測試和控制系統中的資訊敏感和檢測部件。感測器感受被測物理量並把它變換為與被測物理量成一定函數關係的另一種物理量,以滿足系統對資訊傳輸、處理、記錄、顯示、控制等的要求。早期的感測器多為電氣型或機電型的開環式感測器。發動機參數感測器以電氣型為主。飛行參數感測器以機電型為主,大部分採用精密線繞電位器作為輸出裝置。電位器式開環感測器的主要問題是電位器易磨損、壽命低、可靠性較差;電刷產生的摩擦力矩造成較大的感測器誤差。電感式、電容式感測器能解決這2個問題,但測量線路路一般比較復雜。隨著機載系統對同類信號的數量要求增多以及對信號精度要求的提高,又出現瞭閉環結構的伺服式傳感器,但這類傳感器結構復雜,可靠性較差。

  應用 傳感器在飛行器中獲得瞭廣泛的應用。

  ①供顯示裝置用:在現代飛行器的儀表板上,除少量應急用簡單直讀儀表外,被顯示的信息都來自安裝在機體各部位的傳感器。發動機儀表的信息源是安裝在發動機各部位的各類傳感器;全姿態陀螺儀為全姿態指示器提供航向和姿態角信號;大氣數據計算機為飛行參數綜合顯示儀提供各種信息;導航系統為導航參數綜合顯示儀提供各類導航信息。

  ②供自動控制系統用:在飛行器上,傳感器作為測量比較元件、反饋元件和校正元件被廣泛用於自動控制系統中。例如,要使飛機保持高度飛行,駕駛員可發出定高命令,當飛行高度變化時,大氣數據計算機自動發出偏離給定高度的誤差信號,並通過自動駕駛儀操縱升降舵,使飛機恢復給定高度。

  傳感器輸給飛行控制系統用的信號還有:供姿態控制用的姿態角信號;供航向控制用的航向角信號;供速度控制用的速度或馬赫數信號;用於改善系統動態品質的各種角速度信號、升降速度信號、馬赫數變化率信號等。

  ③供測量系統用:大氣數據計算機可看作飛機控制系統中的一個傳感器,但它本身還是一個綜合測量系統,由幾個傳感器──靜壓、總壓、總溫傳感器等提供原始信息。與此類似,捷聯式慣性導航系統的原始信息傳感器是加速度計和陀螺;自動領航儀中的原始信息傳感器是真實空速和航向傳感器。

  ④供遙測遙控用:無人駕駛飛機、運載火箭和載人飛船中有很多傳感器是供遙測和遙控系統用的。一類傳感器主要供控制用,如由遙測發射機將傳感器感受飛行器的姿態、位置、速度、加速度等信息發送給地面接收站,接收站根據這些信息對飛行器進行遙控制導或姿態修正;另一類傳感器用於監視飛行器各部件和系統的工作狀態、驗證設計、積累試驗數據等,主要有溫度、壓力、應變、加速度、振動等傳感器。還有一類傳感器用於收集各種科學探測數據,如測量空間磁場的磁強計、測量空間各種射線輻射量的輻射計等。在載人飛船中使用的還有一類傳感器是測量航天員各種生理狀況的生理傳感器,如測量血壓、心電圖、體溫等。

  ⑤供飛行記錄用:在航天器中還常把由傳感器測得的大量數據先用飛行記錄器記錄下來,隨後由遙測發射機在適當的時間與地點發射到地面接收站。

  ⑥供其他系統用:如航空火力控制系統需要高度、真實空速、大氣密度信號來控制投彈和攻擊;某些噴氣飛機需要根據馬赫數和高度來改變進氣道調節錐的位置,以控制進氣量的大小;座艙環境控制系統需要測量座艙的壓力、溫度、濕度等,以便進行自動調節。

  分類 傳感器常用分類法有兩種:按被測物理參數分類和按作用原理分類。後一種分類方法如下表。

傳感器按作用原理分類表

  按被測參數分類對使用者比較方便。按作用原理分類則有利於研究和設計。

  組成原理 傳感器按結構組成原理分為開環式、閉環式和具有多輸入、多輸出的綜合式3種類型。

  ①開環式傳感器:一般由敏感元件、傳感元件(或稱變換元件)和測量電路等幾個環節串聯組成。最簡單的開環式傳感器僅僅包含敏感元件本身,如熱電偶式溫度傳感器。

  ②閉環式傳感器:也稱伺服傳感器。通常由敏感、反饋、偏差檢測、放大、輸出等環節組成。圖示的壓力傳感器是一種典型的閉環式傳感器。被測壓力通過波紋管變換成加在平衡杠桿上的力矩,此力矩與力發生器產生的反饋力矩平衡,故加在力發生器工作線圈上的電流將與被測壓力成正比,采樣電阻上的壓降也與被測壓力成正比。此處波紋管為敏感元件,力發生器是反饋元件,而電感式傳感元件則是偏差檢測元件。

  ③綜合傳感器:以計算機為中心的多輸入與多輸出綜合測量系統,如大氣數據計算機。

  微電子技術的發展和微處理機的問世,促使傳感器向小型化、固態化、集成化、數字化和智能化方向發展。新型傳感器大都采用很簡單的結構,沒有諸如機械式傳動機構這樣一些明顯的活動部件,故可靠性高,體積小,重量輕。在飛行器上,壓阻式、電容式、應變片式和各種諧振式傳感器得到瞭廣泛的應用。光纖傳感器和利用各種新的半導體物理效應的傳感器逐漸得到應用。

參考書目

 南京航空學院、北京航空學院合編:《傳感器原理》,國防工業出版社,北京,1980。