数字传感器应用初探

谷守良

【摘 要】近年来，数字传感器的应用变得越来越广泛，在生活、工程、安全等方面都起到了不可替代的作用。数字传感器通常用来记录和显示数据，有时也会通过检测结果来对电流或者水流等负载量进行控制。数字传感器能准确的显示出各种测量数据，也能够更为精准地测量各种数值，能够达到各种高精度实验和控制场景的要求。此文就数字传感器的应用与原理进行简单阐述，希望通过此文读者能够对数字传感器有一些初步的认识和理解。

【关键词】数字；传感器；应用

0 前言

各类科学实验中，数据的测量是实验成败的关键。如果单靠人力来进行数据测量，难免会出现各种各样的误差和错误。传感器则能有效地解决这类问题，相比人力测量，使用传感器能极大程度上避免了错误的发生，但是误差问题却依旧存在。随着传感器的发展，数字传感器的出现有效地解决了错误和误差问题，并且数据的读取和记录方式也给科研人员带来了极大的便利。现在，数字传感器得到了广泛的应用，从航空航天到个人消费电子，它们的身影无处不在。

1 数字传感器的应用领域范例

1.1 传感器在停车场的应用

很多国外汽车厂商已经开发出了自动泊车系统，并已配装了许多高端车型，这是数字传感器应用很成功的一个范例。该系统是通过传感器发射信号并接收反射信号，来计算车与墙壁、车与车之间的间距，再通过智能程序控制汽车走位，来实现智能泊车。常见的包括射频，红外或者超声波等传感器，许多停车场的墙壁上也安装了此类传感器，当汽车距离墙壁太近时，系统将报警提醒驾车人，以免发生事故。这些系统的应用大大提高了泊车的安全系数，方便了司机们的起车和泊车，同时对停车场的管理带来了极大的便利。

1.2 传感器在仪器电路中的应用

传感器在仪器电路中的应用也十分广泛。日常生活中的很多常见的物品都运用到了数字传感器。例如菜市场常见的电子秤，大街上常见的路灯，家里常用的压力锅……这些物品中的数字传感器能够将我们所需的数据更快更准确的显示在我们眼前。有些传感器负责检测有用的数据供人们查看，而有些传感器能保护设备仪器甚至人身的安全。这类传感器通过将检测到的物理信号转换成电信号，通过程序处理，对相关负载进行控制，使仪器维持在安全的状态。总之，数字传感器在各类仪器中的应用必不可少。

1.3 传感器在水利工程方面的应用

在水利工程方面，传感器的应用也尤为广泛，例如控制压强和温度的压力传感器和温度传感器。传感器可以将非电信号的变化转换为电信号，以水位传感器为例，当传感器中的线圈固定不动，气压推动隔膜带动磁芯使其与线圈之间的相对位置发生变化，线圈的电感量发生变化，导致线圈中电流变化，通过感应电阻转换成变化的电压输出变量，由此实现了水位由非电信号到电信号的变换。这些传感器除了能及时地掌握工程状况，确保其安全外还能满足对工程进度的诊断、预测以及研究。数字传感器在水利工程方面的应用使得工作人员能更加科学有效的做好工程的控制和规划，也杜绝了工作人员依靠经验判断而导致工程出现安全隐患。水利工程方面传感器的应用还体现在了位移传感器上，例如三汊河河口闸工程中应用了位移传感器，该工程2008年3月完工后，历经3个多月时间运行，使用情况良好，未发现任何质量问题，有效地保证了水闸的自动化控制运行，达到了理想的改造目的。

2 常见的部分数字传感器的介绍

2.1 三轴数字磁传感器

三轴数字磁传感器能够对速度、方向、加速度的变化甚至最细微的运动做出立即响应。地球磁场在三维坐标系中可以将地球磁场分为垂直分量和两个水平分量，常见的三轴数字磁传感器HMC5883L就是用来采集这三个分量的值。该传感器目前有应用于家庭游戏机Wii，以及更多的日常常见的电子用品中。由于三轴数字磁传感器对于运动的响应特别明显，对于细微的运动也格外地敏感，三轴数字磁传感器运用到了我们日常生活中需要通过微小的变化来进行控制的机器上，例如手机、平板、笔记本电脑……如今，越来越多的电子设备朝着便携的方向发展。而便携所带来的隐患就是机器的易损毁。于是，技术人员们就在尝试着研发出更加稳定可靠的便携式设备。三轴数字磁传感器极大地推进了这方面的研究，这种传感器通过对设备周边环境的变化对机器所处的位置进行判断，并在适合的时候加以保护。

2.2 数字电容式传感器

数字电容式传感器是将机械位移量转换为电容量变化的传感器。基于锁相环的频率-数字转换原理，当振荡器接收到信号时，会发射一个响应频率的信号。鉴相器通过对这两个信号的相位差的判断继续输出一个数字信号。而这个数字信号就会对应地转换成为相应的数据来控制振荡器，从而影响环路的振荡频率。而其他的影响因素则为板间距离和正对面积。当这些量的数值发生改变的时候，传感器所显示的数值就会发生变化。如今，机电一体化发展迅速，就出现了一种数字电容式液位传感器，它替代传统投入浮子式油箱液位传感器。利用电容量随电容极板间介质的介电常数变化这一原理，通过测量变化的电容量得到剩余燃油量，同时监控油箱内部的温度。数字电容式液位传感器有自补偿功能，消除了温度和燃油杂质对测量结果产生影响，无可动部件的设计增加了它的使用寿命，令测量结果准确，实时。不仅如此，生活中所用到的可以通过旋转旋钮控制灯光亮度的台灯正是运用了通过改变正对面积进而改变电容进而改变信号的原理。现今生活中，数字电容式传感器更是应用在了触摸屏上、导航系统中、游戏设备里……可谓处处皆有数字电容式传感器的身影。

2.3 水利工程方面应用的传感器

在水利工程方面，比较常见的一种传感器是网络数字水位传感器。网络数字水位传感器在普通的数字水位传感器的基础上添加了通讯技术，使得传感器不仅具有自我检测、自我校准、自我诊断的功能，还添加了网络通讯的功能，更加方便了用户的使用。在全自动洗衣机里就应用到了水位传感器。我们常见的水位传感器有两种：开关式和电子式。开关式水位开关由于档位少，不能满足对于水的多方面控制，现在很少再采用，而电子式水位开关档位多、线路少、精度较高且具有较强的防浪涌功能等优点，因此被广泛应用于各种实用水位采集中。网络数字水位传感器的应用可以预防一些灾情的发生，通过各种电路的检测，实时掌握水位情况，并通过网络通讯，使工作人员更及时地掌握水位情况，在灾情的预防和情势的控制上更加的便利。

3 结语

数字传感器的发明是人类社会的一大进步，也为科技的进步奠定了优良的基础，为科研人员的工作提供了便利和更加精准的实验结果，让各类实验在得出结果的过程中能够利用更为准确的数值测量得更为客观、正确，方便科研人员得到更加精准无误的结论。不仅如此，数字传感器在日常生活中的运用也让人们的生活更加的安全、便利。随着科技的进步，数字传感器的运用会越来越普遍，人们将在生活得各个角落都运用到数字传感器。数字传感器在生产生活中的地位将越来越稳固，越来越不可替代。也会随着数字传感器的大量使用，它的许多弊端也会逐渐显现出来，但这并不影响人们对它的应用。科研人员们将会在实践中不断地改进、完善数字传感器，让数字传感器更好地为人们服务、提供便利。

【参考文献】

[1]沈冬萍，缪传杰，徐欣歌，陈文芗.各向异性磁传感器在车辆检测中的应用[J].厦门大学学报：自然科学版，2009（06）.

[2]张万忠，孙晋，编.可编程控制器入门与应用实例[M].中国电力出版社，2005.

[责任编辑：汤静]