数字传感器概述张敏(合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥230009)摘要：数字传感器是在传统的模拟传感器的基础上发展起来的一种新型的传感器，它具有模拟传感器不可比拟的优点。近年来，数字传感器的应用越来越普及，并以其独特地有点占据着广大的前景。本文论述了数字传感器的工作原理及特点，并分别介绍了栅式（光栅、磁栅）传感器、编码器（接触式、光电式、电磁式）传感器、频率输出式传感器、感应同步器式传感器等四类最常见的数字传感器。关键词：传感器；数字传感器；栅式；编码器；频率输出式；感应同步器中图分类号：TU411.01文献标识码：A0引言传感器是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的非电信号转换成电信号的换能器。传感器虽然已经得到广泛的应用．但随着科学技术的发展，我们对他提出了愈来愈高的要求。目前．除个断提高精度、扩展功能、扩大应用他阁外．总的传感器趋势是一体化、小型化、智能化和网络化。数字传感器是指将传统的模拟式传感器经过加装或改造A/D转换模块，使之输出信号为数字量（或数字编码）的传感器，主要包括：放大器A/D转换器、微处理器（CPU）、存储器、通讯接口电路等。1数字传感器的特点数字传感器的特点：1、先进的A/D转换技术和智能滤波算法，在满量程的情况下仍可保证输出码的稳定。2、可行的数据存储技术，保证模块参数不会丢失。3、良好的电磁兼容性能。4、传感器的性能参数采用数字化误差补偿技术和高度集成化电子元件，用软件实现传感器的线性、零点、额定输出温漂、蠕变等性能参数的综合补偿，消除了人为因素对补偿的影响，大大提高了传感器综合精度和可靠性。5、传感器的输出一致性误差可以达到0.02%以内甚至更高，传感器的特性参数可完全相同，因而具有良好的互换性6、采用A/D转换电路、数字化信号传输和数字滤波技术，传感器的抗干扰能力增加，信号传输距离远，提高了传感器的稳定性。7、数字传感器能自动采集数据并可预处理存储和记忆，具有唯一标记，便于故障诊断。8、传感器采用标准的数字通讯接口，可直接连入计算机，也可与标准工业控制总线连接方便灵活。9、数字传感器是将AD，EPROM，DIE（传感器芯片），封装在一块用PCB，金属块或陶瓷板上的集成。通过各种温度压力点的校准，计算出DIE的线性，再利用AD去补偿的方法加工而成的。2数字传感器的前景在微处理器和传感器变得越来越便宜的今天全自动或半自动（通过人工指令进行高层次操作，自动处理低层次操作）系统可以包含更多智能性功能，能从其环境中获得并处理更多不同的参数。尤其是MEMS（微型机电系统）技术它使数字传感器的体积非常微小并且能耗与成本也很低。以纳米碳管或其它纳米材料制成的纳米传感器同样具有巨大的潜力。即使在萌芽阶段，人们仍然认为在不久的将来数字传感器对电子市场具有重要的推动作用。制作数字传感器的接口以及支持用于数字传感器网络的形式多样的通讯协议都是对技术工艺的巨大挑战。传感器的非均质特性和其操作条件的多样化也对技术工艺提出了巨大的挑战。现在系统设计所包含的传感器和处理器越来越多。随着传感器和处理器价格的不断降低，取代机械控制结构的阈值也在不断变化。在系统中选择正确的传感器组合和处理算法可以显著地降低原材料及能耗的费用并提高系统的总体性能。目前，不断提高操作的简化程度和延长能源的使用寿命变得越来越重要，尤其是如今越来越多的传感器网络动辄就配置1000或更多的传感器节点。3数字传感器的分类及应用常用数字传感器有四大类：栅式（光栅、磁栅）传感器、编码器（接触式、光电式、电磁式）传感器、频率输出式传感器、感应同步器式传感器。3.1.栅式传感器1）光栅传感器光栅通常是由在表面上按一定间隔制成透光和不透光的条纹的玻璃构成，称之为透射光栅或在金属光洁的表面上按一定间隔制成全反射的条纹，称为反射光栅利用光栅的一些特点可进行线位移和角位移的测量。测量线位移的光栅为矩形并随被测长度增加而加长，称之为长光栅；而测量角位移的光栅为圆形，称之为圆光栅。当两块光栅互相靠近且沿刻线方向保持有一个夹角时，两块光栅的暗条与亮条重合的地方，使光...