可以使簡單的獨立電子電路重復閃光或播放音符。

但為了使電子電路或系統(tǒng)執(zhí)行任何有用的任務(wù)或功能，它需要無論是通過從“ON / OFF”開關(guān)讀取輸入信號還是通過激活某種形式的輸出設(shè)備來照亮單個燈光，能夠與“真實世界”進行通信。

單詞，電子系統(tǒng)或電路必須能夠或能夠“做”某些事情，傳感器和傳感器是完成此任務(wù)的完美組件。

“傳感器”一詞是用于傳感器的集合術(shù)語，可用于感測各種不同的能量形式，如運動，電信號，輻射能，熱能或磁能等，以及執(zhí)行器可用于切換電壓或電流。

有許多不同類型的傳感器和傳感器，包括模擬和數(shù)字以及輸入和輸出可供選擇。所使用的輸入或輸出傳感器的類型實際上取決于信號或過程的類型是“感應(yīng)”還是“受控”，但我們可以將傳感器和傳感器定義為將一個物理量轉(zhuǎn)換為另一個物理量的設(shè)備。

執(zhí)行“輸入”功能的設(shè)備通常被稱為傳感器，因為它們“感知”某些特性的物理變化，這些變化響應(yīng)于某些激勵而變化，例如熱或力并將其轉(zhuǎn)化為電信號。執(zhí)行“輸出”功能的設(shè)備通常稱為執(zhí)行器，用于控制某些外部設(shè)備，例如移動或聲音。

電氣傳感器用于將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量，例如，麥克風（輸入設(shè)備）將聲波轉(zhuǎn)換為電信號以供放大器放大（處理），并且揚聲器（輸出設(shè)備）轉(zhuǎn)換這些電能信號反饋回聲波，下面給出了這種簡單輸入/輸出（I / O）系統(tǒng)的一個例子。

使用聲音傳感器的簡單輸入/輸出系統(tǒng)

市場上有許多不同類型的傳感器和傳感器，選擇使用哪種傳感器和傳感器實際上取決于被測量的數(shù)量或控制，使用下表中給出的更常見的類型：

常用傳感器和傳感器

輸入型傳感器或傳感器，產(chǎn)生一個電壓或信號輸出響應(yīng)與它們測量的量（刺激）的變化成比例。輸出信號的類型或數(shù)量取決于所使用的傳感器的類型。但一般來說，所有類型的傳感器都可分為兩類，無源傳感器或有源傳感器。

通常，有源傳感器需要外接電源供電操作，稱為激勵信號，傳感器用它來產(chǎn)生輸出信號。有源傳感器是自發(fā)電設(shè)備，因為它們自身的特性響應(yīng)于外部效應(yīng)而改變，例如產(chǎn)生1到10v DC的輸出電壓或諸如4到20mA DC的輸出電流。有源傳感器還可以產(chǎn)生信號放大。

有源傳感器的一個很好的例子是LVDT傳感器或應(yīng)變計。應(yīng)變計是壓力敏感的電阻橋網(wǎng)絡(luò)，它是外部偏置的（激勵信號），其方式是產(chǎn)生與施加到傳感器的力和/或應(yīng)變量成比例的輸出電壓。

與有源傳感器不同，無源傳感器不需要任何額外的電源或激勵電壓。相反，無源傳感器響應(yīng)于一些外部刺激而產(chǎn)生輸出信號。例如，熱電偶在受熱時會產(chǎn)生自己的電壓輸出。然后，無源傳感器是直接傳感器，可以改變它們的物理特性，例如電阻，電容或電感等。

但是除了模擬傳感器，數(shù)字傳感器產(chǎn)生一個代表a的離散輸出二進制數(shù)或數(shù)字，例如邏輯電平“0”或邏輯電平“1”。

模擬和數(shù)字傳感器

模擬傳感器

模擬傳感器產(chǎn)生連續(xù)的輸出信號或電壓，該信號或電壓通常與被測量的量成比例。溫度，速度，壓力，位移，應(yīng)變等物理量都是模擬量，因為它們往往是連續(xù)的。例如，液體的溫度可以使用溫度計或熱電偶測量，當液體被加熱或冷卻時，溫度計或熱電偶會持續(xù)響應(yīng)溫度變化。

用于產(chǎn)生模擬信號的熱電偶

模擬傳感器傾向于產(chǎn)生隨時間平滑且連續(xù)變化的輸出信號。這些信號的值從幾微伏（uV）到幾毫伏（mV）非常小，因此需要某種形式的放大。

然后測量模擬信號的電路通常具有響應(yīng)慢和/或精度低。通過使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器或ADC，模擬信號也可以很容易地轉(zhuǎn)換成數(shù)字型信號，用于微控制器系統(tǒng)。

數(shù)字傳感器

顧名思義，數(shù)字傳感器產(chǎn)生離散的數(shù)字輸出信號或電壓，它們是被測量的數(shù)字表示。數(shù)字傳感器產(chǎn)生邏輯“1”或邏輯“0”（“ON”或“OFF”）形式的二進制輸出信號。這意味著數(shù)字信號僅產(chǎn)生離散（非連續(xù)）值，其可以作為單個“位”（串行傳輸）輸出，或者通過組合這些位以產(chǎn)生單個“字節(jié)”輸出（并行傳輸）。 / p>

用于產(chǎn)生數(shù)字信號的光傳感器

在上面的簡單示例中，通過使用數(shù)字LED /光電檢測器傳感器測量旋轉(zhuǎn)軸的速度。固定在旋轉(zhuǎn)軸上的圓盤（例如，來自電動機或機器人輪）在其設(shè)計中具有許多透明槽。當光盤以軸的速度旋轉(zhuǎn)時，每個插槽依次通過傳感器產(chǎn)生表示邏輯“1”或邏輯“0”電平的輸出脈沖。

這些脈沖被發(fā)送到寄存器計數(shù)器，最后到輸出顯示器，以顯示軸的速度或轉(zhuǎn)速。通過增加盤內(nèi)的槽或“窗口”的數(shù)量，可以為軸的每次旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生更多的輸出脈沖。這樣做的優(yōu)點是可以檢測到更高的分辨率和精度，因為可以檢測到轉(zhuǎn)數(shù)的分數(shù)。然后，這種類型的傳感器裝置也可用于位置控制，其中一個盤槽代表參考位置。

與模擬信號相比，數(shù)字信號或數(shù)量具有非常高的精度，可以以非常高的時鐘速度進行測量和“采樣”。數(shù)字信號的精度與用于表示測量量的位數(shù)成比例。例如，使用8位處理器，將產(chǎn)生0.390％的精度（256份中的1份）。使用16位處理器時，精度為0.0015％（1個65,536）或260倍精度。由于數(shù)字量的操作和處理速度非常快，比模擬信號快數(shù)百萬倍，因此可以保持這種精度。

在大多數(shù)情況下，傳感器和更具體的模擬傳感器通常需要外部電源和某種形式的信號的附加放大或濾波，以產(chǎn)生能夠被測量或使用的合適的電信號。在單個電路中實現(xiàn)放大和濾波的一種非常好的方法是使用如前所述的運算放大器。

傳感器的信號調(diào)理

正如我們在運算放大器教程中看到的那樣，當以反相或非反相配置連接時，運算放大器可用于提供信號放大。

傳感器產(chǎn)生的非常小的模擬信號電壓，如幾毫伏甚至微微電壓通過簡單的運算放大器電路可以將電壓放大多倍，產(chǎn)生更大的電壓信號，例如5v或5mA，然后可以用作微處理器或基于模擬到數(shù)字的系統(tǒng)的輸入信號。

因此，為了提供任何有用的信號，傳感器輸出信號必須用放大器放大，放大器的電壓增益高達10,000，電流增益高達1,000,000，信號放大與輸出信號呈線性關(guān)系輸入的精確再現(xiàn)，只是改變了de。

然后放大是信號調(diào)節(jié)的一部分。因此，在使用模擬傳感器時，在使用信號之前，通常需要某種形式的放大（增益），阻抗匹配，輸入和輸出之間的隔離或者可能需要濾波（頻率選擇），這可以通過操作方便地執(zhí)行放大器。

此外，當測量非常小的物理變化時，傳感器的輸出信號會被不需要的信號或電壓“污染”，從而無法正確測量所需的實際信號。這些不需要的信號稱為“噪聲”。通過使用我們在有源濾波器教程中討論的信號調(diào)理或濾波技術(shù)，可以大大減少甚至消除噪聲或干擾。

使用低通，或者a高通或甚至帶通濾波器可以減少噪聲的“帶寬”，只留下所需的輸出信號。例如，來自開關(guān)，鍵盤或手動控制的許多類型的輸入不能快速改變狀態(tài)，因此可以使用低通濾波器。當干擾處于特定頻率時，例如電源頻率，窄帶抑制或Notch濾波器可用于產(chǎn)生頻率選擇濾波器。

典型運算放大器濾波器

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過濾后仍有一些隨機噪音仍然存在，可能需要取幾個樣本，然后將它們平均給出最終值因此增加了信噪比。無論哪種方式，放大和濾波在“現(xiàn)實世界”條件下將傳感器和傳感器連接到微處理器和基于電子設(shè)備的系統(tǒng)中起著重要作用。

在下一個關(guān)于傳感器的教程中，我們將研究位置傳感器它測量物理對象的位置和/或位移，這意味著從一個位置到另一個位置的特定距離或角度的移動。