传感器：绪论.ppt

传感物理及技术 Telmail tangzy 唐臻宇物理科学与技术学院 教材 传感器原理及应用 王化祥 张淑英编著 天津大学出版社 1999年2月第2版 参考书 1 传感器原理设计与应用 刘迎春 叶湘滨编著 国防科技大学出版社 1997年8月第三版 2 传感器及其应用 栾桂冬 张金铎 金欢阳编著 西安电子科技大学出版社 2002年1月第1版 3 新编传感器电路设计手册 赵家贵 付小美 董平主编 中国计量出版社 2002年9月第1版 绪论 传感器的定义及组成 传感器的分类 传感器的应用 传感器的发展趋势 2006 9 1JC204 0 1传感器的定义与组成 传感器是用于信息采集的 把一种物理量转换为另一种物理量的装置 国家标准GB7665 87定义 能够感受规定的被测量并按照一定规律转换为可用输出信号的器件或装置 通常由敏感元件和转换元件组成 敏感元件 被测量输入量 转换元件 信号量输出量 传感器的例子 光栅直线位移与角位移传感器 传感器的例子 电感式位移传感器 传感器的例子 面阵和线阵图像传感器 传感器的例子 pH值传感器 传感器的例子 压力 力传感器 传感器的例子 温度传感器 传感器的例子 气体传感器 0 2传感器的分类 0 2 1按传感器感知外界信息所依据的基本效应分类 1 基于物理效应的 如光电效应 压电效应 磁致伸缩 热电效应等 2 基于化学反应的 如化学吸附 选择性化学反应 催化氧化 电化学反应等 3 基于酶 抗体 激素等分子识别功能的生物传感器 0 2 2按工作原理分类 可分为 应变式 电容式 电感式 压电式 热电式等 1 结构型 传感器依赖其结构参数变化实现信息的转换 如 应变式力传感器 2 物性型 传感器依赖敏感元件物理特性的变化实现信息的转化 如 热电偶温度传感器 0 2 3按物理现象分类 0 2 4按能量关系分类 1 能量转换型 传感器直接将被测量的能量装换为输出量的能量 如 动圈式话筒 压电式力传感器等 传感器 甲种能量输入如 热能 乙种能量输出如 电能 2 能量控制型 由外部共给能量 由被测量来控制能量的输出 如 集成电路式温度传感器 应变式压力传感器等 被测量输入如 温度 能量输出如 电能 能量输入如 电能 0 2 5按输出信号分类 1 模拟式 电流 电压 电感 电容等 2 数字式 输出为经过模数变换后的数字量 数字式传感器输出根据数据编码方式有多种输出形式如 I2C SPI RS232 RS485 CAN LonWork 1 wire等 0 3传感器的应用 0 3 1科学研究 1 传感器在空间探测方面的应用如 哈勃太空望远镜 它全长12 8米 镜筒直径4 27米 重11吨 由三大部分组成 第一部分是光学部分 第二部分是科学仪器 第三部分是辅助系统 包括两个长11 8米 宽2 3米 能提供2 4千瓦功率的太阳电池帆板 两个与地面通讯用的抛物面天线 历史上 很少有望远镜能够像哈勃太空望远镜这样 对天文学研究产生如此深远的影响 哈勃望远镜外观 哈勃望远镜结构 2 在粒子探测方面的应用 如SPM SiliconPhotoMultiplier SPM PhotomultiplierTube PMT 0 3 2工业自动化 1 形位测量 激光三角法距离测量 激光三角法距离测量的应用 电感位移传感器在轴类零件在线检测中的应用 2 重量测量 0 3 3汽车工业 1 汽车碰撞试验假人在碰撞的一刹那 假人头 胸 膝盖等重点部位受伤的数据 会通过内置于模拟人体内的传感器被采集器采集 研究人员借助这些数据 就可分析出车祸中真人的受伤程度 并参考相应指标 对汽车的安全性能进行评估 一个假人由近400个部件 大约60个传感器组成 成人模型大致有三类 50 人模 代表身高177厘米和体重86公斤的中等身材 95 人模 代表身高188厘米和体重108公斤的大型身材 5 人模 代表身高148厘米和体重56公斤的矮小身材 汽车碰撞假人 2 汽车安全气囊安全气囊在高速行驶的汽车发生撞车事故时 发挥着拯救司乘人员生命安全的重要作用 安全气囊由传感器 控制电路 气体发生器 气囊袋总成 发生撞车时 控制电路对传感器信号进行响应 引燃气体发生器 利用热空气的急剧膨胀 使气囊袋在60 70毫秒时间内迅速充胀 使司乘人员得到保护 传感器 控制器 气体发生器 气囊 汽车安全气囊组成 汽车多个安全气囊组成 3 汽车ABS Anti LockBrakeSystem 系统A B S 系统 Anti LockBrakeSystem 是为了防止刹车锁死所设计的系统 当车轮产生锁死的那一瞬间 ABS防锁死刹车系统会将刹车释放 在车轮恢复转动之后 马上再施以刹车力量 以使轮胎与地面的摩擦力始终为静摩擦力 地面 车轮 汽车运行方向 地面对车轮的静摩擦力方向 汽车的制动力取决于制动器的摩擦力 但能使汽车制动减速的制动力 还受地面附着系数的制约 当制动器产生的制动力增大到一定值时 汽车轮胎将在地面上出现滑移 其滑移率 Vt Va Vt 100 式中 Vt 汽车理论速度 Va 汽车实际速度 地面 车轮 汽车运行方向 地面对车轮的静摩擦力方向 据试验证实 当车轮滑移率 15 一20 时附着系数达到最大值 因此 为了取得最佳的制动效果 一定要控制其滑移率在15 一20 范围内 常用的ABS控制器它以控制车轮的角减速度为对象 控制车轮的制动力 实现防抱死制动 其结构主要由轮速传感器 控制器 电脑 及电磁阀组成 轮速传感器 控制器 电磁阀 刹车 0 3 4家用 1 数码相机数码相机通常由 镜头 图像传感器 处理器 LCD显示器 存储设备等组成 其中图像传感器决定了整个数码相机的成像质量 另外数码相机中还有自动调焦传感器 自动测光传感器 防抖动传感器 2 家庭安防系统主要使用的传感器有 热释电红外移动传感器 微波移动传感器 玻璃破碎传感器 单反数码相机结构 相机光学防抖原理 0 3 5军事 例子 红外自动寻的简易的红外寻的由四象限红外传感器 控制器 执行机构组成 四象限红外传感器由四个独立的位于四个象限的红外传感器单元构成 被追踪的红外源通过红外透镜成像到四象限传感器上 若果目标位于导弹的正前方 则四个单元感受光强一致 当目标发生偏移 则四个单元感受的光强产生差异 四象限传感器 红外透镜 红外目标 四象限传感器寻的原理 目标成像 四象限传感器 红外透镜 红外目标 四象限传感器寻的原理 目标成像 四象限传感器 红外透镜 红外目标 四象限传感器寻的原理 目标成像 2008 9 11 29 0 4传感器发展趋势 1 传感器的固态化 如SPM取代PMT 2 传感器的集成化和多功能化如美国AD公司基于iMEMS的加速度传感器和陀螺仪 ADXL103加速度传感器原理图 2006 9 4JC204 基于MEMS技术的微型声传感器 ADXRS300陀螺仪原理图 一种MEMS系统放大照片 3 传感器的图像化 传感器不仅限于某一点的物理量的测量 开始向一维 二维到三维方向发展 如压力传感器由单点发展为二维 从而实现了触觉传感器功能 4 传感器的智能化网络化将CPU和信号调理以及通信接口集成到传感器中 实现了