实操讲解——如何设计一个传感器（一）

本文将先讲述传感器的基本构成与主要应用元器件PSD（非阵列光点探测器）的工作原理与特点，在从控制电路的设计，采集电路的设计与控制程序的编写三个主要方面展开。

传感器

1.什么是传感器？
在现在高速发展的科技时代，如果我们把IC比作“大脑”，那么传感器就是“五官”。它是指能感受到被测量的信息，并把这些感受到的信息按一定的规律转变成电信号或其他所需要的形式输出。简单点说，它就是能把一些不规则的信号，和无法定性描述的感知通过处理电路转化为曲线图形（模拟量）或者显示屏上的数字（数字量）。

2.它有什么功能？
上文都说了，如果IC比作大脑，那它即是“五官”。那五官有什么用呢？自然是拥有触觉，味觉，嗅觉，听觉，视觉。
触觉————压敏，温敏，流敏传感器
听觉————声敏传感器
嗅觉————气敏传感器
味觉————化学传感器
视觉————光敏传感器

3.它由什么组成呢？
主要由m敏感元件（感受被测信息），转化元件（将感受到的信息转换成电信号或其他信号），变换电路（例如感受到的信号常常较为微弱就需要接放大电路），辅助电源（供电）四部分组成。

设计实操————下面设计我们以激光位移传感器进行设计举例
1.光源：我们采用半导体激光二极管LD作为发射器

2.光点位置探测器:我们采用PSD（不采用CCD因为价格便宜且设计上较为简单，并且分辨率非常的高）
给大家解释下PSD与CCD的区别。
CCD与PSD同属光点位置探测器。但是CCD是电偶合元件，PSD是位置敏感元件。价格低，分辨率高是选择PSD的主要因素。
PSD属于PIN二极管结构（不懂的可以百度或者复习下模电的半导体PN结这一章节）。下面给出它的结构图

这里P是光敏层亦是导电层。当它被不均匀的光线照射时，因横向光电效应会产生电荷。此时当我们在PSD公共端加上电压，便会有电流产生，我们把它标注为IO。它将分为两部分，分别是I1,I2，它们电流的大小与照射点到电极间的距离成反比。那么我们可以得到以下式子

上面可以解得

从上式不难看出，X与入射的电流强度无关。

3.激光位移传感器原理：我们设计成三角法测距原理

结构分析
我们把光源，接收器（光轴），PSD共面设计。

根据三角形相似处理，可以得到下式

下面我们就需要来确定其有关参数，因为它们决定了测量精度。

β，S与S^`
这里我们β取30°

根据激光在透镜中的透射率，我们来计算f与a的值，如下

在根据已知量我们即可得到我们要的s。

角度α的确定
1.我们首先需对分辨率进行比较


2.选择合适的透镜（采取第一种方式）
3.比较入射光的角度
4.考虑PSD的影响

下次我将从这讲解如何设计后续的一个检测电路，及放大电路，前置电路，数据采集电路。并给出信号检测的方案，以及放大器的选择技巧（它决定了温漂的大小，对于精确度至关重要），最后附上相关的电路原理图。