电容式传感器范文

导语：如何才能写好一篇电容式传感器，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：电容；传感器；转换；测量

在生产科研活动中，经常要对温度、压力等非电量进行测量，使得现代传感器技术有了飞速的发展。电容式传感器的检测元件可将被测非电量变换为电容量，然后通过对电容值的测量得到相应的非电量的值。由此可见对电容值进行测量是有实际意义的。在数字化测量技术中，为实现对电容所测值进行数字显示，通常是将被测电容Cx先转换成与其成正比的直流电压信号（称C/U转换）或时间信号（称C/t转换）。这里介绍一些具体的转换方法，并详细讨论一个典型的C/U转换电路。

1、测量电容的几种转换方法

⑴ 充电法测电容

图1是这种方法的原理图。集成运放反向输入端所加的基准电压Ur经电阻R对被测电容Cx进行充电，当输出电压Uo达到预先设定的额定值时就停止充电。在Ur和R为定值的情况下，显然充电时间t的长短与Cx成正比。由图1可写出其关系式：

只要测出时间t的大小，就可得知Cx的值。利用这种C/t的转换方法测电容，其可测范围为10μf-999.9μf。

⑵ 充放电法测电容

图2是这种方法的原理图之一，它由窗口比较器对电容的充放电进行控制。基准Ur先对Cx进行充电，当两端电压达到额定值时就对地放电，当电容两端电压降低到一个额定值时再次充电。Cx如此反复的充放电，就形成一个周期为T的震荡电压波形，T值与Cx成正比，因此通过测量时间T的大小就可得知Cx的值。这种通过C/t转换测量电容若配上单片机电容量的分辩率可达（0.5-1）×10-3乘以电容满度值，可测范围为0-200μF。

和上述方法相似的另一种测量方式是称为换向式的测量法，它也是先充电后放电，但放电到-Ur为止通过测量放电的持续时间Td得知Cx的大小，这种方法的优点是对充电电源及放大器参数要求不严格，测量误差小，分辨力可达0.1pF，能满足电容传感器的要求。

⑶ 脉宽调制法测电容

图3是这种方法的原理图。它是在如图所示的单稳态触发器的触发端输入一个脉宽为tw，周期为T的矩形波，在阈值为TH加被测电容Cx。通过Cx充放电在输出端得到一个周期仍为T，但脉宽tw即占空比q=tw/T随Cx成比例变化的矩形波（所以称为脉宽调制）。如果能设法测出tw的值，则Cx也可得，这显然也属于用C/t转换法测电容。由于q随C/x改变是输出的矩形波电压平均值Uo值随之而变，即表明Cx与Uo成正比，所以只要能Uo并测出它的数值，就可以得出Cx的值，显然这属于通过C/U转换测电容。脉宽调制法测电容的范围为0-20μF，最高分辨别率为1μF，它的缺点是测量前都要手动调零，从而延长了测量时间。

⑷ 容抗法测电容

图4是这种方法的原理电路图。运放处于线性工作，Ui是幅度及频率fo均恒定的正弦测试信号。电容中通过正弦交流信号时，其容抗为Xc=1/（2πfoCx），当fo恒定时，Xc与Cx成反比。

2、按容抗法实现的C/U转换电路的设计与分析

根据容抗法测量原理，为实现C/U转换，必须有正弦信号发生器，C/ACU转换电路，AC/DC转换电路，滤波器及辅助电路等。

由集成运放N1，电阻R1-R5和C1-C2组成RC桥式振荡器，其中C1R1和C2R2组成RC串并联网络，R3R4R5组成负反馈网络，通过调整R3R4R5 的值使略大于3满足起振的条件，即R4+R5>2R3。运放N2是一级反向输入的缓冲放大器，其电压增益为A = -（R7+RP1）/R6其中RP1为校准电位器，调节RP1可改变N2的电压增益。由运放N3、电阻RS和电容Cx组成测量电容的主电路，其功能是实现C/ACU的转换。由运放N4、电阻R9- R11和电容C3- C4组成二阶有源带通滤波器，其中心频率fo = 400HZ因此有源带通滤波器只允许400HZ信号通过，这样就得到一个纯正的400HZ的正弦波。由集成运放N5、二极管VD3-VD5电阻R13- R16和，电位器RP2和电容C5- C8组成精密整流电路，电路中的R12是N5的同向端输入电阻，R13、 R14为负反馈电阻可将N5偏置在线性放大区并控制运放的增益。

3、电容式传感器的应用

电容式传感器的检测元件将被测非电量变换为电容量变化后，用测量线路（C/U转换电路）把电容容量的变化变换为电压，再通过电压与电容的关系得出非电量的值。可应用在测气体的浓度、油箱油量、导电液体液位等等。

这种电容式转换电路具有线性度好、准确度高、电路简单、成本小、功耗低等特点可应用于一些小型、便携式装置中。例如数字万用表就是利用容抗法实现C/U转换输出平均值电压再配以高分辩率的液晶A/D转换器把模拟量转换成数字量来测量电容的。

参考文献：

[1]沙占友等.数字万用表应用技巧 .北京：国防工业出版社，1997

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关键词：电容式传感器原理及应用行动导向教学课堂设计

中图分类号：G712文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)02(c)-0000-00

0引言

传感器原理及应用是高职院校机电一体化专业的专业课程，主要研究机电控制系统中传感器的应用，根据课程性质，该课程在理清传感器工作原理的基础上，偏重其工业应用，由于目前我院机电专业学生能力参差不齐，对偏重理论的传感器原理理解难度较大，导致对其工业应用把握不住，针对这一情况，我院传感器检测技术课程组老师改变了原有老师讲解为主的传统教学方法，在课堂让学生思维充分动起来，从而使学生从要我学转变为我要学，本为以电容式传感器的课堂教学为例，对偏重工作原理部分内容的课堂设计进行了探索。

1 课程分析

课堂设计首先基于对课程的分析和合理的把握。根据机电专业学生将来的职业岗位进行分析。其将来面临的职业岗位主要有机电设备装配与调试、机电设备维护与维修等。而在任何的机电设备中无疑都有控制系统，传感检测技术作为控制系统的重要环节，是机电专业学生必须掌握的重要技术，所以，传感器课程在机电专业的课程体系设计中，是一门重要的专业课程。

2 学情分析

对于不同的授课对象，理应采用不同的授课方法及手段。本课程的授课对象为高职机电专业学生。根据高职学生的特点分析，学生具有以下特点：学生的学习主动性较差，对理论性过强的知识点理解会存在一定困难；但这些学生喜欢动手，喜欢探索实际应用性的问题，具有较强的挑战性和竞争意识。

3对教材的分析及使用

传感器本身是一门应用性较强的课程，学习的目的就是为了能在实际的机电一体化系统中进行应用。所以，在授课过程中，以够用为尺度，教材仅仅作为参考，在每种传感器的学习过程中，充分利用多媒体资源，给学生展示传感器的实际应用场景，使理论知识在实际应用场合中慢慢渗入。

4 课程教学目标及重难点的把握

教学目标：使学生在理解传感器工作原理的基础上掌握其应用方法和注意事项等。那么，本次课的教学目标就是掌握电容式传感器的工作原理以及它的应用。

教学重点：学生通过本次课堂学习后，能够根据电容的定义式推知电容式传感器的工作原理；掌握电容式传感器的应用。

难点定位：通过分析，本次课的难点就在于它的应用，也就是它的应用功能与其他的传感器有何区别，它在实践中能够解决哪些实际问题。

5 教学过程

“行动导向教学”看似是要让大家都真正的“动”起来。但究其内涵，并非如此。本次课重点在电容式传感器的工作原理及应用，所以本次课对于行动导向教学的设计应该注重学生“思维上的行动”，在课堂上充分发挥学生的主观能动性，引导学生积极思维，从思想上行动起来，把课堂变成老师和学生共同学习，解决问题的场所。

接下是对这堂课具体的过程设计。

（1）回顾总结

在新课之前，设置问题，用悬念引导对已有相关知识的回顾，并导入新课。

如：“要想检测位移，可以用哪些传感器进行检测？”这个问题学生会有很多的答案，因为位移的检测用前面学过的传感器都可以解决。

（2）导入新课

提出新的问题，并在幻灯片上用图片进行展示：指纹识别、汽车安全气囊、飞机油量检测、管道液位高度等等，这些问题用现有的知识能不能够解决？学生通过思考，发现用这些知识还不能够解决这些问题，所以，激发学习好奇心，开始新课的兴趣学习。

（3）书写标题，并顾名思义，化繁为简

在黑板上写下标题“电容式传感器”，并由“电容式”三个字的字面含意去猜测这种传感器的工作原理：设法将被测量的变化转换为电容量的变化。

（4）带着问题引导学生学习

由电容的定义式可知，电容大小决定于：两极板的正对面积、两极板的间距、极板间介电常数三个量。所以，得出结论：电容式传感器可以分为三种基本类型，变面积型、变极距型和变介电常数型。

（5）巧用动画，直观形象

对于每种类型的电容式传感器，提供幻灯片及动画演示，使学生能直观生动地认知学习，切实理解掌握传感器的工作原理。对于传感器中关于灵敏度和非线性误差的相关推导，由学生自己看书，只需得出结论，并知道解决矛盾的办法。总之，在课堂上要教师讲授和学生学习有效结合，提高学习的高效性。

（6）成果验收

以小组的形式基于该传感器设计一个简单的检测系统，小组进行汇报，同学及教师给予评价，以此给学生学习的压力及动力，促使其主动学习。

6 结语

根据高职教育特点，传统的教学模式已无法适应高职院校学生的特点及就业要求，因此，高职专业教师要不断的以就业为导向，实施行动导向的教学模式改革，以不断提高课堂教学的趣味性和有效性，使高职的教学质量上一个新台阶。

参考文献

[1] 姜大源. 关于工作过程系统化课程结构的理论基础[J].职教通讯，2006（1）.

[2] 姜大源. 工作过程系统化课程概念解析[J].中国职业技术教育，2008（27）.

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关键词 光电传感器；信息融合技术；实际应用研究

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）100-0209-02

光电传感器因其灵敏轻便等优势而被广泛应用于自动化设备检测装置中。20世纪80年代，美国军事领域开始应用光电传感器信息融合技术；2013年3月15日，美国国防先期计划研究局（DARPA）公布了在阿灵顿召开的已进入第二阶段的MIST-LR项目会议，指出在未来的第三阶段，将开发出能够提升飞行器性能的原型系统传感器，极大发挥其在民用和军事两个方面的助推器作用。

1 应用必要

第一，光电传感器获取信息的过程实际是一个多对一的对应抽样过程，在将客观世界空间的信息传输至传感器这一过程中信息丢失的问题难以避免；第二，军事领域中光电传感器的数量庞大，急需处理的信息量也繁多冗杂，这些都会给人工处理带来一定困扰，而光电传感器信息融合技术的应用巧妙地解决了这一信息综合处理的难题；第三，应用环境决定了光电传感器性能发挥的好坏，但截至目前尚未有一个国家可以开发出适用于任何环境下且性能优于其他类型的光电传感器。

2 概念优点

光电传感器信息融合的过程正是为了完成目标分类、识别及跟踪等任务而进行信息自动分析综合处理的过程。军事领域中的目标识别及跟踪可以实现光电传感器目标属性中的监视功能，有利于精确定位与预估判决。我国航天技术的高速发展离不开当前最热门的技术之一——航天技术上光电传感器信息融合技术，它能够有效提高空间的分辨率和系统的可靠性，无疑成为我国GDP增长的“助推器”。

3 工作原理

光电传感器能够有效检测到光强度变化的情况并将光强度的变化转换为电信号的变化。通常情况下，光电传感器这种小型电子设备由三部分组成：发送器、接收器与检测电路。发送器负责向目标发射来源于发光二极管、激光二极管及红外射二极管等的光束，不间断发射出的光束经过像光圈、透镜这种光学元件后达到由光电二极管、光电三极管及光电池构成的接收器中，接收器接收到光束后会将其传输至能够过滤该信号是否有效并决定是否应用的检测电路。详细流程见下图所示。

需要强调的一点是发射板和光导纤维作为光电传感器结构元件的一种也独具特色。众所周知，三角形的结构最为稳定，因此由极细小的三角锥体反射材料组成的三角反射板是一种能保证光束可以准确无误地从反射板返回的发射装置，其结构极其稳固且具有极强的实用性。

4 应用领域

4.1研制抄表系统

为及时结算用户的电费，一般由电力部门派专门的抄表人员到有关用户处定期走家串户地查看、抄写设置在现场的电能表，通过人工读取、记录、计算和收费。这不仅浪费人力，而且还会因人工读取造成不必要的误差，给用户带来不必要的麻烦和损失，甚至会发生不法分子假冒抄表人员入室作案而影响社会治安。因此，无论是电力部门还是用户们均迫切要求改变当前的落后状态。随着微电子技术、传感器技术、计算机技术及现代通讯技术的发展，可以利用光电传感器来研制自动抄表系统。

电能表的铝盘受电涡流和磁场的作用下产生的转矩驱动而旋转，采用光电传感器则可将铝盘的转数转换成脉冲数。如在旋转的光亮的铝盘上局部涂黑，再配以反射式光电发射接收对管，则当铝盘旋转时在局部涂黑处便产生脉冲，并可将铝盘的转数采样转换为相应的脉冲数，并经光电耦合隔离电路，送至CPU的T0端口进行计数处理。采用光电耦合隔离器可以有效地防止干扰信号进入微机，再结合其它传输方式便可形成自动抄表系统。目前自动抄表系统没有大规模使用与当前的技术有莫大关系，这套技术还有很多需要改进之处，相信在未来几年随着技术的发展，自动抄表将在全国范围内实现。

4.2节能灯具设计

光敏传感器、红外传感器、颜色传感器已进入各种自控节能LED照明系统的设计方案之中，它们的自主控制、方便应用使得不少公共照明LED灯具和居家照明灯具实现智能化。光电传感器可以协助公共照明的LED灯具实现灯光的自动开启关闭，可以智能的感应人和车辆进出而自动开关灯光，可以智慧的控制LED灯光开启的时间和控制亮度，甚至按人类的意愿自动调整光线的色温，营造人类想要的光氛围。

4.2.1光敏传感器应用

光敏传感器中最简单的电子器件是光敏电阻，它能感应光线的明暗变化，输出微弱的电信号，通过简单电子线路放大处理，可以控制LED灯具的自动开关。对于远程的照明灯具，如街灯、庭院灯、草坪灯等都可经济而简单的实现节能自动控制。太阳能路灯本身是利用太阳光发电、储能的LED照明灯具，无需电网供电也就无需架设成本不菲的输电线路，因此使用光敏传感器可以实现极低成本、自动开启关闭的节能管理。

4.2.2红外传感器应用

红外热释电传感器（PIR）在LED照明中的应用已有近十年的历史。红外传感器的视角有限，需要搭配菲涅尔透镜才能扩大探测区，才能监视移动的热源（人或车）。菲涅尔透镜有两个作用：一是聚焦作用，将热释红外信号折射在PIR上；二是将探测区内分为若干个明区和暗区，使进入探测区的人能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。

4.3航天技术应用

我国神舟十号发射成功后到与天宫一号的自动交会对接，2000多项航天技术成果移植国民经济成为经济发展“倍增器”，其中光电传感器技术发挥了重要作用。神舟十号和天宫一号对接机构十分复杂，由上百个传感器、上千轴承组合而成。对接任务要求严丝合缝且不能漏气。另外考虑到飞行器在太空环境中失重要经历高低温的变化，因此必须保证对接时不出现故障。手控交会对接时要有精确的传感器测量设备，不断测量两个飞行器之间的距离、相对速度和姿态等，稍有差池后果不堪设想。最后对接时，要求轴向误差≤18cm。这些对航天员的身心都是极大的挑战，要求他们具有极高的眼手协调性、操作精细性和过硬的心理素质等。在交会对接的过程中，航天员需要紧盯电视图像，根据实时传输的数据让两个航天器一点点逼近，根据仔细计算决定速度变化方案完成交会对接，其中传感器起到决定性作用，为实现航天梦奠定最强基础。

4.4工业自动化装置

光电传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，在工业上常用于非接触测量物位、距离和条码等信息，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。随着现代检测技术的发展出现了很多新型的光电传感器，特别是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。相关应用行业的系列产品如下：

1）光电式烟雾报警器。没有烟雾时，发光二极管发出的光线直线传播，光电三极管没有接收信号，没有输出；有烟雾时，发光二极管发出的光线被烟雾颗粒折射，使三极管接受到光线，有信号输出，发出报警。如今频遭吐槽的雾霾天气说明环境污染问题严重，而光电式烟雾报警器则可通过光在烟道里传输过程的变化检测到烟道中的烟尘浊度；2）点钞机的计数传感器。具有结构微型化、操作简便化、使用耐用型等特点的点钞机在我们的日常生活中应用频繁，其不光在金融机构中被大量使用，也逐渐成为一些大型企事业单位必备的办公用品，成就其的正是结构简单、响应速度快、精确度高的光电传感器。点钞机的技术传感器采用两组由一个红外发光二极管和一个接收红外光的光敏三极管组成的红外光电传感器，没有钞票时，接收管受光照导通而输出为0；有钞票时，接收管光通量不足而输出为1且产生一个脉冲信号，经检测电路输入至负责计数和显示的单片机。只有不断提升光电传感器的性能，才能满足商业经济和财务自动化日新月异变化而产生的高要求。

参考文献

[1]黄斌.基于多传感器信息融合的节能控制系统.测控技术，2013（4）.

[2]赵娟妮.多传感器数据融合技术及其在光伏电站监控系统中的应用.科技信息，2013（7）.

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关键词：触摸屏；投射电容式触摸屏；触摸屏控制器

触摸屏广泛应用于我们日常生活各个领域，如手机、媒体播放器、导航系统、数码相机、数码相框、PDA、游戏设备、显示器、电器控制、医疗设备等等。

通用的触摸屏包括适用于移动设备和消费电子产品的电阻式触摸屏和投射电容式(projected capacitive)触摸屏以及用于其他应用的表面电容式(surface capacitive)触摸屏、表面声波(SAW)触摸屏和红外线触摸屏。

电阻式触摸屏

应用比较多的电阻式触摸屏(图1)具有空气间隙和间隔层的两层ITO(Indium TinOxide，铟锡氧化物)。电阻式触摸屏是大量应用、经过验证、低成本的技术。其缺点是：薄弱的机械性能；堆叠厚，相对较为复杂；不能检测多个手指的动作；前面板实现方案易损坏；有限的工业设计选项；光学性能不良；需要用户校准。

投射电容式触摸屏

触摸屏的电容触摸控制采用一个用传导物质(如ITO)做涂层的表面来存储电荷。传导物质沿屏的X轴和Y轴传导电流。当传导(如手指)触摸时控制电场发生变化，而且可以确定沿水平轴和垂直轴触摸的位置。在带按键触摸位置的应用中，把分立的传感器放置在特定按键位置的下面，当传感器的电场扰时系统记录触摸和位置。投射电容式触摸屏示于图2。

投射电容式触摸屏比其他触摸屏技术的优势是：

・出色的信噪比；

・整个触摸屏表面具有高精度；

・能够支持多个触摸；

・通过“厚的”电介质材料进行感应；

・无需用户校准。

QTOUCh技术

QTouch技术是Atmel触摸技术部前身Quantum(量研科技)的专利。所开发的集成电路技术是基于电荷一传输电容式感测。QTouch IC检测用传感器芯片和简单按键电极之间单连接来检测触摸(图3)。QTouch器件对未知电容的感测电极充电到已知电位。电极通常是印刷电路板上的一块铜区域。在1个或多个电荷一传输周期后测量电荷，就可以确定感测板的电容。在触摸表面按手指，导致在该点影响电荷流的外部电容。这做为一个触摸记录。也可确定QTouch微控制器来检测手指的接近度，而不是绝对触摸。判断逻辑中的信号处理使QTouch健全和可靠。可以消除静电脉冲或瞬时无意识触摸或接近引起的假触发。

QTouch传感器可以驱动单按键或多按键。在用多按键时，可以为每个按键设置1个单独的灵敏电平。可以用不同大小和形状的按键来满足功能和审美要求。

QTouch技术可以采用两种模式：正常或“触摸”模式和高灵敏度或“接近”模式。用高灵敏电荷传输接近感测来检测末端用户接近的手指，用用户接口中断电子设备或电气装置来启动系统功能。

为了优异的电磁兼容，QTouch传感器采用扩频调制和稀疏、随机充电脉冲(脉冲之间具有长延迟)。单个脉冲可以比内部串脉冲间隔短5％以上。这种方法的优点是较低的交叉传感器干扰，降低了RF辐射和极化率，以及低功耗。

QTouch器件对于慢变化(由于老化或环境条件改变)具有自动漂移补偿。这些器件具有几十的动态范围，它们不需要线圈、振荡器、RF元件、专门缆线、RC网络或大量的分立元件。QTouch做为一个工程方案，它是简单、耐用、精巧的方案。

在几个触摸按键互相靠近时，接近的手指会导致多个按键的电容变化。Atmel专利的邻键抑制(AKS)采用迭代技术重复测量每个按键上的电容变化，比较结果和确定哪个按键是用户想要的。AKS抑制或忽略来自所有其他按键的信号，提供所选择按键的信号。这可防止对邻键的假触摸检测。

触摸屏系统设计

一个触摸屏系统包括：前面板、传感器薄膜、显示单元、控制器板和集成支持(图4)。

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关键词：加速度　差容式　力平衡　传感器

加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。它是工业、国防等许多领域中进行冲击、振动测量常用的测试仪器。

1、加速度传感器原理概述

加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙，变面积，变介电常量三种，差容式力平衡加速度传感器利用变间隙，且用差动式的结构，它优点是结构简单，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的电容量一般很小，仅几pF至几百pF，其容抗可高达几MΩ至几百MΩ，所以对绝缘电阻的要求较高，并且寄生电容（引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等）不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路，使电子线路紧靠传感器的极板，使寄生电容，非线性等缺点不断得到克服。

差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板，把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化，后续电路通过对位移的检测，输出一个对应的电压值，由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.，加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。

2、变间隙电容的基本工作原理

如式2－1所示是以空气为介质，两个平行金属板组成的平行板电容器，当不考虑边缘电场影响时，它的电容量可用下式表示：

由式（2－1）可知，平板电容器的电容量是 、A、 的函数，如果将上极板固定，下极板与被测运动物体相连，当被测运动物体作上、下位移（即 变化）或左右位移（即A变化）时，将引起电容量的变化，通过测量电路将这种电容变化转换为电压、电流、频率等电信号输出根据输出信号的大小，即可测定物移的大小，若把这种变化应用到电容式差容式力平衡传感器中，当有加速度信号时，就会引起电容变化 C，然后转换成电压信号输出，根据此电压信号即可计算出加速度的大小。

由式（2－2）可知，极板间电容C与极板间距离 是成反比的双曲线关系。由于这种传感器特性的非线性，所以工作时，一般动极片不能在整个间隙，范围内变化，而是限制在一个较小的  范围内，以使  与 C的关系近似于线性。

它说明单位输入位移能引起输出电容相对变化的大小，所以要提高灵敏度S应减少起始间隙 ,但这受电容器击穿电压的限制，而且增加装配加工的困难。

由式（2－5）可以看出，非线性将随相对位移增加面增加。因此，为了保证一定的线性，应限制极板的相对位移量，若增大起始间隙，又影响传感器的灵敏度，因此在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，大都采用差动式结构，在差动式电容传感器中，其中一个电容器C1的电容随位移 增加时，另一个电容器C2的电容则减少，它们的特性方程分别为：

可见，电容式传感器做成差动式之后，非线性大大降低了，灵敏度提高一倍，与此同时，差动电容传感器还能减小静电引力测量带来的影响，并有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差。

3、电容式差容式力平衡传感器器的工作原理与结构

3.1工作原理

如图1所示，差容式力平衡加速度传感器原理框图

电路中除了所必须的电容，电阻外，主要由正负电压调节器，四运放放大器LT1058，双运放op270放大器组成。

3.2差容式力平衡传感器机械结构原理

由于差动式电容，在变间隙应用中的灵敏度和线性度得到很大改善，所以得到广泛应用。如图2所示为一种差容式力平衡电容差容式力平衡传感器原理简图。主要由上、下磁钢，电磁铁，磁感应线圈，弹簧片，作电容中间极的质量块，覆铜的上下极板等部分组成。传感器上、下磁钢通过螺钉及弹簧相连，作为传感器的固定部分，上，下极板分别固定在上、下磁钢上。极板之间有一个用弹簧片支撑的质量块，并在此质量块上、下两侧面沉积有金属（铜）电极，形成电容的活动极板。这样，上顶板与质量块的上侧面形成电容C1，下底板与质量块下侧面形成电容C2，弹簧片一端与磁钢相连，另一端与电容中间极相连，以控制其在一个有效的范围内振动。由相应芯片输出的方波信号，经过零比较后输出方波，此方波经电容滤除其中的直流电压，形成对称的方波，该对称的方波加到电容的一个极板上，同时经一次反向后的对称波形加到另一个极板上。

当没有加速度信号时，中间极板处于上、下极板的中间位置C1＝C2，C＝0后续电路没有输出；当有加速度信号时，中间极板（质量块）将偏离中间位置，产生微小位移，传感器的固定部分也将有微小的位移，设加速度为正时，质量块与上顶板距离减小，与下底板距离增大，于是C1＞C2，因此会产生一个电容的变化量C，C由放大电路部分放大，同时，将放大电路的输出电流引入到反馈网络。由于OP270的脚1和16分别与线圈两端相连，当有电流流过线圈时，将产生感应磁场，就会有电磁力产生。因为上、下磁钢之间有弹簧，所以在电磁力的作用下将使磁钢回到没有加速度时的位置，即此时的电容变化完全有加速度的变化引起，同时由于线圈与活动极板通过中心轴线相连，所以在电磁力的作用下，使中间极向产生加速度时的位移的相反的方向运动，即相当于在C的放大电路中引入了负反馈，这样，使传感器的测量范围大大提高。因此，对于任何加速度值，只要检测到合成电容变化量C，便能使活动极板在两固定极板之间对应一个合适的位置，此时后续电路便输出一个与加速度成正比的电压，由此电压值就可以计算出加速度的大小。

4、力平衡传感器实际应用

哈尔滨北奥振动技术是专门从事振动信号测量的专业公司，它们应用这种差容式力平衡原理开发出的力平衡加速度传感器实现的主要性能指标如下：

测量范围：±2.0g，±0.125g，±0.055g

灵敏度：BA-02a:±2.5V/g、±40.0V/g

BA-02b1:±40.0V/g（差动输出）

BA-02b2:±90.0V/g（特定要求，高灵敏度）

频响范围：DC-50Hz（±1dB）

绝对精度：±3％FS

交叉干扰：小于0.3%

线性度：优于1%

噪声：小于10μV

动态范围：大于120dB

温漂：小于0.01%g/g

电源：±12V-±15V @30.0mA

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关键词：触摸屏 触控技术 电容屏 电阻屏

中图分类号：TN752 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2014）03-0012-02

一、引言

触摸屏又称为“触控屏”、“触控面板”，是一种代替了鼠标和键盘的与计算机沟通的设备。触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。

触摸屏在全球范围内有广泛的应用领域，从工厂设备、电子查询设施，到移动电话、数码相机、

手机等都可看到触控屏幕的身影。其广泛应用也标志着计算机应用普及时代的真正到来。

二、 触控屏组成

触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成，触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而触摸屏控制器接收从触摸点检测装置上穿了送来的触摸信息，并将它处理转换成触点坐标，再通过接口传送给中央处理器CP同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏的基本组成如图1所示，包括以下几个部分：

1.前面板或外框

前面板或外框是终端产品的最表层。在某些产品中，该外框将透明的盖板围起来，以免受到外部的恶劣气候或潮湿的影响，也防止下面的传感产品受到刻划以及破坏。

2.触控控制器

通常，触控控制器是一个小型的微控制器芯片，它位于触控传感器和PC/或嵌入式系统控制器之间。该芯片可以装配到系统内部的控制器板上。该触控控制器将提取来自触控传感器的信息，并将其转换成PC或嵌入式系统控制器能够理解的信息。

3.触控传感器

触控屏“传感器”是一个带有触控响应表面的透明玻璃板。该传感器被安放到LCD上面，使得面板的触控区域能覆盖显示屏的可视区域。基本上，这些技术都是在触控时，使电流流过面板，从而产生一个电压或信号的变化。这个变化将被触控传感器感应并传输，从而确定屏幕上的触控位置。

4.液晶显示器（LCD）

绝大多数的触控屏系统用于传统的LCD上。用于触控产品的LCD选择方法与传统系统中基本相同，包括分辨率，清晰度，刷新速度，成本等。

除了包括上说所列的硬件部分以外还包含系统软件，软件应保证触控屏和系统控制电路一起工作，使得产品的操作系统能够接受并处理来自触控控制器的触控事件信息。

三、触控屏主要特性

从技术原理角度来讲，触摸屏是一套透明的绝对定位系统。

1.透明性

首先它必须保证是透明的，因此它必须通过材料科技来解决透明问题，“透明”，在触摸屏行业里，仅用透明一点来概括它的视觉效果是不够的，它应该至少包括四个特性：透明度、色彩失真度、反光性和清晰度。

2.定位绝对性

其次它是绝对坐标，手指摸哪就是哪，不需要第二个动作，不像鼠标，是相对定位的一套系统。

3.感应性

再者触摸屏的第三个特性是检测触摸并定位，各种触摸屏技术都是依靠各自的传感器来工作的，甚至有的触摸屏本身就是一套传感器。各自的定位原理和各自所用的传感器决定了触摸屏的反应速度、可靠性、稳定性和寿命。

从目前触摸屏的应用中，人们对触摸屏的性能要求也越来越理性化，不断提高与满足光学特性、耐久性以及可靠性等指标已成为触摸屏制造者不可忽略的因素。

四、触控技术的主流类型及其应用

按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，触摸屏主要分为四种，它们分别为红外线式、表面声波式、电阻式和电容感应式。每一类触摸屏都有其各自的优缺点，都利用ITO做为组件的核心部分，发挥着重要作用。

1.电阻式触控技术

电阻式触控技术是最常用的触控屏技术。由于是对压力起反应，可以用手指，带手套的手，触控笔，或者像信用卡这类的其它的物体进行触摸接触。图2表示了电阻触控屏的结构，图3表示一般电阻触控屏的系统示意图。

1.1电阻式触控技术工作原理

由电阻触摸屏的侧面结构剖视图看出，见图2，它是由一层玻璃作为基层，玻璃表面涂有一层ITO透明导电层，上面在覆盖一层很薄的有弹性的PET薄膜，在PET的内表面也涂有一层ITO导电层，在这两层ITO导电层之间有许多细小的透明隔离点，使得两ITO导电层绝缘。手指触摸按压的表面是一个硬涂层，用以保护下面的PET层。当我们用手指按压屏幕时，PET薄膜会向下弯曲，并使得下面的两层ITO涂层能够相互接触并在该点使上下层电路导通。

在实际工作中，在两层ITO工作面的四周边缘各加装两条导电线路，经控制器分别于两端各设定一直流电压，为两个工作面分别构建一个均匀的电场，形成均匀连续的平行电压分布。如图4a所示，当我们用手指触摸屏幕时，压力使两层导电层在接触点的位置有了电路导通，电阻发生了变化，利用电阻分压原理，产生了模拟电压信号，即触摸传感器工作将压力感应转换为电压信号，见图4b，该信号由控制器处理，进行A/D转换，测量出接触点的模拟电压值VMEAS，再根据这个电压值和VREF电压值的比例公式就能计算出触摸点的X轴和Y轴的坐标，从而确定触摸点的具置进而向主机请求输入响应，由主机负责执行完成用户操作。

1.2电阻式触控特点、种类和应用

电阻式触摸屏上下两层采用贴合密封，信号的产生是在夹层中间，所以它可以不受尘埃、水、污物的影响，精确度高，反应灵敏，工作稳定性高。

在图4a中，A或B面两个边缘的条形电极称为感应线，根据触摸屏上的感应线数量，电阻式触摸屏可再分为三大类，分别是4线、5线和8线。4线触摸屏的条形电极安装在两个不同的导电电阻层（X+、X-在同一层，Y+、Y-另一个电阻层上），即如该图所示；5线触摸屏只在底层上有圆形电极（X+、X-、Y+和Y-），顶层用于在触摸过程中测量电压，电场电压只施加在底层上。

8线触摸屏的工作原理与4线触摸屏相似。只是给每一条线增加一个参考电压线，所以最后的总线数达到8条。新增的4条线分别用于给原来的4条线提供参考电压。

因为成本低廉，触摸感应算法简单，4线触摸屏被广泛用于低端消费电子产品。 5线和8线触摸屏主要用于昂贵的高端医疗设备和重要的工业控制器。

2.电容式触控技术

电容式触摸屏与传统的电阻式触摸屏有很大区别。电阻式触控屏幕需靠施力将二块ITO接触在一起；而电容式触摸屏只要用指腹轻轻碰触书写即可，同时能进行多点触控。

2.1电容式触控技术工作原理

电容式触控屏可以简单地看成是由四层复合屏构成的屏体：最外层是玻璃保护层，接着是ITO导电层，第三层是不导电的玻璃屏，最内的第四层也是ITO导电层。其中，最内导电层是屏蔽层，屏蔽内部电气信号，中间的导电层是感应工作层，在其四个角或四条边上引出四个电极，负责触控点位置的感应。

工作时在导电层内部建立一个低电压高频交流电场，当用户触摸电容屏时，由于人体电场，用户手指和工作面形成一个耦合电容（0.1～2个pF单位微小的感应电容），对于高频电流来说，电容是直接导体，就会有一定量的电荷转移到人体，产生一定的感应电流。这个电流从工作面的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置，完成输入请求。电容屏的工作示意图如图5所示。

2.2电容式触控特点、种类和应用

基于电容式触控屏的结构和工作原理，此类触摸屏特点鲜明。电容触摸屏的双玻璃使得透光性较高，防尘、防水、耐磨等方面较好，耐用度高。

电容触控屏技术分为两种：表面电容技术和投射电容技术。

表面电容技术，即它的架构相对简单，采用一层ITO 玻璃为主体，至少有四个电极，在玻璃四角提供电压，在玻璃表面形成一个均匀的电场，检测出触控坐标的位置。因为它采用了一个同质的感应层，而这种感应层只会将触控屏上任何位置感应到的所有信号汇聚成一个更大的信号，此类架构决定了表面电容式技术无法实现多点触控功能。

投射电容技术仍是以电容感应为主，但相较于表面电容式触摸屏，投射电容式触摸屏采用多层ITO 层，形成矩阵式分布，以X 轴、Y轴交叉分布做为电容矩阵，当手指触碰屏幕时，可通过X、Y轴的扫描，检测到触碰位置电容的变化，进而计算出手指之所在。基于此种架构，投射电容可以做到多点触控操作。

电容式触摸屏以支持多点触摸和识别迅速在消费便携式终端设备中得到广泛应用，电容式触摸屏的应用也不会仅仅是现有的手机、随身影音播放器等产品。

五、未来的触控技术

从1974开始出现世界最早的电阻式触摸屏以来，触摸屏的技术经历了从低档向高档发展的历程，应用范围也较多体现在工业控制和消费电子产品上。触摸屏技术未来的主要发展方向可以由技术和应用这两方面来介绍。

在应用层面上发展多触点触摸技术，提高使用效率；另外还提出了混合式触控技术和触觉反馈技术的概念，前者旨在在一块触控面上采用两种或者两种以上的触控识别技术，达到多种触控技术之间实现优劣互补的目的，后者在可以为人们带来便捷的操作方式和良好的视觉效果的同时， 给用户一个触觉反馈。

在技术层面，触摸屏与平板显示器FPD产业的进一步结合已经成为必然。内嵌式结构触控技术要利用多种技术将触摸传感器与显示器件融为一体，对相关器件的设计和制造都会提出更大的变革，虽然目前还没有实现商业化，但是这种结构的触控技术仍然是未来触控技术的发展方向。

六、结束语

触控技术是集光学、化学、电子学、材料学等学科技术于一体的技术，为用户提供便捷、稳定和精确的人机交互操作方式是新技术追求的动力，伴随着移动互联网技术，人们的日常生活已经接入“触”手可及的后信息化时代。

参考文献

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关键词：宽频带；　气体型次声传感器；　气体管道；　振动灵敏度

中图分类号：TN91134 文献标识码：A 文章编号：1004373X（2012）22011903

本文介绍一种宽频带的次声传感器，可用于高压气体管道的泄漏检测。次声传感器是可把声能转换成电能的装置，是次声［1］研究中的必要设备，也是精确的信号采集、特征分析和声波源定位的基础。目前常用的传感器有以下几种：电容感应型［24］、光纤型［5］、振动感应型［6］。本文介绍的CASI2012气体管道测漏传感器是一种电容式的传感器，这种传感器体积较小、灵敏度高、频响曲线较为平直、对振动不敏感，与数字化仪配合使用可快速实现数据的A/D转换，使用方便。

1　传感器原理及电路结构

1.1　基本原理

CASI2012型传感器如图1所示，使用电容感应的换能方式，频率响应为劲度控制，即感应膜片弹性的倒数。在劲度控制的系统中，第一共振频率以下可以有较平直的响应，所以下限频率可以很低，接近于零，涵盖了次声频段的大部分（0.5～20　Hz），这个特点使得电容型换能器件非常适合应用于次声传感器研制。

图1　CASI2012型传感器由于换能元件的膜片非常轻薄，所以传感器的灵敏度可以达到很高的水平，同时使得传感器仅对声波敏感，而对各种振动不敏感。在一般的设计中，传感器自身的物理振动可能会对声学测量带来极大地干扰，所以减小传感器对振动的灵敏度是有着非常现实的意义的，这将极大的提升传感器的性能。CASI2012型传感器所用的换能器件如图2所示，它将次声波引起的敏感膜振动导致的电容量变化转变成电信号输出。

传感器设计应考虑两个因素［78］：一是待测声压的等级，因为实际测试时得到的是传声器的输出电压，然后根据灵敏度求得声压；二是测试频段内的频率响应曲线应尽量平直，频率响应曲线平直可避免对每个频率点作输入声压与输出电压的校准，使数据测量和计算更为简便。

图2　CASI2012型传感器所用的换能器件1.2　电路结构

为了获得传感器电容量的缓慢变化信号，进行了信号调理电路的设计，如图3所示。在换能器件上加载高频正弦信号，载波信号产生电路由LF253N及相应电路组成，采用调幅原理，电桥的一个桥臂为传感器电容，当传感器接收次声信号时，电桥失衡产生相应变动的调幅波，调幅波进入偏置电路，消除输出信号的零漂，消除了零漂的调幅波经过解调器解调后，再经过放大、带通滤波电路以及电压跟随器电路，就得到了低频频段的电压信号。

图3　CASI2012型传感器的信号调理电路驻极体传声器是一个置于传感器连接器和传感器调理电路之间的一个敏感头，是传感器的信号感应部位。驻极体传声器振膜与极板之间的电容量比较小，一般为几十pF，因而这个电信号输出阻抗很高，信号幅度很弱。因此不能将驻极体传声器的输出直接与音频放大器相接。而场效应晶体管具有输入阻抗极高、噪声系数低的特点，因此一般接入一只输入阻抗极高的结型场效应管用来放大驻极体电容产生的电压信号，同时以比较低的阻抗在源极S或者漏极G输出信号，实现阻抗变换。前置放大器一方面是对电容传声器头输出的信号进行预放大，另一方面是是将电容头的高输出阻抗转换为低阻抗输出。

微型前置放大器的电路主要包括三个部分，第一部分是场效应管组成的阻抗变换电路，第二部分是放大滤波电路，第三部分是射随电路。微型前置放大器的原理如图4所示。

2　传感器性能指标

2.1　灵敏度

电容式次声传感器的换能器件的输出并不与膜片的振幅A成正比，而是与膜片的平均位移成某种比例。设电容的极间距为L，平均位移为λ，在低频（ω（1）

Zm=πr2Z+8πτ－jω－jω4πr2σm3+1jωCm

（2） 将式（2）代入式（1）中，化简后得：λ=726Pω201σm

（3） 次声传感器灵敏度表达式为：S=λL=726PLω201σm

（4） 可见灵敏度S与声压P成正比，与极间距L、第一共振频率ω01的平方以及膜片面密度σm成反比。由式（4）看出，仪器的灵敏度取决于极间距和膜片的声顺。空腔声顺在容积一定时是不变的，所以膜片声顺是决定性因素。圆形膜片声顺与膜片直径、面密度及张力有关。在直径、材料和厚度固定的条件下，为使同一批次声传感器有相同的灵敏度，只需调节每个膜片的张力使其第一共振频率f01一致即可。

图4　微型前置放大器原理框图电容次声传感器的实际灵敏度可以在实验室条件下通过次声校准装置直接测量，若是在现场条件可以采用便携式校准器直接校准。因为传感器在频带内的曲线较平直，所以只需测量在声压级为94　dB（1　Pa）时频带内的某个频率点即可。

2.2　频率响应

次声传感器的第一共振频率在膜片最低撑平张力时，已远高于系统的上限频率300　Hz。因此对于次声传感器而言，频带的上限截至频率很好控制，一般无需过多考虑。需要控制的是其下限截至频率：flow=1T=1RCs

（5）式中：T为下限截至频率的周期；R为腔体均压孔的声阻；Cs为腔体声顺。

CASI2012型传感器的3　dB带宽保持在0.8～300　Hz，而这正处在气体管道泄漏所产生的低频信号范围内，经测量其频响曲线如图5所示。

2.3　动态范围

动态范围的上限由极间距决定，平行板电容器的基本关系式为C=S4πD，式中S为极板面积，D为极间距。ΔC/C可视为次声传感器的灵敏度，在小信号情况下有ΔC/C=λD+（λ/D）2+…，只要满足λD≤110，即可认为膜片振动是小振幅，系统为线性系统，此时传感器的畸变远低于3%。动态范围的下限取决于整个系统的噪声，包括换能器件本身以及放大电路。通常换能器件自身的噪声要远远小于电路噪声，所以一般动态范围的下限由放大电路的电噪声决定。

图5　CASI2012型传感器频率响应曲线2.4　零漂

在实际工作中，环境温度变化较大，因而传感器很容易产生零点漂移。电容式传感器是一种劲度控制仪器，其劲度控制由两部分组成：感应器件的膜片紧张度和封闭腔室的弹性。前者通过采用特定的正确材料即可保证在使用寿命内维持稳定状态，后者则受外界温度的影响很大，较难解决。

由气体定律PV=RT可知，温度变化必然导致腔内压力发生变化，感应器件的劲度随之改变，从而引起零点漂移。要想减小这种温度变化造成的不利影响，需尽可能地减少外界环境与密闭腔体的温度交换，CASI2012型次声传感器对其中的换能器件实施了绝热处理，利用一种不易导热的玻璃纤维制成的材料将换能器件包裹，进而极大地降低了能量交换。相比于未做该处理的情形，经处理后的传感器在耐久性试验中表现优异，而且还进一步降低了振动对次声测量的影响。

3　传感器性能测试

为验证CASI2012型次声传感器的设计性能，在中科院声学所的香山强声实验室的压力舱内，对传感器进行测试［9］。　在输入振动频率为10　Hz次声波的密封舱内，94　dB声压级的情况下，CASI2012型次声传感器准确测得了该频率点的次声信号，且有着极高的信噪比，如图6所示。

图6　10　Hz次声环境下传感器的测量结果4　结　语

该设计在后期的信号处理电路中加入了一种可调电容的设计，使得次声传感器成为一种工作起点可相互校准的传感器，提高了一致性和测量精度；采用特种绝热材料处理的方法成功地保障了换能器件腔内的温度相对恒定，进而改善了次声传感器的零漂问题。

参　考　文　献

［1］　马大猷.现代声学理论基础［M］.北京：科学出版社，2004.

［2］　李颍伯.电容式微小气压计［J］.大气科学，1981（3）：4547.

［3］　谢金来.大气核爆炸次声检测系统［J］.核电子学与探测技术，1997（6）：327331.

［4］　谢金来.高灵敏度宽频带电容次声传感器［J］.核电子学与探测技术，2003（5）：428432.

［5］　WIDNERSCHNIDRIG　R.　Development　of　an　optical　fiber　infrasound　sensor　（OFIS）　＼[C＼]//　Infrasound　Workshop.　Passau，　Germany：　＼[s.n.＼]，　2000：　1118.

［6］　Anon.　A　microbarograph　＼[J＼].　J.　Sci.　Instrum.，　1962，　39：　420425.

［7］　陈克安，曾向阳，李海英.声学测量［M］.北京：科学出版社，2005.

［8］　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.声学　声压法测定噪声源功率级现场比较法［S］.北京：中国标准出版社，2008.

篇8

关键词：传感器；智能遥控器

中图分类号：TP872

1 传感器特性及原理

近两年来涌现出来可用于智能遥控器的各类传感器主要有以下几类：电容式传感器、电压式传感器、电磁式传感器、加速度传感器、角速度传感器、地磁传感器、OFN（手指光电导航）、声音传感器等；其中电容式传感器、加速度传感器、角速度传感器、OFN这四类被应用得最为广泛。

1.1 电容式传感器

电容式传感器在原理上其基本构成包括了一个接收器Tx与一个发射器Rx，在接收器与发射器走线之间会形成一个电场。当有物体靠近时，电极的电场就会发生改变，从而感应出物体的位移变化量。或者通过改变两电极距离来改变接收器和发射器之间的电场变化，从而通过电场的变化量来计算两电极距离的变化量。

1.2 加速度传感器

多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。所谓的压电效应就是“对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应”。一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形会产生电压这个特性。只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。

1.3 角速度传感器

不同的公司开发的角速度传感器其结构及工艺会有较大的不同，三菱电子公司开发的角速度传感器为玻璃一硅一玻璃结构，其谐振部分是一个用浸蚀①法制成的硅梁，通过外置振荡器激发，其谐振频率约为4KHz。梁的厚度与硅片相同，它的宽度和长度通过浸蚀加工来决定。硅梁和玻璃支架的连接采用了真空下的阳极焊接工艺，以确保其固有频率变化很小。角速度的变化可根据硅梁振动频率变化引起的梁两侧玻璃支架上金属电极间的电容变化值测出。传感器电路由电容电压（C—V）转换器和同步解调器构成。C—V转换器是一个转换电容的比较器（ASIC）。

1.4 OFN（Optical Finger Navigation）

OFN模组，通常由红外LED光源、遮光触摸面板、光学透镜组和具有光敏阵列的片上处理/控制芯片组成，一般制作在便于集成应用的柔性线路FPC（Flexible Printing Circuit）板上。OFN模组的工作原理如下：当手指接触遮光触摸面板，光敏阵列检测到有目标活动，唤醒片上系统SoC投入正常工作状态，红外LED发光，启动检测光路，通过光学透镜组的折射和聚焦，由光敏阵列得到一幕一幕的图像数据信息；SoC从中抽象出不同的运动矢量MV（Motion Vector），进而根据运动矢量在时间和空间上的相关性，计算出每次手指移动的平面相对量，形成运动数据，并及时通过数据接口向外传输出去。手指移出后，光敏阵列通过检测无目标活动还可以使SoC转入休眠状态，以节省功耗。

2 智能遥控器的功能需求分析

随着智能电视日渐成熟，传统遥控器已无法满足人们控制智能电视的需求。因此，为满足不同使用人群的需要，设计一系列智能遥控器迫在眉睫。首先智能遥控器应具有简单、直观、人性化的操作界面。不需复杂的使用学习，用户便可轻易上手，随心所欲遨游在网络和电视之间。其次随着功能追求的多样化，还需智能遥控器搭载惯性传感器[1]（加速度计和陀螺仪），可实现手势识别、空中鼠标及体感互动等功能。可以说智能遥控器已经具备让传统电视遥控器、电脑滑鼠及键盘完美结合为一体的功能。

3 传感器在智能遥控器上的典型应用的初步设计

通过以上的功能需求分析，对于一般遥控器需要有部分按键功能，在部分网络及智能应用中需要使用鼠标功能，同时在Android系统中用户需要快速中切换屏幕，这就要求需要遥控器还要具有滑动操控功能。现在我们就基于以上功能需求进行智能遥控器的系统设计：

3.1 系统框图设计

根据以上需求分析初步设计系统框图，如图1：

3.2 实现分析

键盘矩阵模块主要实现基本按键功能，一般通过中断方式进行监听是否有按键盘操作，当收到中断时，表明遥控器有按键操作，这时主MCU中通过软件启动按键扫描，通过逐行扫描及逐列判断，检测出具体是哪一个按键作，软件再根据不同的按键进行相应的操作或发送相应的数据。

电容触摸模块的功能实现和键盘矩阵原理有些类似，其基本原理是通过多个电容感应传感触点组成一个感应矩阵区，当电容触摸模块有效时，电容感应专用的MCU会定期对每个传感触点上的电容量进行扫描，如果有检测到某此传感触点上的电容值变化超过设定的阀值时，则立即启动所有的传感触点的快速扫描，将所有的传感谢触点的变化值记录下来，同时结合硬件上传感触点的矩阵分布，通过对每一个传感触点电容值的变化分析，确定电容变化点在模块上的分布状况，从而分析用户在模块上的操控轨迹；最终通过分析用户操控的轨迹来判断用户最终的操控意图。基于这种原理，在一个很小的触摸区域内，可以通过简单的算法实现用户的以下基本操作：上、下、左、右滑动，同时还可能识别用户滑动的速度变化及快慢。

三轴加速度及三轴陀螺仪模块主要用于实现空中鼠标功能。所谓的空中鼠标就是用户通过在空中移动遥控器来操控鼠标的功能。从原理上来看，其实现的最终目的是需要将用户在空间的三维移动转变为二维移动。从实际经验来看，要实现较好的操控体验，需要将三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器结合起来使用，因为在一个三维的移动过程中，需要考虑的因素主要有：方向变化、速度变化、以及角度的变化。简单通用的算法中一般可以通过加速度传感器的数据变化可以分析用户操作时的方向变化和速度变化，在算法中可能将用户操控前的状态设定为原始操控状态，将此时的三维空间通过映射产生的二维平面设定为原始二维平面，后续的操作都可以参考此平面。这样就可以将用户在三维上的移动转变为在此二维平面上的移动。又因为用户在三维移动过程中会出现角度的变化，可以通过相应的算法将角度变化对方向变化及速度变化的影响进行修正，这样用户在三维空间移动映射在二维平面上的轨迹就比较接近用户期望的移动轨迹了。但是如果想要得到一种更好的体验效果，则需要不停地分析用户的移动轨迹，动态地更新参考平面，这样才能使用户每一次的移动更好地在二维平面上进行反馈。

RF发射模块主要是将相应的数据流通过RF方式发送给相应的控制设备。随着控制传输的数据量增大，原有的红外传输方式巳不能满足要求，因此在智能遥控器其主要采用RF传输方式，而其传输协议主要有：非标私有协议、蓝牙、Zigbee、WIFI等。

4 结束语

本文是对智能遥控器的设计作一个浅析介绍，其实智能遥控器应用不仅仅局限于智能电视。智能家居已经给我们带来了美好的憧憬。现实上不少厂商为解决房间内使用过多遥控器的问题，研制出了综合多功能遥控器，把各种家用电器的遥控器功能全都集中到了一个控制器上，设计成了一个智能遥控器。即将的市场普及定能给智能遥控器带来广阔的应用市场。

参考文献：

[1]李蕾，刘卫东.智能遥控器中的MEMS惯性传感器数据处理[J].电脑知识与技术，2011，07（19）：4639.

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【关键词】中职教学；《传感器原理与应用》课程；任务型教学；探究性教学

1、前言

改革是发展的动力，随着我国课程改革在教育领域的不断发展，对中职技术教学提出了更高的要求，教育改革倡导创新灵活的教育教学方式对传统教学形成了一个巨大的挑战。中职职业教育不应只是局限于对理论知识的学习，还应注重发展学生的职业技术实践能力，全面提高学生职业技术应用的能力与职业综合素质，面对这样的时代要求，教师加强中职技术课程教学任重而道远。对传感器基本原理与应用知识、技术的掌握是当今社会技术人员的岗位基础要求，也是职业教育的基础课程。本文将通过引入“任务型教学”和“探究性教学”的教学模式，加强中职《传感器原理与应用》课程教学效果。

2.《传感器原理与应用》课程内容和特点分析

2.1《传感器原理与应用》课程内容

《传感器原理与应用》课程教材是将理论与实践融合在一起的“知行融通”型教材。课程要求学生掌握光电传感器、热释电红外传感器、声传感器、温度传感器等传感器的原理及应用方法和对传感器仪表安装工程技术、无损检测技术和超声波检测技术等技术方法的掌握与应用以及实践必备的基础知识[1]。

2.2《传感器原理与应用》课程特点

该课程与一般课程不一样，理论知识和实践内容涉及的领域较为广泛，相对于其它课程而言具有以下几个特点。1）多元性强。传感器从问世到普及应用以来，经历了多次的变革、完善与创新，在众多的实践探索中不断被更新和升级，应用效果得到普遍提升。在进行技术更新和升级的过程中需要强有力的多元化传感器原理与应用知识有力的支撑，正是该课程的设置和学习满足了人们对传感器原理与应用综合知识的需求。2）操作性强。职业教育不仅要求学生对知识能够熟悉理解，更重要的是要培养学生运用理论知识指导实践的能力。传感器在社会的应用广泛注定这门课程不是局限在书本内容的课程，它要求学生在实践的过程中掌握传感器的使用方法、调试与安装等实践性强的方法，是一门操作性十分强的课程。3） 与时俱进。时代在不断变化和发展，人类的研究成果也在不断丰富和变化。伴随着科学技术的应用与发展，传感器的产品不断进行技术升级和更新换代，新的传感器产品的出现意味着中职教育的《传感器原理与应用》课程教材也不断与时俱进，进行教材内容的更新和整合，新的传感器的操作方法和工作原理也会在教材上得以更新，这方面体现了该课程的“与时俱进”。

3、实施任务型教学

自20世纪80年代以来，大量外语学者通过研究和分析总结出的在教学中具有非常大影响的语言类的教学模式，即我们所称的“任务型”教学模式（Task-based learning简称TBL）[2]。任务型教学模式自引进以来在教育界得到了足够的重视，教师依据相关的理论研究和先进的教学思想，创新性地为学生设置出贴近学生生活化的教学内容，有助于提高学生参与教学活动的积极性。

在《传感器原理及应用》这门课程的教学活动中，通过运用任务型的教学模式，在课程的教学合理设置课程实践任务。例如：在进行关于“电阻应变片式传感器”的课程内容教学时，进行电子秤的案例的授讲，合理设置任务问题“观察和分析电子秤是如何工作的”并要求学生在活动过程过程中进行思考和分析。任务问题的设置不仅可以激发学生的兴趣，还可引导学生在观察和实践的过程中激发对课程的求知欲望，促进教学效果的提高。

4、实施探究性教学

探究教学模式是通过设置科学的小范围的课题内容或项目的为课程教学的切入点，并积极创建课堂情境，对课程问题进行合作讨论，将课程教学内容、课程任务、课程特点和社会实践要求相结合[3]。例如在针对《传感器原理及应用》课程“电容式传感器”内容教学过程中，根据课程的教学要求向学生传授电容式传感器的概念、组成、结构、特性等方面的理论知识，然后针对学生的认知情况进行实践活动设置，让学生在实践的过程中掌握对电容式传感器分类、电容式传感器工作原理的掌握，从而达到让学生在探究实践的过程中熟悉和掌握关于传感器知识课程。

5、实施不同教学模式的注意事项

在《传感器原理及应用》这门课程的教学过程实施任务型教学和探究性教学模式时要注意以下几个方面：1）理论与实践相结合。虽然《传感器原理及应用》课程更多注重的是学生走上社会岗位之后对职业核心技术的掌握和应用，但是也不能忽视传统教学方法的运用。结合传统教学的方法加强学生对新知识和理论的学习与掌握，所以在教学的过程中要根据课程的具体要求实施不同的教学模式。2）以市场需求为导向[4]。在教学的过程中，教师要结合市场对岗位的需求进行课程目标设置，加强学生与社会接轨的步伐。3）合理设置课程学习。俗话说教师领进门，修行在自身。教师在教学的过程中除了向学生传输理论知识和实践技巧之外，还要引导学生如何进行自主性学习，根据自己兴趣和特长在实践中进行课程实践。

6、结束语

中职教育是为了能够根据社会的需求培养技术为导向的人才，《传感器原理与应用》课程是以培养更多的与传感器知识和技术相关的人才为课程目的。因此，教师进行课程教学活动时，不仅要注重学生掌握课程理论知识的能力，还要运用任务型教学和探究性教学的模式和方法加强学生对传感器技术的实践应用，促进课程教学效果的提高和促进学生职业核心技术和综合能力的全面发展，确保中职学生在毕业后能够在社会胜任相关的工作岗位。

参考文献

[1]黄晓，风向风速传感器的校准方法[J].计量与测试技术，2012，4（01）：98--99.

[2]敖振浪，李国森.自动气象站风速传感器自动化检定系统设计与实现[J].气象科技，2011，8（20）：211-212.

篇10

关键词： 传感器；教学体系；教学方法

0 引言

“传感器原理与应用”课程是测控技术与仪器、电气工程及其自动化、电子信息工程、计算机科学与技术、机械工程及其自动化、核工程与核技术等专业的专业基础课，也是很多其他工程类专业的选修课程[1]。这门课程是已学课程知识的综合及后续课程的基础，在课程体系中担负着承上启下的作用。理论性和实践性都很强，与通信技术、计算机技术并称为现代电子信息技术的三大支柱[2]。本文针对“传感器原理与应用”课程的特点，结合专业培养的目标，探讨该课程理论教学和实践教学的改革问题。

1 课程特点

传感器课程主要内容是介绍各种传感器的内部结构、测量电路、应用领域及敏感元件的工作原理、制作材料和工艺等。种类繁多，不仅涉及电学、磁学、力学、光学、声学、化学、生物学、数学、材料、机械原理、计算机技术等多门学科[3]，还涉及工业现场的一些实际情况及制作工艺学等，几乎涉及支撑现代文明的所有学科。另外，科学技术的发展对传感器的发展也不断提出新的要求和挑战，大批新型优质传感器不断涌现，要求教学内容能够与时俱进。

2 合理设置教学体系

面对传感器课程综合性强、实践性强、知识更新快的特点[4]，要具体应用某种传感器实现实际的测量，则需综合应用各学科的知识，而知识应用的多元化又使学生很不容易理出头绪，很难找到一条主线。现行的专业设置，人为隔离了学科间的联系，导致学生在知识结构、技能训练和素质培养等方面的片面性，无法提升学生传感器的设计、开发技能。为真正提高学生的综合应用各学科知识的能力，近年来，东北石油大学测控技术与仪器专业在课程体系设置方面进行了调整。开设了“传感器原理与应用”、“数据误差分析”、“单片机原理与应用”、“测控电子线路”等基础课程，注重基础知识的讲解；开设了“模拟电子课程设计”、“传感器课程设计”、“单片机课程设计”等，注重培养学生综合应用的能力。其中“传感器原理与应用”为64学时，其中理论教学56学时，实验8学时，“传感器课程设计”为两周时间。这样，从理论教学、实验教学以及课程设计三个环节完善了课程的设置。

3 优化教学内容，改革教学方法

3.1 提纲挈领，启发式教学 为了便于学生学习理论知识，我们对讲课的内容作了以下处理：把种类繁多的传感器按原理进行分类，如电阻式、电容式、电感式、光电式、压电式、磁电式等；在讲解每一类传感器的原理部分，先引入现实生活中常见的某个应用，调动学生学习的兴趣，之后分析工作原理，并辅以动画演示，增加学习的生动性，进一步分析测量电路及误差影响因素，最后结合实际总结该传感器的应用领域、应用范围等。利用这条主线来学习，大大减少了学生的负担。

3.2 创设问题情境，讨论式教学 由教师通过讲解、板书以及教学多媒体的辅助，把教学内容传递或者灌输给学生的“以教师为中心”的教学方法下，学生逐渐养成了不爱问、不想问“为什么”，甚至是不知道问“为什么”的麻木的学习习惯，形成过度依赖、拒绝思考的现状。针对这一问题，在讲解传感器工作原理、测量电路等理论知识时，采用边推导边设问的方式与给出结论由学生推导分析过程、教师补充不足相结合，增加学生讨论互动环节，使学生不再是被动的接受者，把教学内容转化为个体的学习任务，给学生自我思考时间，并进行实践探索，从而发现问题（使用哪种类型的传感器）、分析问题（传感器的性能、原理）、解决问题（传感器的应用），提高学生思维能力，在设疑解惑中获得传感器知识，构建以提出问题、分析问题、解决问题为主线的能力培养体系，调动学生学习的主动性。

3.3 承上启下，建立各章节间联系 传感器课程知识零碎，内容较多且分散，各章之间缺乏系统性和连续性[5]。针对各章节内容较分散的问题，在讲解某个传感器原理及测量电路时以提问的方式复习前几种传感器原理及测量电路类型，讲解应用时提问是否有用已经讲述过的传感器来替代现有传感器的可能，同时要对这几种传感器的应用优劣性做出对比。例如在讲解电感式传感器原理时通过推导给出电感传感器计算基本公式，此时复习电阻式及电容式的基本计算公式及其推导过程；讲解电感式测量电路时以提问的方式复习电阻式及电容式测量电路形式、特点、注意事项等；讲解应用时以加速度测量为例，可由学生讨论用电阻式及电容式传感器实现测量的原理并分析数学模型，并且要对利用这三种传感器实现加速度检测功能的材料成本、传感器性能、产品制造工艺和检测方法等做出对比。通过这种教学模式，将各章之间建立紧密的联系，这样可以拓宽学生的视野，增进学生对不同传感器之间联系的进一步理解。

3.4 重视实践环节，培养学生科学探究能力 在实验教学中，根据客观条件适当减少验证性实验，增加综合性设计性实验。对于验证性实验，教师利用多媒体技术讲授实验原理，使学生对所做实验有一个理性的认识；学生根据指导书内容独立完成实验。对于综合性设计性实验，每次实验内容在实验指导书中仅提出本次实验的目的、测量目标、测试具体要求、需要掌握的内容等，不限制方法和思路。让学生独立设计实验，并在安全范围内大胆让学生自我设计并进行实验，自行探索，学生成为独立完成实验设计和实验过程的主体，实验教师在必要时给予提示帮助。例如，在转速测量的实验中，教师不用规定学生具体使用哪一种传感器，学生可以自主独立选择传感器。电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、光电式传感器等均可以实现转速的测量，学生可以选择其中一种甚至几种来实现测量，然后对测量结果进行比较分析，可以得出在各种情况下哪一种传感器的测量可靠性、精度更高。这样可以充分调动起学生学习的积极性，不但可以提高学生的思维空间，同时还会让学生有惊奇的发现，大大提高了教学效果。通过对这些情况的处理，可以培养学生解决问题的能力和创新思维的能力，在探讨解决较复杂问题的过程中，还可以培养学生的团结协作精神。

课程设计过程通过以下几个步骤完成：选择题目、收集资料、问题总结、答疑解惑、确定方案、具体设计、检查调试、成绩评定。课程设计既要体现个体的综合应用能力，又要体现团体的合作，所以在设置过程中，要求每人一个题目，每五个人一组，在完成自己题目设计的同时又要了解同组同学的设计思路、方法。在课程设计成绩评定中，采取小组答辩的形式进行，让学生对自己的设计思路、设计中遇到的问题、解决问题的方法、结果进行演讲式答辩，教师和其他学生可以提出相关问题（要求同组同学要对本组设计的提问进行补充，视各组团体成绩给最终成绩）。这样既锻炼了学生的表达能力，也有助于学生之间的团结互助，对不同课题组的同学之间的相互学习也起到了一定的促进作用。对于设计思路和效果比较好的小组，可以进一步深化设计体系，进而参加各级别的创新大赛。

4 结束语

在近几年的课程教学中，按人才培养的需求，对课程的理论与实践教学进行了改革与尝试，将知识传授、实践能力培养、综合素质教育融为一体，及时更新、补充教学内容并反映新的传感技术；改革教学手段，增强学生学习的主动性和能动性。学生对于“传感器原理及应用”这门课程的学习兴趣有了显著的提高，教学成果明显。课堂学习气氛较浓，考试成绩也较以往有显著提高，学生在对老师的评教中也给予了很好的肯定；学生创新意识、创新能力在不断提高。

参考文献：

[1]陈淑静，马天才.“传感器原理及应用”课程教学改革探讨[J].天中学刊，2011，26(5)：86-88.

[2]应蓓华，李林功，钟伟红.“传感器技术及应用”课程实践教学改革探讨[J].安徽电子信息职业技术学院学报，2011，4：64-66.

[3]张向文．《传感器原理及应用》课程教学改革的探讨[J].科教资讯，2007，3(27)：150-151.