數字傳感器應用初探

谷守良

【摘 要】近年來，數字傳感器的應用變得越來越廣泛，在生活、工程、安全等方面都起到了不可替代的作用。數字傳感器通常用來記錄和顯示數據，有時也會通過檢測結果來對電流或者水流等負載量進行控制。數字傳感器能準確的顯示出各種測量數據，也能夠更為精準地測量各種數值，能夠達到各種高精度實驗和控制場景的要求。此文就數字傳感器的應用與原理進行簡單闡述，希望通過此文讀者能夠對數字傳感器有一些初步的認識和理解。

【關鍵詞】數字；傳感器；應用

0 前言

各類科學實驗中，數據的測量是實驗成敗的關鍵。如果單靠人力來進行數據測量，難免會出現各種各樣的誤差和錯誤。傳感器則能有效地解決這類問題，相比人力測量，使用傳感器能極大程度上避免了錯誤的發生，但是誤差問題卻依舊存在。隨著傳感器的發展，數字傳感器的出現有效地解決了錯誤和誤差問題，并且數據的讀取和記錄方式也給科研人員帶來了極大的便利。現在，數字傳感器得到了廣泛的應用，從航空航天到個人消費電子，它們的身影無處不在。

1 數字傳感器的應用領域范例

1.1 傳感器在停車場的應用

很多國外汽車廠商已經開發出了自動泊車系統，并已配裝了許多高端車型，這是數字傳感器應用很成功的一個范例。該系統是通過傳感器發射信號并接收反射信號，來計算車與墻壁、車與車之間的間距，再通過智能程序控制汽車走位，來實現智能泊車。常見的包括射頻，紅外或者超聲波等傳感器，許多停車場的墻壁上也安裝了此類傳感器，當汽車距離墻壁太近時，系統將報警提醒駕車人，以免發生事故。這些系統的應用大大提高了泊車的安全系數，方便了司機們的起車和泊車，同時對停車場的管理帶來了極大的便利。

1.2 傳感器在儀器電路中的應用

傳感器在儀器電路中的應用也十分廣泛。日常生活中的很多常見的物品都運用到了數字傳感器。例如菜市場常見的電子秤，大街上常見的路燈，家里常用的壓力鍋……這些物品中的數字傳感器能夠將我們所需的數據更快更準確的顯示在我們眼前。有些傳感器負責檢測有用的數據供人們查看，而有些傳感器能保護設備儀器甚至人身的安全。這類傳感器通過將檢測到的物理信號轉換成電信號，通過程序處理，對相關負載進行控制，使儀器維持在安全的狀態?？傊?，數字傳感器在各類儀器中的應用必不可少。

1.3 傳感器在水利工程方面的應用

在水利工程方面，傳感器的應用也尤為廣泛，例如控制壓強和溫度的壓力傳感器和溫度傳感器。傳感器可以將非電信號的變化轉換為電信號，以水位傳感器為例，當傳感器中的線圈固定不動，氣壓推動隔膜帶動磁芯使其與線圈之間的相對位置發生變化，線圈的電感量發生變化，導致線圈中電流變化，通過感應電阻轉換成變化的電壓輸出變量，由此實現了水位由非電信號到電信號的變換。這些傳感器除了能及時地掌握工程狀況，確保其安全外還能滿足對工程進度的診斷、預測以及研究。數字傳感器在水利工程方面的應用使得工作人員能更加科學有效的做好工程的控制和規劃，也杜絕了工作人員依靠經驗判斷而導致工程出現安全隱患。水利工程方面傳感器的應用還體現在了位移傳感器上，例如三汊河河口閘工程中應用了位移傳感器，該工程2008年3月完工后，歷經3個多月時間運行，使用情況良好，未發現任何質量問題，有效地保證了水閘的自動化控制運行，達到了理想的改造目的。

2 常見的部分數字傳感器的介紹

2.1 三軸數字磁傳感器

三軸數字磁傳感器能夠對速度、方向、加速度的變化甚至最細微的運動做出立即響應。地球磁場在三維坐標系中可以將地球磁場分為垂直分量和兩個水平分量，常見的三軸數字磁傳感器HMC5883L就是用來采集這三個分量的值。該傳感器目前有應用于家庭游戲機Wii，以及更多的日常常見的電子用品中。由于三軸數字磁傳感器對于運動的響應特別明顯，對于細微的運動也格外地敏感，三軸數字磁傳感器運用到了我們日常生活中需要通過微小的變化來進行控制的機器上，例如手機、平板、筆記本電腦……如今，越來越多的電子設備朝著便攜的方向發展。而便攜所帶來的隱患就是機器的易損毀。于是，技術人員們就在嘗試著研發出更加穩定可靠的便攜式設備。三軸數字磁傳感器極大地推進了這方面的研究，這種傳感器通過對設備周邊環境的變化對機器所處的位置進行判斷，并在適合的時候加以保護。

2.2 數字電容式傳感器

數字電容式傳感器是將機械位移量轉換為電容量變化的傳感器?；阪i相環的頻率-數字轉換原理，當振蕩器接收到信號時，會發射一個響應頻率的信號。鑒相器通過對這兩個信號的相位差的判斷繼續輸出一個數字信號。而這個數字信號就會對應地轉換成為相應的數據來控制振蕩器，從而影響環路的振蕩頻率。而其他的影響因素則為板間距離和正對面積。當這些量的數值發生改變的時候，傳感器所顯示的數值就會發生變化。如今，機電一體化發展迅速，就出現了一種數字電容式液位傳感器，它替代傳統投入浮子式油箱液位傳感器。利用電容量隨電容極板間介質的介電常數變化這一原理，通過測量變化的電容量得到剩余燃油量，同時監控油箱內部的溫度。數字電容式液位傳感器有自補償功能，消除了溫度和燃油雜質對測量結果產生影響，無可動部件的設計增加了它的使用壽命，令測量結果準確，實時。不僅如此，生活中所用到的可以通過旋轉旋鈕控制燈光亮度的臺燈正是運用了通過改變正對面積進而改變電容進而改變信號的原理?，F今生活中，數字電容式傳感器更是應用在了觸摸屏上、導航系統中、游戲設備里……可謂處處皆有數字電容式傳感器的身影。

2.3 水利工程方面應用的傳感器

在水利工程方面，比較常見的一種傳感器是網絡數字水位傳感器。網絡數字水位傳感器在普通的數字水位傳感器的基礎上添加了通訊技術，使得傳感器不僅具有自我檢測、自我校準、自我診斷的功能，還添加了網絡通訊的功能，更加方便了用戶的使用。在全自動洗衣機里就應用到了水位傳感器。我們常見的水位傳感器有兩種：開關式和電子式。開關式水位開關由于檔位少，不能滿足對于水的多方面控制，現在很少再采用，而電子式水位開關檔位多、線路少、精度較高且具有較強的防浪涌功能等優點，因此被廣泛應用于各種實用水位采集中。網絡數字水位傳感器的應用可以預防一些災情的發生，通過各種電路的檢測，實時掌握水位情況，并通過網絡通訊，使工作人員更及時地掌握水位情況，在災情的預防和情勢的控制上更加的便利。

3 結語

數字傳感器的發明是人類社會的一大進步，也為科技的進步奠定了優良的基礎，為科研人員的工作提供了便利和更加精準的實驗結果，讓各類實驗在得出結果的過程中能夠利用更為準確的數值測量得更為客觀、正確，方便科研人員得到更加精準無誤的結論。不僅如此，數字傳感器在日常生活中的運用也讓人們的生活更加的安全、便利。隨著科技的進步，數字傳感器的運用會越來越普遍，人們將在生活得各個角落都運用到數字傳感器。數字傳感器在生產生活中的地位將越來越穩固，越來越不可替代。也會隨著數字傳感器的大量使用，它的許多弊端也會逐漸顯現出來，但這并不影響人們對它的應用?？蒲腥藛T們將會在實踐中不斷地改進、完善數字傳感器，讓數字傳感器更好地為人們服務、提供便利。

【參考文獻】

[1]沈冬萍，繆傳杰，徐欣歌，陳文薌.各向異性磁傳感器在車輛檢測中的應用[J].廈門大學學報：自然科學版，2009（06）.

[2]張萬忠，孫晉，編.可編程控制器入門與應用實例[M].中國電力出版社，2005.

[責任編輯：湯靜]