教學(xué)課件：《傳感器及RFID技術(shù)應(yīng)用》

1、 地位：專業(yè)必修課，專業(yè)5門核心課程之一，學(xué)時80（理論40學(xué)時+實訓(xùn)40學(xué)時），考試科目。主要培養(yǎng)傳感器及RFID的選型和應(yīng)用能力；先修課程為電路分析與應(yīng)用、電子技術(shù)分析與實踐、電工電子技能訓(xùn)練等課程，后續(xù)課程為單片機應(yīng)用技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)及應(yīng)用、畢業(yè)設(shè)計和頂崗實習(xí)等課程。1、課程性質(zhì)傳感器及RFID應(yīng)用2-1 知識目標(biāo)（1）會描述傳感器技術(shù)的發(fā)展；會檢測技術(shù)的基礎(chǔ)知識； （2）會熟練分析典型傳感器的組成和基本工作原理； （3）會RFID的基礎(chǔ)知識；形成對傳感器及RFID應(yīng)用的基本認(rèn)識。2-2 技能目標(biāo) （1）會熟練選擇典型被測量的測量方法和傳感器； （2）會構(gòu)建常用傳感器測試電路；能對常

2、用基于傳感器的控制系統(tǒng)進行簡單維護維修。 （3）會使用RFID器件；會使用測量工具測試傳感器和RFID器件；2-3素質(zhì)目標(biāo) 培養(yǎng)學(xué)生具有一定的創(chuàng)新思維能力；培養(yǎng)學(xué)生謙虛好學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度；培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度；培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和良好的職業(yè)習(xí)慣。 2、課程目標(biāo)傳感器及RFID應(yīng)用項目一 認(rèn)識傳感器（6學(xué)時）項目二 力和壓力測量（4學(xué)時）項目三 溫度測量（6學(xué)時）項目四 氣體和濕度測量（4學(xué)時）項目五 位移檢測（4學(xué)時）項目六 轉(zhuǎn)速、流量檢測（4學(xué)時）項目七 位置檢測（2學(xué)時）項目八 RFID技術(shù)應(yīng)用（6學(xué)時）項目九 傳感器綜合應(yīng)用（2學(xué)時）復(fù)習(xí)（2學(xué)時）合計：理論40學(xué)時3、課程內(nèi)容傳感

3、器及RFID應(yīng)用1）本課程關(guān)鍵點：了解原理-掌握選擇傳感器的方法-學(xué)會應(yīng)用傳感器。2）學(xué)習(xí)資料網(wǎng)站：學(xué)會搜索、下載、閱讀傳感器/RFID技術(shù)資料。傳感器精品課程網(wǎng)站：42:8029/中國傳感器網(wǎng)：/ RFID世界網(wǎng)：/ 歐姆龍自動化：/products/category/sensors/index.html霍尼韋爾中國：/sites/cn/Pages/home.aspx4、學(xué)習(xí)方法傳感器及RFID應(yīng)用項目一：認(rèn)識傳感器 傳感器及RFID應(yīng)用項目一 認(rèn)識傳感器傳感器的作用及應(yīng)用1傳感器的概念、分類與發(fā)展2傳感器技術(shù)基礎(chǔ)3了解傳感器的概念、用途、分類及應(yīng)用。學(xué)習(xí)傳感器的特性與指標(biāo)。知識要點能夠描述

4、什么是傳感器。知道傳感器選型的基本原則。技能要點項目目標(biāo)能夠列舉出3種以上在手機、汽車上應(yīng)用的傳感器。任務(wù)目標(biāo)傳感器是信息采集的首要部件。 人們?yōu)榱藦耐饨绔@得信息，必須借助于感覺器官。 人的“五官”眼、耳、鼻、舌、皮膚分別具有視、聽、嗅、味、觸覺等直接感受周圍事物變化的功能，人的大腦對“五官”感受到的信息進行加工、處理，從而調(diào)節(jié)人的行為活動。 人們在研究自然現(xiàn)象、規(guī)律以及生產(chǎn)活動中，有時需要對某一事物的存在與否作定性了解，有時需要進行大量的測量實驗以確定對象的確切數(shù)據(jù)量值，所以單靠人的自身感覺器官的功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要借助于某種儀器設(shè)備來完成，這種儀器設(shè)備就是傳感器。傳感器是人類“五官”的延

5、伸，是信息采集系統(tǒng)的首要部件。一、傳感器的作用及應(yīng)用一）傳感器作用電量、非電量的測量 表征物質(zhì)特性及運動形式的參數(shù)很多，根據(jù)物質(zhì)的電特性，可分為電量和非電量兩類。 電量：一般是指物理學(xué)中的電學(xué)量，例如電壓、電流、電阻、電容及電感等。 非電量：是指除電量之外的一些參數(shù)，例如壓力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、溫度、濃度及酸堿度等等。人類為了認(rèn)識物質(zhì)及事物的本質(zhì)，需要對物質(zhì)特性進行測量，其中大多數(shù)是對非電量的測量。非電量不能直接使用一般的電工儀表和電子儀器進行測量，因為一般的電工儀表和電子儀器只能測量電量，要求輸入的信號為電信號。 非電量需要轉(zhuǎn)化成與其有一定關(guān)系的電量，再進行測

6、量，實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件就是傳感器。傳感器是獲取自然或生產(chǎn)中信息的關(guān)鍵器件，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種裝備不可缺少的信息采集工具。采用傳感器技術(shù)的非電量電測方法，就是目前應(yīng)用最廣泛的測量技術(shù)。一、傳感器的作用及應(yīng)用一）傳感器作用 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱產(chǎn)業(yè)，分別充當(dāng)信息系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”，他們構(gòu)成了一個完整的自動檢測系統(tǒng)。 在利用信息的過程中，首先要解決的問題就是獲取可靠、準(zhǔn)確信息，所以傳感器精度的高低直接影響計算機控制系統(tǒng)的精度，沒有性能優(yōu)良的傳感器，就沒有現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展。一、傳感器的作用及應(yīng)用一）傳感器作用一、傳感器

7、的作用及應(yīng)用二）傳感器應(yīng)用 在石油、化工、電力、鋼鐵、機械等加工工業(yè)中，傳感器在各自的工位上擔(dān)負(fù)著相當(dāng)于人們感覺器官的作用，它們每時每刻地按需要完成對各種信息的檢測，再把大量測得的信息傳輸給計算機進行處理，用以進行生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量、工藝管理與安全方面的控制。汽車生產(chǎn)零件傳送鋼鐵工業(yè)一、傳感器的作用及應(yīng)用一）傳感器作用 在石油、化工、電力、鋼鐵、機械等加工工業(yè)中，傳感器在各自的工位上擔(dān)負(fù)著相當(dāng)于人們感覺器官的作用，它們每時每刻地按需要完成對各種信息的檢測，再把大量測得的信息傳輸給計算機進行處理，用以進行生產(chǎn)過程、產(chǎn)品質(zhì)量、工藝管理與安全方面的控制。石化生產(chǎn)機械加工零件傳送鋼鐵工業(yè)一、傳感器的作

8、用及應(yīng)用二）傳感器應(yīng)用 傳感器在汽車上的應(yīng)用已不只局限于對行駛速度、行駛距離、發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度以及燃料剩余量等有關(guān)參數(shù)的測量，汽車安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、防滑控制系統(tǒng)、防抱死裝置、電子變速控制裝置、排氣循環(huán)裝置、電子燃料噴射裝置及汽車“黑匣子”等新設(shè)施上都應(yīng)用了傳感器。隨著汽車電子技術(shù)、汽車安全技術(shù)和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳感器在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將會更為廣泛。一、傳感器的作用及應(yīng)用二）傳感器應(yīng)用 傳感器已在現(xiàn)代家用電器中得到普遍應(yīng)用，譬如，在電子爐灶、自動電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、熱風(fēng)取暖器、風(fēng)干器、報警器、電熨斗、電風(fēng)扇、游戲機、電子驅(qū)蚊器、洗衣機、洗碗機、照相機、電冰箱、彩色電視機、錄像

9、機、錄音機、收音機、電唱機及家庭影院等方面都得到了廣泛應(yīng)用。 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，增加監(jiān)控用的紅外報警、氣體檢測報警，將各種家電聯(lián)網(wǎng)，形成了智能家居系統(tǒng)。 一、傳感器的作用及應(yīng)用二）傳感器應(yīng)用 在機器人開發(fā)過程中，如何讓機器人“看”、“聽”、“行”、“取”甚至具有一定的智能分析能力，都離不開各種傳感器的應(yīng)用。 在全國、省市級的電子競賽項目中，可以看到機器人足球賽，避障、循跡、滅火、生活機器人，這些機器人也采用了眾多傳感器?！坝職馓枴被鹦翘綔y車家庭服務(wù)機器人滅火機器人一、傳感器的作用及應(yīng)用二）傳感器應(yīng)用 應(yīng)用醫(yī)用傳感器可以對人體的表面和內(nèi)部溫度、血壓及腔內(nèi)壓力、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析

10、、脈波及心音、心腦電波等進行高準(zhǔn)確度的診斷，如圖1-6所示。 除此以外，病人的監(jiān)護、管理也采用了基于RFID的跟蹤技術(shù)。 大型醫(yī)療設(shè)備醫(yī)療監(jiān)控電子血壓計一、傳感器的作用及應(yīng)用二）傳感器應(yīng)用 為保護環(huán)境，防震減災(zāi)，利用傳感器制成的各種環(huán)境監(jiān)測儀器正在發(fā)揮著積極的作用。如圖1-7（a）（b）（c）所示為三種利用傳感器制作的環(huán)境監(jiān)測儀器，如圖1-7（d）所示為音視頻生命探測儀，在地震后的搶救生命中被廣泛應(yīng)用。 （a）PM2.5檢測儀（d）生命探測儀（b）噪聲聲級計（c）核輻射檢測儀一、傳感器的作用及應(yīng)用二）傳感器應(yīng)用 為了解飛機或火箭的飛行軌跡，并把它們控制在預(yù)定的軌道上運行，就要使用傳感器進行速度

11、、加速度和飛行距離的測量，如圖1-8（a）。 要了解飛行器飛行的方向，就必須掌握它的飛行姿態(tài)，飛行姿態(tài)可以使用紅外水平線傳感器陀螺儀、陽光傳感器、星光傳感器及地磁傳感器等進行測量。如圖1-8所示為中國航天的兩大標(biāo)志性技術(shù)成果嫦娥一號（b）和神舟八號（c） 。（b）嫦娥一號（c）神舟八號飛船對接（a）飛機駕駛艙一、傳感器的作用及應(yīng)用二）傳感器應(yīng)用 所謂遙感技術(shù)，簡單地說就是從飛機、人造衛(wèi)星、宇宙飛船及船舶上對遠(yuǎn)距離的廣大區(qū)域的被測物體及其狀態(tài)進行大規(guī)模探測的一門技術(shù)。如圖1-9（a）所示為哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的照片。如圖1-9（b）所示為四川蘆山地震災(zāi)區(qū)衛(wèi)星地圖。如圖1-9（c）所示為珠峰衛(wèi)星遙感地圖

12、。（b）四川蘆山災(zāi)區(qū)遙感圖（c）珠峰遙感圖（a）哈勃望遠(yuǎn)鏡人馬座照片一、傳感器的作用及應(yīng)用二）傳感器應(yīng)用 隨著手越來越多的采用傳感器技術(shù)，其智能程度越來越高，請思考一下，我們的手機上使用了哪些傳感器？在此舉出3種： 、 、 。二、傳感器概念、分類、發(fā)展傳感器傳感器任務(wù) 傳感器技術(shù) 一）傳感器基本概念定義：能感受規(guī)定的被測量并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和調(diào)理電路3部分組成。簡單描述：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件。 感知與測量。人造感官：工程傳感器。東漢末年張衡發(fā)明候風(fēng)地動儀 涉及傳感（檢測）原理、傳感器件設(shè)計、傳感器開發(fā)和應(yīng)用的綜合技術(shù)，因此傳

13、感器技術(shù)涉及多學(xué)科交叉研究。 傳感器敏感元件構(gòu)成傳感器的核心，是指能直接感測或響應(yīng)被測量的部件。轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能將敏感元件感測或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號的部件，通常這種輸出信號以電量的形式出現(xiàn)。調(diào)理電路是把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換成便于處理、控制、記錄和顯示的有用電信號所涉及的有關(guān)電路。二、傳感器概念、分類、發(fā)展二）傳感器構(gòu)成與分類二、傳感器概念、分類、發(fā)展二）傳感器構(gòu)成與分類分 類 法型 式說 明按基本效應(yīng)物理,化學(xué),生物型分別以轉(zhuǎn)換中的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等命名按構(gòu)成原理結(jié)構(gòu)型以其轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)特性變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換物性型以其轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換按能量關(guān)系能量轉(zhuǎn)換型

14、傳感器輸出量直接由被測量能量轉(zhuǎn)換而得能量控制型傳感器輸出量能量由外源供給,但受被測輸入量控制按作用原理應(yīng)變式,電容式,壓電式,熱電式等以傳感器對信號轉(zhuǎn)換的作用原理命名按輸入量分位移,壓力,溫度,流體,氣體等以被測量命名（即按用途分類法）按輸出量分模擬式輸出量為模擬信號數(shù)字式輸出量為數(shù)字信號二、傳感器概念、分類、發(fā)展三）傳感器發(fā)展趨勢傳感器發(fā)展趨勢高新技術(shù)MEMS微電子機械技術(shù)、納米技術(shù)新效應(yīng)新材料新要求微型微功耗微型化微功耗集成化、多功能化集成化多功能化智能化、數(shù)字化智能化數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化（有線、無線）三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)一）傳感器特性與指標(biāo)三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)一）傳感器特性與指標(biāo)1.傳感器的靜

15、態(tài)特性1）靜態(tài)特性描述 靜態(tài)特性表示傳感器在被測輸入量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)時的輸出輸入關(guān)系，研究靜態(tài)特性主要考慮其非線性、滯后、重復(fù)、靈敏度、分辨力等方面。 傳感器的輸出/輸入關(guān)系或多或少地存在非線性問題，在不考慮遲滯、蠕變、不穩(wěn)定性等因素的情況下，其靜特性可用下列多項式代數(shù)方程表示：式中y為輸出量； x為輸入量； a0為零點輸出； a1為理論靈敏度； a2,a3an為非線性項系各項系數(shù)不同，決定了特性曲線的具體形式。靜態(tài)特性曲線可實際測試獲得，在非線性誤差不太大的情況下，總是采用直線擬合的方法來線性化。顯然，選定的擬合直線不同，計算所得的線性度數(shù)值也就不同。選擇擬合直線應(yīng)保證獲得盡量小的非線性

16、誤差，并考慮使用與計算方便。理論直線法端點直線法最佳直線法三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)一）傳感器特性與指標(biāo)2）靜態(tài)特性參數(shù)1.線性度（Linearity）線性度又稱非線性度，是表征傳感器輸出輸入校準(zhǔn)曲線與所選定的擬合直線（作為工作直線）之間的吻合（或偏離）程度的指標(biāo)。通常用相對誤差來表示線性度或非線性誤差。2.靈敏度(Sensitivity)靈敏度是傳感器輸出量增量與被測輸入量增量之比，線性傳感器的靈敏度就是擬合直線的斜率，即 ，非線性傳感器的靈敏度不是常數(shù)，應(yīng)以 表示。3.回差（滯后）(Hysteresis)回差是反映傳感器在正（輸人量增大）反（輸入量減小）行程過程中輸出輸入曲線的不重合程度的指標(biāo)。通

17、常用正反行程輸出的最大差值Hmax計算，并以相對值表示。輸出平均值與擬合直線間的最大偏差理論滿量程輸出值線性傳感器：非線性傳感器：4.重復(fù)性(Repeatability)回差是反映傳感器在正（輸人量增大）反（輸入量減?。┲貜?fù)性是衡量傳感器在同一工作條件下，輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時，所得特性曲線間一致程度的指標(biāo)。各條特性曲線越靠近，重復(fù)性越好。三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)一）傳感器特性與指標(biāo)2）靜態(tài)特性參數(shù)5.分辨率(Resolution)分辨率是傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)所能檢測出的被測輸入量的最小變化量。有時用該值相對滿量程輸入值之百分?jǐn)?shù)表示，則稱為分辨力。7.穩(wěn)定性（Stability）又

18、稱長期穩(wěn)定性，即傳感器在相當(dāng)長時間內(nèi)仍保持其性能的能力。穩(wěn)定性一般以室溫條件下經(jīng)過規(guī)定的時間間隔后，傳感器的輸出與起始標(biāo)定時的輸出之間的差異來表示，有時也用標(biāo)定的有效期來表示。8.漂移（Drift)漂移指在一定時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測輸入量無關(guān)的、不需要的變化。漂移包括零點漂移與靈敏度漂移。零點漂移或靈敏度漂移又可分為時間漂移（時漂）和溫度漂移（溫漂）。時漂是指在規(guī)定條件下，零點或靈敏度隨時間的緩慢變化；溫漂為周圍溫度變化引起的零點或靈敏度漂移。9.靜態(tài)誤差（Precision）靜態(tài)誤差又稱精度，是評價傳感器靜態(tài)性能的綜合性指標(biāo)，指傳感器在滿量程內(nèi)任一點輸出值相對其理論值的可能偏離

19、（逼近）程度。它表示采用該傳感器進行靜態(tài)測量時所得數(shù)值的不確定度。靜態(tài)誤差的計算是將非線性、回差、重復(fù)性誤差按幾何法綜合.靜態(tài)誤差的計算相對誤差表示靜態(tài)誤差6.閥值（Threshold）閾值是能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的最小被測輸入量值，即零位附近的分辨力。有的傳感器在零位附近有嚴(yán)重的非線性，形成所謂“死區(qū)”，則將死區(qū)的大小作為閾值；更多情況下閾值主要取決于傳感器的噪聲大小，因而有的傳感器只給出噪聲電平。三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)一）傳感器特性與指標(biāo)10.精確度與精確度（精度）有關(guān)的指標(biāo)是精密度和準(zhǔn)確度。精確度是精密度和準(zhǔn)確度兩者的總和，精確度表高示精密度和準(zhǔn)確度都高。在最簡單的情況下，可以取二者

20、的代數(shù)和。精確度常用測量誤差的相對值表示。關(guān)于三者的關(guān)系如圖1-17所示，精密度高不一定準(zhǔn)確度高（a），準(zhǔn)確度高不一定精密度高（b），理想的情況是測量結(jié)果的精確度高（c）。（a）準(zhǔn)確度低而精密度高 （b）準(zhǔn)確度高而精密度低 （c）精確度高圖1-17 傳感器的精確度（1）精密度：說明測量傳感器輸出值的發(fā)散性，即對某一穩(wěn)定的被測量，由同一個測量者，用同一個傳感器，在相當(dāng)短的時間內(nèi)連續(xù)重復(fù)測量多次，其測量結(jié)果的分散程度。例如，某測溫傳感器的精密度為0.5。精密度是隨機誤差大小的標(biāo)志，精密度高意味著隨機誤差小。（2）準(zhǔn)確度：說明傳感器輸出值與真值的偏離程度。如，某流量傳感器的準(zhǔn)確度為0.3m3/s，表

21、示該傳感器的輸出值與真值偏離0.3m3/s。準(zhǔn)確度是系統(tǒng)誤差大小的標(biāo)志，準(zhǔn)確度高意味著系統(tǒng)誤差小。 例：某溫度傳感器測量范圍為01000， 據(jù)工藝要求，測量誤差不允許超過7，應(yīng)如何選擇其精度才能滿足要求?儀表允許的最大引用誤差應(yīng)為：去掉“”與“”號，數(shù)值介于0.5、1.0級之間，若選擇1.0級，其允許誤差為1.0，超過工藝允許的最大誤差。儀表允許的最大引用誤差應(yīng)為選擇0.5級精度才能滿足要求。三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)一）傳感器特性與指標(biāo)2.傳感器的動態(tài)特性動態(tài)特性是反映傳感器隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。用傳感器測試動態(tài)量時，希望它的輸出量隨時間變化的關(guān)系與輸入量隨時間變化的關(guān)系盡可能一致，以實現(xiàn)傳

22、感器對快速變化輸入量的快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠的檢測。但實際情況往往實現(xiàn)不了，因此需要研究它的動態(tài)特性，也就是分析其動態(tài)誤差。它包括兩部分：1）輸出量達到穩(wěn)定狀態(tài)以后與理想輸出量之間的差別；2）當(dāng)輸入量發(fā)生躍變時，輸出量由一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)之間的過渡狀態(tài)中的誤差、由于實際測試時輸入量是千變?nèi)f化的，且往往事先并不知道，故工程上通常采用輸入“標(biāo)準(zhǔn)”信號函數(shù)的方法進行分析，并據(jù)此確立若干評定動態(tài)特性的指標(biāo)。常用的“標(biāo)準(zhǔn)”信號函數(shù)是正弦函數(shù)與階躍函數(shù)，下面將分析傳感器對正弦輸入的響應(yīng)（頻率響應(yīng)）和階躍輸入的響應(yīng)（階躍響應(yīng)）特性及性能指標(biāo)。在不考慮各種靜態(tài)誤差的條件下，可以用常系數(shù)線性微分方程描述單輸入x

23、、單輸出y傳感器動態(tài)特性，以下為其動態(tài)數(shù)學(xué)模型：設(shè)x(t)、y(t)的初始條件為零，對上式兩邊逐項進行拉氏變換，可得傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)是拉氏變換算子S的有理分式，所有系數(shù)都是實數(shù)，這是由傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的。分子的階次m不能大于分母的階次n，這是由物理條件決定的。分母的階次用來代表傳感器的特征： n0時，稱為零階； n1時，稱一階； n2時，為二階； n更大時，為高階。三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)一）傳感器特性與指標(biāo)2.傳感器的動態(tài)特性1）傳感器的頻率響應(yīng)特性傳感器的幅頻特性：傳感器的相頻特性：三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)一）傳感器特性與指標(biāo)2.傳感器的動態(tài)特性2）傳感器的階躍響應(yīng)特性當(dāng)給靜止的傳感器輸入一個單

24、位階躍信號時，其輸出信號稱為階躍響應(yīng)，如圖1-18所示。一階系統(tǒng)二階系統(tǒng)衡量階躍響應(yīng)的指標(biāo)有： （1）時間常數(shù) 傳感器輸出值上升到穩(wěn)態(tài)值yc的63.2所需的時間。參見圖1-18（a）。（2）上升時間Tr 傳感器輸出值由穩(wěn)態(tài)值的10上升到90所需的時間，但有時也規(guī)定其他百分?jǐn)?shù)。參見圖1-18（b）。（3）響應(yīng)時間Ts 輸出值達到允許誤差范圍2所經(jīng)歷的時間，或明確為“百分之二響應(yīng)時間”。參見圖1-18（b）。（4）超調(diào)量a1 響應(yīng)曲線第一次超過穩(wěn)態(tài)值之峰高，即a1 =ymax+yc，或用相對值a=（ymax- yc）/ yc100表示。參見圖1-18（b）。（5）衰減率 指相鄰兩個波峰（或波谷）高

25、度下降的百分?jǐn)?shù)：=（anan2）/ an100。參見圖1-18（b）。（6）穩(wěn)態(tài)誤差ess 系無限長時間后傳感器的穩(wěn)態(tài)輸出值與目標(biāo)值之間偏差ss的相對值： ess=（ss / yc）100。參見圖1-18（b）。三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)二）傳感器命名與代號1.傳感器的命名1）方法1傳感器產(chǎn)品的名稱，應(yīng)由主題詞及四級修飾語構(gòu)成，構(gòu)成順序（1）（5）。（1）主題詞傳感器。（2）第一級修飾語被測量，包括修飾被測量的定語。（3）第二級修飾語轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式”字。（4）第三級修飾語特征描述，指必須強調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其他必須的性能特征，一般可后續(xù)以“型”字。（5）第四級修飾語

26、主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精確度、靈敏度等）。說明：本命名法在有關(guān)傳感器的統(tǒng)計表格、圖書索引、檢索以及計算機漢字處理等特殊場合使用。例1：傳感器，絕對壓力，應(yīng)變式，放大型，13500kPa。例2：傳感器，加速度，壓電式，20g。2）方法2在技術(shù)文件、產(chǎn)品樣書、學(xué)術(shù)論文、教材及書刊的陳述句子中，作為產(chǎn)品名稱應(yīng)采用與方法1相反的順序。例1：13500kPa放大型應(yīng)變式絕對壓力傳感器。例2：20g壓電式加速度傳感器。三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)二）傳感器命名與代號2.傳感器代號標(biāo)記方法一般規(guī)定用大寫漢字拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字構(gòu)成傳感器完整代號。傳感器完整代號應(yīng)包括以下四個部分：（1）主稱（傳感器）；（2）被測量；（3

27、）轉(zhuǎn)換原理；（4）序號。四部分代號格式如圖1-19所示。在被測量、轉(zhuǎn)換原理、序號三部分代號之間有連字符“-”連接。例1：應(yīng)變式位移傳感器，代號為：CWY-YB-10。例2：光纖壓力傳感器，代號為：CY-GQ-1。例3：溫度傳感器，代號為：CW-01A。例4：電容式加速度傳感器，代號為：CA-DR-2。注意：有少數(shù)代號用其英文的第一個字母表示，如加速度用“A”表示。 三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)三）傳感器選型1.普通傳感器選型1）傳感器的類型選擇傳感器的類型選擇是根據(jù)具體測量工作決定的，這需要針對多方面的因素進行分析后才能給出明確的答案。傳感器測量的對象對傳感器本身設(shè)計原理的選擇具有一定的決定作用。此外量

28、程的大小、測量的方式、信號的引出方法及傳感器本身的質(zhì)量和價格，也需要綜合考慮。2）靈敏度的選擇在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是：傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。此外，傳感器的靈敏度是有方向性的。3）根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型 要進行個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感

29、器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：（1）量程的大小；（2）被測位置對傳感器體積的要求；（3）測量方式為接觸式還是非接觸式；（4）信號的引出方法，有線或是非接觸測量；（5）傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。 4）頻率響應(yīng)特性的選擇傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有一定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因此頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態(tài)測量中，

30、應(yīng)根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)確定響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過大的誤差。三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)三）傳感器選型1.普通傳感器選型5）線性范圍的選擇 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。從以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。 6）穩(wěn)定性的選擇 傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。

31、 7）精度的選擇 精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。在實際應(yīng)用中選擇傳感器要把握住：（1）根據(jù)實際需要，保證主要的參數(shù)。（2）不必盲目追求單項指標(biāo)的全面優(yōu)異，主要關(guān)心其穩(wěn)定性和變化規(guī)律性。思考：查閱相關(guān)的資料，看汽車水箱溫度控制選擇什么溫度傳感器（ ），水箱溫度控制范圍在7595，具有較高的性價比。三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)三）傳感器選型2.工業(yè)傳感器選型1）測量范圍的選擇測量范圍的選擇

32、要根據(jù)被測變量的大小和變化范圍，留有充分的余地。測量穩(wěn)定變量，最大測量值不應(yīng)超過量程的2/3；測量脈動變量，最大測量值不應(yīng)超過量程的1/2；一般被測變量最小值不應(yīng)低于傳感器量程的1/3。2）精度等級的選擇在工業(yè)測量中，為了便于表示儀表的質(zhì)量，通常用準(zhǔn)確度等級來表示儀表的準(zhǔn)確程度。準(zhǔn)確度等級就是最大引用誤差去掉正，負(fù)號及百分號。準(zhǔn)確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。我國工業(yè)儀表等級分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個等級。關(guān)于測量誤差，按照其特點與性質(zhì)可以分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和粗大誤差（應(yīng)該剔除）。閱讀表1-3，分析圖1-17中所示的彈著點包含哪一類誤差。產(chǎn)生原

33、因誤差特征誤差處理系統(tǒng)誤差系統(tǒng)缺陷或環(huán)境因素誤差值恒定或有一定規(guī)律系統(tǒng)改進或引入修正值隨機誤差大量偶然因素誤差值不定且不可預(yù)測多次測量取算術(shù)平均粗大誤差操作失誤測量值明顯偏離實際值剔除數(shù)據(jù)按照測量對象的特點可以分為靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差。 如果真值為A0，指示值：Ax，儀表滿量程：AFs=Amax-Amin，則：絕對誤差：=Ax-A0 （1-16）相對誤差： rA =/A0*100% （1-17）例1：A010kg，x =10.1kg =0.1kg；rA=1% A0100kg，x =100.5kg =0.5kg；rA=0.5%例2：待測電壓70V，表（1）0.5級、0500V，表（2）1.0級、0

34、100V，通過計算說明選用哪個表測量誤差較?。?解：|m1| = 0.5% 500 =2.5伏 |m2| = 1.0% 100 =1伏 可見，應(yīng)選擇表（2）。三、傳感器技術(shù)基礎(chǔ)四）傳感器標(biāo)定1.傳感器標(biāo)定與校準(zhǔn)方法 利用某種標(biāo)準(zhǔn)器具對新研制或生產(chǎn)的傳感器進行全面的技術(shù)檢定和標(biāo)度，稱為標(biāo)定；對傳感器在使用中或儲存后進行的性能復(fù)測，稱為校準(zhǔn)。 基本方法是：利用標(biāo)準(zhǔn)儀器產(chǎn)生已知的非電量，輸入到待標(biāo)定的傳感器中，然后將傳感器輸出量與輸入的標(biāo)準(zhǔn)量作比較，獲得一系列校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或曲線。 2.靜態(tài)標(biāo)定 指輸入信號不隨時間變化的靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，對傳感器的靜態(tài)特性如靈敏度、非線性、滯后、重復(fù)性等指標(biāo)的檢定。3.動態(tài)

35、標(biāo)定 對被標(biāo)定傳感器輸入標(biāo)準(zhǔn)激勵信號，測得輸出數(shù)據(jù)，做出輸出值與時間的關(guān)系曲線。由輸出曲線與輸入標(biāo)準(zhǔn)激勵信號比較可以標(biāo)定傳感器的動態(tài)響應(yīng)時間常數(shù)、幅頻特性、相頻特性等。項目小結(jié)傳感器是把需要測量的非電量信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。傳感器在諸多的領(lǐng)域存在廣泛應(yīng)用，隨著科技進步，傳感器技術(shù)也日新月異，改變、改善著我們的生活，傳感器技術(shù)是實現(xiàn)“感知中國、智慧地球”的關(guān)鍵技術(shù)。在以后各個項目的學(xué)習(xí)中，要注意學(xué)習(xí)每種傳感器的基本原理、掌握傳感器選型和應(yīng)用的知識和技能。思考練習(xí)1.什么是傳感器？2.列舉3個在日常生活中用到傳感器的實例。3.列舉在體育比賽中用到的傳感器。4.普通傳感器選型需要注意哪些問題？5.

36、要測量一個煉鐵高爐的爐溫，查閱相關(guān)資料選擇一種傳感器。（提示：某煉鐵高爐的溫度在400-1600度之間）6.2008年四川汶川，2010年青海玉樹，2013年四川廬山相繼發(fā)生了7級以上強地震，給災(zāi)區(qū)人民造成了極大的損失，從相關(guān)新聞報道來看，生命探測儀在搶險救災(zāi)中起到了重要作用，挽救了很多人的生命。請查閱相關(guān)資料，完成5頁的一篇報告。內(nèi)容包含：1）生命探測儀原理概述。2）生命探測儀的組成框圖。3）生命探測儀使用簡介。4）相關(guān)傳感器的技術(shù)手冊。休息一下！謝謝觀賞項目二：力和壓力測量 傳感器及RFID應(yīng)用技術(shù)項目二 力和壓力測量電阻應(yīng)變式傳感器1壓電式傳感器23 了解電阻應(yīng)變式、壓電式傳感器的基本結(jié)

37、構(gòu)；學(xué)習(xí)直流電橋的平衡條件，熟悉電阻應(yīng)變片的溫度補償法。知識要點 學(xué)會識別電阻應(yīng)變式傳感器，通過實驗掌握電阻應(yīng)變式、壓電式傳感器的使用方法。技能要點項目目標(biāo) 使用單片集成硅壓力傳感器MPX5100設(shè)計一種簡易的壓力計。任務(wù)目標(biāo) ?現(xiàn)實中有哪些地方需要測力或壓力？汽車上汽車安全氣囊地磅醫(yī)療上：眼壓儀、血壓計定義和分類 力敏傳感器，顧名思義就是能對各種力或能轉(zhuǎn)化為力的物理量產(chǎn)生反應(yīng)，并能將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妳?shù)的裝置或元件。 根據(jù)由力至電參數(shù)轉(zhuǎn)變的方式不同，力敏傳感器一般有電阻應(yīng)變式傳感器、電位計式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、電容式傳感器等，它們也可用來測量壓力值。一、電阻應(yīng)變式傳感器一）什么是力

38、敏傳感器 1）應(yīng)變效應(yīng) 由物理學(xué)可知，電阻絲的電阻R與電阻絲的電阻率、導(dǎo)體長度及截面積存在如下關(guān)系： （2-1） 當(dāng)電阻絲受到拉力作用時，長度伸長 ，橫截面積收縮 ，電阻率變化 ，如圖2-1所示，此時電阻值變化 。圖2-1 電阻絲應(yīng)變效應(yīng)一、電阻應(yīng)變式傳感器二）電阻應(yīng)變式傳感器2）電阻應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)及特性 金屬絲式電阻應(yīng)變片 分類： 金屬箔式應(yīng)變片一、電阻應(yīng)變式傳感器二）電阻應(yīng)變式傳感器 將電阻應(yīng)變片粘貼于待測構(gòu)件上，應(yīng)變片電阻將隨構(gòu)件應(yīng)變而改變，將應(yīng)變片電阻接入相應(yīng)的電路中，使其阻值變化轉(zhuǎn)化為電流或電壓輸出，即可測出力值。通常將應(yīng)變片接入電橋來實現(xiàn)電阻至電壓或電流的轉(zhuǎn)換。根據(jù)電橋電源不同

39、，又分直流電橋和交流電橋。這里主要介紹直流電橋。 圖2-4一、電阻應(yīng)變式傳感器二）電阻應(yīng)變式傳感器一、電阻應(yīng)變式傳感器計算可知 （2-2） 若使此電橋平衡，即 ，只要 。一般我們?nèi)?即可實現(xiàn)。 現(xiàn)將 換成電阻應(yīng)變片，即組成半橋單臂電路，隨構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)變造成傳感器電阻變化 時，式（2-2）變成 （2-3） 可見，輸出電壓與電阻變化率成線性關(guān)系，也即和應(yīng)變成線性關(guān)系，由此即可測出力值，由式（2-3）可得半橋單臂電路工作輸出的電壓靈敏度為： （2-4） 為了提高輸出電壓靈敏度，可以采用半橋或全橋電路，如圖2-5所示。圖2-5直流電橋的連接方式（a）半橋電路 （b）全橋電路 圖中 和 為電阻應(yīng)變片在構(gòu)件

40、上的對稱布置，“+”表示應(yīng)變片受拉力，“-” 表示應(yīng)變片受壓力。分別使用式（2-2）計算可得：對于半橋雙臂（2-5）對于全橋（2-6） 即半橋雙臂可使電壓靈敏度比半橋單臂提高一倍，而全橋電路電壓靈敏度又比半橋雙臂電壓靈敏度提高一倍?？梢姡萌珮?，并提高供電電壓E，可提高靈敏度系數(shù)。對于半橋單臂 （2-2） 例2-2 采用阻值為120靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片和阻值為120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為4V，并假定負(fù)載電阻無窮大。當(dāng)應(yīng)變片上的應(yīng)變分別為1和1 000時，試求單臂、雙臂和全橋工作時的輸出電壓，并比較三種情況下的靈敏度。解：，所以應(yīng)變?yōu)?時/V，所以應(yīng)變?yōu)?000時/V，

41、單臂:，所以應(yīng)變?yōu)?時，所以應(yīng)變?yōu)?000時半橋:/V，/V，所以應(yīng)變?yōu)?時，所以應(yīng)變?yōu)?000時全橋:/V，/V，從上面的計算可知：單臂時靈敏度最低，半橋雙臂時為其 倍，全橋時最高，為單臂的 倍。兩四因為所以：例2-3 例2-4 采用阻值R=120靈敏度系數(shù)K=2.0的金屬電阻應(yīng)變片與阻值R=120的固定電阻組成電橋，供橋電壓為10V。當(dāng)應(yīng)變片應(yīng)變?yōu)?000時，若要使輸出電壓大于10mV，則可采用何種工作方式（設(shè)輸出阻抗為無窮大）？解：由于不知是何種工作方式，可設(shè)為n，故可得：得n要小于2，故應(yīng)采用全橋工作方式。 1） 溫度誤差 期望：用作測量應(yīng)變的金屬應(yīng)變片，希望其阻值僅隨應(yīng)變變化，而不受

42、其它因素的影響。 定義：由于環(huán)境溫度變化引起的電阻變化與試件應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，從而產(chǎn)生很大的測量誤差，稱為應(yīng)變片的溫度誤差。 影響因素：應(yīng)變片的電阻絲(敏感柵)具有一定溫度系數(shù)；電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。一、電阻應(yīng)變式傳感器二）電阻應(yīng)變式傳感器二、壓電式傳感器一）壓電式傳感器基本工作原理 當(dāng)您將按鈕輕輕一旋，煤氣灶迅即燃起藍(lán)色火焰，您可曾意識到是什么帶給您的這份便利呢？ 將一塊看起來平淡無奇的陶瓷接上導(dǎo)線和電流表，用手在上面一摁，電流表的指針也跟著發(fā)生擺動竟然產(chǎn)生了電流。二、壓電式傳感器一）壓電式傳感器基本工作原理 其實，這是壓電材料中的壓電陶瓷，一種能夠?qū)C

43、械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，故可用于制造壓電打火機、移動X光機電源、炮彈引爆裝置等。 二、壓電式傳感器一）壓電式傳感器基本工作原理 壓電現(xiàn)象是100多年前居里兄弟研究石英時發(fā)現(xiàn)的。 正壓電效應(yīng)（順壓電效應(yīng)）：某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的一定表面上產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。當(dāng)作用力方向改變時，電荷極性也隨著改變。 逆壓電效應(yīng)（電致伸縮效應(yīng)）：當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向施加電場，這些電介質(zhì)就在一定方向上產(chǎn)生機械變形或機械壓力，當(dāng)外加電場撤去時，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的現(xiàn)象。 壓電體是發(fā)射和接收超聲波的理想材料。F石英晶體

44、壓電效應(yīng)演示 力的方向改變時，電荷的符號也隨之改變，外力去掉后，電荷消失。二、壓電式傳感器一）壓電式傳感器基本工作原理 分類石英晶體：單晶壓電晶體天然存在。壓電陶瓷：極化的多晶壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鋇等人工制造。有機高分子壓電材料：近年來發(fā)展的新型材料。 常用壓電材料性能石英晶體天然形成的石英晶體外形石英晶體薄片石英晶體切片及封裝雙面鍍銀及封裝高分子壓電薄膜及拉制 壓電材料特性指標(biāo)彈性常數(shù)壓電系數(shù)介電常數(shù)電阻機械耦合系數(shù)居里點二、壓電式傳感器二）壓電式傳感器基本工作原理 壓電式傳感器可以看作一個電荷發(fā)生器。同時，它也是一個電容器，其電容量為：式中：A為壓電片的面積； d為壓電片的厚度； 為

45、壓電材料的相對介電常數(shù)； 為空氣的相對介電常數(shù)。二、壓電式傳感器二）壓電式傳感器基本工作原理 因此，壓電傳感器可以等效為一個與電容器Ca串聯(lián)的電壓源Ua，如圖2-12（a）所示；也可以等效為一個與電容器并聯(lián)的電荷源q，如圖2-12（b）所示。電壓Ua，電荷量q和電容量Ca這三者的關(guān)系為： 。圖2-12 壓電傳感器等效電路二、壓電式傳感器二）壓電式傳感器基本工作原理 壓電傳感器本身的內(nèi)阻抗很高，而輸出能量較小，因此它的測量電路通常需要接入一個高輸入阻抗的前置放大器。 圖2-14 電荷放大器等效電路電壓放大器電荷放大器 圖2-13 電壓放大器電路原理及其等效電路圖二、壓電式傳感器三）壓電式傳感器及

46、其應(yīng)用并聯(lián)串聯(lián)目的：提高靈敏度圖2-15壓電元件的兩種接法適用于測量緩慢變化的信號，并以電荷為輸出量適用于測量電路有高輸入阻抗，并以電壓為輸出量二、壓電式傳感器三）壓電式傳感器及其應(yīng)用傳感器類型轉(zhuǎn)換方式壓電材料用途力敏力電石英、羅思鹽、ZnO、BaTiO3、PZT、PMS、電致伸縮材料微拾音器、聲納、應(yīng)變儀、氣體點火器、血壓計、壓電陀螺、壓力和加速度傳感器聲敏聲電聲壓石英、壓電陶瓷振動器、微音器、超聲波探測器、助聽器聲光PbM0O4、PbYiO3、LiNbO3聲光效應(yīng)器件光敏光電PbTiO3、LiTaO3熱電紅外線探測器熱敏熱電BaTiO3、LiTaO3、PbTiO3、TGS、PZO溫度計表2

47、-1 壓電式傳感器的主要應(yīng)用類型二、壓電式傳感器三）壓電式傳感器及其應(yīng)用6）煤氣灶電子點火器7）手機和平板電腦的橫豎顯示轉(zhuǎn)換8）手機跌落關(guān)機保護1）壓電式力傳感器3）壓電式玻璃破碎報警器 4）血壓計傳感器應(yīng)用2）壓電式加速度傳感器5）樂器傳感元件1）壓電式力傳感器 壓電式力傳感器是以壓電元件為轉(zhuǎn)換元件，輸出電荷與作用力成正比的力電轉(zhuǎn)換裝置。圖2-17 YDS-78型壓電式單向力傳感器2）壓電式加速度傳感器 壓電式加速度傳感器和被測物一起受到?jīng)_擊振動時，壓電元件受質(zhì)量塊慣性力的作用，根據(jù)牛頓第二定律，此慣性力是加速度的函數(shù)。圖2-18 壓電式加速度傳感器3）壓電式玻璃破碎報警器 BS-D2壓電式

48、傳感器是專門用于檢測玻璃破碎的一種傳感器，它利用壓電元件對振動敏感的特性來感知玻璃受撞擊和破碎時產(chǎn)生的振動波。 傳感器把震動波轉(zhuǎn)換成電壓輸出，輸出。電壓經(jīng)過放大、濾波、比較等處理后提供BS-D2壓電式玻璃破碎報警系統(tǒng)。圖2-19 壓電式玻璃破碎報警器3）壓電式玻璃破碎報警器 玻璃破碎報警可廣泛用于文物保管、貴重商品保管及其它商品柜臺保管等場合。 當(dāng)前，新型振動傳感器技術(shù)越來越成熟，如Z02B，工作電壓為5V（典型應(yīng)用3V，最高電壓12V），由于該傳感器輸出信號能夠滿足數(shù)字模塊的觸發(fā)電壓，在使用時可以觸發(fā)KD153發(fā)出“叮咚”聲音，如圖2-20所示。圖2-20 振動報警器4）血壓計傳感器 電子血

49、壓計通過在捆扎布內(nèi)部安裝的傳感元件，把血液流過血管中產(chǎn)生的“克隆脫克潑”音變換成電信號。血液的流動與捆扎布的氣壓有關(guān)。輸出電壓隨著血液流動的變化而變化，從該值可知道血壓值，也可以測量脈搏數(shù)，圖2-21（a）表示它的構(gòu)造，（b）表示其檢測波形。 圖2-21血壓計傳感器5）樂器傳感元件圖2-22 吉他傳感器 樂器傳感元件如圖2-22所示。把壓電元件特殊的阻尼材料夾住，存放在一個外殼中。由于壓電元件的衰減時間快，固有共振頻率低，因此能夠得到清楚而柔和的回授音，右圖是元件的頻率特性。傳感器安裝在吉他的軀體部位是，由于能夠檢測到弦振動引起的軀體的共振，經(jīng)放大從揚聲器中傳播出演奏。6）煤氣灶電子點火器 如

50、圖2-23所示，讓高壓跳火來點燃?xì)?。?dāng)使用者將開關(guān)往里壓時，把氣閥打開；將開關(guān)旋轉(zhuǎn)，則使彈簧往左壓，此時，彈簧有一個很大的力撞擊壓電晶體。產(chǎn)生高壓放電，導(dǎo)致燃燒盤點火。圖2-23 煤氣灶電子點火裝置7）手機和平板電腦的橫豎顯示轉(zhuǎn)換 ADXL320雙軸加速度傳感器可用于手機和平板電腦的屏幕橫豎顯示方向自動轉(zhuǎn)換。 實現(xiàn)為手機或平板電腦的GSensor重力感應(yīng)功能。芯片引腳如圖2-24所示。其中NC表示不需要連接的引腳，COM為地，Vs為電源，ST為自測試端，XOUT和YOUT為輸出引腳。圖2-24 ADXL320引腳圖7）手機和平板電腦的橫豎顯示轉(zhuǎn)換電路原理如圖 2-25所示。 圖2-25 手機和

51、平板電腦的橫豎顯示方向自動轉(zhuǎn)換電路 當(dāng)人們縱向（X方向）拿著手機或平板電腦時，XOUT端口和YOUT端口輸出電壓為XOUT1.500V， YOUT1.326V，分別接LM324正相輸入端和反相輸入端。將LM324的輸出接到處理器就能判斷方向。在圖2-25中，CX和CY為濾波電容，其大小和帶寬的選擇有關(guān)，具體選擇見表2-2，最小值為2000pF。7）手機和平板電腦的橫豎顯示轉(zhuǎn)換 在圖2-25中，CX和CY為濾波電容，其大小和帶寬的選擇有關(guān)，具體選擇見表2-2，最小值為2000pF。表2-2 濾波電容選擇和帶寬關(guān)系表帶寬（Hz）電容（uF）14.7100.47500.11000.052000.02

52、75000.018）手機跌落關(guān)機保護 采用MMA1220D加速度傳感器控制手機跌落關(guān)機保護。在手機發(fā)生跌落時，該加速度傳感器處于自由落體狀態(tài)（失重），上下左右4個方向都沒有重力作用，輸出電壓為2.5V。該輸出電壓送入比較器，與2.5V電壓相減，為0時，產(chǎn)生觸發(fā)信號送入微處理器，進入關(guān)機程序，及時關(guān)機，以保護手機軟硬件不受損壞。 MMA1220D為Motorola公司生產(chǎn)的單軸加速度傳感器，由一個測力單元（重力傳感器）和放大器、濾波器組成，電路連接如圖2-25所示。圖2-25 MMA1220D電路連接8）手機跌落關(guān)機保護 MMA1220D在靜止?fàn)顟B(tài)下，向左或向右放置，重力加速度都為0g，輸出為2

53、.5V； 向上放置，受到1g重力加速度，輸出為2.75V；向下放置，受到1g重力加速度，輸出為2.25V。 如圖2-26所示。圖2-26 MMA1220D靜止?fàn)顟B(tài)輸出電壓 項目小結(jié) 力敏傳感器是將動態(tài)或靜態(tài)力的大小轉(zhuǎn)換成便于測量的電量的裝置。本項目介紹了電阻應(yīng)變式傳感器，其將外力轉(zhuǎn)化成電阻值的變化，再利用電橋電路檢測出電阻值的變化值，從而得出對應(yīng)的力變化量。還講述了壓電式傳感器，利用壓電效應(yīng)將外力轉(zhuǎn)換為電荷的變化量，通過電壓（或電荷）放大后，檢測對應(yīng)的壓力。休息一下！項目三：溫度測量 傳感器及RFID應(yīng)用技術(shù)項目三 溫度測量溫度測量方法1電阻式溫度傳感器23熱電偶傳感器3集成溫度傳感器43輻射

54、式溫度傳感器5 了解溫度測量的方法，了解接觸式與非接觸式兩種測溫方法在原理及性能上的不同，了解溫度傳感器的分類。了解熱電偶溫度傳感器的測溫原理，了解三種類型（普通、鎧裝、薄膜）熱電偶的結(jié)構(gòu)特點及使用場合，掌握熱電偶冷端處理常用處理辦法，掌握熱電偶實用測溫電路，掌握熱電偶串聯(lián)、并聯(lián)接法，熟悉和應(yīng)用中間導(dǎo)體定律。掌握金屬熱電阻式、熱敏電阻式溫度傳感器的測溫機理、基本構(gòu)成、特性及應(yīng)用。掌握集成溫度傳感器使用方法，了解其他溫度傳感器的工作原理。知識要點項目目標(biāo)知識要點學(xué)會使用溫度傳感器實現(xiàn)溫度的檢測、報警、控制。技能要點項目目標(biāo)使用集成的溫度傳感器LM26控制風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)。任務(wù)目標(biāo) ?生活中有哪些地方需要

55、測溫度？會使用什么器具測溫度？定義和分類一、溫度測量方法一）溫度概念 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是物體內(nèi)部分子無規(guī)則劇烈運動程度的標(biāo)志,分子運動越劇烈，溫度就越高。1、溫度概念 定義和分類一、溫度測量方法一）溫度概念 用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的基本單位。3 種溫標(biāo)的換算關(guān)系為：2、溫標(biāo)概念 華氏溫標(biāo)（）在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點為32度，水的沸點為212度，中間劃分180等分，每等分為華氏1度，符號為F。 攝氏溫標(biāo)()在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點為0度，水的沸點為100度，中間劃分100等分，每等分為攝氏1度，符號為t。 熱力學(xué)溫標(biāo)（K）規(guī)定分

56、子運動停止時的溫度為絕對零度（0K），符號為T。熱力學(xué)溫標(biāo)的零點絕對零度，是宇宙低溫的極限，宇宙間一切物體的溫度可以無限地接近絕對零度但不能達到絕對零度（如宇宙空間的溫度為0.2K）。一、溫度測量方法一）溫度的測量方法圖3-1 溫度傳感器原理圖溫度傳感器是由溫度敏感元件（感溫元件）和轉(zhuǎn)換電路組成。利用物體表面的熱輻射強度與溫度的關(guān)系來測量溫度的。Title in here非接觸式測溫輻射高溫計、光學(xué)高溫計、比色高溫計、熱紅外輻射溫度傳感器等。感溫元件與被測對象接觸，彼此進行熱量交換。熱膨脹式溫度傳感器、熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等。接觸式測溫 二、電阻式溫度傳感器一）電阻式溫度

57、傳感器基本工作原理 電阻式溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度變化而變化的原理來測量溫度的，即材料的電阻隨溫度的變化而變化，這種現(xiàn)象稱為熱電阻效應(yīng)。二）電阻式溫度傳感器分類及應(yīng)用 把由金屬導(dǎo)體鉑、銅、鎳等制成的測溫元件稱為金屬熱電阻，簡稱熱電阻傳感器。 把由半導(dǎo)體材料制成的測溫元件稱為熱敏電阻。1. 分類2. 金屬熱電阻主要材料 利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理進行測溫的。測溫范圍工作原理-220850范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K（-272），高溫可測量至1000。鉑和銅。1.電阻應(yīng)變式傳感器工作原理1)鉑電阻 鉑電阻的特點是測溫精度高，穩(wěn)定性好，所以在溫度

58、傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。鉑電阻的測量范圍為 -200850。-200 0 的溫度范圍內(nèi)為： Rt=R01+At+Bt2+Ct3(t-100)0 850的溫度范圍內(nèi)為： Rt=R0(1+At+Bt2) 式中Rt和R0分別為t和0時的鉑電阻值；A、B、和C為常數(shù)，其數(shù)值為： A = 3.9684*10-3/ B = - 5.847*10-7/ C = - 4.22*10-12/ 分度號分別為Pt10（10）、Pt50（50）、Pt100（100），其中Pt100最常用。鉑熱電阻不同分度號對應(yīng)有相應(yīng)分度表，即Rtt 的關(guān)系，見附錄A。1.電阻應(yīng)變式傳感器工作原理2)銅電阻 由于鉑是貴金屬，在測量精度

59、要求不高，溫度范圍在-50150時普遍采用銅電阻。銅電阻與溫度間的關(guān)系為： Rt=R0(1+a1t+a2t2+a3t3)。 由于a2，a3比a1小得多，所以可以簡化為： RtR0 (1+a1t)，式中，Rt是溫度為t時銅電阻值；R0是溫度為0時銅電阻值；a1是常數(shù)；a1=4.28*10-3-1銅電阻的R0常取100、50兩種，分度號為Cu100、Cu50。 特點：銅易于提純，價格低廉，電阻-溫度特性線性較好。但電阻率僅為鉑的幾分之一。因此，銅電阻所用阻絲細(xì)而且長，機械強度較差，熱慣性較大，在溫度高于100以上或腐蝕性介質(zhì)中使用時，易氧化，穩(wěn)定性較差。因此，只能用于低溫及無腐蝕性的介質(zhì)中。如中低

60、端汽車水箱溫度控制常用銅電阻傳感器，具有較高的性價比。1.電阻應(yīng)變式傳感器工作原理3)測量電路 熱電阻傳感器外接引線如果較長時，引線電阻的變化使測量結(jié)果有較大誤差，為減小誤差，可采用三線制電橋連接法測量電路或四線電阻測量電路。 無論三線制或四線制測量電路，都必須從熱電阻感溫體的根部引出導(dǎo)線，不能從熱電阻的接線端子上分出，否則同樣會存在引線誤差。 （a）三線制電橋測量電路 （b）四線制恒流源測量電路圖3-2 熱電阻傳感器電路 二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線的連接方式叫二線制。這種引線方法很簡單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長度等因素有關(guān)，且隨環(huán)境溫度變化，造成測量