传感器-科普123

传感器

生物科学2023-02-02 15:54:02百科

传感器

[拼音]：chuanganqi

[外文]：transducer

测试和控制系统中的信息敏感和检测部件。传感器感受被测物理量并把它变换为与被测物理量成一定函数关系的另一种物理量，以满足系统对信息传输、处理、记录、显示、控制等的要求。早期的传感器多为电气型或机电型的开环式传感器。发动机参数传感器以电气型为主。飞行参数传感器以机电型为主，大部分采用精密线绕电位器作为输出装置。电位器式开环传感器的主要问题是电位器易磨损、寿命低、可靠性较差；电刷产生的摩擦力矩造成较大的传感器误差。电感式、电容式传感器能解决这2个问题，但测量线路一般比较复杂。随着机载系统对同类信号的数量要求增多以及对信号精度要求的提高，又出现了闭环结构的伺服式传感器，但这类传感器结构复杂，可靠性较差。

应用

传感器在飞行器中获得了广泛的应用。

（1）供显示装置用：在现代飞行器的仪表板上，除少量应急用简单直读仪表外，被显示的信息都来自安装在机体各部位的传感器。发动机仪表的信息源是安装在发动机各部位的各类传感器；全姿态陀螺仪为全姿态指示器提供航向和姿态角信号；大气数据计算机为飞行参数综合显示仪提供各种信息；导航系统为导航参数综合显示仪提供各类导航信息。

（2）供自动控制系统用：在飞行器上，传感器作为测量比较元件、反馈元件和校正元件被广泛用于自动控制系统中。例如，要使飞机保持高度飞行，驾驶员可发出定高命令，当飞行高度变化时，大气数据计算机自动发出偏离给定高度的误差信号，并通过自动驾驶仪操纵升降舵，使飞机恢复给定高度。

传感器输给飞行控制系统用的信号还有：供姿态控制用的姿态角信号；供航向控制用的航向角信号；供速度控制用的速度或马赫数信号；用于改善系统动态品质的各种角速度信号、升降速度信号、马赫数变化率信号等。

（3）供测量系统用：大气数据计算机可看作飞机控制系统中的一个传感器，但它本身还是一个综合测量系统，由几个传感器──静压、总压、总温传感器等提供原始信息。与此类似，捷联式惯性导航系统的原始信息传感器是加速度计和陀螺；自动领航仪中的原始信息传感器是真实空速和航向传感器。

（4）供遥测遥控用：无人驾驶飞机、运载火箭和载人飞船中有很多传感器是供遥测和遥控系统用的。一类传感器主要供控制用，如由遥测发射机将传感器感受飞行器的姿态、位置、速度、加速度等信息发送给地面接收站，接收站根据这些信息对飞行器进行遥控制导或姿态修正；另一类传感器用于监视飞行器各部件和系统的工作状态、验证设计、积累试验数据等，主要有温度、压力、应变、加速度、振动等传感器。还有一类传感器用于收集各种科学探测数据，如测量空间磁场的磁强计、测量空间各种射线辐射量的辐射计等。在载人飞船中使用的还有一类传感器是测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等。

（5）供飞行记录用：在航天器中还常把由传感器测得的大量数据先用飞行记录器记录下来，随后由遥测发射机在适当的时间与地点发射到地面接收站。

（6）供其他系统用：如航空火力控制系统需要高度、真实空速、大气密度信号来控制投弹和攻击；某些喷气飞机需要根据马赫数和高度来改变进气道调节锥的位置，以控制进气量的大小；座舱环境控制系统需要测量座舱的压力、温度、湿度等，以便进行自动调节。

分类

传感器常用分类法有两种：按被测物理参数分类和按作用原理分类。后一种分类方法如下表。

按被测参数分类对使用者比较方便。按作用原理分类则有利于研究和设计。

组成原理

传感器按结构组成原理分为开环式、闭环式和具有多输入、多输出的综合式3种类型。

（1）开环式传感器：一般由敏感元件、传感元件（或称变换元件）和测量电路等几个环节串联组成。最简单的开环式传感器仅仅包含敏感元件本身，如热电偶式温度传感器。

（2）闭环式传感器：也称伺服传感器。通常由敏感、反馈、偏差检测、放大、输出等环节组成。图示的压力传感器是一种典型的闭环式传感器。被测压力通过波纹管变换成加在平衡杠杆上的力矩，此力矩与力发生器产生的反馈力矩平衡，故加在力发生器工作线圈上的电流将与被测压力成正比，采样电阻上的压降也与被测压力成正比。此处波纹管为敏感元件，力发生器是反馈元件，而电感式传感元件则是偏差检测元件。

（3）综合传感器：以计算机为中心的多输入与多输出综合测量系统，如大气数据计算机。

微电子技术的发展和微处理机的问世，促使传感器向小型化、固态化、集成化、数字化和智能化方向发展。新型传感器大都采用很简单的结构，没有诸如机械式传动机构这样一些明显的活动部件，故可靠性高，体积小，重量轻。在飞行器上，压阻式、电容式、应变片式和各种谐振式传感器得到了广泛的应用。光纤传感器和利用各种新的半导体物理效应的传感器逐渐得到应用。

参考书目