传感器研究报告

1 / 16 传感器研究报告 时间： 2016-09-11 来源：唯才教育网 本文已影响 人 传感器调研报告 一、传感器的定义 英文名称： transducer / sensor 国家标准 GB7665-87 对传感器 下的定义是：“能感受规定的被测 量并按照一定的规律转换成可用信 号的器件或装置，通常由敏感元件 和转换元件组成”。传感器是一种 检测装置，能感受到被测量的信息， 并能将检测感受到的信息，按一定 规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 二、传感器的分类 可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。 根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ： 传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光2 / 16 电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转 换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。 常见传感器的应用领域和工作原理列于下表。 1、传感器按照其用途分类： 压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器 能耗传感器、速度传感器 、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器、 24GHz 雷达传感器 2、传感器按照其原理分类： 振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。 3、传感器按照其输出信号为标准分类： 模拟传感器 将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 数字传感器 将被测量的非电学量转换成数字输出信号。 膺数字传感器 将被测量的信号量转换成频率信3 / 16 号或短周期信号的输出。 开关传感器 当一个被测量的信号达到某个特定的 阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。 4、传感器按照其材料为标准分类： 在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类： 按照其所用材料的类别分 金属 聚合物 陶瓷 混合物 按材料的物理性质分： 导体 绝缘体 半导体 磁性材料 按材料的晶体结构分： 单晶 多晶 非晶材料 与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向： 在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。 探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。 在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反4 / 16 应，并在传感器技术中加以具体实施。 现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。表中给出了一些可用 于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。 三、传感器的原理 传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。向传感器提供 15V 电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz 的方波，经过 TDA2030 功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器 T1 从静止的初级线圈传递至旋转的次 级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到 5V 的直流电源，该电源做运算放大器 AD822 的工作电源；由基准电源 AD589 与双运放 AD822 组成的高精度稳压电源产生的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及 V/F 转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的 mV 级的应变信号通过仪表放大器 AD620 放大成 1v 的强信号，再通过 V/F 转换器 LM131 变换成频率信号，通过信号环形变压器 T2 从旋转的初级线圈传递至静止次级5 / 16 线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的 频率信号，该信号为 TTL 电平 ,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动 -静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。 四、传感器的应用常见的： 1.自动门，利用人体的红外微波来 开关门。 2.烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的。 3.手机，数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图象。 4.电子称，利用力学传感器来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的。 5.水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等。 智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如 ,它在机器人领域中有着广阔应用前景 ,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑6 / 16 功能 ,可感知各种现象 ,完成各种动作。在工业生产中 ,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量。 Cygnus 公司生产了一种葡萄糖手表 ,其外观像普通手表一样 ,戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。 葡萄糖手表 上有一块涂着试剂的垫子 ,当垫子与皮肤接触时 ,葡萄糖分子就被吸附到垫子上 ,并与试剂发生电化学反应 ,产生电流。传感器测量该电流 ,经处理器计算出与该电流对应的血糖浓度 ,并以数字量显示。 五、传感器的特性 传感器静态特性 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。 线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差值与满量程输出值之比。 7 / 16 灵 敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。用 S 表示灵敏度。 迟滞：传感器在输入量由小到大及输入量由大到小变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象成为迟滞。对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。 重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。 漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生 漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境。 传感器动态特性 所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 传感器的线性度 8 / 16 通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度就是这个近似程度的一个性能指标。 拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线；或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。 以下是几种拟合方法的示意图。 六、几种常用传感器 ? JYB-1151 精巧型电容式 简 介 ： 传感器应用技术 设计报告 专业：应用电子技术姓名： 班级： 学号： 指导老师： 2016、 12 1 日期： 目 录 项目一 热敏电阻温度传感器在指针式温 9 / 16 度表中的应用 1、实验目的 2、实验任务 3、试验要求 4、任务实施 5、总结与体会 项目二 传感器在商用电子称中的应用 1、实验目的 2、实验任务 3、试验要求 4、任务实施 5、总结与体会 2 项目一 热敏电阻温度传感器在指针式温 度表中的应用 1、实验目的 了解热敏电阻温度传感器的分类和特性； 了解热敏电阻测温方法； 了解测温电路原理； 能正确选择热敏电阻传感器； 掌握测温电路的调试方法； 2、实验任务 通过热敏电阻测温电路的制作和调试，掌握热敏电阻温度传 感器的特性、电路原理和调试技能。 3、试验要求 通制作一指针温度表，以热敏电阻为传 感器，温度范围为 20 氏度到 30 摄氏度，误差在 1 摄氏度左右。 4、任务实施 10 / 16 由热敏电阻制作成的温度传感器的测温电路如下： 3 1、电路原理 由固定电阻 R1、 R2、热敏电阻 Rt 及 R3+VR1 构成的测温电桥，把温度的变化转化成微弱的电压变化；再由运算放大器哦 LM324 进行差动放大；运算放大器的输入端接 5V的直流电压表头，用来显示温度值。电阻 R1 与热敏电阻 Rt的节点与运放的反相输入端，当被测温度升高时该点电位降低，运放输入电压升高，表头指针偏 转角度增大，以指示较高的温度值；反之当被测温度降低时，表头指针偏转角度减小，以指示较低的电压值。 表 VR1 用于调“ 0”； VR2 用于调节放大器的增益，即分度值。 2、所需材料及设备 热敏电阻温度传感器、集成运算放大器 LM324、 5K电阻微调电位器、 5V 电压表头、 6V 稳压电源、实验板、电阻、水银温度计、盛水容器 4 等。热敏电阻测温电路与 LM324 引脚图如下： 3、电路制作 按下图将电路焊接在实验板上，认真检查电路，正确无误后 11 / 16 接好热敏电阻和电压表头。 4、调试 准备盛水容器、冷水、 60 摄氏度以上的热水、温度计、搅拌 等。调试步骤如下。 把传感器和水银温度计放入盛水容器中，接通电路电源。加入冷水和热水，通过调节冷水和热水比例使水温为20 摄氏度。调节电路中的 VR1 使表头指针正向偏转，然后回调 VR1 使指针返回，指针刚刚指到 0V 刻度上时停止调节。 容器中加热水和冷水，不断搅动，把水温调整到 30摄氏度，通过调节电路 VR2 使表头指针指在 5V 刻度上。 重复、步骤 2 3 次，调试完成。电压表头指示的电压值乘以 2 再加上 20 就是等于所测温度。 5 传感器产业调查报告 新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来， 传感12 / 16 器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。传感器产业是极其具有前瞻性和市场性的，此调查报告只能对传感器产业有个浅略的介绍和分析。 一、传感器分类 GB7665-87 国家标准中规定，传感器的定义为：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装臵，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受和响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输和测量的电信号部分。被测量是一般理解为非电量或理解为物理量、化 学量、生物量等；可用输出信号一般也理解为电信号，即模拟量的电压、电流信号和离散量的电平变换的开关信号、脉冲信号。现代按照信息理论理解被测量的输出信号应包括多种信息，除上述信号外，还包括声音、图象、味觉、触觉、 1 空间位臵等，按照控制理论理解传感器应包括检测以外的识别、检索、侦察、寻找、跟踪、选择拾取、判断等功能。 IEC 定义传感器是测量系统中将输入变量转换成可供测量信号的一种前臵部件。并有人把传感器和传感器系统概念分开，即认为传感器是传感器系统的敏感元件。更有人把传感器界定为器件 13 / 16 传统的以弹性元件、光学元件等为基础的传感器也在向微小型方向发展。传感器产业还与新材料、新工艺、新的制造设备等联系在一起，所以传感器产业是一个产业链，它的产品应用市场除军用外，可分为工业与汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品、专用设备四大类。所以，人们把目前兴起的图像传感器、 RFID 射频识别、纳米材料应用、微型机器人等均纳入传感器市场范围，就不足为怪了。 关于传感器的分类方法很多，而且互相交叉，一般以被测量参数来分类和以测量原理两种分类为主： 被测量参数分类可分为温度、压力 、流量、位移、速度、加速度、粘度、湿度等传感器，又除去模拟量以外，还有离散量传感器等。 按测量原理分类可分为根据电阻定律的电位计式、应变式传感器，根据变磁阻原理的电感式、差动变压器式、电涡流式传感器，根据半导体理论的半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。 2 目前，常用的传感器名称是以上两种的综合，以用途为主，如力敏传感器、热敏传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、加速度传感器、生物传感器等。近来形成的有光传感器、光电传感器、图像传感器、光纤传感器、多功能传感器、 仿生传感器等。目前国内传感器共分 10 大类，14 / 16 24 小类， 6， 000 多个品种，美国约 17， 000 种传感器。 3 二、国内外传感器行业信息 目前全世界约有 40 个国家从事传感器的研制、生产和应用开发，研发机构 6000 余家。其中以美、日、俄等国实力较强，他们建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类的传感器产业，研发生产单位 4000 余家、产品 20000 多种，对应用范围广的产品已实现规模化生产，大企业的年生产能力达到几千万支到几亿支。比较著名的传感器厂商有美国霍尼韦尔公司、福克斯波罗公司、 ENDEVCO 公司、英国Bell&Howell 公司、 Solartron 公司、荷兰飞利浦、俄罗斯热工仪表所等。 从力敏、湿敏、磁敏、气敏等方面来对传感器市场综述如下： 1.力敏传感器 主要生产企业有美国 MEAS传感器公司、艾莫迪公司、MSI 传感器公司、长野计器集团、 GE 工业集团传感器与测量部、德国科隆公司、恩德福克公司、沈阳仪器仪表科学院研究院、昆山双桥传感器测控技术公司、南京京华科技有限公司、麦克传感器公司、沈阳市传感器研究所等。其中 MEAS公司展出了 11 大门类传感器；长野公司压力传感 器为全世界同类产品 4 大供应商之一，占全球市场的 20%，欧洲市场的 30%；艾莫迪公司生