其热电势，以确定热电势与温度的对应关系。

方法有标准分度表分度和单独分度两种。

②仪表误差δ=（T max-T min）K（式中T max、T min ：仪表量程上，下限；K ：仪表的精度等级。）③延伸导线误差：一种是由延伸导线的热特性与配用的热电偶不一致引起的；另一种是由延伸导线与热电偶参考端的两点温度不一致引起的。这种误差应尽量避免。

④动态误差

产生原因：由于测温元件的质量和热惯性，用接触法测量快速变化的温度时，会产生一定的滞后，即指示的温度值始终跟不上被测介质温度的变化值，两者之间会产生一定的差值。

修正方法：在热电偶测量系统中引入与热电偶传递函数倒数近似的RC 或RL 网络

⑤漏电误差

产生原因：随温度升高（特别是在高温时）时，绝缘效果明显变坏，是热电势输出分流。

（8）热电偶的基本定律（P158）：

①均质导体定律：两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电极的直径、长度及沿热电极长度上的温度分布无关，只与热电极材料和两端温度有关。

②中间导体定律：在热电偶回路中插入第三、四„种导体，只要插入导体的两端温度相同，切插入导体是均质的，则无论插入导体的温度分布如何，都不会影响原来热电偶的热电势的大小。

③中间温度定律：热电偶在接点温度为T,T 0时的热电势等于该热电势在接点温度为T,T n 和T n，T 0时相应的热电势的代数和，即：E AB(T,T0=EAB(T,Tn +EAB(Tn ,T 0(9热电偶对热电极的材料的基本要求任意两种导体或半导体都能配成热电偶，当两个接点温度不同时就能产生热电势，但作为实用的测温元件，不是所有的材料都适于制作热电偶。基本要求是：

①热电特性稳定，即热电势与温度的对应关系不会变动 ②热电势要足够大，易于测量热电势，且课得到较高的准确度 ③热电势与温度为单值关系，最好成线性关系，或者是简单的函数关系 ④电阻温度系数和电阻率要小，否则热电偶的电阻讲随热端温度而有较大的变化，影响测量结果的准确性⑤物理成分稳定，化学成分均匀，不易氧化和腐蚀

⑥材料的复制性好

⑦材料的机械强度要高

2、两种热电式传感器的转换关系： 热电阻传感器（将温度变化转化为电阻变化）热电偶传感器（将温度变化转化为热电势变化）

3、热电阻传感器 电阻式测温系统是利用热电阻和热敏电阻的电阻率温度系数而制成温度传感器的。大多数金属导体和半导体的 电阻率都随温度发生变化，都称为热电阻。纯金属有整的温度系数，半导体有负的温度系数。（1）热电阻材料的特点： ①高温度系数，高电阻率 ②化学和物理性能稳定 ③良好的输出特性 ④良好的工艺性（2）热敏电阻的特点 ①负温度系数热敏电阻 a：电阻温度系数大，灵敏度高，约为热电阻的十倍。b：结构简单，体积小，可测量点温度。c：电阻率高，热惯性小，适宜动态测量。d：易于维护和进行远距离控制。e：制造简单，使用寿命长。②正温度系数热敏电阻 ③临界温度系数热敏电阻 第十章：光电式传感器

1、分类（光电式传感器是能将光能转换为电能的一种器件，简称光电器件。它的物理基础是光电效应）： 光电管 光电倍增管 光敏电阻 光敏二极管和光敏晶体管 光电池 光电式传感器的应用 光电耦合器件(补 测量非电量时:非电量的变化转化为光量 的变化，通过光电器件的作用，将光量的变化转换为电量的变化

2、光电式传感器利用的效应：光电效应，分为：外光电效应、内光电效应、阻挡层光电效应（光生伏打效应）（1）外光电效应：在光线作用下使物体的电子逸出表面的现象称为外光电效应。例如：光电管、光电倍增管（2）内光电效应：在光线作用下能使物体电阻值改变的现象称为内光电效应。例如：光敏电阻（3）在光线作用下能使物体产生一定方向的电动势的现象，称为阻挡层光电效应（光生伏打效应）。例如:光电 池、光敏晶体管等

3、光电管（充气光电管：玻璃泡内充少量惰性气体，提高光电管灵敏度，但稳定性、频率特性等较差）6 原理：当阴极受到适当波长的光线照射时便发射电子，电子被带正电位的阳极所吸引，这 样在光电管内就产生了电子流，在外电路中便产生了电流。

4、光电倍增管 它由光电阴极 K、若干倍增极 E1~E4 和阳极 A 三部分组成。光电阴极是由半导体光电材料制造的，入射光就 在它上面打出光电子。倍增极数目在 4—14 个不等。在各倍增极上加上一定的电压。阳极收集电子，外电路形成电 流输出。

5、光敏电阻（没有极性，纯粹是一个电阻器件）当无光照时，光敏电阻值(暗电阻很大，电路中电流很小，此时的电流称为暗电流。当光敏电阻受到一定波长范围的光照时，它的阻值（亮电阻急剧减少，电路中电流迅速增加此时的电流称为亮 电流。光电流与暗电流之差，称为光电流。

6、光敏二极管和光敏晶体管（1）接法及原理：光敏二极管在电路处于反向偏置，在没有光照射，反向电阻很大，反向电流很小，这反向电流 称为暗电流。当光照射在 pn 结上，通过 Pn 结的反向电流也随着增加。如果入射光照度变化，通过外电路的光电流 强度也随之变动，可见光敏二极管能将光信号转换为电信号输出。（2）光敏晶体管与一般晶体管很相似，具有 2 个 pn 结。它在把光信号转换为电信号同时又将信号电流加以放大。又将信号电流加以放大。

7、光电池 7（1）工作原理：当光照到 pn 结上时，如果光子能量足够大，n 区和 p 区之间就出现电位差。用导线将 pn 结两端用 导线连接起来．电路中就有路流流过，电流的方向由 p 区流经外电路至 n 区。若将电路断开，就可以测出光生电动 势。（2）光电池对不同波长的光，灵敏度是不同的 第十一章：智能式传感器（这个好像也

没上。。）第十二章：光导纤维传感器

1、光纤传感器的工作原理 光纤波导原理：光纤波导简称光纤，它是用光透射率高的电介质(如石英、玻璃、塑料等构成的光通路。它由 折射率 n1 较大(光密介质的纤芯和折射率 n2 较小(光疏介质的包层构成的双层同心圆柱结构。n0 : 光纤周围媒质的折射率 n1：纤芯的折射率 n2：包层的折射率  : 光线纤端入射角 ：光线纤内入射角 ：光线与轴线的夹角 a : 纤芯半径 在光纤内传输的条件：

2、光纤的分类：    0（ 0：光线在纤芯 包层分界面的临界角。 纤芯直径 2a  2 ~ 12μm   单模光纤 纤皮折射率差   1 2  0.01 ~ 0.02   n1    纤芯折射率均匀  阶跃折射率光纤   纤芯与包层界面折射率 发生突变 按纤芯折射率分布  纤芯折射率不均匀  梯度折射率光纤 纤芯折射率按一定函数 关系沿光纤径向变化  

3、光调制与解调技术 所谓“调制”，是将被研究对象的信号（信息）通过载体传输出去。因此，光的调制过程就是将一携带信息的 信号叠加到载波光波上；完成这一过程的器件叫做调制器。

4、概念：纤传感器是通过被测量对光纤内传输光进行调制，使传输光的强度(振幅、相位、频率或偏振等特性发生 变化，再通过对被调制过的光信号进行检测，从而得出相应被测量的传感器。

5、光纤的特性（1）损耗：吸收损耗、散射损耗，物质的吸收作用将使传输的光能变成热能，造成光功能的损失。损耗的单位：dB／km（2）色散：所谓光纤的色散就是输入脉冲在光纤传输过程中，由于光波的群速度不同而出现的脉冲展宽现象 可分为：材料色散、波导色散（结构色散）、多模色散 8

6、光强度的外调制 光纤本身只起传光作用。这里光纤分为两部分：发送光纤和接收光纤。两种常用的调制器是反射器和遮光屏。反射式强度调制器：

7、信息容量用所能调制的频带宽度表示。载波信号的频率越高，获得的频带宽度越大信息传送容量越大。第十三章、第十四章可能不考。。第十五章：湿度传感器

1、湿度测量技术发展已有 200 多年的历史

2、绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量：ρ =Mv/V（Mv：被测空气中水汽质量；V：被测空气体积）相对湿度是气体的绝对湿度(ρ v与在同一温度下，水蒸汽已达到饱和的气体的绝对湿度(ρ w之

7.液位传感器设计论文 篇七

关键词：高精度压力传感器,高精度放大器,液位测量,液位控制

1 引言

液位的测量和控制在工农业生产和社会生活中有广泛应用, 迄今为止, 在各行各业的应用中, 对液位的测量和控制采用的方法比较多, 也相应的不断有实际产品问世。液位测量的方法可以大体上归纳如下[1]:电子类液位测量法、浮子法、人工检尺法、超声波法、光纤传感器法。这几种方法, 各自针对不同的实际问题有不同的测量特点。

本设计采用的方法属于电子类液位测量法, 将高精度压力传感器放在待测液位容器底部, 当液位高度变化时, 容器底部液体压力会发生变化, 因此压力传感器输出的电信号也会发生变化, 通过电子线路处理传感器输出的电信号, 再经过数字化及计算机处理, 可以得到液位变化的数字, 经过精确标定可以得到液位及其变化的准确数字。

2 设计方案

2.1 设计方案要求

(1) 要求4位数码显示器能显示实时的液位高度; (2) 要求设置2个按键, 通过按键能够设定和修改目标液位值, 在实际液位偏离目标液位时, 系统能够启动加液或减液装置, 目标液位值保存在系统中, 关机后重新开机时, 值不变; (3) 系统具备标定功能, 不同密度的液体标定后能够正常使用; (4) 要求具备较高精度, 液位测量和控制达到毫米级。

2.2 设计方案的确定

整体系统框图如图1。设计中为了对压力进行检测, 就需要将压力传感器输出的模拟量进行测量。由于压力传感器输出的电压很微弱, 不便于A/D进行模数转换, 于是增加了一级放大电路以匹配A/D对输入模拟量的要求。在经过单片机处理后由继电器控制执行机构进行相关液位的控制。同时由显示部分实时显示压力值, 并通过键盘由用户输入、调整相关参数。

设计中满足高精度和稳定性是第一位的。高精度对压力传感器、放大电路及A/D转换电路提出一定的精度要求, 同时应尽量使用集成度高的元件以降低电路的复杂性, 方便调试, 更降低了电路的故障率。

系统中用了两块单片机CPU1和CPU2, 其中CPU1为主控单片机, 负责控制A/D采样, 及控制继电器动作, 以根据需要加液减液;CPU2专门负责键盘和显示, 两个CPU之间通过串口进行数据通信。

3 系统设计

3.1 系统硬件设计

3.1.1 放大电路

目前大部分线路都是采用单电源供电, 而且用户一般提供单电源, 而大部分采用双电源是为了保证零位的读数。对于使用智能化设计, 调零部分完全可以采用的是软件方法, 零位可以有一段区间, 只要在程序中加以处理就是。故运放采用单电源, 既可以保证性能也可保证线路的简单。由于整个系统采用5V供电, 为了保证电路之间的高低电压之间的匹配问题, 所以运放也是最好采用5V供电模式, 而由于传感器的共模一般在3.5V左右, 所以要求放大集成电路具有高的共模范围。通过查阅资料和试验测试发现, 美信公司生产的MAX4194仪表级运放完成可以满足上面的性能, 且价格适中。故最终决定采用了MAX4194。图2是压力传感器与MAX4194连线图。

3.1.2 单片机A/D采样电路

为了提高测量精度, A/D采样电路使用集成电路CS5513, 这是20位串行模/数转换芯片。它是一种低成本、易于使用、可用于直流测量的△一Σ模/数转换器, 其内部包括一个4阶△一Σ调制器和一个滤波器。图3A/D电路与单片机接口电路原理图。

图3中电路中的单片机STC10F08XE的三个口线P3.2、P3.3、P3.4分别与CS5513的数据出、读数时钟入及片选线相连。CS5513工作于单电源方式, 参考电压VREF和正电源V+与+5V连接, 负电源V一和模拟输入端AIN一与模拟地连接。可计算出差分输入范围大约为±3.9V, 转换器的参考电压为+5V。利用上述两个结果即可算出模拟输入的有效范围为一1.1~+3.9V, 这与实际测量的结果基本一致。由于压差传感器存在一定的零点漂移而可能出现往负电压漂移的情况.所以一1.1~+3.9V的模拟输入有效范围对实际应用非常有利。

3.1.3 单片机与EEPROM接口电路

X5645是一种64K位SPI接口EEPROM的CPU监控器。X5645集成了四个常用的功能, 上电复位控制, 看门狗定时器, 电源电压监督和块锁保护的串行EEPROM。X5645的存储器部分是一个CMOS串行Xicor公司的块锁保护EEPROM阵列。EEPROM的存储空间共分为512页, 每页有16字节, 每个字节有8位。EEPROM的存储容量为8192字节, 需要占用144位的地址 (设为A143—A0) 空间。若用A143—A0表示其存储单元地址, 那么高140位表示其页的地址, 低4位表示其页内16个字节的地址。EEPROM存储单元最高位地址在读写指令中设置。该器件具有一个串行外设接口 (SPI) 和软件协议, 允许操作一个简单的四线总线。

图4是单片机与EEPROM接口的电路原理图, 图中X5645的RST (7脚) 接上拉电阻后接单片机的复位脚, 提供复位信号, X5645的5根控制脚分别接单片机P3、P1口的部分控制口线。

3.2 系统软件设计

系统软件包括键盘和显程序、A/D程序、液位高度计算、控制程序及EEPROM读写程序等等。图1中在CPU1中编程的有A/D采样、液位计算、控制及EEPROM读写等程序, CPU2是专门用于控制键盘输入和4位LED显示的单片机, CPU1和CPU2之间是串行通讯, 波特率为9600bit/s。CPU1通过串行口将要显示的数据传给CPU2, CPU2通过串行口将按键键码值传给CPU1, CPU1在键码值传来时引起串口中断, 执行相应键值的中断处理程序。

为了提高液位的测量精度, 软件在计算液位时采用5点标定, 即在标准液位的5个高度, 记下A/D采样值, 计算出高度系数, 存在EEPROM中, 这样在测未知液位时, 通过采样值和高度系数, 计算出未知液位的高度。

图1中的继电器是为了控制液位进液或放液, 根据EEPROM中所存的设定液位值, 计算出控制继电器的液位提前量, 当实际测量液位达到提前量时, 打开或关闭继电器, 即打开或关闭进液 (放液) 阀。

4 结语

本设计将高精度压力传感器放在待测液位容器底部, 当液位高度变化时, 容器底部液体压力会发生变化, 因此压力传感器输出的电信号也会发生变化, 经过数字化及计算机处理, 可以得到精确的液位值。系统中设计了两片单片机, 一片负责控制采样, 另一片负责控制显示与键盘输入。系统中设计了EEPROM存储器, 用于存放液位设定值及液位系数, 通过继电器控制使得液位保持在设定值。

参考文献

8.温度传感器的设计与研究 篇八

【关键词】温度传感器；设计；研究

1.概述

随着高速铁路装备的发展，国家铁科院提出了对铁路高速动车装备的一系列标准化要求，针对机车上用的温度传感器也提出了一系列标配化要求，如对热感应元件、安装结构件，应用信号传递线缆等提出了标配化的要求，其中最关键的热感应元件主推Pt100铂热电阻。

铂的电阻/温度关系比较稳定，在较大的温度范围内其化学性质都不显著，即在较大的温度范围内，铂电阻都是比较稳定的。此外，铂电阻还具有很好的延展性，可以拔成细丝。即使在对精度、强度、可靠性、稳定性、复现性要求比较高的环境下，其物理化学性质也是满足相关要求的。正是因为如此，很多温度测量使用的是铂电阻温度传感器。但通常来说，常用的铂电阻温度传感器（Pt100）的0℃阻值为100Ω。典型的pt100温度/电阻特性曲线如图1所示。

图1 pt100温度/电阻特性曲线

2.铂电阻pt100温度传感器

铂电阻的工作原理是基于导体或半导体电阻值随着温度增加而增加的特性。把变化的电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或其它二次仪表上来判定温度变化。铂电阻温度传感器的精度比较高、稳定性比较好。正是因为如此，铂电阻温度传感器被广泛地应用于相关的领域中，尤其是在进行-200℃至850℃的温度测量中，通常我们将这个温度范围定义为中低温区。铂电阻温度传感器不仅被广泛应用于工业生产过程中，同时还被制成标准温度计，用于对其它温度传感器进行计量和校准。

铂电阻温度传感器可以分成两种类型，第一种是装配式铂电阻。装配式铂电阻通常包括四个部分，分别为外保护管、测温电阻、延长导线以及氧化镁。装配式铂电阻产品的整体外形比较小巧，内部结构也比较简单。但是装配式铂电阻具有较快的反应速度，反应比较灵敏，同时还具有防水抗震的功能；第二种是铠装铂电阻。铠装铂电阻同样是由四部分组成的。分别为电阻体、绝缘氧化镁、保护管以及引线。不过铠装铂电阻是将这四部分整体拉制而成的，而装配式铂电阻则是将其主要构件装配在一起。铠装铂电阻产品的内部结构比较复杂。但却具有灵敏性强、抗震性好、测温范围广、可弯曲的优点。铠装铂电阻温度传感器主要应用于环境温度测量、液体温度测量、冷冻冷藏温度测量以及电机轴瓦温度测量等。

3.测量温度原理与主要误差分析

本文中设计的温度传感器属于热电阻式温度传感器。热电阻式温度传感器进行温度测量的主要原理就是利用导体或半导体的电阻值会随温度的变化而变化。而在热电阻式温度传感器中又以铂电阻温度传感器的性能最好。铂电阻温度传感器的稳定性比较好，测量的精度最高。因此，铁路机车最普遍选用铂电阻温度传感器作为机车用温度传感器。

3.1测量原理

铂电阻温度传感器是利用其电阻与温度成一定函数关系而制成的温度传感器。Pt100铂电阻的温度传感器的温度测量范围为-200℃～850℃，电阻值与温度的关系如下所示：

（1）-200℃Rt=Ro[1+At+Bt2+（t-100）t3]

9.液位传感器设计论文 篇九

机载传感器综合设计技术特点及应用

通过阐述机载传感器综合设计技术的应用背景、概念、特点并结合系统设计的应用实例,强调飞机武器火控系统设计中采用传感器综合设计技术的必要性.

作 者：苏连栋 SU Lian-dong 作者单位：沈阳飞机设计研究所,辽宁,沈阳,110035刊 名：飞机设计英文刊名：AIRCRAFT DESIGN年，卷(期)：28(1)分类号：V241.6关键词：航空电子 机载传感器 综合设计

10.液位传感器设计论文 篇十

题目 基于无线传感器网络的公园游客跟踪系统设计

报告人

指导老师

二○一六年十二月 基于无线传感器网络的公园游客跟踪系统设计

摘要：利用无线传感器网络对具有声音特性的公园游客进行跟踪的特点，研究了基于时延估[1][2][3]计的声源定位方法。选择广义互相关法作为时延估计算法，并改进球形插值法用于声源定位，从而减小了算法复杂度；设计了一个面向目标跟踪的声学无线传感器网络原型系统。利用所设计的原型系统能实现对移动的游客进行跟踪，而且跟踪精度较高。

关键词：声源定位； 目标跟踪； 时延估计； 无线传感网络

1． 课程设计任务

本文拟采用基于时延估计的声源定位方法，设计了一个游客定位与跟踪系统。把在公园三个角作为基站，同时也作为参考节点。首先利用广义互相关法，计算出目标到各个节点与参考节点之间的时延；然后根据时延，采用改进的球形插值法得出目标的方位；最后将该系统应用到一个移动的公园游客跟踪实验中。

1.1 课程设计题目

本课程设计关于游客跟踪，拟采取配备声音传感器的传感器网络，对声源进行定位及跟踪。由于声音传感器具有体积小、成本低的优点，配备了声音传感器的传感器网络可以对跟踪，尤其适合对处于电磁干扰区的低空或地面目标的定位[4]。并且目前，利用声音传感器网络进行目标的定位与跟踪是目前的一个研究热点。在每一个节点上配置一个声音传感器，一个节点对可以计算出声源的方位角，利用2个或多个节点对，根据三角法计算目标的位置；然后利用卡尔曼滤波估计声源的运动趋势，而选择合适的节点集合计算声源位置。但该方法计算声源方位角时，需假设声源符合远场条件[5]。

1.2 设计的要求

为满足对公园游客安全实施监控要求，防止游客（尤其是小孩子）丢失，所以设计一个基于无线传感器网络的公园游客跟踪系统。在每一个进园游客身上佩戴一个传感器，能够根据环境自主完成目标监测、发现、识别、定位与跟踪等任务。无线传感器网络(wireless sensor networks，WSN)是由大量具有感知、计算和无线通信能力的传感器节点通过自组织方式构成的网络。由于WSN具有随机布设、自组织和隐蔽性强等特点，目前能够广泛应用于军事、工业和商业等领域[6]。2． 关键技术及总体方案

2.1 无线传感器网络目标定位跟踪原理

基于无线传感器网络的目标跟踪通常包括侦测、定位和通知三个阶段。1）侦测阶段。在一个配备了声音传感器的无线传感器网络监测区域中，传感器节点对声音信息进行周期的采集。当游客进入某个区域时，某个传感器节点发现声音强度超过阈值，则唤醒其他节点处理突发事件，启动目标定位与跟踪任务。

2）定位阶段。目标附近的节点被唤醒。被唤醒的节点利用基于声音传感器阵列的声源定位技术对目标进行定位。

3）通知阶段。当计算出目标位置之后，需唤醒其他节点，使其加入到跟踪行李额。同时需把目标的位置信息发送到汇聚节点，汇聚节点对数据进行进一步的融合处理后将数据发送到指挥中心。就可以实时对游客的位置进行定位。

2.2 声源定位于跟踪方法研究

基于时延估计的声源定位方法因其定位精度相对较高、实时性较强而成为近年来的研究热点，而得到了广泛的应用[7]。该方法主要分为时延估计和目标定位两个主要步骤，如图1所示。

传感器节点接收声源信号估计各节点与参考节点之间的声源信号到达时间延迟利用时延数据进行声源定位

图1 基于时延估计的声源定位方法示意图

1）时延估计方法的研究

假设两个声音传感器接收信号的离散事件信号模型为：

（1）式中，为声源信号；和为互不相关的高斯白噪声；和、也互不相关；和为声波的衰减系数；和分别为声波从生源到声音传感器1和声音传感器2的传播时间，为两个声音传感器间的时延。时延估计算法主要包括基本互相关法、广义互相关法和最小均方差法（LMS）等[8]。

基本互相关法的主要特点是方法简单，但该方法嘉定信号与噪声及噪声与噪声之间均互不相关，这在某些情况下不一定能得到满足，而且时延估计的精度较低。广义互相关法在功率谱域对信号进行加权，突出相关的信号部分而抑制受噪声干扰的部分，以便使相关函数在时延处的峰值更为明显，从而在一定程度上提高了时延估计精度[9]。LMS法用一个通道的信号去逼近另一个，使系统的均方差达到最小，在收敛的情况下给出时延估计，它不需要输入信噪比等先验知识；但是LMS法是一个迭代学习过程，运算量要大于广义互相关法，其估计精度随滤波器长度增加而提高，及核算复杂度也随之迅速增长，不适合跟踪快速移动的声源和对实时性要求较高的场合。

本文考虑到传感器节点的性能，采用广义互相关法。两信号之间的广义互相关法（GCC）函数为：

（2）

式中，为广义互相关法加权函数；为接收信号、为互功率谱。

本文选择的互功率谱相位（CSP）加权函数为广义互相关加权函数。所加噪声是均值为0的高斯白噪声，采样频率为16KHz。

2.3 具体设计实施方案(基于时延估计的声源定位方法)由广义互相关法求得时延后，根据估计的时延值对生源进行定位。定位主要有目标函数空间搜索定位法和几何定位法。目标函数空间搜索法计算量较大，实时性差，容易出现局部极值点，不适合应用于传感器节点。几何定位法分为线性插值法和球形插值法。线性插值法对声音传感器的摆放位置没有严格的要求，但其计算量稍大。由于传感器节点是素及分布的，因此，本文利用球形插值法进行目标定位，并在球形插值法的基础上，对其进行改造，减少其运算量，降低算法复杂度[10]。球形插值法首先设定一个参考节点，求得其他节点相对参考节点的时延，然后根据时延和各节点的矢量位置得到一个误差方程组，求其最小二乘解[11]。

设系统由N+1个配备了声音传感器的节点组成，分别位于处。不失一般性，设参考节点位于坐标原点，其位置矢量处。不失一般性，设参考节点位于坐标原点，其位置矢量，声源位置矢量，各节点、声源到源点的距离分别为和，各节点与参考节点到声源的距离差用表示[12]。节点与声源的几何关系如图2所示。由图可知，节点与参考节点到声源S的距离差为[13]：

（3）可得：

（4）即：

（5）

Z声源sRs参考节点m0yRiRs+di节点mix

图2传感器节点-声源几何模型

由于是由延时估计得到的，所以存在一定的误差，因此（5）式不为0，应为[14]：（6）（7）其中：

（8）

为减少一般球形插值法的运算量，将（7）式改写为：

（9）其中：

（10）（11）当：

（12）

式（8）的均方差最小，即：

（13）

根据逆矩阵的定义，由式（10）可得：

（14）声源的位置为：

（15）

式(9)中ATA始终是一个4×4的矩阵，整个式子求解所需的乘法和加法的数量不大，运算复杂度仅为O(N)，而一般球形插值法的运算复杂度为O()。当节点数量较多时，改进的球形插值法的运算复杂度将显著小于球形插值法[15]。

3． 总结

目标定位与跟踪是无线传感器网络的重要应用之一。本文在每个游客身上配置一个声音传感器，分析了无线传感器网络的目标定位和跟踪原理，讨论了时延估计方法和声源定位方法。根据相关算法的性能，选择CSP广义互相关法作为时延估计算法，并改进了球形插值法用于声源定位。利用公园的三点确立连接点，搭建了目标跟踪原型系统，来对园区内的游客进行实时的定位和监控。实验结果表明，利用广义互相关法和改进的球形插值法进行目标跟踪的精度较高。

4． 主要参考文献

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11.液位传感器设计论文 篇十一

关键词：物联网；网关；传感器；数据库

中图分类号：TP391.44；TN929.5

物联网（Internet of Things）是近几年来兴起的一种大规模虚拟网络技术，它通过各种接入技术实现电子设备与互联网的互联，进而完成信息汇聚与交互[1]。本文关注基于物联网网关的传感器接入方案：文章第二部分简单介绍物联网的架构与特征；第三部分提出了基于物联网网关的功能设计要求；第四部分在LDAP开发环境下实现了上述方案。

1 物联网技术背景概述

“物联网”的思想起源于1999年，其概念是由国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）正式提出的，即物与物之间连接而形成的互联网。

物联网的体系结构可自底向上分为三层：感知层、网络层和应用层。

（1）感知层又称为智能感知层，主要功能是通过各类感应器识别物体并采集信息。（2）网络层又称为接入与传输层，是物联网的中枢层，负责传递并处理感知层信息。（3）应用层又称为处理与决策层，是物联网与用户之间的接口，为用户提供各类物联网服务。

物联网的基本特征可概括为三个方面：全面感知、可靠传送和智能处理。

（1）全面感知：利用各类感应器及感应技术随时随地对物体进行全面的信息采集和获取。（2）可靠传送：依托物联网的通信网络，将感知到的物体信息进行可靠的交互和共享。（3）智能处理：利用各种智能技术，对海量的感知信息进行智能化分析、处理、决策和控制。

2 物联网网关的功能要求与设计

网关是建立在网络层之上的协议转换器，是连接无线传感器网络与互联网或其他智能设备的桥梁[2]。简单来说，物联网网关是连接传感器网络与互联网网络的接入与控制设备，传感器收集的数据通过网关与互联网互连，并进一步实现数据的转换及转发。网关侧系统功能主要包括资源描述框架和资源发现机制。其中，资源描述框架主要提供资源标识体系和通用的资源描述框架；资源发现机制包括Bootstrap、资源发现、资源搜索和即插即用等功能。

网关侧的功能如图1所示，感知层的终端设备信息经通信模块接入网关侧，通过API進行全局唯一资源标识。通用资源描述框架具备灵活性、可扩展性，能够体现资源之间关系，便于资源搜索。Bootstrap服务器模块发现接入设备后，定义调度规则，并根据此规则通知资源注册模块。资源注册模块对资源的注册、更新、删除消息进行解析，完成对数据库的相应操作。数据库和资源搜索模块设计数据库格式，实现资源搜索算法。资源标识分配机制定义资源标识分配、资源描述和地址的映射。外部接口R1定义资源描述信息的注册格式；R2根据Bootstrap规则定义请求和返回消息格式；R6是资源数据上传接口，在Bootstrap或注册时解决资源的数据库寻址问题；内部接口R3允许资源存储模块和认证授权模块查询数据库信息；R4允许资源注册模块对数据库进行读写操作；R5针对搜索请求返回资源地址。

3 基于LDAP的传感器接入方案实现

LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）是一种跨平台的、Internet标准的轻量目录访问协议[3]，本文将基于选择LDAP协议介绍网关侧的传感器接入方案。

3.1 开发环境介绍

LDAP是一个用来发布目录信息到许多不同资源的协议，OpenLDAP是LDAP的自由和开源的实现，在其OpenLDAP许可证下发行，并已经被包含在众多流行的Linux发行版中。

3.2 传感器接入信息数据数据库的设计

传感器接入网关后首先需要完成注册过程，将其信息按照一定格式进行上报并存入数据库中，方便进行存储和搜索。传感器中的信息包括必须的和非必须的两类，设计的数据库应该为所有的数据预留空间。通过对OpenLDAP数据库格式的研究，现有的规范基本能覆盖必须的信息数据需求，而对一些非必须的数据，则需要自己定义规范和属性，该过程需要同时满足RFC和OpenLDAP的格式需求，较为复杂。本文以图2为例介绍数据库的常见结构。

（1）平台层：位于数据库目录结构的最顶层，该层必需的描述信息只有其名称标识。（2）网关层：位于数据库目录结构的第二层，直接接入平台层，其描述信息包括网关名、用户名、域名等信息。图2定义ou=No._environment格式作为不同网关的名称标识。（3）传感器层：位于数据库目录结构的第三层，直接接入到网关层，同一个网关可以接入很多传感器，其描述信息包括可传感器名称、序号、用户名等信息。我们在图2中的网关01_environment下添加了三个传感器，并以ou=No._sensor作为不同传感器的名称标识。（4）传感器资源层：位于数据库目录结构的最底层，用于描述实际需要的传感器信息，如传感器的URL、用户名等。我们在图2中的传感器01_sensor下添加了四个资源，并以uid=No.格式作为其名称标识。

完成传感器接入方案和数据库结构设计后，我们可通过LDAP Browser软件模拟用户对数据库的操作，数据库可完成信息搜索、节点增加和节点删除等基本功能。另外，该方式易于扩展，支持海量数据的存储，方便用户对数据进行操作，方便数据库的升级。

4 结束语

物联网网关的作用是实现感知网络与通信网络之间的协议转换，同时具备设备管理功能。本文提出了基于物联网网关的传感器接入方案，并基于LDAP开发环境实现了传感器接入的信息存储方案，能够为实际开发中物联网网关的传感器接入提供支持与借鉴。

参考文献：

[1]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，200923（12）.

[2]邢铭生.基于物联网网关的研究及实现[D].郑州大学，2010.

[3]任军.基于LDAP的目录服务综述[J].计算机应用研究，2005（05）：8-10.

作者简介：刘德强（1972-），男，山东青州人，院长，副教授，硕士，研究方向：计算机技术。