物联网技术-第3章-传感器技术

1、第三章第三章 传感器技术传感器技术3.1 3.1 传感器概述传感器概述 3.3 3.3 常用传感器常用传感器3.4 3.4 智能传感器智能传感器3.2 3.2 传感器分类传感器分类3.5 3.5 传感器接口技术传感器接口技术3.1 3.1 传感器概述传感器概述传感器传感器的功能的功能 u 物理世界的物理世界的“感觉器官感觉器官”u 从狭义角度来看，传感器是一种将测量信号转换从狭义角度来看，传感器是一种将测量信号转换 成电信号的变换器成电信号的变换器u 从广义角度来看，传感器是指在电子检测控制设从广义角度来看，传感器是指在电子检测控制设 备输入部分中起检测信号作用的器件备输入部分中起检测信号作用

2、的器件传感器：传感器：把特定的被测信号，按一定的规律转换成某种“可用信号”输出的器件或装置。3.1 3.1 传感器概述传感器概述传感器的应用传感器的应用 u 工业自动化系统：工业自动化系统：温度、浓度、气压u 航空航天：航空航天：陀螺仪、加速度、转速u 资源探测与环境保护：资源探测与环境保护：土地、森林、海洋、大气u 医学领域：医学领域：血压、呼吸、脑电、脉搏u 家用电子：家用电子：冰箱、电视、空调u 军事领域：军事领域：军事目标探测3.1 3.1 传感器概述传感器概述智能手机智能手机u 光线传感器光线传感器u原理：光敏三极管，接受外界光线时，会产生强弱不等的电流，从而感知环境光亮度。u用途：

3、通常用于调节屏幕自动背光的亮度，白天提高屏幕亮度，夜晚降低屏幕亮度，使得屏幕看得更清楚，并且不刺眼。也可用于拍照时自动白平衡。还可以配合下面的距离传感器检测手机是否在口袋里防止误触。3.1 3.1 传感器概述传感器概述智能手机智能手机u 距离传感器距离传感器u原理：红外LED灯发射红外线，被近距离物体反射后，红外探测器通过接收到红外线的强度，测定距离，一般有效距离在10cm内。距离传感器同时拥有发射和接受装置，一般体积较大。u用途：检测手机是否贴在耳朵上正在打电话，以便自动熄灭屏幕达到省电的目的。也可用于皮套、口袋模式下自动实现解锁与锁屏动作。3.1 3.1 传感器概述传感器概述智能手机智能手

4、机u 重力传感器重力传感器u原理：利用压电效应（加速度传感器）实现，传感器内部一块重物和压电片整合在一起，通过正交两个方向产生的电压大小，来计算出水平方向。u用途：手机横竖屏智能切换、拍照照片朝向、重力感应类游戏（如滚钢珠）3.1 3.1 传感器概述传感器概述智能手机智能手机u 磁力传感器磁力传感器u原理：各向异性磁致电阻材料，感受到微弱的磁场变化时会导致自身电阻产生变化，所以手机要旋转或晃动几下才能准确指示方向。u用途：指南针、地图导航方向、金属探测器APP。3.1 3.1 传感器概述传感器概述智能手机智能手机u 陀螺仪陀螺仪u原理：角动量守恒，一个正在高速旋转的物体（陀螺），它的旋转轴没有

5、受到外力影响时，旋转轴的指向是不会有任何改变的。陀螺仪就是以这个原理作为依据，用它来保持一定的方向。u用途：体感、摇一摇（晃动手机实现一些功能）、平移/转动/移动手机可在游戏中控制视角、VR虚拟现实、在GPS没有信号时（如隧道中）根据物体运动状态实现惯性导航。3.1 3.1 传感器概述传感器概述智能手机智能手机u GPS GPSu原理：GPS模块中的芯片根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，根据卫星发射坐标的时间戳与接收时的时间差计算出卫星与手机的距离，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置坐标。u用途：地图、导航、测速、测距。3.1 3.1 传感器概述传感器概述智能手机智能手机

6、u 指纹传感器指纹传感器u电容指纹传感器原理：手指构成电容的一极，另一极是硅晶片阵列，通过人体带有的微电场与电容传感器间形成微电流，指纹的波峰波谷与感应器之间的距离形成电容高低差，从而描绘出指纹图像。u超声波指纹传感器原理：超声波指纹识别的原理也相同，就是直接扫描并测绘指纹纹理，甚至连毛孔都能测绘出来。因此超声波获得的指纹是3D立体的，而电容指纹是2D平面的。超声波不仅识别速度更快、而且不受汗水油污的干扰、指纹细节更丰富难以破解。u用途：加密、解锁、支付3.1 3.1 传感器概述传感器概述智能手机智能手机u 心率传感器心率传感器u原理：用高亮度LED光源照射手指，当心脏将新鲜的血液压入毛细血管

7、时，亮度（红色的深度）呈现如波浪般的周期性变化，通过摄像头快速捕捉这一有规律变化的间隔，再通过手机内应用换算，从而判断出心脏的收缩频率。u用途：运动、健康。3.1 3.1 传感器概述传感器概述 传感器的构成传感器的构成 u 敏感元件：直接感受被测量，并完成物理量预变换。敏感元件：直接感受被测量，并完成物理量预变换。u 转换元件：被测非电量转换成电学物理量。转换元件：被测非电量转换成电学物理量。3.1 3.1 传感器概述传感器概述传感器的特性传感器的特性 u 线性线性度度u灵敏度灵敏度u迟滞迟滞u重复性重复性u分辨率分辨率u漂移漂移u测量范围测量范围u精度精度3.2 3.2 传感器的分类传感器的

8、分类根据根据测试对象测试对象u 温度传感器温度传感器u 湿度传感器湿度传感器u 压力传感器压力传感器u 位移传感器位移传感器u 加速度传感器加速度传感器3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类根据根据原理原理u 电学式传感器电学式传感器u 磁性式传感器磁性式传感器u 电势型传感器电势型传感器u 光电式传感器光电式传感器u 电荷传感器电荷传感器u 半导体传感器半导体传感器u 谐振式传感器谐振式传感器u 电化学式传感器电化学式传感器3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类根据根据输出信号输出信号u 模拟式传感器模拟式传感器u 数字式式传感器数字式式传感器3.2 3.2 传感器的分类传感器的分类根据

9、根据能量能量u 有源传感器有源传感器u 无源传感器无源传感器3.3 3.3 常用传感器常用传感器温度传感器温度传感器接触式温度传感器：热电偶、热电阻接触式温度传感器：热电偶、热电阻非接触式温度传感器：红外非接触式温度传感器：红外数字温度传感器：数字温度传感器：DS18B20DS18B203.3 3.3 常用传感器常用传感器湿度传感器湿度传感器图书、档案管理；实验室环境图书、档案管理；实验室环境水分子亲和力型：电阻式、电容式水分子亲和力型：电阻式、电容式非水分子亲和力型；非水分子亲和力型；3.3 3.3 常用传感器常用传感器气体传感器气体传感器氢气、天然气、一氧化碳；氢气、天然气、一氧化碳；要求

10、：能够检测被测气体的浓度；能长期稳要求：能够检测被测气体的浓度；能长期稳定工作；重复性好、响应速度快；定工作；重复性好、响应速度快；半导体气敏传感器半导体气敏传感器3.3 3.3 常用传感器常用传感器超声波传感器超声波传感器超声波：频率高、波长短、绕射现象小、方超声波：频率高、波长短、绕射现象小、方向性好；向性好；超声波探头：发送超声波探头：发送/ /接收超声波接收超声波性能指标：工作频率、工作温度、灵敏度性能指标：工作频率、工作温度、灵敏度3.4 3.4 智能传感器智能传感器智能传感器（智能传感器（Intelligent SensorIntelligent Sensor）具有信息处理功能的传

11、感器。具有信息处理功能的传感器。三个优点：软件实现高精度采集，成本低；具有一三个优点：软件实现高精度采集，成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。定的编程自动化能力；功能多样化。智能传感器产品标准及应用智能传感器产品标准及应用智能传感器产品标准主要包括硬件系统、软件系统和产品技术要求三部分。已广泛应用于航空航天、国防、科技和工农业生产，如智能监测传感器、智能流量传感器、智能加速度传感器等，然而高端的传感器芯片依赖于进口。随着人工智能、信息处理技术的发展，智能传感器进一步高精度、高可靠性、微型化、微功耗、网络化。3.4 3.4 智能传感器智能传感器传感器和系统中其他功能部件之间的接口。传感器和系统中其他功