傳感器原理及應(yīng)用-概述

1、傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 第一章 傳感器技術(shù)概述 1.1 課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 1.3 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)傳感器的發(fā)展趨勢(shì) 1.4 傳感器的定義、組成和分類傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 第一章 傳感器技術(shù)概述 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 課程地位和作用課程地位和作用 1.1 課程簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 研究對(duì)象研究對(duì)象 傳感器技術(shù)的基本概念和理論、常用傳感器的工作原理傳感器技術(shù)的基本概念和理論、常用傳感器的工作原理 和應(yīng)用技術(shù)。和應(yīng)用技術(shù)。 課程性質(zhì)課程性質(zhì) 課程屬于專業(yè)必修課，在專業(yè)人才培養(yǎng)中具有提高

2、學(xué)生課程屬于專業(yè)必修課，在專業(yè)人才培養(yǎng)中具有提高學(xué)生 相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)理論的認(rèn)知能力、增強(qiáng)學(xué)生從事傳感與檢測(cè)技相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)理論的認(rèn)知能力、增強(qiáng)學(xué)生從事傳感與檢測(cè)技 術(shù)研究與應(yīng)用工作的適應(yīng)能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。術(shù)研究與應(yīng)用工作的適應(yīng)能力和開發(fā)創(chuàng)新能力的作用。 1.1 課程簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 學(xué)習(xí)目的與要求學(xué)習(xí)目的與要求 （1 1）建立傳感器技術(shù)的整體概念；）建立傳感器技術(shù)的整體概念； （2 2）掌握傳感器技術(shù)的基本理論、常用傳感器的工作原）掌握傳感器技術(shù)的基本理論、常用傳感器的工作原 理和應(yīng)用技術(shù)；理和應(yīng)用技術(shù)； （3 3）獲得應(yīng)用傳感器設(shè)計(jì)、組建測(cè)控系統(tǒng)的基本技能；）獲得應(yīng)

3、用傳感器設(shè)計(jì)、組建測(cè)控系統(tǒng)的基本技能； （4 4）培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用傳感器技術(shù)的興）培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用傳感器技術(shù)的興 趣；趣； （5 5）為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和獨(dú)力解決實(shí)際問題打下必要的基）為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和獨(dú)力解決實(shí)際問題打下必要的基 礎(chǔ)。礎(chǔ)。 1.1 課程簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 主要考核目標(biāo)（包括重點(diǎn)及難點(diǎn)）主要考核目標(biāo)（包括重點(diǎn)及難點(diǎn)） （1 1）掌握傳感器的基本概念和基本特性；）掌握傳感器的基本概念和基本特性； （2 2）掌握常用傳感器的工作原理（實(shí)驗(yàn)方法）；）掌握常用傳感器的工作原理（實(shí)驗(yàn)方法）； （3 3）掌握常用傳感器的基本應(yīng)用（實(shí)驗(yàn)技術(shù)）；）掌握

4、常用傳感器的基本應(yīng)用（實(shí)驗(yàn)技術(shù)）； （4 4）了解應(yīng)用傳感器設(shè)計(jì)、組建測(cè)控系統(tǒng)的基本方法；）了解應(yīng)用傳感器設(shè)計(jì)、組建測(cè)控系統(tǒng)的基本方法； （5 5）了解傳感器技術(shù)的發(fā)展前沿和趨勢(shì)。）了解傳感器技術(shù)的發(fā)展前沿和趨勢(shì)。 1.1 課程簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 一、一、傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)概述 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 “ “沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)已為全的觀點(diǎn)已為全 世界所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測(cè)系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官世界所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測(cè)系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官 一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，一樣，源源不斷地向人類提供

5、宏觀與微觀世界的種種信息， 成為人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有力工具。成為人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有力工具。 傳感器技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，與計(jì)算機(jī)傳感器技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，與計(jì)算機(jī) 技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等一起構(gòu)成了信息技術(shù)的技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等一起構(gòu)成了信息技術(shù)的 完整學(xué)科。完整學(xué)科。 在人類進(jìn)入信息時(shí)代的今天，人們的一切社會(huì)活動(dòng)都在人類進(jìn)入信息時(shí)代的今天，人們的一切社會(huì)活動(dòng)都 是以信息獲取與信息轉(zhuǎn)換為中心，傳感器作為信息獲取與是以信息獲取與信息轉(zhuǎn)換為中心，傳感器作為信息獲取與 信息轉(zhuǎn)換的重要手段，是信息科學(xué)最前端的一個(gè)陣地，是信息轉(zhuǎn)換的重要手段，是信息科學(xué)

6、最前端的一個(gè)陣地，是 實(shí)現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)技術(shù)之一。實(shí)現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)技術(shù)之一。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 一、一、傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)概述 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 一、一、傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)概述 傳感器傳感器 感覺，感知；傳感覺，感知；傳 送送 （Sensor、Transducer） 人體系統(tǒng)：人體系統(tǒng)： 人類有五大感覺器官，即眼、人類有五大感覺器官，即眼、 耳、鼻、舌、皮膚。通過這些感耳、鼻、舌、皮膚。通過這些感 覺器官感知外界信息。覺器官感知外界信息。 機(jī)器系統(tǒng)：機(jī)器系統(tǒng)： 機(jī)器系統(tǒng)中，傳感器是各種機(jī)器系統(tǒng)中，傳感器是各種 機(jī)械和電子設(shè)備的感

7、覺器官。感機(jī)械和電子設(shè)備的感覺器官。感 知光、色、溫度、壓力、聲音、知光、色、溫度、壓力、聲音、 濕度、氣味及輻射等。濕度、氣味及輻射等。 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 一、一、傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)概述 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 一、一、傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)概述 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 二、二、傳感器技術(shù)的作用和地位傳感器技術(shù)的作用和地位 傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，計(jì)算機(jī)的傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，計(jì)算機(jī)的“五官五官”。 沒有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行精確、可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一沒有傳感器

8、對(duì)原始信息進(jìn)行精確、可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一 切測(cè)量和控制都是不可能實(shí)現(xiàn)的。切測(cè)量和控制都是不可能實(shí)現(xiàn)的。 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 二、二、傳感器技術(shù)的作用和地位傳感器技術(shù)的作用和地位 傳感器與傳感器技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家綜合實(shí)力傳感器與傳感器技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家綜合實(shí)力 的重要標(biāo)志，也是判斷一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度與生產(chǎn)水的重要標(biāo)志，也是判斷一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度與生產(chǎn)水 平高低的重要依據(jù)。平高低的重要依據(jù)。 日本：日本：傳感器技術(shù)列為傳感器技術(shù)列為計(jì)算機(jī)、通訊、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳計(jì)算機(jī)、通訊、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳 感器感器等六大核心技

9、術(shù)之一。在等六大核心技術(shù)之一。在21世紀(jì)技術(shù)預(yù)測(cè)中將傳感器列為首位。世紀(jì)技術(shù)預(yù)測(cè)中將傳感器列為首位。 美國：美國：傳感器及信號(hào)處理列為對(duì)國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響傳感器及信號(hào)處理列為對(duì)國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響 的關(guān)鍵技術(shù)之一。的關(guān)鍵技術(shù)之一。 歐洲：歐洲：傳感器技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。傳感器技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 中國：中國：在國家重點(diǎn)科技項(xiàng)目中，傳感器也列在重要位置。在國家重點(diǎn)科技項(xiàng)目中，傳感器也列在重要位置。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 二、二、傳感器技術(shù)的作用和地位傳感器技術(shù)的作用和地位 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)

10、介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用 造紙?jiān)旒?木材烘干木材烘干 煙草加工煙草加工芯片生產(chǎn)芯片生產(chǎn) 化工化工 紡織紡織 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用 判斷

11、能力。視覺傳感器、觸覺傳感器。判斷能力。視覺傳感器、觸覺傳感器。 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用 埃及金字塔埃及金字塔 世界最古老石棺的考古挖掘。世界最古老石棺的考古挖掘。 “金字塔漫游者金字塔漫游者”機(jī)器人機(jī)器人 5 51 11 1，地面探測(cè)雷達(dá)、超聲波，地面探測(cè)雷達(dá)、超聲波 傳感器（測(cè)石頭厚度）。傳感器（測(cè)石頭厚度）。 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用 黃瓜等果蔬黃瓜等果蔬 的采摘。的采摘。 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 六腳爬蟲

12、六腳爬蟲 履帶坦克車履帶坦克車 人行機(jī)器人人行機(jī)器人 步行步行 機(jī)器人機(jī)器人 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 一臺(tái)洗衣機(jī)的基本功能主要有：一臺(tái)洗衣機(jī)的基本功能主要有： 攪動(dòng)；攪動(dòng)； 進(jìn)水、出水；進(jìn)水、出水； 溫度控制；溫度控制； 時(shí)間控制；時(shí)間控制； 洗滌劑分配；洗滌劑分配； 水和泡沫監(jiān)控；水和泡沫監(jiān)控； 烘干（濕度控制）；烘干（濕度控制）； 編排次序（程序設(shè)計(jì)）；編排次序（程序設(shè)計(jì)）； 操作面板、顯示技術(shù)（操作面板、顯示技術(shù)（PC接口

13、）接口） 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 （1） 洗衣機(jī)中的傳感器：洗衣機(jī)中的傳感器： 溫度溫度 NTC（熱敏電阻）（熱敏電阻） 濕度濕度 濕敏元件濕敏元件 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)速計(jì)轉(zhuǎn)速計(jì) 液位液位 壓力傳感器壓力傳感器 質(zhì)量質(zhì)量 電感傳感器電感傳感器 位置位置 簧片管簧片管 失衡失衡 轉(zhuǎn)速計(jì)、壓力傳感器轉(zhuǎn)速計(jì)、壓力傳感器 水的泡沫水的泡沫 濁度（紅外）濁度（紅外） 水的硬度水的硬度 電導(dǎo)率電導(dǎo)率 洗滌液分配洗滌液分配 條碼芯片條碼芯片 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 洗衣機(jī)的基本功能洗衣機(jī)的基本功能 攪動(dòng)：攪動(dòng)：目前在可以控制的目前在可以控制的AC或或DC電動(dòng)機(jī)中，使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)中，使用一個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)

14、 速傳感器速傳感器來測(cè)量速度；來測(cè)量速度； 水?dāng)z入量，水位：水?dāng)z入量，水位：水位測(cè)量是利用水位測(cè)量是利用壓力測(cè)量壓力測(cè)量的原理來實(shí)的原理來實(shí) 現(xiàn)的，功能只作為單純的限位器?，F(xiàn)的，功能只作為單純的限位器。 溫度控制：溫度控制：亞洲洗衣機(jī)都使用冷水，不安裝溫度傳感器。亞洲洗衣機(jī)都使用冷水，不安裝溫度傳感器。 另一類裝有冷水和熱水管，美國使用較普遍。通過另一類裝有冷水和熱水管，美國使用較普遍。通過NTC 傳感器精確控制溫度，保證洗滌效果。傳感器精確控制溫度，保證洗滌效果。 洗滌劑分配：洗滌劑分配：洗滌劑通過專用分配器加入洗衣機(jī)。洗滌劑通過專用分配器加入洗衣機(jī)。 德國德國 自動(dòng)配量系統(tǒng)自動(dòng)配量系統(tǒng)的復(fù)

15、雜解決方案引起高額購買費(fèi)用，的復(fù)雜解決方案引起高額購買費(fèi)用， 其它（如歐洲）機(jī)型的洗滌劑分配解決方案都沒有得到其它（如歐洲）機(jī)型的洗滌劑分配解決方案都沒有得到 市場(chǎng)認(rèn)可，也是電子設(shè)備另一領(lǐng)域的應(yīng)用。有人提出用市場(chǎng)認(rèn)可，也是電子設(shè)備另一領(lǐng)域的應(yīng)用。有人提出用 條形碼或芯片卡分配機(jī)器可讀指令。條形碼或芯片卡分配機(jī)器可讀指令。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 水和泡沫監(jiān)控：水和泡沫監(jiān)控： 水的硬度水的硬度與洗滌劑分配有關(guān)，水的硬度測(cè)量是利用測(cè)量與洗滌劑分配有關(guān)，水的硬度測(cè)量是利用測(cè)量 電導(dǎo)率的傳感器電導(dǎo)率的傳感器來實(shí)現(xiàn)的。由于水中的鹽類影響，測(cè)量來實(shí)現(xiàn)的。由于水中的鹽類影響，測(cè)量 結(jié)果還不夠精確。

16、結(jié)果還不夠精確。 泡沫泡沫也是可以測(cè)量的，近年來使用相對(duì)便宜的也是可以測(cè)量的，近年來使用相對(duì)便宜的紅外線傳紅外線傳 感器感器，通過記錄紅外光的衰減進(jìn)行泡沫渾濁度測(cè)量。但，通過記錄紅外光的衰減進(jìn)行泡沫渾濁度測(cè)量。但 是，這一領(lǐng)域的最大進(jìn)步還未到來。是，這一領(lǐng)域的最大進(jìn)步還未到來。 渾濁度傳感器測(cè)量泡沫質(zhì)量的工作原理渾濁度傳感器測(cè)量泡沫質(zhì)量的工作原理 LED管子管子 感光晶體管感光晶體管 泡沫泡沫 洗衣機(jī)的基本功能洗衣機(jī)的基本功能 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 （2）洗碗機(jī)：）洗碗機(jī)： 溫度溫度 NTC 流量流量 旋轉(zhuǎn)式水表、壓力傳感器旋轉(zhuǎn)式水表、壓力傳感器 咸度咸度 （簧片觸點(diǎn)（簧片觸點(diǎn)+密

17、度）傳感器密度）傳感器 洗滌劑量洗滌劑量 簧片觸點(diǎn)簧片觸點(diǎn) 噴射臂旋轉(zhuǎn)噴射臂旋轉(zhuǎn) 磁阻傳感器磁阻傳感器 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 （3）烘干機(jī)：）烘干機(jī)： 溫度溫度 NTC 濕度濕度 電導(dǎo)傳感器電導(dǎo)傳感器 （4）制冷機(jī)：）制冷機(jī)： 溫度溫度 （5）烤箱：）烤箱： 溫度溫度 pt100 （6）微波爐：）微波爐： 溫度溫度 NTC 濕度濕度 陶瓷傳感器陶瓷傳感器 氣體氣體 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 ( 7 ) 吹風(fēng)機(jī)：吹風(fēng)機(jī)： 溫度溫度 NTC 溫度（非接觸）溫度（非接觸） 紅外線熱電偶紅外線熱電偶 ( 8 ) 烤面包爐：烤面包爐： 溫度溫度 NTC 溫度（非接觸）溫度（非接觸）紅

18、外線熱電偶紅外線熱電偶 ( 9 ) 熨斗：熨斗： 溫度溫度 雙金屬片開關(guān)雙金屬片開關(guān) 位置、移動(dòng)位置、移動(dòng) 傾斜傳感器、加速度傳感器傾斜傳感器、加速度傳感器 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、 保安、電梯等機(jī)電設(shè)備控制管理。保安、電梯等機(jī)電設(shè)備控制管理。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 水、電、氣水、電、氣通過傳感器測(cè)量溫濕度、空氣壓力、液體壓差、通過傳感器測(cè)量溫濕度、空氣壓力、液體壓差、 流量、液位等進(jìn)行檢測(cè)。流量、液位等進(jìn)行檢測(cè)。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 西門子推出

19、的西門子推出的“ID MouseID Mouse” 鼠標(biāo)。鼠標(biāo)。 鼠標(biāo)上端安有指尖傳感器，一旦指紋被識(shí)別，使用者就鼠標(biāo)上端安有指尖傳感器，一旦指紋被識(shí)別，使用者就 可以啟動(dòng)可以啟動(dòng)PCPC的操作系統(tǒng)。如果長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)鼠標(biāo)，它將自動(dòng)啟的操作系統(tǒng)。如果長(zhǎng)時(shí)間不動(dòng)鼠標(biāo)，它將自動(dòng)啟 動(dòng)屏幕保護(hù)程序，直到使用者再次觸摸動(dòng)屏幕保護(hù)程序，直到使用者再次觸摸ID ID 鼠標(biāo)為止。鼠標(biāo)為止。 這個(gè)鼠標(biāo)在這個(gè)鼠標(biāo)在0.250.25平方英寸的觸摸芯片上有平方英寸的觸摸芯片上有6500065000個(gè)傳感個(gè)傳感 系統(tǒng)，可捕捉指紋的細(xì)節(jié)。系統(tǒng)，可捕捉指紋的細(xì)節(jié)。 指紋識(shí)別系統(tǒng)指紋識(shí)別系統(tǒng) 已廣泛應(yīng)用于桌面電腦、筆記本電腦、

20、已廣泛應(yīng)用于桌面電腦、筆記本電腦、ATM機(jī)、蜂窩電話、考勤系統(tǒng)、機(jī)、蜂窩電話、考勤系統(tǒng)、 門禁控制以及門禁控制以及Internet 電子商務(wù)安全系統(tǒng)，遍及銀行、保險(xiǎn)、邊防檢查、電子商務(wù)安全系統(tǒng)，遍及銀行、保險(xiǎn)、邊防檢查、 醫(yī)療衛(wèi)生及網(wǎng)絡(luò)接入等各個(gè)領(lǐng)域。醫(yī)療衛(wèi)生及網(wǎng)絡(luò)接入等各個(gè)領(lǐng)域。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 4D彩超捕捉到難得一見的胎兒出生前微笑（美聯(lián)社圖片）彩超捕捉到難得一見的胎

21、兒出生前微笑（美聯(lián)社圖片） 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用 n 1.2 傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 未來世界是個(gè)充滿傳感器的世界未來世界是個(gè)充滿傳感器的世界， 還會(huì)有：還會(huì)有： 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 F 智能房屋（自動(dòng)識(shí)別主人，太陽能提供能源）智能房屋（自動(dòng)識(shí)別主人，太陽能提供能源） 智能衣服（自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度）智能衣服（自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度） 智能公路（自動(dòng)記錄公路的壓力、溫度、車流量）智能公路（自動(dòng)記錄公路的壓力、溫度、車流量） 智能汽車（無人駕駛、智能汽車（無人駕駛、GPSGPS衛(wèi)星定位）衛(wèi)星定位）

22、 智能化設(shè)備智能化設(shè)備越來越多。越來越多。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 傳感技術(shù)的發(fā)展分為兩個(gè)方面：傳感技術(shù)的發(fā)展分為兩個(gè)方面： 提高與改善傳感器的技術(shù)性能；提高與改善傳感器的技術(shù)性能； 尋找新原理、新材料、新工藝及新功能等。尋找新原理、新材料、新工藝及新功能等。 一、改善傳感器的性能的技術(shù)途徑一、改善傳感器的性能的技術(shù)途徑 1 1、差動(dòng)技術(shù)、差動(dòng)技術(shù) 差動(dòng)技術(shù)是傳感器中普遍采用的技術(shù)。差動(dòng)技術(shù)是傳感器中普遍采用的技術(shù)。 它的應(yīng)用可顯著地減小溫度變化、電源它的應(yīng)用可顯著地減小溫度變化、電源 波動(dòng)、外界干擾等對(duì)傳感器精度的影響，波動(dòng)、外界干擾等對(duì)傳感器精度的影響， 抵消了共模誤差，減小非線

23、性誤差等。抵消了共模誤差，減小非線性誤差等。 不少傳感器由于采用了差動(dòng)技術(shù)，還可不少傳感器由于采用了差動(dòng)技術(shù)，還可 使靈敏度增大。使靈敏度增大。 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 2 2、平均技術(shù)、平均技術(shù) 作用：作用： 在傳感器中普遍采用平均在傳感器中普遍采用平均 技術(shù)可產(chǎn)生平均效應(yīng)。技術(shù)可產(chǎn)生平均效應(yīng)。 原理：原理：利用若干個(gè)傳感單元同時(shí)利用若干個(gè)傳感單元同時(shí) 感受被測(cè)量，輸出則是這些單元輸出感受被測(cè)量，輸出則是這些單元輸出 的平均值，若將每個(gè)單元可能帶來的的平均值，若將每個(gè)單元可能帶來的 誤差均可看作隨機(jī)誤差且服從正態(tài)分誤差均可看作隨機(jī)誤差且服從正態(tài)分 布，

24、根據(jù)誤差理論，布，根據(jù)誤差理論，n個(gè)傳感單元數(shù)總個(gè)傳感單元數(shù)總 的誤差將減小為的誤差將減小為 在傳感器中利用平均在傳感器中利用平均 技術(shù)不僅可使傳感器誤差減技術(shù)不僅可使傳感器誤差減 小，且可增大信號(hào)量，即增小，且可增大信號(hào)量，即增 大傳感器靈敏度。大傳感器靈敏度。 n X 00 xxxx 1y2y 3yny n i iyY 1 123 n 00 n 0 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 3 3、補(bǔ)償與修正技術(shù)、補(bǔ)償與修正技術(shù) 補(bǔ)償與修正技術(shù)的運(yùn)用大致針對(duì)兩種情況：補(bǔ)償與修正技術(shù)的運(yùn)用大致針對(duì)兩種情況： 針對(duì)傳感器本身特性針對(duì)傳感器本身特性 針對(duì)傳感器的工作條件或外

25、界環(huán)境針對(duì)傳感器的工作條件或外界環(huán)境 對(duì)于傳感器特性，找出誤差的變化規(guī)律，或者測(cè)出其大小和方向，采對(duì)于傳感器特性，找出誤差的變化規(guī)律，或者測(cè)出其大小和方向，采 用適當(dāng)?shù)姆椒右匝a(bǔ)償或修正。用適當(dāng)?shù)姆椒右匝a(bǔ)償或修正。 針對(duì)傳感器工作條件或外界環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償，也是提高傳感器精度的針對(duì)傳感器工作條件或外界環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償，也是提高傳感器精度的 有力技術(shù)措施。不少傳感器對(duì)溫度敏感，由于溫度變化引起的誤差十分可觀。有力技術(shù)措施。不少傳感器對(duì)溫度敏感，由于溫度變化引起的誤差十分可觀。 為了解決這個(gè)問題，必要時(shí)可控制溫度，用恒溫裝置，但往往費(fèi)用太高，或?yàn)榱私鉀Q這個(gè)問題，必要時(shí)可控制溫度，用恒溫裝置，但往

26、往費(fèi)用太高，或 使用現(xiàn)場(chǎng)不允許。而在傳感器內(nèi)引入溫度誤差補(bǔ)償又常常是可行的。這時(shí)應(yīng)使用現(xiàn)場(chǎng)不允許。而在傳感器內(nèi)引入溫度誤差補(bǔ)償又常常是可行的。這時(shí)應(yīng) 找出溫度對(duì)測(cè)量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補(bǔ)償措施。找出溫度對(duì)測(cè)量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補(bǔ)償措施。 補(bǔ)償與修正，可以利用電子線路（硬件）來解決，也可以采用微補(bǔ)償與修正，可以利用電子線路（硬件）來解決，也可以采用微 型計(jì)算機(jī)通過軟件來實(shí)現(xiàn)。型計(jì)算機(jī)通過軟件來實(shí)現(xiàn)。 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 4 4、屏蔽、隔離與干擾抑制、屏蔽、隔離與干擾抑制 傳感器大都要在現(xiàn)場(chǎng)工作，現(xiàn)場(chǎng)的條件往往是難以充分預(yù)料的，傳感器大都要

27、在現(xiàn)場(chǎng)工作，現(xiàn)場(chǎng)的條件往往是難以充分預(yù)料的， 有時(shí)是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感器的精度與各有關(guān)性能。有時(shí)是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感器的精度與各有關(guān)性能。 為了減小測(cè)量誤差，保證其原有性能，就應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界因素為了減小測(cè)量誤差，保證其原有性能，就應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界因素 對(duì)傳感器的影響。對(duì)傳感器的影響。 基本方法有：基本方法有： u 減小傳感器對(duì)影響因素的靈敏度減小傳感器對(duì)影響因素的靈敏度 u 降低外界因素對(duì)傳感器實(shí)際作用的程度降低外界因素對(duì)傳感器實(shí)際作用的程度 對(duì)于對(duì)于電磁干擾電磁干擾，可以采用，可以采用屏蔽屏蔽、隔離隔離措施，也可用措施，也可用濾波濾波等方法等方法 抑

28、制。對(duì)于如抑制。對(duì)于如溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)、氣壓、聲壓、輻射、甚至氣溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)、氣壓、聲壓、輻射、甚至氣 流流等，可采用相應(yīng)的等，可采用相應(yīng)的隔離措施，如隔熱、密封、隔振隔離措施，如隔熱、密封、隔振等，或者在變等，或者在變 換成為電量后對(duì)干擾信號(hào)換成為電量后對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行分離或抑制進(jìn)行分離或抑制，減小其影響。，減小其影響。 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 在使用傳感器時(shí)，若測(cè)量要求較高，必要時(shí)也應(yīng)對(duì)附加的調(diào)整元在使用傳感器時(shí)，若測(cè)量要求較高，必要時(shí)也應(yīng)對(duì)附加的調(diào)整元 件、后續(xù)電路的關(guān)鍵元器件進(jìn)行老化處理。件、后續(xù)電路的關(guān)鍵元器件進(jìn)行老化處理。 提高傳感

29、器性能的穩(wěn)定性措施：提高傳感器性能的穩(wěn)定性措施： 對(duì)材料、元器件或傳感器整體進(jìn)行必要的穩(wěn)定性處理對(duì)材料、元器件或傳感器整體進(jìn)行必要的穩(wěn)定性處理。如永磁。如永磁 材料的時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化及交流穩(wěn)磁處理、電氣元件材料的時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化及交流穩(wěn)磁處理、電氣元件 的老化篩選等。的老化篩選等。 造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因：造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因： 隨著時(shí)間的推移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與隨著時(shí)間的推移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與 元器件性能將發(fā)生變化。元器件性能將發(fā)生變化。 5穩(wěn)定性處理穩(wěn)定性處理 傳感器作為長(zhǎng)期測(cè)量或反復(fù)使用的器件，穩(wěn)定性顯得特別重要

30、。傳感器作為長(zhǎng)期測(cè)量或反復(fù)使用的器件，穩(wěn)定性顯得特別重要。 在那些很難或無法定期標(biāo)定的場(chǎng)合，重要性勝過精度指標(biāo)。在那些很難或無法定期標(biāo)定的場(chǎng)合，重要性勝過精度指標(biāo)。 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 v 開發(fā)新型傳感器開發(fā)新型傳感器 v 開發(fā)新材料開發(fā)新材料 v 新工藝的采用新工藝的采用 v 集成化、多功能化集成化、多功能化 v 智能化智能化 v 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化 二、傳感器的發(fā)展動(dòng)向二、傳感器的發(fā)展動(dòng)向 開展基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工開展基礎(chǔ)研究，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)傳感器的新材料和新工 藝；實(shí)現(xiàn)傳感器的集成化與智能化藝；實(shí)現(xiàn)傳感器的集成化與智能化

31、1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 研發(fā)新型傳感器的重要途徑：研發(fā)新型傳感器的重要途徑： 傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，因此進(jìn)一步探索具傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，因此進(jìn)一步探索具 有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型 傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重 要途徑。要途徑。 結(jié)構(gòu)型傳感器：結(jié)構(gòu)型傳感器：發(fā)展較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器，一發(fā)展較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器，一 般說它的

32、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，價(jià)格偏高。般說它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，價(jià)格偏高。 物性型傳感器：物性型傳感器：大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點(diǎn)，加之過大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點(diǎn)，加之過 去發(fā)展也不夠。世界各國都在物性型傳感器方面投入大量人力、物去發(fā)展也不夠。世界各國都在物性型傳感器方面投入大量人力、物 力加強(qiáng)研究，從而成為一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。力加強(qiáng)研究，從而成為一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。 1、開發(fā)新型傳感器、開發(fā)新型傳感器 新型傳感器主要三個(gè)方面：新型傳感器主要三個(gè)方面：采用新原理；采用新原理；填補(bǔ)傳感器空白；填補(bǔ)傳感器空白； 仿生傳感器仿生傳感器。 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用

33、傳感器原理及應(yīng)用 生物傳感器系統(tǒng)亦稱生物傳感器系統(tǒng)亦稱生物芯片生物芯片，它，它 是繼大規(guī)模集成電路之后的又一次具有是繼大規(guī)模集成電路之后的又一次具有 深遠(yuǎn)意義的科技革命。深遠(yuǎn)意義的科技革命。 生物芯片不僅能模擬人的嗅覺（如電生物芯片不僅能模擬人的嗅覺（如電 子鼻）、視覺（如電子眼）、聽覺、味子鼻）、視覺（如電子眼）、聽覺、味 覺、觸覺等，還能實(shí)現(xiàn)某些動(dòng)物的特異覺、觸覺等，還能實(shí)現(xiàn)某些動(dòng)物的特異 功能（例如海豚的聲納導(dǎo)航測(cè)距，蝙蝠功能（例如海豚的聲納導(dǎo)航測(cè)距，蝙蝠 的超聲波定位，犬類極靈敏的嗅覺，信的超聲波定位，犬類極靈敏的嗅覺，信 鴿的方向識(shí)別，昆蟲的復(fù)眼）。鴿的方向識(shí)別，昆蟲的復(fù)眼）。 生物

34、芯片的效率是傳統(tǒng)檢測(cè)手段的成百、上千倍。生物芯片的效率是傳統(tǒng)檢測(cè)手段的成百、上千倍。 西門子公司最近研制出一種能辨別氣體及其味道的微型芯片傳感器，可西門子公司最近研制出一種能辨別氣體及其味道的微型芯片傳感器，可 檢測(cè)空氣中臭氧含量，監(jiān)測(cè)火災(zāi)以及氣體泄漏。檢測(cè)空氣中臭氧含量，監(jiān)測(cè)火災(zāi)以及氣體泄漏。 仿生傳感器仿生傳感器 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 2、開發(fā)新材料、開發(fā)新材料 傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)。材料科學(xué)的進(jìn)步，人們可傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)。材料科學(xué)的進(jìn)步，人們可 任意控制成分，設(shè)計(jì)制造出用于各種傳感器的功能材料。任意控制成分，設(shè)計(jì)制造出用于各種傳感器的功能材料。用復(fù)

35、雜材料用復(fù)雜材料 來制造性能更加良好的傳感器是今后的發(fā)展方向之一。來制造性能更加良好的傳感器是今后的發(fā)展方向之一。 （1）半導(dǎo)體敏感材料）半導(dǎo)體敏感材料 （2）陶瓷材料）陶瓷材料 （3）磁性材料）磁性材料 （4）智能材料）智能材料 半導(dǎo)體氧化物可制造各種氣體傳感器，而陶瓷傳感器工作溫度遠(yuǎn)半導(dǎo)體氧化物可制造各種氣體傳感器，而陶瓷傳感器工作溫度遠(yuǎn) 高于半導(dǎo)體，光導(dǎo)纖維的應(yīng)用是傳感器材料的重大突破，用它研制的高于半導(dǎo)體，光導(dǎo)纖維的應(yīng)用是傳感器材料的重大突破，用它研制的 傳感器與傳統(tǒng)的相比有突出的特點(diǎn)。有機(jī)材料作為傳感器材料的研究，傳感器與傳統(tǒng)的相比有突出的特點(diǎn)。有機(jī)材料作為傳感器材料的研究， 引起國

36、內(nèi)外學(xué)者的極大興趣。引起國內(nèi)外學(xué)者的極大興趣。 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 3、新工藝的采用、新工藝的采用 在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝的含義范在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝的含義范 圍很廣，這里主要指與發(fā)展新型傳感器聯(lián)系特別密切的微細(xì)加工圍很廣，這里主要指與發(fā)展新型傳感器聯(lián)系特別密切的微細(xì)加工 技術(shù)。技術(shù)。 微機(jī)械加工技術(shù)：微機(jī)械加工技術(shù)：近年來隨著集成電路工藝發(fā)展起來的，它近年來隨著集成電路工藝發(fā)展起來的，它 是離子束、電子束、分子束、激光束和化學(xué)刻蝕等用于微電子加是離子束、電子束、分子束、激光束和化學(xué)刻蝕等用于微電子加

37、 工的技術(shù)，目前已越來越多地用于傳感器領(lǐng)域。工的技術(shù)，目前已越來越多地用于傳感器領(lǐng)域。 例如：利用半導(dǎo)體技術(shù)制造出壓阻式傳感器，利用薄膜工藝?yán)纾豪冒雽?dǎo)體技術(shù)制造出壓阻式傳感器，利用薄膜工藝 制造出快速響應(yīng)的氣敏、濕敏傳感器，日本橫河公司利用各向異制造出快速響應(yīng)的氣敏、濕敏傳感器，日本橫河公司利用各向異 性腐蝕技術(shù)進(jìn)行高精度三維加工，在硅片上構(gòu)成孔、溝棱錐、半性腐蝕技術(shù)進(jìn)行高精度三維加工，在硅片上構(gòu)成孔、溝棱錐、半 球等各種開頭，制作出全硅諧振式壓力傳感器。球等各種開頭，制作出全硅諧振式壓力傳感器。 納米堆垛納米堆垛 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 同一功能的

38、多元件并列化：同一功能的多元件并列化：同一類型的單個(gè)傳感元件用集同一類型的單個(gè)傳感元件用集 成工藝在同一平面上排列起來，成工藝在同一平面上排列起來，如如CCD圖像傳感器。圖像傳感器。 多功能一體化：多功能一體化：傳感器與放大、運(yùn)算以及溫度補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)傳感器與放大、運(yùn)算以及溫度補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié) 一體化，組裝成一個(gè)器件。一體化，組裝成一個(gè)器件。 多個(gè)功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時(shí)進(jìn)行多種多個(gè)功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時(shí)進(jìn)行多種 參數(shù)的測(cè)量外，還可對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評(píng)參數(shù)的測(cè)量外，還可對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評(píng) 價(jià)，可反映出被測(cè)系統(tǒng)的整體狀態(tài)。價(jià)，可反映出被測(cè)系統(tǒng)

39、的整體狀態(tài)。 4、集成化、多功能化、集成化、多功能化 為同時(shí)測(cè)量幾種不同被測(cè)參數(shù)，可將幾種不同的傳感器元為同時(shí)測(cè)量幾種不同被測(cè)參數(shù)，可將幾種不同的傳感器元 件復(fù)合在一起，作成集成塊。件復(fù)合在一起，作成集成塊。例如：一種溫、氣、濕三功能陶例如：一種溫、氣、濕三功能陶 瓷傳感器已經(jīng)研制成功。瓷傳感器已經(jīng)研制成功。 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 例如：瑞士例如：瑞士SensirionSensirion公司的公司的SHT11/15SHT11/15型高精度、自校準(zhǔn)、多功型高精度、自校準(zhǔn)、多功 能式智能傳感器。能同時(shí)測(cè)量能式智能傳感器。能同時(shí)測(cè)量相對(duì)濕度相對(duì)濕度、溫度溫度

40、和和露點(diǎn)露點(diǎn)等參數(shù)；兼有等參數(shù)；兼有 數(shù)字?jǐn)?shù)字濕度計(jì)濕度計(jì)、溫度計(jì)溫度計(jì)和和露點(diǎn)計(jì)露點(diǎn)計(jì)這這3 3種儀表的功能；可廣泛用于工農(nóng)種儀表的功能；可廣泛用于工農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療儀器、通風(fēng)及空調(diào)設(shè)備等領(lǐng)域。業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療儀器、通風(fēng)及空調(diào)設(shè)備等領(lǐng)域。 SHT11/15SHT11/15型智能傳感型智能傳感 器 的 外 形 尺 寸 僅 為器 的 外 形 尺 寸 僅 為 7.62mm7.62mm（長(zhǎng)）（長(zhǎng)）5.08mm5.08mm （寬）（寬）2.5mm2.5mm（高），（高）， 質(zhì)量只有質(zhì)量只有0.1g0.1g，其體積，其體積 與一個(gè)大火柴頭相近。與一個(gè)大火柴頭相近。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器

41、原理及應(yīng)用 5、智能化、智能化 對(duì)外界信息具有對(duì)外界信息具有檢測(cè)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷邏輯判斷、自診斷自診斷和和自適應(yīng)自適應(yīng) 能力的集成一體化多功能傳感器，這種傳感器具有與主機(jī)互相對(duì)話能力的集成一體化多功能傳感器，這種傳感器具有與主機(jī)互相對(duì)話 的功能，可以自行選擇最佳方案，能將已獲得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分割的功能，可以自行選擇最佳方案，能將已獲得的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分割 處理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高速度、高精度傳輸?shù)取Ｌ幚?，?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、高速度、高精度傳輸?shù)取?智能傳感器是傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的智能傳感器是傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的 產(chǎn)物，它的實(shí)現(xiàn)取決于傳感技術(shù)與半導(dǎo)體集成化工

42、藝水平的提產(chǎn)物，它的實(shí)現(xiàn)取決于傳感技術(shù)與半導(dǎo)體集成化工藝水平的提 高與發(fā)展。這類傳感器具有多功能、高性能、體積小、適宜大高與發(fā)展。這類傳感器具有多功能、高性能、體積小、適宜大 批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是傳感器重要的發(fā)展方向之一。批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是傳感器重要的發(fā)展方向之一。 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 如美國霍尼韋爾公司制作的如美國霍尼韋爾公司制作的ST-3000ST-3000型智型智 能傳感器能傳感器，采用半導(dǎo)體工藝，在同一芯片上，采用半導(dǎo)體工藝，在同一芯片上 制作靜態(tài)壓力、壓差、溫度三種敏感元件，制作靜態(tài)壓力、壓差、溫度三種敏感元件， 芯片中還

43、包含了微處理器、存儲(chǔ)器、芯片中還包含了微處理器、存儲(chǔ)器、A/DA/D、 D/AD/A、轉(zhuǎn)換器和數(shù)字、轉(zhuǎn)換器和數(shù)字I/OI/O接口，能提供接口，能提供4 420mA20mA 標(biāo)準(zhǔn)輸出和數(shù)字量輸出。設(shè)計(jì)得平均故障間標(biāo)準(zhǔn)輸出和數(shù)字量輸出。設(shè)計(jì)得平均故障間 隔時(shí)間為隔時(shí)間為470470年，實(shí)際使用壽命不低于年，實(shí)際使用壽命不低于1515年。年。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 智能微塵傳感器：智能微塵傳感器：智能微塵智能微塵（Smart Micro DustSmart Micro Dust）是一）是一 種具有電腦功能的超微型傳感器。從肉眼看來，它和一顆沙粒種具有電腦功能的超微型傳感器。從肉眼看來，它

44、和一顆沙粒 沒有多大區(qū)別。但內(nèi)部卻包含了從信息收集、信息處理到信息沒有多大區(qū)別。但內(nèi)部卻包含了從信息收集、信息處理到信息 發(fā)送所必需的全部部件。發(fā)送所必需的全部部件。 目前，直徑約為目前，直徑約為5mm5mm的智能微塵已經(jīng)問世，智能微塵的外的智能微塵已經(jīng)問世，智能微塵的外 形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。未來的智能微塵甚至可以懸浮在空中形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。未來的智能微塵甚至可以懸浮在空中 幾個(gè)小時(shí)，搜集、處理并無線發(fā)射信息。幾個(gè)小時(shí)，搜集、處理并無線發(fā)射信息。 a a）肉眼所看到的智能微塵）肉眼所看到的智能微塵 b b）智能微塵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)）智能微塵的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 傳感器原

45、理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 6無線網(wǎng)絡(luò)化（無線網(wǎng)絡(luò)化（wireless networked） 傳感器的另一發(fā)展方向就是網(wǎng)絡(luò)傳感器。網(wǎng)絡(luò)傳感器是包含傳感器的另一發(fā)展方向就是網(wǎng)絡(luò)傳感器。網(wǎng)絡(luò)傳感器是包含 數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的新一代智能傳感器。的新一代智能傳感器。 被測(cè)模擬量被測(cè)模擬量數(shù)字傳感器數(shù)字傳感器數(shù)字量數(shù)字量微處理器微處理器測(cè)量結(jié)果測(cè)量結(jié)果網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)。 可實(shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng) 之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享，在更換傳感器時(shí)無須進(jìn)行標(biāo)定和校之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享，在更換傳感器時(shí)無

46、須進(jìn)行標(biāo)定和校 準(zhǔn)，可做到準(zhǔn)，可做到“即插即用即插即用”。 例如，例如，美國美國HoneywellHoneywell公司開發(fā)的公司開發(fā)的PPTPPT系列、系列、PPTRPPTR系列和系列和 PPTEPPTE系列智能精密壓力傳感器就屬于網(wǎng)絡(luò)傳感器。系列智能精密壓力傳感器就屬于網(wǎng)絡(luò)傳感器。 在構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)時(shí)，能確定每個(gè)傳感器的在構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)時(shí)，能確定每個(gè)傳感器的全局地址、組地址和全局地址、組地址和 設(shè)備識(shí)別號(hào)（設(shè)備識(shí)別號(hào)（IDID）地址）地址。用戶通過網(wǎng)絡(luò)就能獲取任何一只傳感。用戶通過網(wǎng)絡(luò)就能獲取任何一只傳感 器的數(shù)據(jù)并對(duì)該傳感器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。器的數(shù)據(jù)并對(duì)該傳感器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 1.3 傳感器技術(shù)的發(fā)

47、展趨勢(shì) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個(gè)個(gè)的傳感器無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個(gè)個(gè)的傳感器 節(jié)點(diǎn)。它們的體積都非常小巧。這些節(jié)點(diǎn)可以感受溫度的節(jié)點(diǎn)。它們的體積都非常小巧。這些節(jié)點(diǎn)可以感受溫度的 高低、濕度的變化、壓力的增減、噪聲的升降。更讓人感高低、濕度的變化、壓力的增減、噪聲的升降。更讓人感 興趣的是，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)可以進(jìn)行快速運(yùn)算的微型興趣的是，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)可以進(jìn)行快速運(yùn)算的微型 計(jì)算機(jī)，它們將傳感器收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)，它們將傳感器收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)， 進(jìn)行編碼，然后通過節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間自行建立的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編

48、碼，然后通過節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間自行建立的無線網(wǎng)絡(luò) 發(fā)送給具有更大處理能力的服務(wù)器。發(fā)送給具有更大處理能力的服務(wù)器。 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 國家標(biāo)準(zhǔn)（國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665-87）中傳感器的定義：）中傳感器的定義： 傳感器：傳感器：能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可 用輸出信號(hào)的器件或裝置。用輸出信號(hào)的器件或裝置。 傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)； 輸入量是某一被測(cè)量，物理量、化學(xué)量、生物量等；輸入量是某一被測(cè)量，物理量、化學(xué)量、生物量等； 輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以輸出量是

49、某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以 是氣、光、電物理量，是氣、光、電物理量，主要是電物理量主要是電物理量； 輸出與輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。輸出與輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。 傳感器名稱：傳感器名稱：發(fā)送器、傳送器、變送器、檢測(cè)器、換能器、探測(cè)器發(fā)送器、傳送器、變送器、檢測(cè)器、換能器、探測(cè)器 傳感器功用：傳感器功用：一感二傳，即感受被測(cè)信息，并傳送出去。一感二傳，即感受被測(cè)信息，并傳送出去。 一、傳感器的定義一、傳感器的定義（Transducer/Sensor） 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 輔助電源輔助電源 敏感元件敏感

50、元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路 被測(cè)量被測(cè)量電量電量 敏感元件敏感元件：直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系 的某一物理量的元件。的某一物理量的元件。 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成：敏感元件的輸出就是它的輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成 電路參量。電路參量。 基本轉(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn) 換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。 二、傳感器的組成二、傳感器的組成 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用

51、輔助電源輔助電源 敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路 被測(cè)量被測(cè)量電量電量 二、傳感器的組成二、傳感器的組成 測(cè)量壓力的電測(cè)量壓力的電 位器式壓力傳位器式壓力傳 感器的組成感器的組成 1.4 傳感器的定義、組成和分類 1-彈簧管彈簧管; 2-電位器電位器;3電刷；電刷；4齒條、齒輪副齒條、齒輪副 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 （1）敏感元件）敏感元件 直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成 確定關(guān)系的某一物理量的元件。確定關(guān)系的某一物理量的元件。 二、傳感器的組成二、傳感器的組成 彈性敏感元件彈性敏感元件 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳

52、感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 實(shí)際上，有些傳感器很簡(jiǎn)單，有些則較復(fù)雜，大多數(shù)是實(shí)際上，有些傳感器很簡(jiǎn)單，有些則較復(fù)雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng)， 也有些是帶反饋的也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)。 最簡(jiǎn)單的傳感器由一個(gè)敏感元件最簡(jiǎn)單的傳感器由一個(gè)敏感元件(兼轉(zhuǎn)換元件兼轉(zhuǎn)換元件)組成，感受被測(cè)量組成，感受被測(cè)量 時(shí)直接輸出電量，如時(shí)直接輸出電量，如熱電偶熱電偶。 二、傳感器的組成二、傳感器的組成 （2 2）轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 熱電偶熱電偶 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路。例如：有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成

53、，沒有轉(zhuǎn)換電路。例如： 壓電式加速度傳感器，質(zhì)量塊是敏感元件，壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元壓電式加速度傳感器，質(zhì)量塊是敏感元件，壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元 件。件。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè)，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個(gè)，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。 二、傳感器的組成二、傳感器的組成（2 2）轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 二、傳感器的組成二、傳感器的組成（2 2）轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 被測(cè)非電量：被測(cè)非電量：外界壓力外界壓力 敏敏 感感 元元 件：件：彈性體彈性體 有用非電量：有用非電量：極板間距變化極板間距變化 傳傳 感感 元元 件：件：平行板

54、電容器平行板電容器 有有 用用 電電 量：量：電容量電容量C 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 二、傳感器的組成二、傳感器的組成 （3 3）轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電路是傳感器的主要組成環(huán)節(jié)：轉(zhuǎn)換電路是傳感器的主要組成環(huán)節(jié)： 因?yàn)椴簧賯鞲衅饕谕ㄟ^轉(zhuǎn)換電路后才能輸出電信號(hào)，從因?yàn)椴簧賯鞲衅饕谕ㄟ^轉(zhuǎn)換電路后才能輸出電信號(hào)，從 而決定了而決定了轉(zhuǎn)換電路是傳感器的組成環(huán)節(jié)之一轉(zhuǎn)換電路是傳感器的組成環(huán)節(jié)之一。 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 國標(biāo)國標(biāo)GB/T14479-93規(guī)定傳感器圖用圖形符號(hào)表示方法：規(guī)定傳感器圖用圖形符號(hào)表示方

55、法： 三、傳感器的圖形符號(hào)三、傳感器的圖形符號(hào) 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 1、按工作機(jī)理：、按工作機(jī)理：物理型、化學(xué)型、生物型等物理型、化學(xué)型、生物型等 2、按構(gòu)成原理：、按構(gòu)成原理：結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類 3、根據(jù)能量轉(zhuǎn)換：能量控制型和能量轉(zhuǎn)換型傳感器、根據(jù)能量轉(zhuǎn)換：能量控制型和能量轉(zhuǎn)換型傳感器 4、按照物理原理分類：、按照物理原理分類：十種十種 5、按照用途分類、按照用途分類 ：位移、壓力、振動(dòng)、溫度等傳感器位移、壓力、振動(dòng)、溫度等傳感器 7、根據(jù)輸出信號(hào)：、根據(jù)輸出信號(hào)：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 6、根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆

56、與否、根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆與否 ：?jiǎn)蜗蚝碗p向：?jiǎn)蜗蚝碗p向 8、根據(jù)是否使用電源：有源傳感器和無源傳感器、根據(jù)是否使用電源：有源傳感器和無源傳感器 四、傳感器的分類四、傳感器的分類 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 結(jié)構(gòu)型傳感器結(jié)構(gòu)型傳感器 利用物理學(xué)中利用物理學(xué)中場(chǎng)的定律場(chǎng)的定律構(gòu)成構(gòu)成 的，包括動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律，電的，包括動(dòng)力場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)定律，電 磁場(chǎng)的電磁定律等。物理學(xué)中的磁場(chǎng)的電磁定律等。物理學(xué)中的 定律一般是以方程式給出的。對(duì)定律一般是以方程式給出的。對(duì) 于傳感器，這些方程式就是許多于傳感器，這些方程式就是許多 傳感器在工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型。傳感器在工作時(shí)的數(shù)學(xué)模

57、型。 這類傳感器的特點(diǎn)：這類傳感器的特點(diǎn)： 傳感器的工作原理是以傳感傳感器的工作原理是以傳感 器中元件相對(duì)位置變化引起場(chǎng)的器中元件相對(duì)位置變化引起場(chǎng)的 變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性 變化為基礎(chǔ)變化為基礎(chǔ)。 四、傳感器的分類四、傳感器的分類 各種彈性敏感元件傳感器各種彈性敏感元件傳感器 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 物性型傳感器物性型傳感器 利用利用物質(zhì)定律物質(zhì)定律構(gòu)成的，如虎克定律、構(gòu)成的，如虎克定律、 歐姆定律等。物質(zhì)定律是表示物質(zhì)某種客歐姆定律等。物質(zhì)定律是表示物質(zhì)某種客 觀性質(zhì)的法則。這種法則，大多數(shù)是以物觀性質(zhì)的法則。這

58、種法則，大多數(shù)是以物 質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小， 決定了傳感器的主要性能。決定了傳感器的主要性能。 物性型傳感器的性能隨材料的不同而物性型傳感器的性能隨材料的不同而 異異。如光電管，利用了物質(zhì)法則中的外光。如光電管，利用了物質(zhì)法則中的外光 電效應(yīng)，特性與涂覆在電極上的材料有著電效應(yīng)，特性與涂覆在電極上的材料有著 密切的關(guān)系。又如所有半導(dǎo)體傳感器、所密切的關(guān)系。又如所有半導(dǎo)體傳感器、所 有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導(dǎo)有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導(dǎo) 體、陶瓷、合金等性能變化的傳感器，都體、陶瓷、合金等性能變化的傳感器，都 屬于物性型傳感器。屬于物性型傳感器。 四、傳感器的分類四、傳感器的分類 半導(dǎo)體氣體傳感器半導(dǎo)體氣體傳感器 1.4 傳感器的定義、組成和分類 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 能量控制型傳感器能量控制型傳感器 在信息變化過程中，在信息變化過程中，傳感器將從傳感器將