傳感器是一種可以感知被測(cè)量的信息，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)或其他形式的信號(hào)輸出的器件。 傳感器往往把其它非電量轉(zhuǎn)化為電磁參量，然后通過電磁計(jì)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。本文首先對(duì)電磁計(jì)量技術(shù)進(jìn)行了概述，然后 介紹了傳感器測(cè)量系統(tǒng)及其與電磁計(jì)量技術(shù)的關(guān)系，接著以智能手機(jī)為例闡述了傳感器測(cè)量系統(tǒng)的組成，最后通過壓力傳 感器和電子秤系統(tǒng)闡述了電磁計(jì)量技術(shù)在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用。

傳感器是工業(yè)電子和電氣控制系統(tǒng)的“眼睛”， 它能采集系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)’經(jīng)計(jì)算機(jī)或單片機(jī)等 主控單元處理后，完成系統(tǒng)的預(yù)定任務(wù)。隨著科技的發(fā) 展，傳感器技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例 如在各大中小企業(yè)的設(shè)備控制系統(tǒng)、自動(dòng)化生產(chǎn)線等， 傳感器的身影無處不在。電子電氣系統(tǒng)復(fù)雜度的提高對(duì) 傳感器的性能和功能提出了更高要求，而單個(gè)傳感器是 很難滿足要求的，因此傳感器測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。傳感 器的主要功能是將一些溫度、壓力、速度、位移等不易 直接測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為易于測(cè)量的電磁參量，而電磁 參量的測(cè)量可以通過電磁計(jì)量技術(shù)來完成。因此，電磁 計(jì)量技術(shù)在傳感器測(cè)量系統(tǒng)中具有十分重要的作用。

1.電磁計(jì)量技術(shù)概述

電磁計(jì)量是指根據(jù)國家的法定計(jì)量檢定系統(tǒng)，在 各種電磁計(jì)量器具的輔助下，對(duì)自然電磁現(xiàn)象或電氣設(shè) 備的電磁參數(shù)進(jìn)行定量分析的過程。電磁計(jì)量按原理可 大致分為電學(xué)計(jì)量和磁學(xué)計(jì)量兩大組成部分，其計(jì)量參 數(shù)既包括電壓、電流、功率、電能、電阻、電容、電感、 電阻率和介質(zhì)損耗角等電參數(shù)，也包括磁通、磁通密度、 磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度、磁導(dǎo)率、鐵損等磁參數(shù)。根據(jù) 取得測(cè)量結(jié)果的方式，電磁計(jì)量可分為直接測(cè)量、間接 測(cè)量和組合測(cè)量；根據(jù)計(jì)量儀器的不同，又可分為直讀 測(cè)量和比較測(cè)量兩種方式。電磁計(jì)量在現(xiàn)有的眾多計(jì)量 技術(shù)中占據(jù)著極其重要的地位，是十大計(jì)量方式之一， 在各領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。

電磁計(jì)量技術(shù)與電磁理論密切相關(guān)，電磁理論和 電磁技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著電磁計(jì)量技術(shù)的提高，而電磁計(jì) 量技術(shù)的進(jìn)步又促進(jìn)了電磁理論和電磁技術(shù)的發(fā)展。

2.傳感器測(cè)量系統(tǒng)

電磁計(jì)量方式所具有的操作簡捷、自動(dòng)化程度高、 適于遙測(cè)等特點(diǎn)是其它計(jì)量方式所無法比擬的，因此很 多其他需要計(jì)量的物理量都會(huì)優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)化為電磁形式 的信號(hào)進(jìn)行計(jì)量。例如在測(cè)量濕度、溫度、振動(dòng)、位移 等物理量時(shí)，往往會(huì)先轉(zhuǎn)化成易于測(cè)量的電壓或電流信 號(hào)，然后再通過對(duì)電壓或電流信號(hào)的測(cè)量，即可換算得 到被測(cè)物理量。而這個(gè)物理量的轉(zhuǎn)化過程，則是依靠各 種傳感器來完成的。

傳感器是一種常用的檢測(cè)元件，它可以感知被測(cè) 量的信息，并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的電信號(hào)或 其他形式的信號(hào)作為輸出，以達(dá)到方便信息傳輸、處理、 存儲(chǔ)和顯示的要求。根據(jù)其工作原理，可將傳感器分為 振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、 真空度傳感器和生物傳感器等類型；根據(jù)其信號(hào)的輸出 方式，可將傳感器分為模擬傳感器、數(shù)字傳感器、數(shù)字 傳感器和開關(guān)傳感器等類型。一般來說，一個(gè)單體傳感 器可以完成一種物理量的測(cè)量。

隨著科技的發(fā)展，需測(cè)量的物理量往往多而復(fù)雜， 單體傳感器已無法滿足工業(yè)測(cè)量要求，這時(shí)就需要把多 種傳感器與多臺(tái)顯示儀表按一定的邏輯組合起來，構(gòu)成 一個(gè)功能完整、可完成復(fù)雜測(cè)量任務(wù)的傳感器測(cè)量系統(tǒng)。 典型的傳感器測(cè)量系統(tǒng)由傳感器、測(cè)量儀表、變換裝置、 信號(hào)處理電路等單元組成，是單體傳感器技術(shù)發(fā)展到一 定階段的必然產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路 和信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，檢測(cè)系統(tǒng)的概念也在不 斷被更新。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，各種過程參數(shù)的測(cè) 量都是在程序的控制下自動(dòng)進(jìn)行的，不需要太多的人工 干預(yù)。

3.傳感器測(cè)量系統(tǒng)中的電磁計(jì)量

本文以智能手機(jī)為例，介紹各類傳感器是如何組 成一個(gè)龐大的測(cè)量系統(tǒng)，并通過電磁參數(shù)的計(jì)量而完成 復(fù)雜任務(wù)的。

(1)光線傳感器由光敏三極管組成，當(dāng)外界光線照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電流從而感知環(huán)境光亮度。

(2 )距離傳感器由LED發(fā)出紅外光并被前方物 體反射，再經(jīng)紅外探測(cè)器接收并計(jì)算其強(qiáng)度，從而測(cè)得距離。

（3）重力傳感器是利用壓電效應(yīng)來工作的，通過 兩個(gè)正交方向壓電片產(chǎn)生的電壓大小來求得水平方向。

（4）磁場傳感器采用各向異性的磁致電阻材料制 作，當(dāng)外界磁場發(fā)生微小的變化時(shí)，自身電阻會(huì)發(fā)生相 應(yīng)的變化，通過測(cè)量電阻兩端的電壓即可計(jì)算出方向。

(5 )指紋傳感器的傳統(tǒng)方法是采用電容式識(shí)別方 式，根據(jù)電容原理，以用戶手指作為電容的其中一極， 手機(jī)內(nèi)的硅晶片陣列作為電容的另一極，人體所帶的微 電場與電容之間會(huì)產(chǎn)生微電流，由于指紋波峰波谷的存 在，使硅晶片上形成電容差，進(jìn)而復(fù)現(xiàn)指紋圖像。

（6）霍爾感應(yīng)器利用了霍爾磁電效應(yīng)，當(dāng)磁場中 的導(dǎo)體流過電流時(shí)，導(dǎo)體中的電子將受到一個(gè)垂直于電 子運(yùn)動(dòng)方向的力，使導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電勢(shì)差。

（7）氣壓傳感器常常采用變阻式設(shè)計(jì)，制造時(shí)把 薄膜和變阻器安裝在一起，大氣氣壓的改變會(huì)使電阻發(fā) 生相應(yīng)變化，通過對(duì)電阻上的電流或電壓測(cè)量，即可得 到氣壓值。

在上述的智能手機(jī)傳感器測(cè)量系統(tǒng)中，傳感器的 任務(wù)都是把待測(cè)物理量轉(zhuǎn)化為電壓、電流、光強(qiáng)、電阻、 電容等電磁參量來測(cè)量，對(duì)手機(jī)的檢測(cè)與驗(yàn)收時(shí)同樣是 以電磁參量的形式進(jìn)行計(jì)量，這充分說明了電磁計(jì)量技 術(shù)在傳感器系統(tǒng)中的關(guān)鍵地位。

4.應(yīng)用實(shí)例分析

壓力傳感器是一種典型的利用電磁計(jì)量技術(shù)進(jìn)行 測(cè)量的傳感器，它能夠把重力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后由數(shù) 字儀表或機(jī)械儀表顯示可讀的壓力值。反過來，由數(shù)顯 控制單元產(chǎn)生電信號(hào)，以此控制電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)來改變壓 力的施加強(qiáng)度。

DPI—I型遠(yuǎn)程數(shù)顯壓力計(jì)是一種有著遠(yuǎn)程信號(hào)傳 輸能力的壓力計(jì)量儀表，其內(nèi)部配置了JCYX系列高 精度、高性能壓力傳感器，采用了最先進(jìn)的精密溫度線 性補(bǔ)償技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)壓力的 精確測(cè)量并以直觀的數(shù)字形式顯示給用戶，同時(shí)還能輸 出4 ~ 20mA或0 ~ 10mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，用于電氣 執(zhí)行單元的控制信號(hào)。DPI—I型遠(yuǎn)程數(shù)顯壓力計(jì)與電 流表相連可以直接判斷其準(zhǔn)確度，當(dāng)儀表在正常使用過 程中，若被測(cè)介質(zhì)不受任何壓力，則數(shù)顯窗口讀數(shù)應(yīng)為 4-000.0kPa，電流表的讀數(shù)應(yīng)為4mA。如果實(shí)際讀數(shù) 有偏差，可以通過其后面板的“ZO”電位器進(jìn)行零點(diǎn) 校正。完成零點(diǎn)校正才能對(duì)介質(zhì)施加壓力開始測(cè)量，當(dāng) 壓力值上升到額定值時(shí)，電流表的讀數(shù)應(yīng)顯示20mA。 如果實(shí)際讀數(shù)有偏差，可以通過其后面板的“FS”電位器進(jìn)行零點(diǎn)校正。

值得一提的是，“ZO”和“FS”雖然具備調(diào)零的能力， 但其調(diào)節(jié)能力是有限的。在零位和滿量程位都經(jīng)過校準(zhǔn) 的情況下，其余中間點(diǎn)的壓力值將比較嚴(yán)格地遵守線性 關(guān)系，從而達(dá)到測(cè)量的目的。當(dāng)校準(zhǔn)前電流表讀數(shù)與標(biāo) 準(zhǔn)值偏差過大，則可判定該儀表已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重故障’ 無法再通過簡單校準(zhǔn)來保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

SCS-100型大型電子秤就是以壓力傳感器為核心 單元的壓力測(cè)量系統(tǒng)。其基本功能單元包括：運(yùn)算放大 電路，A / D轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)主控單元、外圍輔助 電路和操作面板。其中顯示電路、打印電路和串型通訊 電路的額定輸入電壓為-30 ~ 30mA。該電子秤配置了 一個(gè)XK3190和一個(gè)D9型稱重專用顯示屏。為了判定 該儀器是否合格，可以在顯示器的信號(hào)輸入端串接毫 伏表，并且要求毫伏表的分辨率不低于l^V，測(cè)量結(jié) 果顯示毫伏讀數(shù)與電子秤重量讀數(shù)呈現(xiàn)出明顯的線性關(guān) 系，這就可以得出電子秤合格的最終結(jié)論。這充分說明， 采用電磁測(cè)量儀表對(duì)電子設(shè)備的電參量進(jìn)行測(cè)量，并對(duì) 測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以非常方便而精確地判定待測(cè)設(shè) 備是否符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

5.結(jié)語

目前，傳感器正朝著微型化、集成化、數(shù)字化、 智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，具備了更強(qiáng)的信 息處理能力，其性能也在不斷提升當(dāng)中，為系統(tǒng)的檢測(cè) 帶來了很大的方便。因此，傳感器技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步 帶動(dòng)電磁計(jì)量技術(shù)的發(fā)展，電磁計(jì)量技術(shù)的進(jìn)步又將促 進(jìn)傳感器技術(shù)的提高。