传感器的定义及特点
定义:传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
特点:传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。
主要分类及组成
分类:通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
组成:传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成,如图所示。
敏感元件直接感受被测量,并输出与被测量有确定关系的物理量信号;转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号;变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制;转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。
超声波测距传感器
次声波、声波、超声波、超高频声波。 次声波是指频率低于20Hz的机械波,声波是指人耳所能听到的,频率在20Hz~20kHz的机械波,超声波是指频率高于20kHz的机械波
超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器。超声波具有指向性强、能量消耗缓慢、传播距离相对较远等特点,因此常被用于非接触测距。由于超声波对液体、固体的穿透本领很大,尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波,碰到活动物体能产生多普勒效应。,因此超声波测距对环境有较好的适应能力,此外超声波测量在实时、精度、价格也能得到很好的折衷。
目前超声波测距的方法有多种:如往返时间检测法、相位检测法、声波幅值检测法。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波,借助空气媒质传播,到达测量目标或障碍物后反射回来,经反射后由超声波接收器接收脉冲,其所经历的时间即往返时间,往返时间与超声波传播的路程的远近有关。测试传输时间可以得出距离例如:
假定s为被测物体到测距仪之间的距离,测得的时间为t/s,超声波传播速度为v/m·s-1表示,则有关系式
s=vt/2
在精度要求较高的情况下,需要考虑温度对超声波传播速度的影响
超声波测距传感器工作原理
超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。而超声波测距传感器,采用超声波回波测距原理,运用精确的时差测量技术,检测传感器与目标物之间的距离。超声波测距传感器简单、易于操作和无损伤等特点所以要测得超声波往返的时间,即可求得距离。这就是超声波测距传感器的工作原理。
超声波传感器在无人机领域中的作用
无人机降落辅助是无人机所具有的一项功能,可以检测无人机底部与着陆区域的距离,判定着陆点是否安全,然后缓慢下降到着陆区域。尽管GPS监测、气压传感和其他传感技术有助于着陆过程,但在这个过程中,超声波传感是无人机的主要和最准确的判断依据。大多数无人机中还有悬停和地面跟踪模式,主要用于捕捉连续镜头和陆地导航,其中超声波传感器有助于将无人机保持在高于地面的恒定高度。https://www.bilibili.com/video/BV1jr4y1C7yK?spm_id_from=333.880.my_history.page.click
雷达测距传感器
激光测距传感器:先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器,被光学系统接收。
测距原理上目前主要以飞行时间法为主,利用发射器发射的脉冲信号和接收器接受到的反射脉冲信号的时间间隔来计算和目标物体的距离。
激光雷达应用
于测绘主要有测距、定位以及地表物体的三维绘制;其作为一种重要的传感器,目前正在自动驾驶领域和无人飞行器领域得到广泛应用。
光流传感器
光流原理:
定义:光流是可以说是一种简单实用的图像处理表达方式,它是通过一幅图像序列中的图像亮度来表现它的运动模式,也就是一个点在一个物体、图像表面上的运动速度在视觉成像平面上的表达。
原理:光流的研究是利用图像序列中的像素强度数据的时域变化和相关性来确定各自像素位置的“运动”,即研究图像灰度在时间上的变化与景象中物体结构及其运动的关系。一般情况下,光流由相机运动、场景中目标运动或两者的共同运动产生的相对运动引起的。
光流利用的是图像的变化处理,用于检测地面的状态,从而监测飞机的移动;主要用于保持飞机的水平位置,以及在室内实现定高和定点飞行。
光流传感器可以通过在一定的时间内拍摄两张不同的照片。进而计算出物体运动的速度。
特定应用传感器
这类传感器并不影响无人机的核心功能运作,但越来越常被用在无人机上,以提供各种不同应用,例如气候监测、农耕用途等。
湿度传感器:湿度传感器能监测湿度参数,相关数据则可应用在气象站、凝结高度监测、空气密度监测与气体传感器测量结果的修正。
MEMS麦克风:MEMS麦克风是一种能将声音频号转换为电子讯号的音频传感器。
检测电压电流状态的传感器、检测障碍物的红外线传感器
这类传感器可用在无人机的影片拍摄、监控、间谍行动等应用。
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