传感器

<strong>电路功能与优势</strong>

气体检测仪器广泛应用于从家用空气质量测量设备到工业有毒气体检测解决方案的各种应用。其中许多仪器使用电化学气体传感器。这种传感器技术需要专门的前端电路来进行偏置和测量。

利用内置诊断特性（例如阻抗频谱或偏置电压脉冲与斜坡），可以检查传感器健康状况，补偿老化或温度引起的精度漂移，估计传感器的剩余寿命而无需用户干预。这种功能允许各个边缘节点更换智能、精确的传感器。集成超低功耗微控制器直接偏置电化学气体传感器并运行板载诊断算法。图1所示电路显示了电化学气体传感器如何连接到恒电位仪电路，以及如何对其进行偏置和测量。常见的2引线、3引线和4引线电化学气体传感器可以互换使用。该信号链的集成显著缩减了传感器节点的成本、尺寸、复杂性和功耗。

改善状态监测和诊断以及整体系统优化是当今使用机械设施和技术系统的一些核心挑战。该主题不仅在工业领域，而且在任何使用机器的地方都发挥着越来越大的作用。过去根据计划进行维修的机器，以及延迟维护意味着生产停机的风险。今天，来自机器的过程数据用于预测剩余的使用寿命。记录特别关键的参数，如温度，噪音和振动，以帮助确定最佳运行状态甚至必要的维护时间。这允许避免不必要的磨损并且可能在早期检测到可能的故障及其原因。在这种监测的帮助下，在设施可用性和有效性方面产生了相当大的优化潜力，带来了决定性的优势。例如，有了它，ABB1 可以将停机时间减少多达70％，将电机使用寿命延长30％，并在一年内将其设备的能耗降低多达10％。

这种预测性维护（PM）的主要元素，如技术术语所知，是基于状态的监测（CBM），通常是旋转机器，如涡轮机，风扇，泵和电动机。使用CBM，可以实时记录有关运行状态的信息。但是，没有做出关于可能的故障或磨损的预测。它们只是通过PM来实现，从而标志着一个转折点：借助更智能的传感器和更强大的通信网络和计算平台，可以创建模型，检测变化并对服务寿命进行详细计算。

<strong>作者：Mark Looney</strong>

<strong>简介</strong>

像倾斜传感器ADIS16209（见附录）这样的传感器系统具有集成度高、规格全面的特点，采用紧凑型封装，并且价格合理，使系统开发人员能够轻松运用自己可能并不熟悉的传感器技术，从而将成本和风险降至最低。由于精度是完全按给定的功率电平确定，因而似乎会约束开发人员降低功耗的能力。但是，对于必须严格管理能量使用的应用，采用周期供电的方式为降低平均功耗提供了突破口。本文将重点讨论周期供电及其对总体功耗的影响。

我们中许多人都是在温馨的家庭环境中长大的，但父母总会冲我们大喊：“离开房间时把灯关上！我们家不是开电厂的！”实际上，他们是在教会我们一项重要的能源管理方法——周期供电，一种在不需要某项功能时关闭其电源的过程，例如在不需要进行测量时关闭传感器系统。这样做能够降低平均功耗，计算公式如下：

<strong>作者：Reza Moghimi，ADI公司应用工程经理</strong>

<strong>内容提要</strong>

在低功耗、低成本设计中，尽量降低系统噪声至关重要。为了从信号调理电路获得最低噪底和最佳性能，设计人员必须了解元件级噪声源并在计算模拟前端的总噪声时充分考虑这些噪声源——若要针对极小信号实现高分辨率，就必须能够透过数据手册上有限的噪声指标了解内在本质，这点至关重要。每个传感器都具有自身的噪声、阻抗和响应特性，因此将它们匹配到模拟前端是设计过程的一个重要部分。有多种方法可以计算电路的噪声——在执行噪声分析和计算之前，所有这些方法都应该先优化配置信号调理电路。如果有良好的运算放大器SPICE模型可用，则使用SPICE是最简便的方法。

精确的信号调理和高分辨率测量已不再局限于工业或仪器仪表应用。便携式消费电子设备的设计人员也需要将系统噪声降至最低。由于电池供电设备中的信号电压较小，因此这可能相当具有挑战性。系统精度取决于噪底。为了从信号调理电路获得最低噪底和最佳性能，设计人员必须了解元件级噪声源并在计算模拟前端的总噪声时充分考虑这些噪声源。

作为真实世界信号与现代数字信号处理功能电路之间的关键使能接口——精准模数转换器，广泛应用于工业过程中的高端测试/测量系统。

但是，想要把传感器或其它信号源连接至转换器并获得数据转换器产品广告中宣称的所有性能，并不是一件容易的事，通常还需要用于提供缓冲、电压保护或其他功能等附加电路的帮助。

那么，该如何简化这个问题呢？

ADI 混合信号的高级设计工程师——Andrew Thomas对此谈到一款新型LTC2358 8通道ADC的集成化微微安培输入模拟缓冲器，它不仅实现了LTC2348 8通道逐次逼近型ADC出色的性能、任意输入测量的能力和超群的灵活性，同时还具备高性能FET输入缓冲。

这些缓冲器使得能够围绕信号的需求来设计信号调理，纯电容性的pA级输入可直接连接至多种精细的低电流传感器，并简化模拟抗混叠滤波器及其他功能电路的设计。现在就为大家介绍其缓冲输入可改善系统的几种方法。

<strong>传感器</strong>

传感器（Sensor）是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说，按照输入的状态，输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下，输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。

传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的响应特性。动态特性通常采用传递函数等自动控制的模型来描述。通常，传感器接收到的信号都有微弱的低频信号，外界的干扰有的时候的幅度能够超过被测量的信号，因此消除串入的噪声就成为了一项关键的传感器技术。

<strong>物理传感器</strong>

物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。

<strong>简介</strong>

可编程逻辑控制器(PLC)是很多工业自动化和过程控制系统的核心，可监控和控制复杂的系统变量。基于PLC的系统采用多个传感器和执行器，可测量和控制模拟过程变量，例如压力、温度和流量。PLC广泛应用于众多不同应用，例如工厂、炼油厂、医疗设备和航空航天系统，它们需要很高的精度，还要保持稳定的长时间工作。此外，激烈的市场竞争形势要求必须降低成本和缩短设计时间。因此，工业设备和关键基础设施的设计人员在满足客户对精度、噪声、漂移、速度和安全的严格要求方面遇到了严峻的挑战。本文以PLC应用为例，说明多功能、低成本的高度集成ADAS3022如何通过更换模拟前端(AFE)级，降低复杂性、解决多通道数据采集系统设计中遇到的诸多难题。这种高性能器件具有多个输入范围，非常适合高精度工业、仪器、电力线和医疗数据采集卡应用，可以降低成本和加快产品面市，同时占用空间很小，易于使用，在1 MSPS速率下提供真正的16位精度。

<strong>PLC应用示例</strong>

图1显示在工业自动化和过程控制系统中使用PLC的简化信号链。PLC通常包括模拟和数字输入/输出(I/O)模块、中央处理器(CPU)和电源管理电路。

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<strong>DAVID KRESS 技术营销总监 ADI公司</strong>

<strong>历史</strong>

► 公元前5000年,埃及,重量测量证据
► 温标:
– 1593GalileoGalilei:水测温器 • 差分温度检测
– 1612SantorioSantorio在测温器上设置了标度
– DanielGabrielFahrenheit1714(32F,212F,180 等分)
• 第一只带标度的温度计,水银
– AndersCelsius1742(0,100C,100等分) – LordKelvin1848(0K,百分度等分)
– WarrenJohnson1883--恒温器

用于高级手势识别的集成式光检测器和前端技术。智能检测边缘节点中的实时图像和手势分析。使用高级检测的智能楼宇领域、能源和门禁管理。

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