传感器技术模板实用教案

1、内容提要(ni rn t yo)传感器作为信息获取的重要(zhngyo)手段，与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。本章将介绍传感器的发展与应用以及软硬件平台。第1页/共30页第一页，共31页。第2章介绍了常见的自动识别方法和技术，重点介绍了RFID技术IC卡系统构成，一维和二维条形码RFID的概念和系统组成，标签的存储(cn ch)方式、分类以及常用频率RFID标签防冲突方法（基于ALOHA协议/基于二进制树协议）本章重点介绍传感器技术，涉及传感器的基本概念和典型应用，以及常用的硬件平台和操作系统等内容。内容(nirng)回顾第2页/共30页第二页，共31页。3.1 传感器概述3

2、.2 传感器技术(jsh)发展史3.3 典型应用3.4 设计需求3.5 硬件平台3.6 操作系统究竟什么是传感器？传感器有哪些部分组成呢？本章(bn zhn)内容第3页/共30页第三页，共31页。 在物联网的感知层中，信息的获取与数据(shj)(shj)的采集主要采用自动识别技术和传感器技术。传感器技术和自动识别技术完全不同，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，可以感知周围的温度、速度、电磁辐射或气体成分等，主要用来采集传感器周围的各种信息。3.1传感器概述(i sh)第4页/共30页第四页，共31页。 传感器（Sensor；Measuring Element；Tran

3、sducer）是一种以一定的精确度把“被测量”转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；输入与输出的转换规律(gul)已知，转换精度要满足测控系统的应用要求。3.1传感器概述(i sh)第5页/共30页第五页，共31页。3.1传感器概述(i sh)定义我国国家标准（GB7665-2005）对传感器的定义是：“能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号(xnho)的器件或装置”。传统传感器的局限

4、性网络化、智能化的程度十分有限，缺少有效的数据处理与信息共享能力现代传感器特点：微型化、智能化和网络化典型代表：无线传感节点第6页/共30页第六页，共31页。 3.1传感器概述(i sh)第7页/共30页第七页，共31页。传感器的分类(fn li) 按工作原理分类(fn li)3.1 传感器概述(i sh)第8页/共30页第八页，共31页。常见(chn jin)的传感器介绍 1 应变式传感器 2 光电传感器 3 超声波传感器 4 半导体传感器 5 MEMS传感器 第9页/共30页第九页，共31页。应变式传感器 当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形会引起应变敏感元件阻值的变化，这样就构

5、成了电阻应变式传感器。这种传感器通过转换电路(dinl)可以将阻值的变化转变成电压输出，电压变化的大小就可以反映出被测物理量的大小。应变式传感器的灵敏度较高，目前已经应用于各种检测系统中。第10页/共30页第十页，共31页。 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。光电传感器的基础是光电转换元件的光电效应，是将光通量转换为电量的一种(y zhn)传感器。由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，具有非接触、高精度、高可靠性和反应快等特点，使得光电传感器在检测和控制领域获得了广泛的应用。 光电传感器一般由光源、光学通路和光电器件三部分组成，其中表示被测量可以直接引起光量变化的检测方式，表示被

6、测量在光传播过程中调制光量的检测方式。光电传感器第11页/共30页第十一页，共31页。光电传感器 第12页/共30页第十二页，共31页。声音是由物体(wt)振动产生的。人们能听到的声音频率在20Hz-20KHz范围内，超过20KHz称为超声波，常用的超声波频率为几十KHz至几十MHz。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，对液体、固体的穿透本领很大，在不透明的固体中尤其适用，可穿透几十米的深度。 超声波传感器第13页/共30页第十三页，共31页。 半导体传感器（Semiconductor Transducer）是利用半导体材料各种物理和化学(huxu)特性制成的传感器。半导体传感器利

7、用了近百种物理效应和材料特性，种类繁多。半导体传感器所采用的半导体材料多数是硅以及化合物，优点是灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻，便于集成化、智能化，能使检测与转换一体化。半导体传感器第14页/共30页第十四页，共31页。半导体传感器第15页/共30页第十五页，共31页。MEMS传感器 微机电系统(xtng)（Microelectromechanical Systems，MEMS）是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，它的操作范围在微米范围内。比它更小的，在纳米范围的类似的技术被称为纳机电系统(xtng)。 MEMS（微机电系统(xtng)）是指集微型传感器、执行器以及信号处理

8、和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统(xtng)。 MEMS传感器的特点：微型化、智能化、多功能、高集成度、适于大批量生产 第16页/共30页第十六页，共31页。MEMS生物(shngw)医疗和生物(shngw)医学方面的应用 微机械技术在生物医疗中的应用尤其令人惊叹。例如:将微型传感器用口服或皮下注射法送入人体 ,就可对体内的五脏六腑进行直接有效的监测 。将特制的微型机器人送入人体 ,可刮去导致心脏病的油脂沉积物 ,除去体内的胆固醇 ,可探测和清除人体内的癌细胞 ,进行视网膜开刀时 ,大夫可将遥控机器人放入眼球内 ,在细胞操作、细胞融合、精细外科、血管、肠道内自动送药等方面应

9、用甚广。MEMS的微小 可进入很小的器官和组织 和智能 能自动地进行细微精确的操作 的特点 ,可大大提高介入治疗的精度 ,直接进入相应病变地进行工作 ,降低手术风险。同时(tngsh) ,可进行基因分析和遗传诊断 ,利用微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、微器皿和微流量计的器件适合于操作生物细胞和生物大分子。所以 ,微机械在现代医疗技术中的应用潜力巨大 ,为人类最后征服各种绝症延长寿命带来了希望。第17页/共30页第十七页，共31页。MEMS压力(yl)传感器原理 目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机电传感器。硅压阻式压力传感器

10、是采用高精密半导体电阻应变片组成(z chn)惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗，极低的成本。惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。其电原理如图1所示。硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本如图2。第18页/共30页第十八页，共31页。MEMS压力(yl)传感器 MEMS压力传感器广泛应用于汽车(qch)电子：如TPMS（轮胎压力监测系统）、发动机机油压力传感器、汽车(qch)刹车系统空气压力传感器、汽车(qch)发动机进气歧管压力传感器（TMAP）、柴油机共轨压力传感器;消费电子，如胎压计、血压计、橱用秤、健康秤，洗衣机、洗碗机、电冰

11、箱、微波炉、烤箱、吸尘器用压力传感器、洗衣机、饮水机、洗碗机、太阳能热水器用液位控制压力传感器;工业电子，如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。 第19页/共30页第十九页，共31页。 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力(ynl)，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。能感受加速度并转换成可用输出信号的传感器 。 常用的加速度传感器有二轴、三轴几个测度。 MEMS加速度传感器第20页/共30页第二十页，共31页。 压电式 压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是

12、利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。 压阻式 基于世界领先的MEMS硅微加工技术(jsh)，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。加速度传感器的类别(libi)第21页/共30页第二十一页，共31页。 电容式 电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统（MEMS）工艺，在大量生产时变得经济，从而保证了较低的成本。是比

13、较通用(tngyng)的加速度传感器。在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。 伺服式 伺服加速度传感器在闭环状态下工作。由于有反馈作用，增强了抗干扰的能力，提高测量精度，扩大了测量范围，伺服加速度 测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中，在高精度的振动测量和标定中也有应用。加速度传感器的类别(libi)第22页/共30页第二十二页，共31页。 汽车安全 加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。 硬盘保护 利用加速度传感器检测自由落体状态，从而(cng r)对迷你硬盘实施必要的保护。 防手抖功能 用加速度传感器检测手持设备的振动/晃动幅度，当振动

14、/晃动幅度过大时锁住照相快门，使所拍摄的图像永远是清晰的。加速度传感器的应用(yngyng)第23页/共30页第二十三页，共31页。 游戏控制 加速度传感器可以检测上下左右的倾角的变化，因此通过前后倾斜手持设备来实现对游戏中物体的前后左右的方向控制，就变得很简单。 图像自动翻转 用加速度传感器检测手持设备的旋转动作及方向，实现所要显示图像的转正。 计步器功能 加速度传感器可以检测交流信号以及物体的振动，人在走动的时候会产生一定规律性的振动，而加速度传感器可以检测振动的过零点，从而计算出人所走的步或跑步所走的步数，从而计算出人所移动的位移。并且利用(lyng)一定的公式可以计算出卡路里的消耗。加

15、速度传感器的应用(yngyng)第24页/共30页第二十四页，共31页。 陀螺仪能够测量沿一个轴或几个轴运动的角速度，是补充MEMS加速计功能的理想技术。事实上，如果组合使用加速计和陀螺仪这两种传感器，系统设计人员就可以跟踪并捕捉三维空间(snwikngjin)的完整运动，为最终用户提供现场感更强的用户使用体验、精确的导航系统以及其它功能。MEMS陀螺仪第25页/共30页第二十五页，共31页。智能手机上的传感器第26页/共30页第二十六页，共31页。智能手机上的传感器第27页/共30页第二十七页，共31页。无线传感节点(ji din)无线传感节点的组成：电池、传感器、微处理器、无线通信芯片(xn pin)；相比于传统传感器，无线传感节点不仅包括传感器部件（左上图），还集成了微型处理器和无线通信芯片(xn pin)等，能够对感知信息进行分析处理和网络传输。第28页/共30页第二十八页，共31页。Thank you!第29页/共30页第二十九页，共31页。谢谢您的观看(gunkn)！第30页/共30页第三十