基于压力传感器实现出入人员的检测系统的设计

基于压力传感器实现出入人员的检测系统的设计

基于压力传感器实现出入人员的检测系统的设计

  • 适用:本科,大专,自考
  • 更新时间2021年
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基于压力传感器实现出入人员的检测系统的设计

           基于压力传感器实现出入人员的检测系统的设计
压力传感器工作原理
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
 力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
 在了解压阻式力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D 转换和CPU )显示或执行机构。
 


如图1 所示是电阻应变片的结构示意图,它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途,电阻应变片的阻值可以由设计者设计,但电阻的取值范围应注意:阻值太小,所需的驱动电流太大,同时应变片的发热致使本身的温度过高,不同的环境中使用,使应变片的阻值变化太大,输出零点漂移明显,调零电路过于复杂。而电阻太大,阻抗太高,抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示:
R=PL/S
式中:P——金属导体的电阻率(Ω.cm2/m )
    S ——导体的截面积(cm2 )
    L ——导体的长度(m )
当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化(通常是测量电阻两端的电压),即可获得应变金属丝的应变情
1.1.2人员检测方案
利用压力传感器来实现出入人员的检测,主要通过人在经过出口或入口的时候脚踩到压力传感器的受力部分,通过传感器将压力信号转换为电信号,并交给单片机识别判断有人经过。
该方案的存在的问题是:
(1)压力传感器价格相对效果
(2)由于超市出入人员平凡,传感器工作在极限状态,容易损坏
(3)压力传感器的安装不便,并且不能保证每个进入超市的人员都能够踩到压力传感器。
根据以上几点论证,最终排除该是设计方案。

1.2方案二 利用光电传感器实现出入人员的检测
1.2.1基于光电检测的设计原理
光电传感器,也称为光敏传感器、光电式传感器或光电探测器。它是一种能量转换器件,是利用各种手段将光能变换成相应电信号的器件,即把入射电磁波(或称光能)转化成电能,通过对电能的精密测量,了解到该入射电磁波(或称光能)的性质,从中探测电磁波(或称光能)所携带的信息。在自然界中,有许多物质,在光照射下,其电学性质会发生变化。实验表明,这种变化的大小和入射光的强度具有严格的对应关系。现在对电学和电子学的测量并不是一件困难的事,准确地测量电流、电压、频率等都很容易。因此,可以通过对电学量的简单测量,把材料所携带的信息探测出来。具有这种性质的材料称为光敏材料。
用光敏材料制作成探测器件,并通过它间接检测到光辐射所载的原始信息,就称为光传感器件,或光电传感器。
光电开关是一种特殊的光电传感器,它由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束,发射的光束一般来源于发光二极管(LED)和激光二极管。光束不间断地发射,在目标物体的同侧或者另一侧装有接收器,接收器由光电二极管或光电三极管组成,接收器一直接收来自发射器的光束。在接收器的前面通常装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面有检测电路,它能滤出有效信号并进行相应的处理。
1.2.2什么是光电传感器
光电线传感器是以光电器作为转换元件的的传感器,它可用于检测直接引起变化的非电量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等。也可用来检测能转化成光亮变化的其他非电量,例如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、震动、速度、加速度,以及物体的形状,工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、相应快、性能可靠等特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛的应用。近年来,新的光电器件不断涌现,特别是CCD图像传感器的诞生,为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。
利用光电线的物理性质来进行测量的传感器。它具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。任何物质,只要它本身具有一定的温度(高于绝对零度),都能辐射光电线。光电线传感器测量时不与被测物体直接接触,因而不存在摩擦,并且有灵敏度高,响应快等优点。
1.2.3光电传感器的特点
光电传感器更具物体发射出来的光电信号进行识别,依据光电线的强弱可以判断是人还是动物,在本系统中可以充分满足识别要求。
主要优点:
(1)对于人的识别准确,集成化的传感器设计可以达到高可靠性。
(2)识别范围广,相对于光电对管而言,光电传感器安装更灵活,可以方便安装于过道和出入口。
(3)抗干扰能力强。
(4)控制简单便于维护和拆装。

  • 关键词 压力 传感器 实现 出入 人员 检测系统
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