傳感器教學課件

1、黃恕伯 05.8 在自然界中在自然界中, ,各種動物身上都隱藏著各種動物身上都隱藏著很多傳感器很多傳感器: : 視覺視覺 聽覺聽覺 觸覺觸覺 嗅覺嗅覺 味覺味覺 用這些感覺器官來感知周圍用這些感覺器官來感知周圍所發(fā)生的事情所發(fā)生的事情 這些感覺是通過人體身上存在的感這些感覺是通過人體身上存在的感知神經(jīng)知神經(jīng)“傳感器傳感器”而獲得的。而獲得的。黃恕伯 05.8現(xiàn)代信息技術的三大基礎學科 傳感器技術“感覺器官” 準確、可靠的獲取信息 通信技術“中樞神經(jīng)” 對信息的傳輸 計算機技術“大腦” 對信息的處理黃恕伯 05.8認識傳感器認識傳感器黃恕伯 05.8 當你走近當你走近自助銀行的自助銀行的自動門時

2、自動門時, ,為什么門會為什么門會自動打開自動打開? ?黃恕伯 05.8 地面控制中心的醫(yī)生怎樣才能時地面控制中心的醫(yī)生怎樣才能時刻知道宇航員的身體狀況的刻知道宇航員的身體狀況的? ?黃恕伯 05.8警察怎么知道他喝酒了?黃恕伯 05.8這一切這一切, ,都要歸功于都要歸功于 現(xiàn)代傳感器技術現(xiàn)代傳感器技術 的發(fā)展和應用。的發(fā)展和應用。黃恕伯 05.8生活中的傳感器生活中的傳感器黃恕伯 05.8農業(yè)生產中的傳感器農業(yè)生產中的傳感器黃恕伯 05.8利用利用濕度傳感器濕度傳感器判斷農田的水分蒸發(fā)情況判斷農田的水分蒸發(fā)情況, ,自自動決定供水還是停水動決定供水還是停水: :黃恕伯 05.8農業(yè)生產中的

3、傳感器農業(yè)生產中的傳感器黃恕伯 05.8工業(yè)生產中的傳感器工業(yè)生產中的傳感器工廠自動化生產線監(jiān)控工廠自動化生產線監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)黃恕伯 05.8飛向太空的傳感器飛向太空的傳感器什么是傳感器什么是傳感器? ?（3 3）實際上）實際上, ,能夠完成兩種量之間的變換能夠完成兩種量之間的變換或轉換關系或轉換關系, ,都符合于傳感器的定義范疇。都符合于傳感器的定義范疇。（1 1）傳感器傳感器是一種檢測裝置是一種檢測裝置; ;對應于被測量對應于被測量, ,能給出易于處理的輸出信號的能給出易于處理的輸出信號的變換器變換器。（2 2）電信號電信號易于采集、顯示、處理、儲存易于采集、顯示、處理、儲存和傳輸和傳輸,

4、,故現(xiàn)代技術與自動控制通常都需將故現(xiàn)代技術與自動控制通常都需將非非電學量電學量轉化為轉化為電學量電學量; ; 傳感器是指這樣一類元件傳感器是指這樣一類元件: :它能感受例如力、溫它能感受例如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量度、光、聲、化學成分等非電學量, ,并能把它們轉換并能把它們轉換成電壓、電流等電學量成電壓、電流等電學量, ,或轉換為電路的通斷。從而或轉換為電路的通斷。從而能方便地進行測量、傳輸、處理和控制能方便地進行測量、傳輸、處理和控制什么是傳感器什么是傳感器? ?1 1、定義、定義 傳感器一般由敏感元件、轉換元件和基本轉換傳感器一般由敏感元件、轉換元件和基本轉換電路三部分組成電路

5、三部分組成2 2、組成、組成敏感敏感元件元件轉換轉換元件元件轉換轉換電路電路被測量被測量電學量電學量非電學量非電學量敏感元件敏感元件傳感元件傳感元件信號調節(jié)信號調節(jié)轉換電路轉換電路輔輔 助助 電電 路路提供電源提供電源電學量電學量輸輸出出記錄記錄, ,顯示顯示, ,執(zhí)行機構等執(zhí)行機構等非電學量非電學量轉換元件轉換元件物理信息物理信息化學信息化學信息生物信息生物信息電信號電信號光信號光信號敏感元件敏感元件傳感器傳感器傳感器的工作原理傳感器的工作原理黃恕伯 05.8傳感器傳感器是電子控制系統(tǒng)獲取外部信息的惟一途徑。是電子控制系統(tǒng)獲取外部信息的惟一途徑。傳感器與人的感覺器官進行對比傳感器與人的感覺器

6、官進行對比: : 眼眼 耳耳 鼻鼻 舌舌 皮膚皮膚光敏傳感器光敏傳感器聲敏傳感器聲敏傳感器氣敏傳感器氣敏傳感器味覺傳感器味覺傳感器壓敏、熱敏、濕敏傳感器壓敏、熱敏、濕敏傳感器黃恕伯 05.8馬上行動馬上行動力敏傳感器力敏傳感器接受接受_信息信息,并轉換為電信號并轉換為電信號. _接受聲信息接受聲信息,并轉換為電信號并轉換為電信號.位移傳感器位移傳感器接受接受 信息信息,并轉換為并轉換為_.超聲波傳感器超聲波傳感器接受接受 信息信息,并轉換為并轉換為_.電信號電信號力力超聲波超聲波聲敏傳感器聲敏傳感器位置變化位置變化電信號電信號動圈式話筒動圈式話筒: :膜片在聲波下振動膜片在聲波下振動, ,使得

7、與使得與膜片相連的線圈中產生周期性膜片相連的線圈中產生周期性變化的感應電流。變化的感應電流。聲傳感器的應用聲傳感器的應用電容式話筒電容式話筒: :金屬膜片金屬膜片MM 和固定電極和固定電極 N N 形形成一成一 個電容器個電容器, ,MM 在聲波作用下振在聲波作用下振動動, ,電容器的電容作周期性變化電容器的電容作周期性變化, ,電阻電阻 R R 兩端的電壓也做相應的周兩端的電壓也做相應的周期性變化。期性變化。黃恕伯 05.8溫度傳感器的原理溫度傳感器的原理溫度傳感器溫度傳感器溫度傳感器是一種將溫度傳感器是一種將溫度溫度變化轉換為變化轉換為電學量電學量變化變化的裝置。的裝置。熱敏電阻熱敏電阻負

8、負溫度系數(shù)溫度系數(shù): :正正溫度系數(shù)溫度系數(shù): :R R隨隨t t的的升高升高而而減少減少R R隨隨t t的的升高升高而而增大增大金屬熱電阻金屬熱電阻黃恕伯 05.8溫度傳感器溫度傳感器熱敏電阻熱敏電阻溫度系數(shù)大溫度系數(shù)大靈敏度高靈敏度高響應迅速響應迅速測量線路簡單測量線路簡單體積小壽命長體積小壽命長價格便宜價格便宜耐濕耐酸耐堿耐濕耐酸耐堿耐熱沖擊耐熱沖擊耐振動耐振動可靠性較高可靠性較高熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻的阻值會隨著溫度的升高而熱敏電阻的阻值會隨著溫度的升高而_,_,具有負溫具有負溫度系數(shù)。度系數(shù)。熱敏電阻熱敏電阻R-TR-T關系示意圖關系示意圖: : （1 1）材料）材料: :半導體半

9、導體R RT To o減小減小（2 2）特性）特性: :金屬熱電阻金屬熱電阻（2 2）特性）特性: :金屬熱電阻的阻值會隨著溫度的升高而金屬熱電阻的阻值會隨著溫度的升高而_,_,具有正溫度系數(shù)具有正溫度系數(shù)（1 1）材料）材料: :金屬熱電阻是用金屬做成的金屬熱電阻是用金屬做成的R RT TO O金屬熱電阻金屬熱電阻R-TR-T關關系示意圖系示意圖: :增大增大溫度傳感器的應用溫度傳感器的應用將微機輔助實驗系統(tǒng)所配的溫度傳感器與計算機連將微機輔助實驗系統(tǒng)所配的溫度傳感器與計算機連接接, ,可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、畫圖的智能化功能?？梢詫崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、畫圖的智能化功能。溫度傳感器的應用溫度傳

10、感器的應用電燙斗電燙斗雙金屬片溫度傳感器雙金屬片溫度傳感器: :常溫下兩觸點分離。溫度升高常溫下兩觸點分離。溫度升高, ,兩兩種金屬膨脹性能不同種金屬膨脹性能不同, ,雙金屬片形狀雙金屬片形狀發(fā)生變化發(fā)生變化, ,使觸點接觸。使觸點接觸。溫度傳感器的應用溫度傳感器的應用電燙斗的構造電燙斗的構造思考與討論思考與討論: :常溫下兩觸點是接觸還常溫下兩觸點是接觸還是分離是分離? ?如何用調溫旋鈕來升高如何用調溫旋鈕來升高或降低電燙斗的工作溫度或降低電燙斗的工作溫度? ?電飯鍋電飯鍋感溫鐵氧體的感溫鐵氧體的“居里點居里點”: :感溫鐵氧體在常溫下具有鐵磁性感溫鐵氧體在常溫下具有鐵磁性, ,但溫度升高到

11、但溫度升高到103103時便失去了鐵磁性時便失去了鐵磁性, ,這個溫度稱為這種材料的這個溫度稱為這種材料的“居里溫度居里溫度”或或“居里點居里點”。電飯鍋的構造電飯鍋的構造思考與討論思考與討論: :開始做飯時為什開始做飯時為什么要壓下開關按鈕么要壓下開關按鈕? ?若用電飯鍋燒水若用電飯鍋燒水, ,水在沸騰以后是否會水在沸騰以后是否會自動斷電自動斷電? ?溫度傳感器的應用溫度傳感器的應用黃恕伯 05.8光電傳感器的原理光電傳感器的原理光敏電阻實物圖光敏電阻實物圖光電傳感器光電傳感器光敏電阻光敏電阻光敏電阻在暗環(huán)境中光敏電阻在暗環(huán)境中, ,電阻值很電阻值很大大強光照射下強光照射下, ,電阻值很電阻

12、值很小小光敏電阻對光敏感。當改變光照強度時光敏電阻對光敏感。當改變光照強度時, ,電阻的大電阻的大小也隨著改變。小也隨著改變。（2 2）材料）材料: :制作光敏電阻的材料一般為半導體。如制作光敏電阻的材料一般為半導體。如: :硫硫化鎘化鎘（1 1）特性）特性: :硫化鎘的電阻率跟光照的強度硫化鎘的電阻率跟光照的強度有關。有關。把硫化鎘涂敷在絕緣板上把硫化鎘涂敷在絕緣板上, ,另涂另涂敷兩個柵狀電極敷兩個柵狀電極, ,不同強度的光照射不同強度的光照射, ,兩電極間的電阻不同。兩電極間的電阻不同。光傳感器光傳感器鼠標器鼠標器光傳感器的應用光傳感器的應用鼠標中的紅外接收管就是光傳感器。鼠標移動時鼠標

13、中的紅外接收管就是光傳感器。鼠標移動時, ,滾球帶滾球帶動動 x x、y y 方向兩個碼盤轉動方向兩個碼盤轉動, ,紅外管接收到一個個紅外線脈沖。紅外管接收到一個個紅外線脈沖。計算機分別統(tǒng)計計算機分別統(tǒng)計 x x、y y 兩個方向上的脈沖信號兩個方向上的脈沖信號, ,就能確定鼠標就能確定鼠標的位置。的位置?；馂膱缶骰馂膱缶鞴怆娙龢O管是煙霧火警報警器中的光傳感器。平時光電三極管是煙霧火警報警器中的光傳感器。平時, ,發(fā)發(fā)光二極管發(fā)出的光被不透明擋板擋住。當有煙霧時光二極管發(fā)出的光被不透明擋板擋住。當有煙霧時, ,煙霧對煙霧對光有散射作用光有散射作用, ,光電三極管接收到散射光，電阻變小，使報

14、光電三極管接收到散射光，電阻變小，使報警電路工作。警電路工作。光傳感器的應用光傳感器的應用黃恕伯 05.8認識數(shù)碼相機認識數(shù)碼相機 數(shù)碼相機是近幾年中新發(fā)展起表的圖像捕捉設備數(shù)碼相機是近幾年中新發(fā)展起表的圖像捕捉設備, ,它將所拍攝它將所拍攝影像以數(shù)字形式保存起來影像以數(shù)字形式保存起來, ,拍攝的結果拍攝的結果( (數(shù)字化圖像數(shù)字化圖像) )可直接傳輸?shù)娇芍苯觽鬏數(shù)接嬎銠C中計算機中, ,它以不使用膠卷、采用數(shù)字技術處理圖像、易存儲等優(yōu)它以不使用膠卷、采用數(shù)字技術處理圖像、易存儲等優(yōu)點對傳統(tǒng)相機形成了壓倒性的優(yōu)勢。點對傳統(tǒng)相機形成了壓倒性的優(yōu)勢。 數(shù)碼相機與光學相機不同。光學相機是通過鏡頭捕捉來

15、自景物數(shù)碼相機與光學相機不同。光學相機是通過鏡頭捕捉來自景物的光，根據(jù)其光的強弱在膠片的銀鹽顆粒上感光，從而將圖像記的光，根據(jù)其光的強弱在膠片的銀鹽顆粒上感光，從而將圖像記錄在膠片上。而數(shù)碼相機通過光學鏡頭的作用將光線會聚到圖像錄在膠片上。而數(shù)碼相機通過光學鏡頭的作用將光線會聚到圖像傳感器傳感器電荷耦合器件電荷耦合器件(CCD)(CCD)上，它代替了普通相機中膠卷的位上，它代替了普通相機中膠卷的位置。置。CCDCCD把光信號轉變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過電子電路、數(shù)字信號處理器把光信號轉變?yōu)殡娦盘枺?jīng)過電子電路、數(shù)字信號處理器(DSP)(DSP)等對電信號進行轉換和壓縮處理，使圖像文件被存儲在內置等對電信

16、號進行轉換和壓縮處理，使圖像文件被存儲在內置存儲器中、至此，數(shù)碼相機的主要工作已經(jīng)完成，然后就可以通存儲器中、至此，數(shù)碼相機的主要工作已經(jīng)完成，然后就可以通過液晶顯示器過液晶顯示器(LCD)(LCD)查看拍攝到的照片。查看拍攝到的照片。 有一些數(shù)碼相機為擴大存儲容量而使用可移動存儲器，如有一些數(shù)碼相機為擴大存儲容量而使用可移動存儲器，如PCPC卡卡或軟盤。此外，還有連接到計算機、打印機和電視機的視頻接口?；蜍洷P。此外，還有連接到計算機、打印機和電視機的視頻接口。拓展拓展: :電容式位移傳感器電容式位移傳感器電容式位移傳感器示意電容式位移傳感器示意圖圖被測物體被測物體x x電容器極板電容器極板電

17、介質板電介質板電子秤電子秤 應變片發(fā)生形變時其電阻隨之應變片發(fā)生形變時其電阻隨之發(fā)生變化發(fā)生變化, ,在恒定電流下在恒定電流下, ,應變片是應變片是把形變（幾何量）轉換為電壓（電把形變（幾何量）轉換為電壓（電學量）的元件。學量）的元件。力傳感器的應用力傳感器的應用黃恕伯 05.8傳感器在機械杠桿秤電子化改造中的應用傳感器在機械杠桿秤電子化改造中的應用黃恕伯 05.8 在一些城市的主要交通路口在一些城市的主要交通路口, ,安裝有實時顯安裝有實時顯示聲強的儀器示聲強的儀器, ,試談談其原理。試談談其原理。光控開關光控開關用傳感器制作自控裝置用傳感器制作自控裝置路燈自控開關路燈自控開關A AY YR

18、 R2 2R R1 1R RG G5V5V1 1模擬路燈模擬路燈實驗溫度報警器溫度報警器溫度升高到一定程度就會發(fā)出報警聲溫度升高到一定程度就會發(fā)出報警聲蜂鳴器蜂鳴器5V5VA AY YR RT TR R1 11 1t t o o鞏固練習鞏固練習: : 1、傳感器能感受一些、傳感器能感受一些_量量,并把它們按一定的規(guī)并把它們按一定的規(guī)律轉化為律轉化為_量量,就可以方便的測量、傳輸、處理、就可以方便的測量、傳輸、處理、控制?？刂?。2、常見的將光學信號轉化為電信號的傳感元件是、常見的將光學信號轉化為電信號的傳感元件是_,當光照射它時當光照射它時,它的導電性能它的導電性能_。非電學非電學電學電學光敏電阻光敏電阻增加增加3 3、火災報警器使用的是（、火災報警器使用的是（ ）A.A.光傳感器光傳感器 B.B.溫度傳感器溫度傳感器 C.C.紅外線傳感器紅外線傳感器 D.D.超聲波傳感器超聲波傳感器4 4、如圖所示是測定位移、如圖所示是測定位移X X