工作原理
传感器主要由三相隔离采样电路、A/D转换器、单片机、DSP器件、D/A转换器、定标放大器和专用厚膜集成V/I转换器组成。 三相交流输入信号经三相隔离采样电路后，形成三相电流、三相电压信号的共地跟踪电压信号，在单片机控制下由A/D转换器对其进行多点同步采样，采样得到的数据由DSP器件按电工原理计算出被测信号的三相有功功率（数字量），再经D/A转换器把代表三相功率的数字信号转换为模拟量，由定标放大器放大、定标后，形成直流电压输出VZ；VZ输出经专用厚膜集成V/I变换器后形成0～20mA或4～20mA直流电流输出IZ。 本系列产品的关键是计算机软件和运行速度。为了保证功率测量的真实性，必须保证各路电压、电流信号同时被采样；为了保证功率测量的准确性，必须保证在一个正弦波时间间隔内采样点数足够多（一般来说采样点数应大于20）。采样点数多、数据量大，就对计算速度提出了高的要求，必须保证计算程序在一个正弦波周期内完成全部运算。 在计算机软件控制下，传感器可以直接输出测得的功率数据， 三相三线电路：P＝UAB×IA×COSφ＋UBC×IB×COSφ 三相四线电路：P＝UA×IA×COSφ＋UB×IB×COSφ＋UC×IC×COSφ 这时输出信号是带方向的，比如WBP311P71 2.5V±2.5V直流电压输出的传感器。当功率输入为0时，传感器功率输出值为2.5V；当三相电流正向流动时，传感器功率输出值从2.5V基础上增加，输入达额定值时，功率输出值为5V；当三相电流反向流动时，功率输出值从2.5V基础上减少，输入达额定值时，功率输出值为0V。 在计算机软件控制下，传感器可以输出测得的功率数据的绝对值， 三相三线电路：P＝│UAB×IA×COSφ＋UBC×IB×COSφ│ 三相四线电路：P＝│UA×IA×COSφ＋UB×IB×COSφ＋UC×IC×COSφ│ 这时输出信号是不带方向的，比如WBP312P71 0～5V直流电压输出的传感器。当功率输入为0时，传感器功率输出值为0V；当三相电流同时改变方向时，传感器的功率输出值保持不变。 厚膜集成V/I转换器是我公司配套开发的专用器件，它把直流电压信号变换为0～20mA直流电流输出。配加高稳定的偏置电路后，可以形成4mA～20mA输出。 五 传感器的安装与接口 本系列产品均采用便于现场使用的端子接线、卡装方式（P型结构）。三相电流均采用穿心输入方式，三相电压均采用接线输入方式。当被测电流大于30A时，采用外置互感器配合测量。 产品特点 1. 体积小、重量轻、精度高、功耗低，线性范围宽； 2. 采用DSP技术和专业计算软件，高速处理采样数据，保证输出数据的实时性。 3. 自带看门狗，抗干扰能力强。 4. 电压输入电路、电流输入电路与输出电路3方隔离，输出信号可以共地。 5. 输出形式多样，满足各种使用要求； 6. 既有用于单相电路的产品，也有用于3相电路的产品； 7. 温度范围宽，提供商业级、工业级产品，部分型号提供军用级产品； 8. 结构形式多样，端子接线方式，DIN卡式安装，现场使用方便。
光电传感器是采用光电元件作为检测元件，首先把被测量的变化转变为信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件3部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，体积小。近年来，随着光电技术的发展，光电传感器已成为系列产品，其品种及产量日益增加，用户可根据需要选用各种规格产品，在各种轻工自动机上获得广泛的应用。
1 光电式带材跑偏检测器
带材跑偏检测器用来检测带型材料在加工中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号，主要用于印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。
光电式带材跑偏检测器原理如图1所示。光源发出的光线经过透镜1会聚为行光束，投向透镜2，随后被会聚到光敏电阻上。在平行光束到达透镜2的途中，有部分光线受到被测带材的遮挡，使传到光敏电阻的光通量减少。
图1 带材跑偏检测器工作原理
图2为测量电路简图。R1、R2是同型号的光敏电阻。R1作为测量元件装在带材下方，R2用遮光罩罩住，起温度补偿作用。当带材处于正确位置（ 中间位）时，由R1、R2、R3、R4组成的电桥平衡，使放大器输出电压U0为0。当带材左偏时，遮光面积减少，光敏电阻R1阻值减少，电桥失去平衡。差动放大器将这一不平衡电压加以放大，输出电压为负值，它反映了带材跑偏的方向及大小。反之，当带材右偏时，U0为正值。输出信号U0一方面由显示器显示出来，另一方面被送到执行机构，为纠偏控制系统提供纠偏信号。
图2 带材跑偏检测器测量电路
2 包装充填物高度检测
用容积法计量包装的成品，除了对重量有一定误差范围要求外，一般还对充填高度有一定的要求，以保证商品的外观质量，不符合充填高度的成品将不许出厂。图3所示为借助光电检测技术控制充填高度的原理。当充填高度h偏差太大时，光电接头没有电信号，即由执行机构将包装物品推出进行处理。
图3 利用光电检测技术控制充填高度
3 光电色质检测
图4为包装物料的光电色质检测原理。若包装物品规定底色为白色，因质量不佳，有的出现泛黄，在产品包装前先由光电检测色质，物品泛黄时就有比较电压差输出，接通电磁阀，由压缩空气将泛黄物品吹出。
图4 包装物料的光电色质检测原理
4 彩塑包装制袋塑料薄膜位置控制
图5为包装机塑料薄膜位置控制系统原理。成卷的塑料薄膜上印有商标和文字，并有定位色标。包装时要求商标及文字定位准确，不得将图案在中间切断。薄膜上商标的位置由光电系统检测，并经放大后去控制电磁离合器。薄膜上色标（ 不透光的一小块面积，一般为黑色）未到达定位色标位置时，光电系统因投光器的光线能透过薄膜而使电磁离合器有电而吸合，薄膜得以继续运动，薄膜上的色标到达定位色标位置时，因投光器的光线被色标挡住而发出到位的信号，此信号经光电变换、放大后，使电磁离合器断电脱开，薄膜就准确地停在该位置，待切断后再继续运动。
图5 薄膜位置控制系统示意图
当薄膜上的色标未到达光电管时，光电继电器线圈无电流通过，伺服电机转动，带动薄膜继续前进。当色标到达光电管位置时，光电继电器线圈有电流，伺服电机立即停转，因而薄膜就停在那一个位置。当切断动作完成后，又使伺服电机继续转动。如图6所示。
图6 薄膜位置控制示意图
5 其他方面的应用
利用光电开关还可以进行产品流水线上的产量统计、对装配件是否到位及装配质量进行检测，例如灌装时瓶盖是否压上、商标是否漏贴（见图7），以及送料机构是否断料（见图8）等。
图7 瓶子灌装检测示意图 图8 送料机构检测示意图
此外，利用反射式光电传感器可以检测布料的有无和宽度（见图9）。利用遮挡式光电传感器检测布料的下垂度，其结果可用于调整布料在传送中的张力，利用安装在框架上的反射式光电传感器可以发现漏装产品的空箱，并利用油缸将空箱推出。
工作原理
目前，热流量传感器的工作原理主要有热损失型和热温差型。当流体流过加热体的时候，上游的温度下降会比下游快，从而导致加热体附近热场会发生变化。通过测量这个温度差可以同时反映风速和风向。
对于二维热温差型风速计芯片，对流体感生的温度梯度进行分解，可以得到
式中s为温差对风速的灵敏度系数。
对于阻值为R温度系数为α的测温电阻，惠斯通电桥的输出电压分量为
3 有限元模拟
为了缩短研发周期，研究热风速计在不同风速和风向情况下的表面温度分布，利用ANSYS对恒功率工作方式下的芯片表面温度进行了一系列模拟。为了便于ANSYS实体建模，进行了一些简化：考虑到钛铂电阻的厚度很薄而且间隙很小，用薄膜代替，并采用等效热导率。此外，压焊块的影响也被忽略。加热电阻半径为450 μm，四周扇形测温电阻内径为500 μm，外径为1200 μm。考虑到风吹过芯片表面要符合层流边界条件，模型中空气层的厚度取为500 μm。
为了提高有限元模拟的精度，利用ANSYSICEM CFD的模块(Block)方法进行网格划分，然后导入ANSYS CFX进行计算与分析。具体实施在CFX-Pre中，定义出流体域和固体域，并设置流-固耦合面和边界条件；设置计算参数，并将结果送入CFX-Solver进行计算；利用CFX-Post查看计算结果。从图2可以看出，热损失和热温差原理都可以用于风速测量，但是后者输出较小，且存在量程限制。当风速较大时，由于上风口不可能比环境温度更低，而下风口不可能比加热条温度更高，所以△T会饱和，热温差测量风速的时候量程受限。图3为几个典型风速情况下，芯片的温差随着风向360°变化时都呈正弦变化。
4 测试结果
本传感器加工工艺简单，利用单步剥离工艺即可在玻璃衬底上完成芯片加工。在室温下，芯片加热条和测温电阻分别为400 Ω和2 kΩ，温度系数为1.05×10-3。本文在恒定加热功率工作方式下，对不同风速情况下的传感器进行了360°风向测试。测试方法为固定加热条电压，将测温电阻接成惠斯通电桥，然后利用仪器放大器进行放大输出。当加热条两端电压为2 V时，输出电压如图4所示，两路输出随风向分别随角度呈正弦和余弦变化。经过反正切计算，误差不超过10％。图中T132，T135为风速分别在2，5 m／s时测温电阻1，3间的温差；T242，T245为风速分别在2，5m／s时测温电阻2，4间的温差。
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