传感器实习报告总结

传感器实习报告总结（精选14篇）。

■ 传感器实习报告总结 ■

指纹识别技术是新近发展起来的一项高新技术。指纹识别是利用人体指纹的唯一性与不变性生理特征，将指纹作为人的一种“活的身份证”或一个随身携带的特殊印章来进行身份识别的一种技术。MBF200是富士通公司推出的一款固态指纹传感器芯片，该芯片具有自动指纹检测功能，可支持多种接口模式，设计方便。本文详细介绍了MBF200的特性，给出了其在USB总线接口模式下的电路实现方法，以及读取所采集数据的软件流程。该设计可用于便携式指纹数据采集系统、智能卡系统、数据库、网络和当地存储的安全进入系统，以及其它安全访问控制系统。

MBF200具有高性能、低功耗和低成本等特点，属于电容性传感器。其电容性传感器阵列由二维金属电极组成，所有金属电极充当一个电容板，接触的手指充当第二个电容板，器件表面的钝化层作为两板的绝缘层。当手指触摸传感器表面时，指纹的高低不平就会在传感器阵列上产生变化的电容，从而引起二维阵列上电压的变化，并形成指纹传感图像。其主要特点有：

●是采用标准COMS技术的电容性固态器件；

●具有500dpi的分辨率；

●传感器面积为1.28cm×1.50cm；

●传感器阵列为256×300点；

●具有自动指纹检测能力；

●内含8位模数转换器；

●可提供三种总线接口形式；

●带有8位微处理器总线接口；

●带有全速USB接口和SPI接口；

●可提供3.3V～5V的'工作电压；

●5V工作电压下的功耗小于70mW。

MBF200的内部结构如图1所示。其中256×300点传感阵列用于产生感应电压；功能寄存器用于对芯片进行操作控制；控制电路用于传感器与外部接口电路的控制，主要负责数据的读出与写入；地址索引寄存器与数据寄存器分别用于对功能寄存器的地址选择及数据的读写；采样保持及AD转换电路用于对传感阵列所产生的电压进行采样。另外，多频振荡电路用于为芯片提供时钟信号。

MBF200是可编程的传感器芯片，它所具有的强大功能是通过内部寄存器设置完成的。表1所列是这些功能寄存器的地址和功能。在对这些寄存器进行操作时，先向地址寄存器内写入所要访问寄存器的地址，然后读写数据寄存器即可。

由于列地址最大为256，所以，MBF200只有一个列开始寄存器CAL和一个列结束寄存器CEL。另外，THR用于在自动检测指纹时设置门限电压。PGC用于在A/D转换时设置放大器的增益。

MBF200的传感器阵列由256列300行的传感器单元组成。每一列有两个采样保持电路，每次捕获一行指纹图像数据。行捕获分为两个阶段，第一阶段，将电容板的被选行充电到3.3V或5V，在充电的同时，一个内部信号使能一个采样保持电路以采样被选行的电容单元电压；第二阶段是传感器板放电阶段，放电快慢由放电电流寄存器决定。放电阶段结束后，可由一个内部信号使能另一个采样保持电路去采样电容单元的最后电压，充电电压与放电电压之差就是所要测量的有用传感信号电压。行捕获结束之后，接着对该信号进行数字化，从而完成一次采样。实际上，该芯片的灵敏度是由放电电流和放电时间寄存器来调节的。

MBF200支持三种接口形式和四种操作模式，这四种操作模式相互独立，不能同时工作。其功能如表2所列。

在微处理器接口模式中，可将MFB200与51系列8位单片机相连，且其接口形式非常简单。需要说明的是，在该芯片中，地址选择与数据写入是分两步完成的，先通过A0置0来写地址索引寄存器，然后再对A0置1来读写对应地址的数据寄存器。其操作真值表如表3所列。SPI是工业标准的同步串行接口，它允许8位数据同时、同步地被发送和接收，而且只用到如下信号：SCLK、SCS、MOSI、MISO、EXINT。可将系统配置为SPI主操作（Master）与从操作（Slave），其接口形式与一般的串行外围接口方式一致，故此不再赘述。

USB接口有两种模式：一种是用芯片内部的ROM来存储设备信息，一种是用外部串行ROM来存储设备信息。

由于USB总线接口具有即插即用特性，而且目前应用比较广泛，所以本文设计了MBF200在USB模式下的接口电路（如图2所示）。其中MODE分别置为1、0，采用12MHz晶振，AIN用于模拟信号输入方式选择，ISET用于设置内部参考电流，FSET用于设置内部多频振荡器及自动指纹检测速率。需要注意的是，在USB模式中，为芯片提供的电压必需在3.3V～3.6V之间，由于该芯片的低功耗特点，所以在设计中可以使用USB总线电源来满足系统设计要求。

USB接口使用三个端点：其中端点0是控制端点，用来控制对功能寄存器的读写；端点1是读端点，用来读取经过AD转换后的指纹图像数据，它是以块方式进行读取的，每次64个字节；端点是2是中断端点，当ISR(Interrupt Status Register)被置位时，由它向端点2发送中断信号。

该传感器有多种接口方式及多种图像获取形式，这些都是通过内部功能寄存器的设置来完成的。

首先要对传感器进行初始化：主要是启动内部ADC并对特殊功能寄存器CTRLB的第2位置位，以确定ADC后的地址是否自动增加，同时设置芯片时钟源并使能传感器。其流程如图3所示。

其次是调整参数，其流程如图4所示，其中DTR是放电时间寄存器，DCR则是用来设置放电电流速率的寄存器，PGC是可编程增益控制寄存器，主要用来设置放大器的增益。

最后就是获取指纹图像数据，在该传感器芯片中，共有三种指纹图像数据获取方式，分别为：

（1）获取子图（GETSUB）方式。在CPU和SPI接口模式中，子图的大小可以从任意位置开始设置，甚至可以从一个像素点到整幅图像；在USB接口模式中，子图列的开始必须是64的倍数。

（2）获取整幅图像（GETIMG）方式是把数据采集方式初始化为从行0列0到行299列255，以获取整幅图像数据。

（3）获取行数据（GETROW）方式主要捕获特定的几行数据。

MBF200芯片内部提供有6个寄存器，可用来设置图像数据捕获的位置。其中RAL是行地址低位，RAH是行地址高位，CAL是列地址，REL是行末地址低位，REH是行末地址高位，CEL是列末地址。

在USB接口方式下获取整幅指纹图像数据的流程如图5所示。在USB模式中，数据是以块为单位进行传输的，每块数据大小必须为64字节。

其它两种接口方式的指纹图像数据获取流程基本相似，只是没有数据块的限制，它们可以读取任意字节的指纹数据。

随着信息技术的发展，计算机安全技术和身份认证技术对于人们的工作与生活来说越来越重要。生物特征识别技术为信息社会日益迫切的安全需求提供了一个较好的解决方案。文中基于MBF200的指纹传感器具有自动指纹检测功能，可支持多种接口模式，而且设计方便，故将得到广泛的应用，具有一定的实用价值。

■ 传感器实习报告总结 ■

矿用风速传感器用于检测煤矿井下各坑道、风口、主风扇等处的风速。在煤炭开采的过程中，总有瓦斯涌出。为稀释矿井空气中的瓦斯，需不断地向井下输送新鲜空气。风量是通风系统的重要参数之一。因此，对矿井风速的监测是矿井监控的主要内容之一。

安装：风速传感器可安装在主要测风站和进回风巷等地。安装地应在距顶板较好无明显淋水，不妨碍运输和行人安全的地方，传感头指向应与风流方向一致。安装前应首先测量通道平均风速，任选一点安装，遥控器对准传感器按动上、下键，使就地显示为平均风速即可。注意：传感器安装一定要牢固，不得摆动，传感器测风面一定要垂直风流方向。

（1）按传感器用途可分为环境参数传感器与生产参数传感器。

（2）按供电方式可分为自带电源式传感器与外接电源式传感器两种。

（3）按其输出信号形式可分为模拟量、开关量、累计脉冲量等。模拟信号应符合下列信号制式：电流模拟信号为1～5mA或4～20mA，频率模拟信号为200～1000Hz或5～15Hz。

（4）按作用原理不同可分为：机械翼式风速传感器、电子翼式风速传感器、热效应式风速传感器超声波风速传感器。

（5）按风速的测量范围可分为高速风速传感器（V>10m/s）、中速风速传感器（V=0.5m/s～10m/s）、低速风速传感器(V =0.3m/s～0.5m/s)

测量井巷的风量一般要在测风站内进行，在没有测风站的巷道中测风时，要选一段巷道没有漏风、支架齐全、断面规整的直线段进行测风。

空气在井巷中流动时，由于受到内外摩擦的影响，风速在巷道断面内的分布是不均匀的I如图1-1所示。在巷道轴心部分风速最大，而靠近巷道周壁风速最小，通常所说的风速是指平均风速而言，故用风表测风必须测出平均风速。为了测得巷道断面上的平均风速，测风时可采用路线法，即将风表按图1-2所示的路线均匀移动测出断面上的风速；或者采用分格定点法，如图1-3所示，即将巷道断面分为若干方格，使风表在每格内停留相等的时问，进行移动测定，然后计算出平均风速。根据断面大小，常用的有9点法、

点法等。

测风时，根据测风员的站立姿势不同又分为迎面法和侧身法两种。

迎面法是测风员面向风流方向，手持风速传感器，将手臂向正前方伸直进行测风。此时因测风人员立于巷道中间，阻挡了风流前进，降低了风速传感器测得的风速。为了消除测风时人体对风流的影响，须将测算的真实风速乘以校正系数(1.14)才能得出实际风速。

侧身法是测风人员背向巷道壁站立，手持风速传感器，将手臂向风流垂直方向伸直，然后测风。用侧身法测风时，测风人员立于巷道内减少了通风断面，从而增大了风速，需对测风结果进行校正，其校正系数按下式计算：

式中 K―--测风校正系数，

S――测风站的断面积（m2），

0.4--- 测风人员阻挡风流的断面积（m2）。

(1) 风速传感器度盘一侧背向风流，即测风员能看到度盘；否则，风速传感器指针会发生倒转。

(2) 风速传感器不能距人体太近，否则会引起较大的误差。

(3) 风速传感器在测量路线上移动时，速度一定要均匀。在实际工作中，这点常不被重视，由此引起的误差是很大的。如果风速传感器在巷道中心部分停留的时间长，则测量结果较实际风速偏高；反之，测量结果较实际值偏低。

(4)叶轮式风速传感器一定要与风流方向垂直，在倾斜巷道测风时，更应注意。如表1-1传感器偏角对测量结果的影响。由表1-1可知偏角10°以内时所产生的误差可忽略

20 风表平均读数 141．O 140.5 139．O 137.5 132．O 误差/% O．35 1.42 2.50 6.50

(5) 在同一断面测风次数不应小于3，三次测量结果的最大误差不应超过5%。

(6)传感器的量程应和测定的风速相适应，否则将造成风速传感器损坏或量程不准确。

(7)为了减小测量误差，一般要求在1min时间内，使传感器从移动路线的起点到达终点。

(8)使用前还应注意传感器的校正有效期。

均速度。

均可测，能发展遥测。

热敏电阻式 成份的影响。

度高，风速测量范围大。 呈非线性，受湿度和气体热敏电阻和热球的测值风速过高不能测、风速过机械翼式大，构造复杂，量值偏大，体积和质量比速，不能自动遥测，不能

通过表中的比较，可以明显的看到，设计传感器最好的选择就是超声波风速传感器。不仅结构简单，性能稳定，不受风流影响而且精度高，测量范围大。

1.超声波旋涡式风速传感器具有如下特点(1)采用超声波涡街原理具有可动部件，可靠性高介质适应性强等特点。(2)红外线遥控调校，避免校正时干扰流场(3)采用新型单片微机和高集成数字化电路，电路结构简单，性能可靠，便于维修与调试(4)外壳采用全不锈钢材料-设计，增强了传感器的抗冲击和抗腐蚀能力

2.超声波旋涡式风速传感器具有如下优点：

（1）无可动部件，无机械磨损，性能稳定，使用寿命长；

（2）输出本身就是与风速成线性关系的脉冲频率信号，没有零点漂移，且敏感元件灵敏度变化不会直接影响输出，测量精度高；

（3）输出信号不受流体特性（温度、湿度、压力、成份、密度、粘度、矿尘等）影响；

矿用风速传感器是利用卡曼涡街原理和超声波旋涡式风速传感器工作原理下面分别介绍卡曼涡街效应和旋涡式风速传感器。

超声波旋涡式风速传感器是利用卡曼涡街效应设计的。在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图2-1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。

s-常数；圆柱形挡体的s值为0.21；

首先将风速转换成与风速成正比的旋涡频率，然后通过超声波将旋涡频率转换成超声波脉冲，后将超声波脉冲转换成电脉冲，从而测得风速。由于超声波旋涡式风速传感器具有寿命长，易维护，成本低等优点。因此，在矿井监控系统中获得了广泛应用。

我们知道，在流动的水中，垂直于流向插人一阻挡体，在阻挡体的下游会产生两列内旋的互相交替的旋涡。可以证明：在无限界流场中，垂直流向插入一根无限长非流线形阻挡体，阻挡体的下游将产生两列内旋、互相交替的旋涡，若对流速、阻挡体截面面积和形状作适当的限制，则旋涡频率与流速成正比：其旋涡的发生频率为 f，被测介质来流的平均速度为 V ，旋涡发生体迎面宽度为d ，交替产生的漩涡数通过压电元件检测出频率 f ，经电子线路检测后送给定时控制器、锁定寄存器进行运算处理给显示电

路进行显示。

2.1.2超声波旋涡式风速传感器工作原理：

如图2-2 所示。在风洞中设置确旋涡发生杆（即阻挡体），在阻挡体下方安装一对超声波发射器和接收器，当流动空气经过旋涡发生杆时，在其下方产生两列内旋相互交替的涡旋。由于旋涡对超声波的阻挡作用，超声波接收器将会收到强度随旋涡频率变化的超声波，即旋涡没有阻挡超声波时，接收到的超声波强度最大，旋涡正好阻挡超声波时，

接收到的超声波强度最小。超声波接收器将接收到的幅度变化的超声波转换成电信号，所经过放大、解调、整形等就可获得与风速成正比的脉冲频率。

当发生杆一定时，风速越大，形成的卡曼旋涡就越强，对超声波束调制度越大。当风速很低时，会形不成旋涡。为检测较低的风速，可以增大发生杆直径或提高超声波接收器的灵敏度。能产生旋涡的发生杆直径与风速关系如图

2-3 所示。

超声波发射与接收器的形状、截面尺寸、相对位置、坚固程度、发射与接收器偏移角度等都会影响灵敏度。超声波发射与接收器应设置在其轴线距发生杆的距离为发生杆直径6 倍的地方，以保证线性度。超声波的工作频率应为140～150kHz，即高于风速旋涡频率两个数量级，但不要过高，过高会造成超声波在空气中传播时的严重衰减。

矿用风速传感器主要由：电源电路，发射电路，接收电路，整形电路，频流转换，就地显示组成。超声波旋涡风速传感器是利用卡曼涡街对超声波调制原理来实现对风速的测量的。传感器输出1~5mA的直流模拟信号，其值对应0~15m/s的风速值。并有就地数字显示功能。可直读风速值。与KJ1型矿井环境监测系统配套使用时，可对煤矿井下的风速进行遥测。其测量范围0.4~15m/s。

1.电源电路：由三端固定集成稳压器W和由闸流管SCR、稳压管D4组成的保护电路构成。由电源箱供给21V450mA直流电源，经本电路稳压后输出12V直流电压作为传感器的工作电路，当W由于某种原因损坏，使输出电压大于13V时，稳压管D4被击穿，闸流管SCR导通电流经SCR流入地，从而实现就地保护。

2.发射电路：该电路由电感三点式振荡器（哈特莱电路）和乙类推挽功率放大器组成。振荡器产生141.5KHz的连续等幅正弦波，由变压器输入端，经功率放大后施加到发射换能器F上。发射电压约11V，发射功率约200mW。

发射换能器发出的超声波，经空气衰减后，被接收换能器接收，转换能量损失很大，接收换能器输出的信号很微弱，一般只有几毫伏，为了满足检波器的需要，实现大信号检波而采用了中频放大器专门对接收换能器输出的信号进行放大。中频放大器由两级LC选频放大器组成，放大器的中心频率为141.5KHz，频带宽度为3 KHz，电压放大倍数为600~800倍，输出电压有效值为1V，当输入端短路时输出端最大噪声电压不大于4mV。

检波器将中频放大器输出的调幅信号中的低频漩涡信号检出送给低频放大器，检波器输出电压幅值为5~10 mV，其值随风速增加而增大。

低频放大器采用8FC7型单电源运放构成两级放大器，每级放大约20倍，频率范围在20~1200Hz，当输入端短路时，输出端噪声电压不大于1 mV.

4.整形电路：由BG6、BG7两只硅晶体管构成，把低频放大器输出的近似正弦波信号转换成矩形波，完成波形变换，一路送给就地显示电路，另一路送给频率―电流转换电路。

5.频率―电流转换电路：由CMOS单稳态触发器IC4、单电源运算放大器IC5、场效应晶体管BG8和硅晶体管BG9构成。

单稳态触发器IC4输出脉冲TM由R42和C26确定，由施密特整形电路输入的矩形波信号，经单稳态电路再次整形后输出脉宽恒定幅值恒定的矩形脉冲，经R43、WD2、R41、R46、C27分压滤波后，输出0~1V直流电压信号，完成频率―电压转换。输出电压信号

可以由WD2在小范围内调整。

由IC5、BG8、BG9、构成恒流电路，WD为模拟负载电阻。WD5为采样电阻，IC5结成同相放大工作状态，恒流电路将0~1V直流电压信号转化成1~5mA直流电流信号，经长线输送至矿井监测系统、电源箱，从而完成频率―电流转换。

6.就地数字显示电路。由CMOS定时控制器IC6，十进制数字寄存译码器IC7、IC8、IC9和数码管等构成。

定时控制器IC6由晶体振荡器SZ和R56 、C30、C31构成晶体振荡器，产生32768Hz的振荡频率，经分频后，由IC6的12脚输出32Hz，占空比为50%的方波信号作为数码管的驱动信号。IC6 的2、3脚接入R54、R57构成施密特触发器，对输入的被测脉冲进行整形，被测信号由IC3的2脚输入。R55、C29决定单稳态触发器的单稳时间，其值应取得比最小输入信号周期小些，以免前一个单稳时间尚未结束，后一个输入信号又到来。

IC7、IC8、IC9 的锁定寄存器选通信号是由IC6 的15脚供给。它是由定时器的窄脉冲产生器产生的间隔周期为1s，脉宽脉冲为1.5x10-5 的负窄脉冲信号。IC7、IC8、IC9的清零信号由IC6的11脚供给。它是由定时控制器的窄脉冲产生器产生的间隔周期为1s，脉宽脉冲为1.5x10-5 的正窄脉冲信号。被测脉冲由IC6的10脚输出送给IC7的计数输入端6脚进行计数。当计数时间到1秒钟时，选通信号到来，给IC7 ~IC9锁定寄存器解锁，所测信号进入译码器，显示器将显示这1秒钟的测量值。选通脉冲后，液晶显示器保持测量值，同时清零信号对计数器清零。清零脉冲过后，计数器开始下一秒钟的计数。当计数又到1秒钟是，选通信号又到来，锁定寄存器又解锁，液晶显示器显示新的测量值。如此循环，显示器将不断地显示新的测量值，其显示周期为

电源电路的作用就是为发射电路，接收电路，整形电路，频流转换电路提供+12V电源，为就地显示电路提供+5V电源;由煤矿电源箱KDW6B提供+21V电压；为了得到+12V电压和+5V电压可以利用三端固定集成稳压器7812和稳压二极管。

三端固定输出集成稳压器通用产品有CW7800系列（正电源）和CW7900系列（负电源）。

由于输出电压决定于集成稳压器，故输出电压为12V，最大电流1.5A。为使电路正常工作，要求输入电压U1比输出电压U0至少大2.5～3V。输出电容C1用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可以抑制电源的高频脉冲干扰。一般取0.1～1uF。输出端电容C2、C3用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。V是保护二极管，用来防止输入端短路时输出电容C3所存储电荷通过稳压器放电而损坏器件。

稳压二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上,反向电阻降低到一个 很小的数值,在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定。

当电压过高时要进行断电保护，还要考虑自激振荡，故设计出图3-2。

C1、C2为电容，用于滤波；C1用以抵消输入端较长接线的电感效应，以防止自激振荡，还可以抑制电源的高频脉冲干扰，C2用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用。R1为限流电阻；D1、 D4为稳压管二极管；SCR为晶闸管；W为7812三端固定集成稳压器。

VCC输出电压经过C1滤波，W稳压输出12V电压经C2滤波提供给后续电路，D1稳压得到5V电源给显示电路供电;当W出现故障，输出电压高于13V时稳压管D4被击穿，晶闸管SCR导通，电流经D4和SCR流入地，从而实现保护。

振荡器的组成部分：放大器、正反馈电路和选频网络。放大器能对振荡器输入端所加的输入信号予以放大使输出信号保持恒定的数值。正反馈电路保证向振荡器输入端提供的反馈信号是相位相同的，只有这样才能使振荡维持下去。选频网络则只允许某个特定频率f0能通过，使振荡器产生单一频率的输出。

正弦波振荡器按照选频网络所用的元件可以分成 LC 振荡器、 RC 振荡器和石英晶体振荡器三种。石英晶体振荡器有很高的频率稳定度，只在要求很高的场合使用。在一般家用电器中，大量使用着各种 LC 振荡器和 RC振荡器。

振荡电路的作用：是一种能量转换装置――将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。其构成的电路叫振荡电路.（能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。）

振荡器能不能振荡起来并维持稳定的输出是由以下两个条件决定的；一个是反馈电压Uf 和输入电压 U i 要相等，这是振幅平衡条件。二是 Uf 和 Ui 必须相位相同，这是

相位平衡条件，也就是说必须保证是正反馈。一般情况下，振幅平衡条件往往容易做到，所以在判断一个振荡电路能否振荡，主要是看它的相位平衡条件是否成立。

电感三点式振荡电路的特点是：频率范围宽、容易起振，但输出含有较多高次调波，

1 L=L ＋ L ＋ 2M 。常用于产生几波形较差。它的振荡频率是：，其中12f0?2?LC十兆赫以下的正弦波信号。

LC振荡器的选频网络是LC谐振电路。它们的振荡频率都比较高，常见电路有 3 种。

（1）变压器反馈LC振荡电路（2）电容三点式振荡电路（3）电感三点式振荡电路 振荡电路中的放大器都是用的共发射极电路。共发射极接法的振荡器增益较高，容易起振。也可以把振荡电路中的放大器接成共基极电路形式。共基极接法的振荡器振荡频率比较高，而且频率稳定性好；故设计出由电感三点式振荡器（哈特莱电路）图3-3

电感三点式振荡电路的特点是：频率范围宽、容易起振，但输出含有较多高次调波，波形较差。常用于产生几十兆赫以下的正弦波信号。

电感线圈L1和L2是一个线圈，a点是中间抽头。如果设某个瞬间集电极电流减小，线圈上的瞬时极性如图所示，反馈到发射极性对地为正，图中三极管是共基极接法，所以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。晶体管的输入电压和反馈电压是同相的，满足相位平衡条件的，因此电路能起振。由于晶体管的 3 个极是分别接在电感的 3 个点上的，因此被称为电感三点式振荡电路。

ZJ1为滤波网络；R4、R5、R6组成分压式偏置电路；C4为交流旁路电容；C6为隔直电容；三极管BG1为振荡管； L1、L2和C5组成并联谐振网络。根据“大电容画为导线，小电容不变；大电感开路，小电感保持；电阻省略的原则”画出交流通路图3-4：

在正弦信号激励下，iB1、iB2、iC1、iC2均为半个正弦波，UCE1、UCE2为完整正弦波

0～T/2 ：T1导通，T2截止，产生上半个正弦波iC1 ，iC1通过RL ;

T/2～T : T1截止，T2导通，产生下半个正弦波iC2 ，iC2通过RL ;

在一个周期内在RL上合成一个完整的正弦波。

由LC振荡器产生145KHz正弦波，经过乙类推挽功率放大器放大后由发射换能器转换为超声波发射出去。

1.超声波发射接收头压电陶瓷超声波换能器,压电陶瓷超声波换能器体积小，灵敏度高、性能可靠、价格低廉，是遥控、遥测、报警等电子装置最理想的电子器件、用此换能器构成的超声波遥控开关，可使家电产品、电子玩具加速更新 换代，提高市场竞争能力。

温 度：-20℃~ + 60 ℃ 相对湿度：20 ± 5℃时达98%

两接线脚焊接时间不宜过长，以免器件内之焊点溶化脱焊及造成底座与接线脚之间松动,不宜与腐蚀性物质接触

由VT1、VT2组成正反馈回授振荡器。电路的振荡频率决定于反馈元件的T40-16，其谐振频率为40kHZ±2kHZ。频率稳定性好，不需作任何调整，并由T40-16作为换能器发出40kHZ的超声波信号。电感L1与电容C2调谐在40kHZ起作谐振作用。本电路适应电压较宽（3~12V），且频率不变。电感采用固定式，电感量5.1mH。整机工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。

单稳式超声波接收器电路原理图，超声波换能器R40-16谐振频率为40kHZ，经R40-16选频后，将40kHZ以外的干扰信号衰减，只有谐振于40kHZ的有用信号（发射机信号）送入VT1～VT3组成的高通放大器放大，经C5，VD1检出直流分量，控制VT4，VT5组成的电子开关带动继电器K工作。由于该电路仅作单路信号放大，当发射机每发射一次超声波信号时，接收机的继电器吸合一次（吸合时间同发射机发射信号时间相同），无记忆保持功能。可用作无线遥控摄象机快门控制、儿童玩具控制、窗帘控制等。电路中VT1的`β≥200，VT2的β≥150，其他元件自定。电路不需调试即可工作。如灵敏度和抗干扰不够，可检查三极管的β值与电容C4的容量是否偏差太大。经实测，配合相应的发射机，遥控距离可达8m以上。在室内因墙壁反射，故没有方向性。电路工作电压3V，静态电流小于 10mA。

发射换能器发出的超声波，经空气衰减后，被接收换能器接收，转换能量损失很大，接收换能器输出的信号很微弱，一般只有几毫伏，为了满足检波器的需要，实现大信号检波而采用了中频放大器专门对接收换能器输出的信号进行放大。中频放大器由两级LC选频放大器组成，放大器的中心频率为141.5KHz，频带宽度为3 KHz，电压放大倍数为600~800倍，输出电压有效值为1V，当输入端短路时输出端最大噪声电压不大于4mV。

中频放大器是由两级LC选频放大器组成，S为接收换能器；C8为隔直电容R11、R12为分压电阻，调节两者的比值，就可以获得BG4的基极正偏电压值。

R13、C9和R15、C11用来改善电路的温度稳定性。

检波电路的作用是从调幅波中取出低频信号。它的工作过程正好和调幅相反。检波过程也是一个频率变换过程，也要使用非线性元器件。常用的有二极管和三极管。另外为了取出低频有用信号，还必须使用滤波器滤除高频分量，所以检波电路通常包含非线性元器件和滤波器两部分。下面图3-10举二极管检波器为例说明它的工作。

图 3-10是一个二极管检波电路。 VD 是检波元件， C 和 R 是低通滤波器。当输入的已调波信号较大时，二极管 VD 是断续工作的。正半周时，二极管导通，对 C 充电；负半周和输入电压较小时，二极管截止， C 对 R 放电。在 R 两端得到的电压

包含的频率成分很多，经过电容 C 滤除了高频部分，再经过隔直流电容 C0 的隔直流作用，在输出端就可得到还原的低频信号。

检波电路：即二极管包络检波（3-11）。由二极管和RC低通滤波电路组成。二极管导通时，输入信号向C充电，截止时C向R放电，再输入信号作用下，二极管不断重复导通和截止，直到充放电达到平衡，输出信号跟踪了输入信号的包络。

检波器将中频放大器输出的调幅信号中的低频漩涡信号检出送给低频放大器，检波器输出电压幅值为5~10 mV，其值随风速增加而增大。

如图3-12所示为单电源低电压带通滤波电路。

该电路采用单电源运算放大器8FC7构成二阶带通滤波器，电源电压范围可从3V到30V。在决定各元件数值时，首先确定带通滤波器的中心频率f0，再按下表选用合适

的电容C(C=C1=C2)。然后选定Q值。Q值是代表选频特性的一个参量，Q值高，通带就窄。当Q=10时，可得每倍频程-40dB的频率响应特性。但Q值太大，电路稳定性差。一般Q值选择小于10。闭环增益K，应保证在不失真前提下得到尽可能大的输出幅度。一般KF小于l。

如图3-13所示，低频放大器采用8FC7型单电源运放构成两级放大器，每级放大约20倍，频率范围在20~1200Hz，当输入端短路时，输出端噪声电压不大于1 mV.

整形电路。由BG6、BG7两只硅晶体管构成，把低频放大器输出的近似正弦波信号转换成矩形波，完成波形变换如图3-15，一路送给就地显示电路，另一路送给频率―电流转换电路。

单稳态触发器IC4的作用:F / V 转换电路如图3-16所示，其工作原理是：利用输入脉冲F 的上升沿（或下降沿）触发单稳态触发器，单稳态触发器对应每一个输人脉冲的上升沿（或下降沿）都有一个恒定宽度的脉冲输出，并且输出脉冲频率与输人脉冲频率相等。该脉冲经RC 滤波器滤波后，电压V0 随输人脉冲频率的增大而增大，从而将频率信号转换电压信号。各点波形如图

频率―电流转换电路。由CMOS单稳态触发器IC4、单电源运算放大器IC5、场效应晶体管BG8和硅晶体管BG9构成。

单稳态触发器IC4输出脉冲TM由R42和C26确定，由施密特整形电路输入的矩形波信号，经单稳态电路再次整形后输出脉宽恒定幅值恒定的矩形脉冲，经R43、WD2、R41、R46、C27分压滤波后，输出0~1V直流电压信号，完成频率―电压转换。输出电压信号可以由WD2在小范围内调整。

由IC5、BG8、BG9、构成恒流电路，WD为模拟负载电阻。WD5为采样电阻，IC5结成同相放大工作状态，恒流电路将0~1V直流电压信号转化成1~5mA直流电流信号，经长线输送至矿井监测系统、电源箱，从而完成频率―电流转换。

显示电路是由CD4511即（BCD锁存/7段译码器/驱动器），CD4518（双BCD同步加计数器），LED显示屏构成。

1.CD4511是BCD锁存/7段译码器/驱动器，常用的显示译码器件图3-18

CD4511 是专用于将二-十进制代码(BCD)转换成七段显示信号的专用标准译码器，它由4位锁存器，7段译码电路和驱动器三部分组成。

CD4511引脚功能：

BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

LT：3脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮全部显示。它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

CD4511的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。

CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码―七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。

CD4511 是一片 CMOS BCD―锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如3-18图所示。其中a 、b 、c、 d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。a～g是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 一般由 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。

LE X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

BI X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 LI 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

D X X 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 C X X 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

B X X 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 X A X X 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

a 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 X b 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0

c 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 X d 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0

输出 e 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 X

f 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0

g 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0

显示 8 消隐 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 消隐 锁存

译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。 当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通，此时有锁存作用。

CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数 据B、C进行组合，得出码。

BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。 消隐输出J的电平为 J=

据上式，当输入BCD代码从1010---1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。

2.CD4518是一个双BCD同步加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。 CD4518引脚功能(管脚功能)如下： 1CP、2CP：时钟输入端。 1CR、2CR：清除端。

1EN、2EN：计数允许控制端。 1Q0～1Q3：计数器输出端。 2Q0～2Q3：计数器输出端。 Vdd：正电源。 Vss：地。

CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～15.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚～6脚；11脚～14脚）。

CD4518控制功能：CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平1,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低电平0,同时复位端Cr也保持低电平0,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。

将数片CD4518串行级联时，尽管每片CD4518属并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，CD4518未设置进位端，但可利用Q4做输出端。有人误将第一级的Q4端接到第二级的CP端，结果发现计数变成“逢八进一”了。原因在于Q4是在CP8作用下产生正跳变的，其上升沿不能作进位脉冲，只有其下降沿才是“逢十进一”的进位信号。正确接法应是将低位的Q4端接高位的EN端，高位计数器的CP端接USS。

如图3-20，定时控制器IC6由晶体振荡器SZ和R56 、C30、C31构成晶体振荡器，产生32768Hz的振荡频率，经分频后，由IC6的12脚输出32Hz，占空比为50%的方波信号作为数码管的驱动信号如图3-21。IC6 的2、3脚接入R54、R57构成施密特触发器，对输入的被测脉冲进行整形，被测信号由IC3的2脚输入。

IC7、IC8、IC9 的锁定寄存器选通信号是由IC6 的15脚供给。它是由定时器的窄脉冲产生器产生的间隔周期为1s，脉宽脉冲为1.5x10-5 的负窄脉冲信号。IC7、IC8、IC9的清零信号由IC6的11脚供给。它是由定时控制器的窄脉冲产生器产生的间隔周期为1s，脉宽脉冲为1.5x10-5 的正窄脉冲信号。被测脉冲由IC6的10脚输出送给IC7的计数输入端6脚进行计数。当计数时间到1秒钟时，选通信号到来，给IC7 ~IC9锁定寄存器解锁，所测信号进入译码器，显示器将显示这1秒钟的测量值。选通脉冲后，液晶显示器保持测量值，同时清零信号对计数器清零。清零脉冲过后，计数器开始下一秒钟的计数。当计数又到1秒钟是，选通信号又到来，锁定寄存器又解锁，液晶显示器显示新的测量值。如此循环，显示器将不断地显示新的测量值，其显示周期为1秒。

1.首先将四芯电缆插头缺口对准传感器上方插座上好旋紧。四芯电缆线在连接时，一定要严格按颜色要求接线：红色线――电源正极（电缆插头1号口），蓝色或黑色线――电源负极或信号负极（电缆插头2号口），白色或黄色线――连接分站信号线（电缆插头3号口），绿色线――不使用。

(1)将传感器放置在风洞中，在无风时调节W2使信号输出为HZ或1mA。 (2)传感器量程为0―15m/s，调校分5档。风洞开到任意位置时，遥控器对准传感器按动粗调和细调上、下按钮，使传感器显示值现风洞风速相同即可 ；

备注 出厂时已连接 出厂时已连接 出厂时已连接 出厂时已连接 出厂时已连接 需用户连接 需用户连接 需用户连接

2.传感器输出信号类型选择拨码开关（四位平拨开关） （1）电流型时1、2、4位拨至OFF，3位拨至ON； （2）频率型时1、2拨至ON，3、4拨至OFF 3.传感器与分站的连接步骤

（1）要确定传感器输出信号的类型（电流型或频率型或开关量）；

（2）在监测系统中心站主机上进行测点定义； （3）接着在相应分站的主板上进行相应的跳线设置；

（4）通过接线盒将分站对应的模入口19芯航空插头与传感器4芯插头进行连接； （5）确认接线无误后通电进行调试。

例如井下35#分站的模入2口的第8路需要接入一频率型风速传感器步骤。 传感器为频率型输出信号；

在监测系统中心站主机由专职人员录入测点信息（分站号、通道号、传感器类型、量程、报警值等）；

按分站配接电源KDW6B时X13接线图，将井下35#分站的模入2口的航空电缆的过接线盒与传感器的四芯电缆相连；

设置分站的S15和S16跳A， S75、S76跳A，同时C、D短接； 通电进行调试。

1.使用前必须详细阅读使用说明书。

2.为保证传感器的测量精度，应保持传感器下端风道风壁的清洁，擦拭风壁时应注意不要损伤传感件的保护层。

3.矿用风速传感器的设置、调整及标定工作需在标准风洞中进行，传感器的软硬件各项参数出厂时已调整到最佳位置，无特殊情况，不得随意乱调，以免影响整机性能，特殊情况需调整时，应严格按使用说明书所述步骤进行

4.本传感器不得随意与其它未经联检的设备连接，需要配接时必须通过国家指定的检验部门的防爆联检。

5.一旦发生故障及损坏，不得随意更换元器件，与本安电路有关的元器件更换时，其规格、型号、参数必须与原来相同

必须指定专人负责传感器的使用和维护，应经常对传感器外壳进行清扫，防止煤尘积聚。

传感器周围环境中不应有严重腐蚀性气体，开盖操作时不得将煤泥及污水带入壳体内部。

传感器故障及排除方法见下表，表中所示内容只作参考，出现故障时还应具体分析，如无法准确判断故障原因，建议及时与生产厂家联系。

1、参数调整不合适 2、探头表面不清洁 3、发射换能器损坏 4、接收换能器损坏

排除方法 检查、连接 更换 检测，更换 更换 更换 更换 重新标定 擦拭使表面清洁

看着毕业设计――矿用风速传感器呈现在自己面前，所有的心酸与委屈都化为乌有，以前觉得电脑知识掌握的还不错，可经过这次的毕业设计让我彻底认清了自己，原来真的是山外有山，人外有人。

在实训室画总的电路图，因为没有及时保存，多次因为突然地停电，我的劳动成果一而再，再而三的丢失，其中的心酸是不可言语的。但它给我的影响也是非常大的，如果我及时保存，这种情况就不会出现了。

由于诸多原因，为了方便做毕业设计，就借了一台电脑，病毒多的让人不寒而栗，使用杀毒软件结果将word杀的失去作用。考完试将全部精力都投入到毕业设计里，就在快看到光明时，U盘中毒，所有的文件都打不开。好在因为以前多次受病毒欺负，所以这次在邮箱里保存了备份，使自己的损失降到最小。就个人经验来说，我觉得大一来时就把毕业设计分配给个人，会使同学们学到更多。一路的风雨兼程，让我最后终于顺利到达重终点。

马上就要离开很多人向往的象牙塔，离开朝夕相处的老师、同学，离开这个记录我们最年轻岁月的地方；矿用风速传感器为我的大学画了一个句号。

经过近两个月的努力，我的毕业论文《矿用风速传感器》终于出炉了，这意味着大学生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

非常感谢张宏老师、尚姝钰、郭宗跃老师在我大学的最后学习阶段――毕业设计阶段给我的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，他们给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我的毕业论文，他们放弃了自己的休息时间，他们的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他们表示我诚挚的谢意。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给我的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！

由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！

【1】 崔新跃，张宏等.高频电子线路.哈尔滨工程大学出版社。 【2】 张宏，段新峰.煤矿检测原理及应用.高等教育出版社。 【3】 胡宴茹，耿苏燕等.模拟电子技术.高等教育出版社。 【4】 张庆双.实用电子电路200例.机械工业出版社。 【5】 杨志忠，卫桦林等.数字电子技术.高等教育出版社。 【6】 钱德群.矿井通风安全仪器及监测系统.煤炭工业出版社。 【7】 张国枢.矿井实用通风技术.煤炭工业出版社。

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■ 传感器实习报告总结 ■