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传感器在生产生活中的典型应用

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卖家[上传人]：mg****85

文档编号：36779672

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1、传感器在生产生活中的典型应用传感器在生产生活中的典型应用依稀记得以前看过这样一次电视节目。讲述的是关于番茄的大面积的收割和筛选。一台类似水稻收割机的大型番茄收割机将番茄连带茎叶一同收割。然后将茎叶与番茄分离并剔除。留下的番茄经过色选仪后，红色和青色番茄分离，未成熟的青色番茄则被丢弃，最后保留下红色番茄。而在该机械研发之前，在番茄的收获过程中,普遍采用的都是人工采摘,劳动强度大,生产效率比较低。即使是机械收获,由于番茄收获机械化程度比较低,并且无法分辨出番茄中存在大量的青番茄、土块等杂物,这样以来番茄的质量会降低,为农户带来了很大的经济损失。在番茄制品加工企业中,有专门的番茄分选车间,利用人工挑拣番茄中的青色番茄、土块等杂物,费工费力,且效率低下。据当时节目上的介绍，这种番茄色选机主要有输送系统、检测控制系统、驱动分选系统三部分组成。基于成熟番茄与青番茄及杂物的颜色差异，突破现有光电色选技术之不足，采用传感器和相应的识别技术来检测颜色差异信号，最后驱动气动弹射板将青番茄及杂物剔除，实现高密流环境下，番茄分选的自动化、智能化。当时，对于这些介绍也不是太懂，只是抱有一种

2、好奇，新鲜感的态度看的节目。觉得仪器就跟长了眼睛一样。这学期，学习了测试技术基础这门课程，了解了一些传感器的种类和基本原理。回想起这个番茄的色选，觉得应该是用了CCD的固态图像传感器。固态图像传感器是一种小型固态集成元件，它的核心部分是电荷耦合器件（CCD）。CCD是由阵列式排列在衬底上的金属-氧化物-硅电容器组成，具有光生电荷、积蓄和转移电荷的功能，是一种新型光电元件。由于每个单元电容排列整齐，尺寸和位置精准，因此具有位置测量功能，能够实现图像信息处理。为了验证自己的猜想，通过查阅相关资料，了解到了该机械的工作原理。机械收割后的番茄被剔除茎叶后，进入一定长度的无损传送带,并被配送到各个分选通道中,经过与传送带一段时间的相对运动后,自动整理,在各通道呈稳定姿态进入CCD感光元件的检测范围。CCD 感光元件得到信号以后经过模数转换器进入基于FPGA的检测系统,对于检测到的信号进行采集、处理,并且传送到单片机控制系统。根据检测到的颜色与事先标定好的红番茄颜色信号进行对比,控制系统准确延时,待该目标质心刚好到达弹射板中心位置时,驱动弹射板将其弹出,将不符合条件的番

3、茄剔除出去,完成一次色选。 CCD 除了在农业生产上有应用，在钢材生产线上也有广泛的应用。钢材的自动测量是用来自动扫描钢材的各种物理特性，并将各种物理数据和图像输到计算机，进行后续分析和查询。CCD 传感器在得到数据后经过对信号的调理，输入到 A/D 转化器，为了提高对 CCD 的数据采集速度，减少转换时间，需采用高速 A /D 转换器，使其能与 DSP 进行高速数据交换。为解决 DSP 与 A /D 速度的协调问题，通过 F IFO 对数据进行过渡和缓冲。F IFO 存储器是一个有两个端口(输入输出口)并按先进先出的顺序来暂时存放数据的存储器，由于向 F IFO 写入数据的时间远于 A /D 的转换时间，所以采集速度取决于 A /D 的转换速度。为了进一步提高整个测量系统的速度,整个电路的时序由 CPLD 来精确控制,保证系统时序的协调性, CCD 的驱动信号、积分时间控制、地址译码、A /D 变换控制、数据缓存及数据采集等逻辑功能集成在 CPLD 中，使整个电路结构简单, 驱动可靠。由于生产环境的要求，在钢材的测量中，必须使用非接触式测量，因此 CCD 传感器会与

4、钢材有一定的距离间隔，这里假设 CCD 传感器在被测物体正上方与被测物体平行，通过 CCD 拍照后，将得到一张钢材的图像，在这张图像上钢材的灰度值和周围环境的灰度值是不同的，且钢材不同地方的灰度值大致是相等的，通过计算机的处理，我们将得到钢材灰度的范围，也就是可以得到在那些像素上具有相同的灰度值，这样就可以知道在得到的这张图片上被测物体的长度和宽度。由于已经知道 CCD 传感器与被测物体的距离，通过比例计算便可以得到被测钢材的实际长度和宽度。除了测量钢板的长度和宽度，CCD 传感器也能够很方便的测量出物体的速度与加速度。其原理是进行多次拍照，通过位移量和时间来计算速度。由于考虑到钢材在不同位置，CCD 拍到图像的角度不同，在计算中会造成一定误差，因此要设计两个拍摄角度对称的地方。这样在中心线以前，钢材比实际速度慢，在中心线以后速度比实际速度快。刚好可以相互抵消，减小误差。因此，可以在传送带的两个特定的地方安放两个红外传感器，当钢材经过时将会发送脉冲信号给 CCD 传感器，传感器接受到信号后在进行拍照。对于钢材的温度，CCD 传感器同样可以测量，然而由 CCD 传感器的工作原理可以知道，CCD 传感器并不能直接分辨物体的颜色，而是通过加滤光片。 CCD 直接测量的是物体的灰度。因此可以得到，物体的光强度越高，CCD 接受到的灰度值越高。在 CCD 传感器前面加装一个红色滤光片，这样将可以测得红色光线的强度。如果 CCD 的灰度值越高，说明红外线越强烈，反应到物体上的物理特性是温度越高，因此，通过这个手段我们测得灰度值就可以间接的测得物体的表面温度。使用这种温度测量的好处是可以避免传感器与被测物体的接触，再就是通过 CCD 传感器可以扩大温度的测量范围，是可测温度的最大值增大。传感器在生产生活中的应用已经很广泛了，CCD 传感器只是冰山一角，还有很多需要我们去研究，去发展。从现在开始，对于传感器的知识打好基础，这会对以后我们的研究和应用有很大的帮助。

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