不同类型的传感器及其工作

自动化时代已经开始。我们现在使用的大多数东西都可以自动化。首先要设计自动化设备，我们需要了解传感器，这些模块/设备有助于在无需人工干预的情况下完成工作。即使是我们日常使用的手机或智能手机，也会有一些传感器，例如霍尔传感器，接近传感器，加速计，触摸屏，麦克风等。这些传感器的作用就像任何电气设备的眼睛，耳朵，鼻子一样，它们可以感知外界参数并提供读取设备或微控制器。

什么是传感器？

传感器可以被定义为一种装置，该装置可以用于感测/检测诸如力，压力，应变，光等的物理量，然后将其转换成所需的输出（如电信号）以测量所施加的物理量。在少数情况下，仅靠传感器可能不足以分析获得的信号。在那些情况下，将使用信号调节单元，以相对于我们使用的终端设备将传感器的输出电压电平保持在所需范围内。

在信号调节单元中，可以将传感器的输出放大，滤波或修改为所需的输出电压。例如，如果我们考虑使用麦克风，它会检测音频信号并转换为输出电压（以毫伏为单位），从而难以驱动输出电路。因此，使用信号调节单元（放大器）来增加信号强度。但是对于所有传感器（如光电二极管，LDR等），信号调节可能不是必需的。

大多数传感器不能独立工作。因此，应向其施加足够的输入电压。各种传感器在使用时应考虑不同的工作范围，否则传感器可能会永久损坏。

传感器类型：

让我们看一下市场上可用的各种传感器，并讨论它们的功能，工作方式，应用等。我们将讨论各种传感器，例如：

光传感器
- 红外传感器（红外发射器/红外LED）
- 光电二极管（红外接收器）
- 光敏电阻
温度感应器
- 热敏电阻
- 热电偶
压力/力/重量传感器
- 应变片（压力传感器）
- 称重传感器（重量传感器）
位置传感器
- 电位器
- 编码器
霍尔传感器（检测磁场）
柔性传感器
声音感应器
- 麦克风
超声波传感器
触控感应器
被动红外传感器
倾斜传感器
- 加速度计
气体传感器

我们需要根据我们的项目或应用程序选择所需的传感器。如前所述，为了使它们工作，应根据其规格施加适当的电压。

现在让我们看看各种传感器的工作原理，以及在我们的日常生活或应用中可以看到的地方。

红外灯

也称为红外发射器。它用于发出红外线。这些频率的范围大于微波频率（即> 300GHz至数百THz）。红外LED产生的光线可以通过下面说明的光电二极管来感应。IR LED和光电二极管对称为IR Sensor。红外传感器的工作原理如下。

光电二极管（光传感器）：

它是一种 用于检测光线 的半导体器件， 主要用作IR接收器 。它的结构类似于普通的PN结二极管，但工作原理与此不同。我们知道，PN结在反向偏置时允许较小的泄漏电流，因此，此属性用于检测光线。光电二极管的结构应使光线应落在PN结上，从而使漏电流根据我们施加的光强度而增加。因此，以这种方式，光电二极管可 用于感测光线 并维持通过电路的电流。在此检查带有红外传感器的光电二极管的工作情况。

使用光电二极管，我们可以构建基本的自动路灯，当日光强度降低时，该路灯会发光。但是，即使有少量光照射在光电二极管上，光电二极管也可以工作，因此，请务必小心。

LDR（光敏电阻）：

顾名思义，该电阻取决于光强度。它的工作原理是光电导性，即光导。它通常由硫化镉组成。当光落在LDR上时，其电阻会减小，并且其作用类似于导体；当没有光落在 LDR 上时，其电阻几乎在MΩ的范围内，或者理想情况下，它会充当开路。LDR应该考虑的一个注意事项是，如果光线未完全聚焦在其表面上，它将不会响应。

通过使用晶体管的适当电路，可将其用于检测光的可用性。用LDR代替R2（基极和发射极之间的电阻）的分压器偏置晶体管可以用作光检测器。在此检查基于LDR的各种电路。

热敏电阻（温度传感器）：

热敏电阻可以用来 检测温度的变化。它具有负温度系数，这意味着当温度升高时，电阻会降低。因此，热敏电阻的电阻会随着温度的升高而变化，从而导致更多的电流流过热敏电阻。电流的这种变化可用于确定温度的变化量。热敏电阻的一个应用是，它用于检测温度的升高并控制晶体管电路中的泄漏电流，这有助于保持其稳定性。这是热敏电阻自动控制直流风扇的一个简单应用。

热电偶（温度传感器）：

可以 检测温度变化的 另一个组件是热电偶。在其结构中，两种不同的金属结合在一起形成一个结。其主要原理是，当两种不同金属的结合点被加热或暴露于高温时，其两端的电势会发生变化。因此，变化的电势可以进一步用于测量温度的变化量。

应变片（压力/力传感器）：

施加压力时， 应变计用于 检测压力。 它根据电阻原理工作，我们知道电阻与导线的长度成正比，与导线的横截面积成反比（R =ρl/ a）。此处可以使用相同的原理来测量负载。如下图所示，在柔性板上以锯齿形排列电线。因此，当压力施加到该特定板上时，它会沿导致导线总长度和横截面积变化的方向弯曲。这导致导线电阻的变化。这样获得的电阻很小（几欧姆），这可以借助惠斯通电桥来确定。应变仪放置在桥的四个臂之一中，其余值保持不变。因此，当随着电阻的变化向其施加压力时，流经电桥的电流会发生变化，并且可以计算压力。

应变仪主要用于计算飞机机翼可以承受的压力，也可以用于测量特定道路等上允许的车辆数量。

称重传感器（重量传感器）：

称重传感器类似于应变仪，可以像力一样测量物理量并以电信号的形式提供输出。当在称重传感器上施加一定的张力时，其结构会发生变化，从而导致电阻变化，最后，可以使用惠斯通电桥校准其值。这是有关如何使用称重传感器测量重量的项目。

电位计：

电位计 用于检测位置 。它通常具有连接到开关不同极点的各种电阻器。电位器可以是旋转型也可以是线性型。在旋转型中，刮水器连接到可以旋转的长轴上。当轴旋转时，抽头的位置也会发生变化，从而使合成电阻发生变化，从而导致输出电压发生变化。因此，可以校准输出以检测其位置的变化。

编码器：

为了检测位置的变化，也可以使用编码器。它具有圆形可旋转的盘状结构，在它们之间具有特定的开口，因此当IR射线或光线通过时，仅检测到少量光线。此外，这些射线被编码为代表特定位置的数字数据（以二进制表示）。

霍尔传感器：

名称本身指出，是在霍尔效应上起作用的传感器。可以定义为当磁场靠近载流导体（垂直于电场方向）时，在给定导体上会产生电位差。利用该特性， 霍尔传感器用于检测磁场 并提供电压输出。应当注意，霍尔传感器只能检测到磁铁的一个极。

霍尔传感器在少数智能手机中使用，当盖上翻盖（内有磁铁）时，有助于关闭屏幕。这是霍尔效应传感器在门禁报警器中的一种实际应用。

柔性传感器：

FLEX传感器是一种传感器，可以 在其形状改变或弯曲时改变其电阻 。FLEX传感器的长度为2.2英寸或手指长度。如图所示。简单地说，传感器端子的电阻在弯曲时会增加。除非我们能读懂它们，否则这种抵抗力的改变是没有用的。当前的控制器只能读取电压的变化，为此，我们将使用分压器电路，从而可以将电阻变化推导出为电压变化。在此处了解有关如何使用Flex Sensor的信息。

麦克风（声音传感器）：

可以在所有智能手机或手机上看到麦克风。它可以检测音频信号并将其转换为小电压（mV）电信号。麦克风可以有多种类型，例如电容式麦克风，晶体麦克风，碳纤维麦克风等。每种类型的麦克风分别具有电容，压电效应和电阻等特性。让我们看一下在压电效应下工作的水晶麦克风的操作。使用双压电晶片，在压力或振动下会产生成比例的交流电压。振动膜通过驱动销连接到晶体，这样，当声音信号撞击振动膜时，振动膜就会来回运动，该运动改变了驱动销的位置，该位置导致晶体振动，因此相对于所施加的声音信号产生交流电压。所获得的电压被馈送到放大器，以提高信号的整体强度。这是基于麦克风的各种电路。

您还可以使用某些微控制器（如Arduino）以Decibels转换Microphone的值。

超声波传感器：

超声波只不过是指频率范围。它的范围大于可听范围（> 20 kHz），因此即使将其打开，我们也无法感觉到这些声音信号。只有特定的扬声器和接收器才能感应到那些超声波。该超声波传感器 用于计算超声波发射器与目标之间的距离，也用于测量目标的速度。

超声波传感器HC-SR04 可用于测量2cm -400cm范围内的距离，精度为3mm。让我们看看这个模块是如何工作的。当我们将“ Trigger”引脚设为高电平约10us时，HCSR04模块会在超声波范围内产生声音振动，这将以声音的速度发送一个8周期的声爆，并在撞击物体后被Echo引脚接收。根据声音振动恢复所需的时间，它会提供适当的脉冲输出。我们可以根据超声波返回到传感器所花费的时间来计算物体的距离。在此处了解有关超声波传感器的更多信息。

超声波传感器有许多应用。我们可以利用它避免自动驾驶汽车，移动机器人等的障碍。雷达中的相同原理将用于检测入侵者的导弹和飞机。蚊子可以感应到超声波。因此，超声波可以用作驱蚊剂。

触控感应器：

在这一代人中，我们可以说几乎所有的人都在使用具有宽屏的智能手机，也可以感知我们的触摸。因此，让我们看看该触摸屏是如何工作的。基本上，有两种类型的 基于电阻的触摸屏和基于电容的触摸屏 。让我们简要了解一下这些传感器的工作原理。

所述 电阻式触摸屏 具有在基部的电阻片和屏幕两者都被通过空气间隙与施加到片材的小的电压下分离的导电片。当我们按下或触摸屏幕时，导电片在那个点上接触电阻片，从而导致在那个特定点上有电流流动，软件会感测位置并执行相关的动作。

而 电容式触摸会 作用于人体上可用的静电荷。屏幕已经充满了所有电场。当我们触摸屏幕时，由于流过人体的静电电荷会形成闭合电路。此外，软件决定位置和要执行的动作。我们可以观察到，戴着手套时电容式触摸屏将无法工作，因为手指和屏幕之间不会导电。

PIR传感器：

PIR传感器代表无源红外传感器。这些 用于检测 人类，动物或事物 的运动 。我们知道红外线具有反射特性。当红外线撞击物体时，取决于目标的温度，红外线属性会发生变化，此接收到的信号将确定物体或生物的运动。即使物体的形状发生变化，反射的红外线的属性也可以精确区分物体。这是完整的工作或PIR传感器。

加速度计（倾斜传感器）：

加速度传感器可以感知其在特定方向上的倾斜或运动。它基于地球重力产生的加速力来工作。它的微小内部非常敏感，以至于它们会对位置的微小外部变化做出反应。它具有压电晶体，倾斜时会引起晶体干扰，并产生电势，该电势确定相对于X，Y和Z轴的确切位置。

为了避免损坏处理器引线，这些在移动设备和笔记本电脑中很常见。当设备掉落时，加速度计会检测到掉落情况并根据软件执行相应的操作。以下是一些使用Accelerometer的项目。

气体传感器：

在工业应用中，气体传感器在检测气体泄漏中起主要作用。如果没有在此类区域安装此类设备，最终将导致不可思议的灾难。根据要检测的气体的类型，这些气体传感器被分类为各种类型。让我们看看这个传感器是如何工作的。在金属板下面有一个传感元件，该传感元件连接到端子上，在端子上施加电流。当气体颗粒撞击传感元件时，会导致化学反应，从而使元件的电阻发生变化，并且流经它的电流也会发生变化，最终可以检测到气体。