微型傳感器的基本知識

1、第2章 微型傳感器的基本知識傳感器的定義和作用什么是傳感器？一般來說能夠把特定的被測量信息（物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號（電信號、光信號等）的器件或裝置，我們把它稱為傳感器。作為信息獲取的重要手段，與通信技術(shù)和計算機技術(shù)共同構(gòu)成信息技術(shù)的三大支柱。傳感器圖片壓力傳感器溫度傳感器光電傳感器土壤水分傳感器一氧化碳傳感器流量傳感器風(fēng)速傳感器氣體微壓壓力傳感器傳感器實例-智能樓宇中的傳感器:LoCal每年美國用電報告顯示至少有30%的電量是浪費的。這些電能浪費在何處？其中哪些是可以節(jié)省的？由美國加州大學(xué)伯克利分校大學(xué)發(fā)起的LoCal項目試圖通過在智能樓宇中部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來

2、解決這些問題。傳感器能實現(xiàn)空間和時間上的細粒度感知，可實時跟蹤到單個電器 傳感器能實現(xiàn)“多功能”的感知，能推測用戶的行為傳感器能夠互聯(lián)互通，通過大量連續(xù)的數(shù)據(jù)則有助于分析得出更多有用的信息 應(yīng)用特點傳感器的組成敏感元件敏感元件是傳感器中能感受或響應(yīng)被測量的部分。轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的信號（一般指電信號）部分?；巨D(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路可以對獲得的微弱電信號進行放大、運算調(diào)制等。另外，基本轉(zhuǎn)換電路工作時必須有輔助電源。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的基本轉(zhuǎn)換電路可安裝在傳感器殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上，構(gòu)成集成傳感器。傳感

3、器接口技術(shù)各種物理量用傳感器將其變成電信號，經(jīng)由諸如放大、濾波、干擾抑制、多路轉(zhuǎn)換等信號檢測和預(yù)處理電路，將模擬量的電壓或電流送A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，供計算機或者微處理器處理。傳感器的分類:按輸出信號的性質(zhì)開關(guān)型數(shù)字型模擬型數(shù)字式傳感器能把被測的模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。它的特點: 抗干擾能力強 穩(wěn)定性強 易于微機接口 便于信號處理和實現(xiàn)自動化測量傳感器的分類:按被測量與輸出電量的轉(zhuǎn)換原理能量控制型傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器能量控制型傳感器能量控制型傳感器將被測非電量轉(zhuǎn)換成電參量，在工作過程中不能起換能作用，需從外部供給輔助能源使其工作，所以又稱作無源傳感器。電阻式傳感器電容式傳感器電感式傳感器能

4、量轉(zhuǎn)換型傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器感受外界機械量變化后，輸出電壓、電流或電荷量。它可以直接輸出或放大后輸出信號，傳感器本身相當(dāng)于一個電壓源或電流源，因而這種傳感器又叫做有源傳感器。壓電式傳感器磁電式傳感器熱電式傳感器光敏傳感器光敏傳感器是一種感應(yīng)光線強弱的傳感器。當(dāng)感應(yīng)到光強度不同時，光敏探頭內(nèi)的電阻值就會有變化。常見的光敏傳感器有光電式傳感器色敏傳感器CCD圖像傳感器紅外/熱釋電式光敏器件等。將光量轉(zhuǎn)換為電量的器件稱為光電傳感器或光電元件。光電式傳感器應(yīng)用舉例聲控照明節(jié)電開關(guān)： 在白天或光線較亮?xí)r，節(jié)電開關(guān)呈關(guān)閉狀態(tài)，燈不亮。夜間或光線較暗時，節(jié)電開關(guān)呈預(yù)備工作工作狀態(tài)。當(dāng)有人經(jīng)過該開關(guān)附件時，

5、腳步聲、說話聲、拍手聲等把節(jié)電開關(guān)啟動，燈亮。延時4050秒后節(jié)電開關(guān)自動關(guān)閉，燈滅。無線報警系統(tǒng)衛(wèi)生間節(jié)水控制器氣、濕敏傳感器氣敏傳感器是一種能將檢測到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。半導(dǎo)體氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于可燃性氣體的探測與報警，以預(yù)測災(zāi)害性事故的發(fā)生。一氧化碳濃度傳感器二氧化碳濃度傳感器煙霧傳感器集成與智能傳感器集成傳感器是將敏感元件、測量電路和各種補償元件等集成在一塊芯片上，具有體積小、重量輕、功能強和性能好的特點。目前廣泛應(yīng)用的集成傳感器有集成溫度傳感器集成壓力傳感器集成霍爾傳感器等智能傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有如下幾個特點：具有自動調(diào)零和自動校準(zhǔn)功能。具有判斷和信息處理功

6、能，對測量值進行各種修正和誤差補償。實現(xiàn)多參數(shù)綜合測量。自動診斷故障。具有數(shù)字通信接口，便于與計算機聯(lián)機。傳感器選型的原則現(xiàn)代傳感器在原理和結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象和測量環(huán)境合理選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器的型號確定之后，與之相配套的測量方法和設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。測量對象與環(huán)境量程的大小被測位置對傳感器體積的要求測量方式為接觸式還是非接觸式信號的輸出方法，有線或非接觸測量傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口價格能否承受，是否自行研制靈敏度通常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

7、為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值會比較大，這有利于信號處理。但傳感器的靈敏度較高時，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，從而導(dǎo)致影響測量精度。因此，選用傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入干擾信號。頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(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)時間總有一定的延遲，通常希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)越高，則可測的信號頻率范圍就越寬。由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因而傳感器頻率低，則可測信號的頻率就較低。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點，以免產(chǎn)生過大的誤差。線性范

8、圍傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。理論上在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則它的量程就越大，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它的量程是否滿足要求。但在實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，它的線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)可將非線性誤差較小的傳感器近似看作是線性的，這會給測量工作帶來很大的方便。穩(wěn)定性傳感器在使用一段時間后，它的穩(wěn)定性會受到影響。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身的結(jié)構(gòu)以外，還包括傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，需要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。精度精度是傳感器的一

9、個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確程度的一個環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，它的價格就越昂貴。因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以了，不必過高。這樣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型號。如果測量目的是定性分析，選用相對精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的型號；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就要選用精度等級能滿足要求的型號。微型傳感器應(yīng)用示例這里以磁阻傳感器為例，介紹微型傳感器的探測原理和應(yīng)用方法。2.4.1磁阻傳感器簡介 磁性傳感器通常又稱為磁力計，它的使用特點在于測量磁場并不是主要目的，通常能夠同時探測獲得其它參數(shù)，

10、如車輪速度、車輛出現(xiàn)和運動方向等。 這里側(cè)重討論各向異性磁阻（Anisotropic Magnetoresistive, AMR）傳感器，它屬于磁性傳感器中的一種，工作量程在地磁場范圍內(nèi)。 磁阻傳感器的特征在于當(dāng)探測出磁場發(fā)生變化時，它會產(chǎn)生一個阻抗變化值，因而也就有了磁阻這一概念，阻抗變化的同時會改變電壓輸出值。磁阻傳感器的用途較多，最典型的應(yīng)用是用于車輛探測。磁阻傳感器用于車輛探測磁感應(yīng)探測原理 運動車輛的每個部分都會產(chǎn)生一個可重復(fù)的對地球磁場的擾動，不管車輛向哪個方向行駛，這個特征都會被可靠地檢測到。 檢測車輛存在的另一種方法是觀察磁場變化的大小，磁場大小的變化表明了對地磁場整體的干擾程度。運動車輛探測信號分析地球的磁場在