《传感器应用技术》高职机电工程类专业全套教学课件

传感器应用技术

全套可编辑PPT课件目录CONTNETS1初识传感器2温度传感器3湿度传感器4力敏传感器5光敏传感器目录CONTNETS6气敏传感器7磁敏传感器8超声波传感器9无线传感器网络项目一初识传感器全套可编辑PPT课件01传感器的认知全套可编辑PPT课件一、传感器的定义与作用在国家标准GB/T7665—2005《传感器通用术语》中，传感器被定义为“能感受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置，通常由敏感元件和转换元件组成”。这一定义包含以下几方面含义。（1）传感器是测量装置，能完成检测任务。（2）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。（3）输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电信号。（4）输出和输入存在对应关系，且应有一定的精确程度。（一）传感器的定义全套可编辑PPT课件一、传感器的定义与作用日常生活中，人们通过感觉器官接收外界信息，经过大脑的思维，做出相应的动作。在工业生产和自动化检测与控制系统中，通常由传感器取代人的感觉器官，用计算机取代人的大脑对传感器感知、变换来的信号进行处理，并控制执行机构对外界对象实现自动化控制。人与机器系统的对比如图1-1所示。（二）传感器的作用全套可编辑PPT课件二、传感器的组成与分类按照传感器的定义，传感器实际上是一种功能模块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号，实现非电量与电量的转换。（一）传感器的组成（3）上述电路参量接入基本转换电路，便可转换成电量输出，如电压值、电流值等。（1）敏感元件作为传感器的核心部件，直接感受被测量，如水的温度、氧气的浓度等，并输出与被测量成确定关系的物理量，通常是非电量，如位移、应变等。（2）转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量，如电容、电阻变化等。二、传感器的组成与分类传感器的分类方法多种多样，可按被测量、功能原理、敏感材料、加工工艺、传感对象、应用领域等进行分类。同时，传感器的种类繁多，同一种被测量，可以用不同原理的传感器来测量；而基于同一种传感器原理或同一类技术，又可以制作多种被测量传感器。（二）传感器的分类二、传感器的组成与分类（二）传感器的分类1.按被测量分类物理量传感器生物量传感器化学量传感器二、传感器的组成与分类（二）传感器的分类按工作机理分类按能量种类分类按有无电源供电分类按对检测对象是否激励分类按信号处理的形式或功能分类2.按功能原理分类二、传感器的组成与分类（二）传感器的分类按所使用的敏感材料，传感器可分为陶瓷传感器、半导体传感器、高分子材料或电子聚合物传感器、金属材料传感器、光纤传感器、复合材料传感器等。3.按敏感材料分类按传感对象，传感器可分为图像传感器、心电传感器、呼吸传感器、脉搏传感器、烟雾传感器、气体传感器、水质传感器、血糖传感器和轮胎传感器等。5.按传感对象分类按加工工艺，传感器可分为厚薄膜传感器、MEMS传感器和纳米传感器等。4.按加工工艺分类按应用领域，传感器可分为汽车传感器、机器人传感器、家电传感器、环境传感器、气象传感器和海洋传感器等。6.按应用领域分类03040605三、传感器的基本特性（一）静态特性1.线性度2.灵敏度3.重复性4.迟滞5.分辨力6.稳定性7.漂移三、传感器的基本特性（一）静态特性1.线性度线性度是传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度，也称非线性误差，如图1-7所示。三、传感器的基本特性（一）静态特性2.灵敏度灵敏度是传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值。对于线性传感器，其灵敏度就是它的静态特性的斜率，如图1-9（a）所示，其灵敏度为非线性传感器的灵敏度是一个随工作点而变的变量，如图1-9（b）所示，其灵敏度为三、传感器的基本特性（一）静态特性3.重复性重复性是传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时，所得特性曲线不一致性的程度，如图1-10所示。传感器输出特性的不重复性主要由传感器机械部分的磨损、间隙、松动，部件的内摩擦、积尘，电路元件老化、工作点漂移等原因造成。三、传感器的基本特性（一）静态特性4.迟滞迟滞是传感器在正向行程（输入量增大）和反向行程（输入量减小）期间，输出/输入特性曲线不一致的程度，如图1-11所示。在行程环中同一输入量xi对应的不同输出量yi和yd的差值称为滞环误差，最大滞环误差与满量程输出值的比值称为最大滞环率Emax，即三、传感器的基本特性（一）静态特性5.分辨力传感器的分辨力是在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量。有时也用该值相对满量程输入值的百分数表示。6.稳定性稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。传感器常用长期稳定性，是指在室温条件下，经过相当长的时间间隔，如一天、一月或一年，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。通常又用其不稳定度来表征稳定程度。三、传感器的基本特性（一）静态特性7.漂移传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的不需要的变化。漂移包括零点漂移和灵敏度漂移等。零点漂移和灵敏度漂移又可分为时间漂移和温度漂移。时间漂移是指在规定的条件下，零点或灵敏度随时间的缓慢变化。温度漂移为环境温度变化而引起的零点或灵敏度的变化。三、传感器的基本特性（二）动态特性所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，其输出特性。在实际工作中，传感器的动态特性常借助其对某些标准输入信号的响应来体现。这是因为传感器对标准输入信号的响应能够通过实验方法获得，并且它对标准输入信号的响应与对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，通常了解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。四、传感器的发展历程与发展趋势（一）传感器的发展历程第二代传感器是20世纪70年代开始发展起来的固体传感器，由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，利用材料的某些特性制成。第一代是结构型传感器，它利用结构参量的变化来感受和转化信号。第三代传感器是20世纪80年代发展起来的智能传感器。四、传感器的发展历程与发展趋势（二）传感器的发展趋势材料是传感器技术的重要基础和前提，是传感器技术升级的重要支撑，因而传感器技术的发展必然要求加大新材料的研制力度。1.利用新材料开发新型传感器集成化是指传感器同一功能的多元件并列，以及功能上的一体化。多功能是指“一器多能”。在智能化传感技术方面，以微处理器为核心单元，具有检测、判断和信息处理等功能。2.开发集成化、多功能、智能化的传感器利用集成电路微型化的经验，从传感技术硬件系统的微小型化中提高其可靠性、质量、处理速度和生产率，降低成本，节约资源与能源，减少对环境的污染。3.实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化无线传感器网络是由大量具有无线通信与计算机能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网络系统，利用微传感器与微机械、通信自动控制、人工智能等多学科的综合技术，实现传感器的无线网络化，使其能根据环境自主完成指定任务。4.通过传感器与其他交叉学科的交叉整合，推动无线传感器网络的发展五、传感器的应用（一）传感器在工业领域的应用（二）传感器在机器人中的应用（三）传感器在可穿戴智能设备中的应用智能可穿戴设备是未来传感器应用的主要领域之一。智能可穿戴设备中传感器的应用主要包括以下几个方面。1.生物型传感器2.运动型传感器3.环境传感器传感器在工业领域的应用非常广泛，是当今科技产业新技术革命和信息社会的重要技术基础，也是当今世界极其重要的高科技之一，几乎所有现代化仪器、设备都离不开传感器。根据传感器在机器人中应用的不同可分为机器人内部检测传感器和机器人外部探测传感器。五、传感器的应用（四）传感器在（无人驾驶）汽车中的应用汽车的电子化和智能化离不开各种传感器的应用。在普通的汽车上一般都安装有几十至几百只不同功能的传感器。例如，在汽车发动机控制系统中，分别安装有温度传感器、压力传感器、冷却水传感器、燃油温度传感器、机油温度传感器、转速传感器、车速传感器、氧传感器、流量传感器等。（五）传感器在物联网中的应用物联网就是物物相连的互联网，是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，因此也被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。02测量误差与分析处理一、测量误差及表达方法（一）测量误差在一定条件下，被测物理量客观存在的实际值称为真值。真值是一个理想状态下的值，一般来说，是无法精确得到的。在实际测量时，由于实验方法和实验设备的不完善、周围环境的影响以及人们认知能力的限制等因素，使得测量值与真值之间不可避免地存在着差异。测量值与真值之间的差值称为测量误差。一、测量误差及表达方法（二）测量误差的表示方法

一、测量误差及表达方法（二）测量误差的表示方法测量误差的表示方法主要有绝对误差、相对误差、引用误差和基本误差四种。3.引用误差在使用仪器仪表测量的过程中，由于仪器本身精度不同，测量误差也有一定的差别。引用误差用来表示仪器仪表示值的相对误差。引用误差是指仪器仪表某一刻度点的示值误差（绝对误差）与仪表满量程之比，即式中，xm表示仪表满量程或量程上限；|Δx|表示示值误差即刻度点的绝对误差；γm表示引用误差，也称为满度相对误差。4.基本误差基本误差是指传感器或仪表在规定的标准条件下所具有的误差。例如，某传感器是在电源电压（220±5）V、电网频率（50±2）Hz、环境温度（20±5）℃、湿度65%±5%的条件下标定的。如果传感器在这个条件下工作，则传感器所具有的误差为基本误差。二、测量误差产生的来源理论误差是指因测量时所依据的理论不够严密或者用近似值、近似公式计算的测量结果所产生的误差。方法误差是指当测量方法不合理时，所产生的误差。（三）理论误差和方法误差仪器误差是指测量仪器在长期使用过程中因磨损、疲劳、老化等因素，使测量结果产生误差。（一）仪器误差人员误差是指因测量人员感官反应速度、分辨能力、固有习惯、视觉疲劳和缺乏责任心等因素，在测量过程中，出现观察判断错误、仪器操作不当或识读错误等情况引起的误差。（四）人员误差影响误差是指因各种环境因素，如湿度、温度、振动、电磁场、电源电压等，与设计测量要求的条件不一致而引起的误差。（二）影响误差三、测量误差的分类系统误差一般由仪器本身设计制造上的缺陷导致，也可能是由周围的环境与测量仪器需求的条件不一致等造成的。（一）系统误差对同一被测量进行多次重复测量时，若误差的大小随机变化，没有规律，不可预料，那么这种误差称为随机误差，也称为偶然误差。（二）随机误差在一定条件下，当测量结果明显偏离其实际值时所对应的误差，称为过失误差或粗大误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。（三）过失误差四、测量误差的分析与处理（一）系统误差的分析与处理查找系统误差的根源，需要对测量设备、测量对象和测量系统做全面分析，明确其中有无产生明显系统误差的因素，并采取相应措施予以修正或消除。一般主要从以下几个方面进行分析考虑。（1）所用传感器、测量仪表或组成元件是否准确可靠。（2）测量方法是否完善。（3）传感器或仪表安装、调整或放置是否正确合理。（4）传感器或仪表工作场所的环境条件是否符合规定条件。（5）测量者的操作是否正确。四、测量误差的分析与处理（一）系统误差的分析与处理消除系统误差的方法主要有如下几点。（3）在测量系统中采用补偿措施。（1）在测量结果中进行修正。（2）消除系统误差的根源。（4）实时反馈修正。四、测量误差的分析与处理（二）随机误差的分析与处理在测量中，当系统误差已设法消除或减小到可以忽略的程度时，如果测量数据仍有不稳定的现象，则说明存在随机误差。在等精度测量的情况下，得到n个测量值x1，x2，…，xn，如这些数据只含有随机误差，则它们服从一定的统计规律，如对称性、单峰性、有界性和相消性等特点，多数情况下服从正态分布。它们的算术平均值可作为等精度多次测量的结果。（三）过失误差的分析与处理在对重复测量所得的一组测量值进行数据处理之前，首先应将具有过失误差的可疑数据找出来加以剔除，其原则是要看这个可疑值误差是否仍处于随机误差的范围之内，是则留，不是则弃。五、传感器的选用原则（三）根据频率响应特性选择（一）根据测量对象与测量环境确定类型（二）根据灵敏度选择（四）根据传感器的线性范围选择五、传感器的选用原则05（五）根据传感器的稳定性选择06（六）传感器的精度不可忽视感谢观看传感器应用技术

目录CONTNETS1初识传感器2温度传感器3湿度传感器4力敏传感器5光敏传感器目录CONTNETS6气敏传感器7磁敏传感器8超声波传感器9无线传感器网络项目二温度传感器01认识温度传感器一、温度与温标温度是表征物体冷热程度的物理量，它是国际单位制7个基本量之一。温度以热平衡为基础，如果两个相接触物体的温度不同，它们之间就会产生热交换，热量将从温度高的物体向温度低的物体传递，直到两个物体达到相同的温度为止。（一）温度用来度量物体温度数值的标尺称为温标。它规定了温度读数的起点（零点）和测量温度的基本单位。目前，国际上规定的温标有摄氏温标（℃)、华氏温标（℉)、热力学温标（K）和国际实用温标。1.摄氏温标2.华氏温标3.热力学温标4.国际实用温标（二）温标0102为什么温度计可以测量温度？二、温度传感器的定义及原理温度传感器的物理原理为随物体的热膨胀相对变化而引起的体积变化；蒸气压的温度变化；电极的温度变化；热电偶产生的电动势；光电效应；热电效应；介电常数、磁导率的温度变化；物质的变色、溶解；强性振动温度变化；热放射和热噪声。（二）温度传感器的原理温度传感器是将温度变化转换为电量变化的材料、器件或装置，利用敏感元件的电参数随温度变化而变化的特征达到测量目的。（一）温度传感器的定义三、温度传感器的分类（一）按敏感元件是否与被测量接触分类1.接触式温度传感器2.非接触式温度传感器接触式温度传感器直接与被测物体接触进行温度测量，其具有体积小、准确度高、复现性和稳定性好等优点，但测量上限受感温元件耐温程度的限制，测温范围一般为-270～1800℃，如热电偶、热电阻及集成温度传感器。非接触式温度传感器主要利用被测物体热辐射而发出红外线，从而测量物体的温度，可进行遥测。其优点是：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，理论上可测温度没有上限；同时，这类传感器不会从被测物体上吸收热量，不会干扰被测对象的温度场，连续测量不会产生消耗，反应快。但是其制造成本较高，测量精度却较低。三、温度传感器的分类（二）按物理现象分类按照物理现象，温度传感器可以细分为多种，具体如表2-1所示。三、温度传感器的分类（三）按测量温度范围分类按照测量温度范围，温度传感器可分为超高温用传感器、高温用传感器、中高温用传感器、中温用传感器、低温用传感器、极低温用传感器等，如表2-2所示。三、温度传感器的分类（四）按测温特性分类按照不同的测温特性，温度传感器可分为线性型传感器、指数型传感器和开关型传感器三大类，如表2-3所示。02常见的温度传感器一、热电阻式温度传感器（一）热电阻1.常用热电阻热电阻大多用纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。（1）铂热电阻。铂热电阻是以铂作为感温材料制成的感温元件、内引线和保护管组成的一种温度检测器，通常还带有与外部测量、控制装置及机械装置连接的部件。（2）铜热电阻。铜热电阻是根据金属在温度变化时本身电阻也随之发生变化的原理来测量温度的仪器。2.热电阻的测量电路热电阻的测量电路有二线式、三线式和四线式。其中，二线式适用于印制电路板上，测量回路与传感器不太远的情况。在距离较远时，为消除引线电阻受环境温度影响造成的测量误差，需要采用三线式或四线式接法。热电阻式温度传感器工作原理一、热电阻式温度传感器（二）热敏电阻热敏电阻是敏感元件的一类，大部分热敏电阻是由各种氧化物按一定比例混合而成的。1.热敏电阻的外形结构及图形符号（1）灵敏度较高。（2）工作温度范围宽。（3）体积小。（4）使用方便。（5）易加工成复杂的形状。（6）稳定性好、过载能力强。2.热敏电阻的主要特点标称电阻值（R25）：热敏电阻在25℃时的电阻值。4.热敏电阻的主要技术指标热敏电阻作为一种新型的半导体测温元件，其典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻（PTC）和负温度系数热敏电阻（NTC）。3.热敏电阻的热电特性01040302单击此处添加大标题二、热电偶式温度传感器（一）热电偶的结构热电偶的结构形式通常有普通热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶等。普通热电偶在工业上使用最多，它是由金属热电极、绝缘管、保护管及接线盒等部分组成。1.普通热电偶铠装热电偶是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管等经拉伸加工而成的坚实组合体。2.铠装热电偶用真空蒸镀、化学涂层等工艺，将热电极材料沉积在绝缘基板上形成的一层金属薄膜。3.薄膜热电偶二、热电偶式温度传感器（二）常用热电偶常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差，并有统一的标准分度表的热电偶，有与其配套的显示仪表可供选用。非标准热电偶在使用范围或数量级上均不及标准热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。自1988年1月1日起，我国的热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准热电偶为我国统一设计型热电偶。常用的热电偶的主要性能和特点如表2-7所示。二、热电偶式温度传感器（二）常用热电偶1.热电偶分度表在使用没有温度指示的热电偶温度传感器时，要根据传感器输出电压值推算出相应的温度值。2.热电偶冷端补偿（1）冷端恒温法。0℃恒温器：将热电偶的冷端置于温度为0℃的恒温器内。其他恒温器：将热电偶的冷端置于各种恒温器内，使之保持温度恒定。这类恒温器的温度并非0℃，需对热电偶进行冷端温度修正。（2）计算修正法。根据中间温度定律公式，可以利用公式计算并修正测量误差，即（四）热电偶的使用热电效应于1821年由SeeBeck（塞贝克）发现，故又称为塞贝克效应。由两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电势”。热电势由两种导体的接触电势和单一导体的温差电势两部分组成。（三）热电偶的工作原理三、集成温度传感器（一）模拟集成温度传感器（二）数字集成温度传感器模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的，它是将温度传感器集成在一片芯片上，可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点：数字集成温度传感器是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE）的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含功能单一（仅测量温度）、测温误差小价格低、响应速度快传输距离远、体积小、微功耗等温度传感器、A/D转换器信号处理器存储器（或寄存器）接口电路四、PN结温度传感器（一）PN结的温度特性采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基片上，在它们的交界面形成的空间电荷区称为PN结。PN结的主要特性是具有单向导电性，即PN结加正向电压时导通，加反向电压时截止。但二极管或三极管PN结的结电压也具有随温度变化而变化的特性。例如，硅二极管PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降大约-2mV。典型的硅材料PN结的温度特性曲线如图2-13所示。利用这种温度特性，一般可以直接采用二极管（如玻璃封装的硅开关二极管IN4148）或采用硅三极管（可将集电极和基极短接）接成二极的形式来做PN结温度传感器。四、PN结温度传感器（二）PN结温度传感器的特点与应用PN结温度传感器具有较小的线性度，尺寸小，热时间常数小，灵敏度高（约-2mV/℃），测温范围为-50～+150℃。但同一型号的二极管或三极管相应的特性也不同，互换性较差。另外，通过PN结的电流不能过大，否则会因为电流过大引起自身温升而影响测量精度。PN结温度传感器可用于温度报警电路，也可与数字显示表头组合构成数字显示温度测量仪表，还可与单片机组合（需接入A/D转换电路）构成温度自动测量与控制系统。03温度传感器的应用一、铂热电阻测温图2-14为采用EL-700（1002）铂热电阻的测温电路，测温范围为20～120℃。小贴士相应的输出电压为0～2V，输出电压可直接输入单片机作为显示及控制信号[若单片机无A/D转换器，则需经双积分型单片CMOS3（1/2）位A/D转换器5G14433后再输入]。铂热电阻接在测量电桥中，为减少因连接线过长而引起的测量误差，应该采用三线制。由A1进行信号放大，放大后的信号经A2组成的低通滤波器滤去无用杂波。调整时采用标准电阻箱来代替传感器。当t=20℃时，调节RP1，使输出Uo=0V；当t=120℃时，调节RP2，使Uo=2.0V。二、热敏电阻温度报警图2-15为一开水壶自动报警电路，由与非门集成电路块及热敏电阻为核心。在水温未达到预设值之前，热敏电阻RT的阻值较小，IC输入的与非门IC的输入电压低于阈值电压，蜂鸣片B不会报警。当水温上升到沸点时，RT的阻值迅速增大，并超过阈值电压，约30s后，IC输出音频信号，B发出水开报警声。调整RP1阻值能改变这一电路的报警温度，RP1阻值大，报警温度高，反之则低。三、热电偶温度检测图2-16为热电偶温度检测系统。该系统采用镍铬-镍硅（K分度）热电偶作为温度传感器。冷端处于室温，热端为加热炉温度，单片机的A/D通道可以直接采集热电偶信号，经冷端温度补偿后，再查K型热电偶分度表（表2-8），则可以得到热端温度值。室温的测量可以通过AD590将室温变化为电压信号，经放大后直接送给单片机的A/D通道，单片机程序自动完成热电偶信号和冷端信号的采集，计算出实际的温度测量值。四、集成温度传感器温度监控利用MAX6654可对PC、笔记本计算机和服务器中CPU的温度进行监控，图2-17是应用MAX6654对CPU温度进行监控的典型应用电路。远程传感器采用2N3904型低噪声晶体管，并贴于CPU芯片上，C1为消噪电容，R1和C2构成高频干扰滤波器，R2～R4为上拉电阻。单片机通过总线与MAX6654相连，为其提供串行时钟，并进行数据读/写操作。当CPU温度超限时，ALERT端有低电平报警信号输出，使单片机产生中断，再由单片机控制驱动散热风扇给CPU降温。而环境温度可由MAX6654中内置温度传感器进行检测。感谢观看传感器应用技术

目录CONTNETS1初识传感器2温度传感器3湿度传感器4力敏传感器5光敏传感器目录CONTNETS6气敏传感器7磁敏传感器8超声波传感器9无线传感器网络项目三湿度传感器01认识湿度传感器一、湿度湿度是指空气中水蒸气含量的物理量，常用绝对湿度、相对湿度、露点等表示。绝对湿度是指单位体积空气内所含水蒸气的质量，也就是指空气中水蒸气的密度，一般用1m3空气中所含水蒸气的克数表示，即Ha=mv/V。其中，mv为待测空气中水蒸气的质量；V为待测空气的总体积，单位为g/m3。相对湿度是指空气中实际所含水蒸气的分压(PW)和同温度下饱和水蒸气的分压(PN)的百分比，即HT=(PW/PN)×100%。通常，用RH（%）表示相对湿度。当温度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以气体中的水蒸气压即使相同，其相对湿度也会发生变化。日常生活中所说的空气湿度，实际上是指相对湿度。二、湿度传感器的定义（3）使用范围广，测量精度高。（1）使用寿命长，稳定性好。（4）响应迅速。（2）灵敏度高，线性度好，温度系数小。二、湿度传感器的定义（5）湿滞回差小，重现性好。（7）器件的一致性和互换性良好，易于批量生产，成本低。（6）能在恶劣环境中使用，具备抗腐蚀、耐低温和高温等特性。（8）器件感湿特征量（如电阻、电容、频率等）应在易测范围内。三、湿度传感器的分类根据使用材料的不同，水分子亲和力型湿度传感器可分为以下四类。（1）电解质型。（2）陶瓷型。以氯化锂为例，它在绝缘基板上制作一对电极，涂上氯化锂盐胶膜。氯化锂极易潮解，并产生离子导电，随湿度升高而电阻减小。（3）高分子型。先在玻璃等绝缘基板上蒸发梳状电极，通过浸渍或涂覆，使其在基板上附着一层有机高分子感湿膜。（4）单晶半导体型。所用材料主要是硅单晶，利用半导体工艺制成二极管湿敏器件和MOSFET湿敏器件等。一般以金属氧化物为原料，通过陶瓷工艺，制成一种多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值对空气中水蒸气的敏感特性而制成。四、湿度传感器的特性参数湿度传感器的特性参数主要有：湿度量程、灵敏度、温度系数、响应时间等。（1）湿度量程。它是指湿度传感器能够较精确测量的环境湿度的最大范围。（2）灵敏度。湿度传感器的灵敏度即其感湿特性曲线的斜率。（4）响应时间。它表示当环境湿度发生变化时，传感器完成吸湿或脱湿以及动态平衡过程所需时间的特性参数。（3）温度系数。它的定义为在器件感湿特征量恒定的条件下，该感湿特征量值所表示的环境相对湿度随环境温度的变化率。0104030202常见的湿度传感器一、电阻式湿度传感器氯化锂湿敏电阻是利用吸湿性盐类潮解，离子导电率发生变化而制成的测湿元件。该元件的结构如图3-1所示，由感湿层、电极和基片等组成。氯化锂通常与聚乙烯醇组成混合体，在氯化锂（LiCl）溶液中，Li和Cl均以正负离子的形式存在，而Li离子对水分子的吸引力强，离子水合程度高，其溶液中的离子导电能力与浓度成正比。当溶液置于一定的温湿场中，若环境相对湿度高，溶液将吸收水分，使浓度降低，其溶液电阻率随之增高；反之，环境相对湿度变低时，溶液浓度升高，其电阻率下降，从而实现对湿度的测量。氯化锂湿敏电阻的特性曲线如图3-2所示。由图3-2可知，在50%～80%相对湿度范围内，电阻与湿度的变化成线性关系。为了扩大湿度测量的线性范围，可以将多个氯化锂含量不同的器件组合使用，如将测量范围分别为（10%～20%）RH、（20%～40%）RH、（40%～70%）RH、（70%～90%）RH和（80%～99%）RH五种元件配合使用，就可自动地转换完成整个湿度范围的湿度测量。（一）氯化锂湿敏电阻一、电阻式湿度传感器半导体陶瓷湿敏电阻（图3-3），通常是用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成的多孔陶瓷。这些材料有ZnO-Li2O-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO_x0002_Cr2O3系、Fe3O4等，前三种材料的电阻率随湿度增加而下降，故称为负特性湿敏半导体陶瓷，最后一种材料的电阻率随湿度增大而增大，故称为正特性湿敏半导体陶瓷。为叙述方便，有时将半导体陶瓷简称为半导瓷。半导体陶瓷湿敏电阻是由多孔感湿陶瓷薄片的两面加上两个电极，再焊出引线，外面围绕镍镉加热丝，并由引脚引出，把它们固定在绝缘陶瓷底座上组成，如图3-3所示。（二）半导体陶瓷湿敏电阻二、电容式湿度传感器电容式湿度传感器是利用湿敏元件的电容值随湿度变化的原理进行湿度测量的传感器。这类湿敏元件实际上是一种吸湿性电介质材料的介电常数随湿度而变化的薄片状电容器。吸湿性电介质材料（感湿材料）主要有高分子聚合物（如乙酸丁酸纤维素和醋酸丙酸纤维素）和金属氧化物（如多孔氧化铝）等。其结构如图3-4所示。当环境相对湿度增大时，环境气氛中的水分子沿着电极的毛细微孔进入感湿膜表面被吸附，使两块电极之间的介质相对介电常数大幅增加（水的相对介电常数为80），所以电容量增大。而感湿膜只有一层呈微孔结构的薄膜，因此吸湿和脱湿容易。因此这类传感器的响应速度快。典型的产品有Honeywell公司的集成湿度传感器HIH3602L，以及Humirel公司的HS1101/HS1101LF等。三、集成湿度传感器（二）线性频率输出集成湿度传感器线性频率输出集成湿度传感器的典型产品为HF3223，在55%RH时的输出频率为8750Hz，当相对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、价格低等优点，便于与数字电路或单片机等搭配。（一）线性电压输出式湿度传感器线性电压输出式湿度传感器的典型产品有IH3605、HIH-4000系列等，其中，HIH-4000系列测湿传感器，是一款低成本、可软焊的单个直插式组件（SIP），是线性电压输出式集成湿度传感器，可直接输入控制器或其他装置。一般仅需取出200A电流，HIH-4000系列测湿传感器能理想地用于低功耗电池供电系统。该传感器具有良好的互换性，减少或消除OEM（原始设备制造商）的生产校验成本，可以提供单个传感器校准数据。03湿度传感器的应用一、湿度传感器的应用（五）精密仪器的使用保护许多精密仪器、设备对工作环境要求较高。环境湿度必须控制在一定范围内，以保证它们的正常工作，提高工作效率及可靠性。（四）物品储藏各种物品对环境均有一定的适应性。湿度过高或过低均会使物品丧失原有性能。（一）气候监测天气测量和预报对工农业生产、军事及人民生活和科学实验等方面都有重要意义。（二）温室养殖在现代农林畜牧各产业中都存在相当数量的温室，温室的湿度控制与温度控制同样重要。（三）工业生产在纺织、电子、精密机器、陶瓷工业等部门，空气湿度直接影响产品的质量和产量，必须有效地对其进行监测调控。二、湿度传感器几种典型应用电路图3-6为房间湿度检测控制电路原理图。在图3-6中，所采用的湿敏传感器是湿敏电容，随着房间相对湿度的增大，传感器输出电压相应增大。将湿敏传感器输出电压分别接入比较器A1的反相端与A2的同相端，适当调整RP1、RP2的位置，即可构成房间湿度上下限报警电路，并通过电路输出控制继电器的工作状态，进而调节房间的湿度。当房间相对湿度上升时，湿敏电容传感器输出电压升高，当该电压升高到大于比较器6脚电压时，比较器A2输出高电平，三极管T2导通，继电器线圈K2带电，红色发光二极管点亮，控制继电器接通排气扇，排除空气中的潮气。当相对湿度降低到一定值时，继电器K2断开，排气扇停止工作。当房间相对湿度下降时，传感器输出电压下降。当降低到低于3脚电压时，比较器A1输出高电平，三极管T1导通，绿色发光二极管被点亮，继电器K1吸合，接通加湿机以增大房间内的相对湿度。当房间湿度达到适当设定值时，加湿机停止工作。（一）房间湿度检测控制电路二、湿度传感器几种典型应用电路图3-7为汽车后窗玻璃自动去湿电路原理图。RL为嵌入在玻璃上的加热电阻，湿敏传感器RH设置在后窗玻璃上。由LM358集成运算放大器构成同相滞回比较器电路，电阻R1、R2串联分压产生比较器反相端用的基准电压UR，由RP2与湿度传感器RH组成湿度检测电路。按下湿度控制电路电源开关，当汽车后窗湿度正常时，比较器3脚电压低于2脚电压，输出低电平，三极管T截止，加热器不工作。随着湿度增加，湿度传感器电阻变小，RP2上分压逐渐增加，当后窗玻璃的湿度达到设定上限值时，比较器3脚电压高于2脚电压，比较器的输出状态由低电平转换为高电平，三极管导通，继电器线圈带电，动合触点闭合，加热器开始加热；当后窗湿度达到设定的下限值时，比较器输出状态由高电平转为低电平，三极管截止，继电器线圈失电，加热器停止加热。采用同相滞回比较器的目的是防止加热器在湿度设定值附近反复动作而损坏。（二）汽车后窗玻璃自动去湿电路二、湿度传感器几种典型应用电路图3-8为雨量检测电路原理图。RS为雨量检测面板（传感器），由交叉的两路导线组成。当有雨滴落在面板上时，两路导线导通，即RS为通路，LM393同相输入端电压为0，反相输入端电压由RP1决定，在0～5V之间。此时，同相输入电压小于反相输入电压，LM393输出的DO电压值为低电平，LED灯D2导通被点亮。当RS断开时，同相输入为5V，反相输入端电压小于5V，DO电压值为高电平，D2不亮。操作时，可将纸巾用水沾湿，放置在检测面板上，此时LED灯D2会点亮。若不亮，可适当调整电位器RP1或是加大纸巾湿度。（三）雨量检测电路感谢观看传感器应用技术

目录CONTNETS1初识传感器2温度传感器3湿度传感器4力敏传感器5光敏传感器目录CONTNETS6气敏传感器7磁敏传感器8超声波传感器9无线传感器网络项目四力敏传感器01认识力敏传感器一、力和压力的概念

二、力敏传感器的概念与特性力敏传感器具有结构简单、响应速度快、高精度、高分辨率、高可靠性，可实现非接触测量等一系列优点，可广泛用于直接对力（压力）、重量或间接用于对液位、振动、流量、速度等测量系统中。（二）力敏传感器的特性力敏传感器，又称压力传感器，顾名思义，就是将力或压力的变化转换成应变或位移，最后转换成电信号的一类传感器。力敏传感器工作时，首先利用弹性元件把被测量（如力、压力、力矩、振动等）转换成应变或位移，然后再通过传感器把应变或位移转换成相应参量的变化，从而实现对非电量的测量。由此可见，力敏传感器的基本组成包括弹性元件和变换电路两大部分。（一）力敏传感器的概念与组成三、力敏传感器的分类与工作原理（一）力敏传感器的分类力敏传感器的分类方法很多，根据内部结构的不同，可分为机械式压力传感器和半导体式压力传感器两大类。根据力—电转换原理的不同，可分为电阻式力敏传感器、压阻式力敏传感器、电感式力敏传感器、电容式力敏传感器、压电式力敏传感器、谐振式力敏传感器等。其中，电阻式压力传感器广泛应用在家用电子产品中，如电子秤，其他力敏传感器多用在工业控制系统中。三、力敏传感器的分类与工作原理（二）力敏传感器的工作原理1.电阻式压力传感器4.压电式压力传感器3.电感式压力传感器2.电容式压力传感器电阻式压力传感器是通过弹性敏感元件将外部的应力转换成应变ε，再根据电阻应变效应，由电阻应变片将应变转换成电阻值的微小变化，通过测量电桥转换成电压或电流的输出。压电式压力传感器是以压电效应为基础，将力学量转换为电量的器件。电感式压力传感器是利用电感线圈电感量变化来测量压力的传感器，常见的电感式压力传感器有气隙式和差动变压器式两种。电容式压力传感器是一种利用电容敏感元件，将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器。三、力敏传感器的分类与工作原理（二）力敏传感器的工作原理8.陶瓷压力传感器7.蓝宝石压力传感器6.扩散硅压力传感器5.谐振式压力传感器谐振式压力传感器是利用谐振元件把被测压力转换成频率信号的传感器。它是谐振式传感器的重要应用方面，主要有振弦式压力传感器、振筒式压力传感器、振膜式压力传感器和石英晶体谐振式压力传感器。陶瓷压力传感器是基于压阻效应，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号。蓝宝石压力传感器利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。扩散硅压力传感器的工作原理是利用压阻效应原理，被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移。02常见力敏传感器及应用一、电阻应变式力传感器（一）应变效应金属导体的电阻值随着它受力所产生机械变形（拉伸或压缩）的程度而发生变化的现象称为金属的应变效应。设有一根如图4-3所示长度为l、截面积为A、电阻率为ρ的金属丝，在未受力时，其电阻R为当受外力作用时，长度将伸长，横截面积相应减小，电阻率增加，对应的电阻也将发生变化，即（二）电阻应变式力传感器的分类电阻应变式力传感器是将被测量的变化转化为传感器电阻值的变化，再经测量电路转换成电信号的一种传感器。电阻应变式力传感器包括金属应变片压力传感器和压阻式压力传感器两大类。一、电阻应变式力传感器（三）电阻应变式力传感器的结构1.金属应变片金属应变片主要是基于金属的应变效应。金属应变片有丝式和箔式等结构形式。（1）金属丝应变片。金属丝应变片由敏感栅、基底、盖片、引线和黏结剂等组成，结构如图4-4所示。（2）金属箔式应变片。金属箔式应变片的工作原理与电阻丝式应变片基本相同。其不同之处在于它的电阻敏感元件不是金属丝栅，而是通过光刻、腐蚀等工序制成的薄金属箔栅，故称为箔式电阻应变片，其内部结构如图4-5所示。金属箔的厚度一般为0.003～0.010mm，它的基片和盖片多为胶质膜，基片厚度一般为0.03～0.05mm。一、电阻应变式力传感器2.半导体应变片半导体应变片主要是利用半导体材料（如单晶硅材料等）的压阻效应制作而成的一种电阻性元件，其内部结构如图4-6所示。所谓压阻效应，是指在半导体单晶硅材料的某一方向上施加一定外力后，半导体材料的电阻率将会发生剧烈变化，进而使得半导体材料的电阻也发生剧烈变化的现象。半导体应变片与金属应变片相比具有更高的灵敏度。（三）电阻应变式力传感器的结构一、电阻应变式力传感器应变效应的应用十分广泛，它可以用来测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。电阻式应变片的应用可分为以下两大类。（1）将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。在应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路。（2）将应变片贴于被测试件上，然后将其连接到应变仪上，便可直接从应变仪上读取被测试件的应变量。应变式力传感器的典型应用包括菜市场商贩们使用的电子秤、家用的人体秤，以及工厂使用的扭矩测量仪等。（四）电阻应变式力传感器的应用二、电容式压力传感器1.单电容式压力传感器单电容式压力传感器由固定的电极和圆形的薄膜组成。当受到压力作用的时候，薄膜就会发生变形，这样就会改变电容器的容量。它的灵敏度与薄膜与固定电极之间的距离和薄膜的张力成反比关系，而与压力和薄膜的面积成正比关系。2.差动电容式压力传感器对于差动电容式压力传感器，频率通常在100kHz左右，采用双电容平板的结构，其受压膜片电极处于两个固定的电极之间，可以形成两个电容器。（二）电容式压力传感器分类电容式压力传感器是一种可以利用电容敏感的元件把被测量的压力转换成为与它有一定关系的电信号输出的精密测量仪器。它通常是使用镀金属薄膜或者是圆形金属薄膜来做电容器的其中一个电极。在薄膜受到压力时，会发生变形，此时薄膜与固定的电极之间所产生的电容量就会发生改变。测量电路就可以输出与电压形成一定关系的电信号。（一）电容式压力传感器概念二、电容式压力传感器（三）电容式压力传感器的应用1.差分式电容差压传感器差分式电容差压传感器广泛应用于液体、气体的压力、液体位置及密度等检测。它实质上是一个由金属膜片与镀金凹形玻璃圆盘组成的采用差分电容原理工作的位移传感器。3.电容式油量表当油箱中无油时，电容式传感器的电容量为Cx0，调节匹配电容使C0=Cx0，并使电位器RP的滑动臂位于零位，即电阻值为0。此时，电桥平衡，电桥输出为0。伺服电动机不转动，油量表指针偏转角为0°。2.电容式测微仪圆柱形探头外一般加等位环以减小边缘效应。探头与被测件表面形成的电容为三、压电式压力传感器（一）压电效应与压电材料3.压电式传感器压电式传感器是以某些晶体受力后在表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。它可以测量最终能变换为力的各种物理量，如力、压力、加速度等。1.压电效应某些电介质物质，在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在表面上产生电荷；当外力消失后，又重新回到不带电的状态。这种将机械能转换为电能的现象，称为“正压电效应”。2.压电材料压电材料可以分为三大类：压电晶体（如石英晶体）、压电陶瓷和高分子压电材料。在自然界中，大多数晶体都具有压电效应，但其压电效应十分微弱。三、压电式压力传感器（二）压电式压力传感器的结构与工作原理图4-13为压电式压力传感器的结构示意图。传感器上盖为传力元件，当外力作用时它将产生弹性变形，将力传递到石英晶片上。压电元件在受力作用时产生电荷，因此它可以等效为一个电容器，其电容值所以压电元件受外力作用时，两个表面便会产生等量的正负电荷Q，而压电元件的开路电压U为U=Q/C。三、压电式压力传感器压电式传感器产生的电荷量很少，信号微弱，而自身又要有极高的绝缘电阻，因此需经测量电路进行阻抗变换和信号放大，且要求测量电路输入端必须有足够高的阻抗和较小的分布电容，以防止电荷迅速泄漏而引起测量误差。前置放大器的作用有放大压电元件输出的微弱信号和将传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出两方面。在前置放大器电路设计中，通常有电压放大器(也称为阻抗变换器)和电荷放大器两种形式。（三）压电式传感器的测量电路1.压电式刮水器刮水器是用来刮除附着于车辆风窗玻璃上的雨点及灰尘的设备，以改善驾驶员的能见度，增强行车安全性。2.压电式煤气点火装置压电式点火器是以压电效应为理论基础，以压电陶瓷为介质而生产的手动点火装置。3.车辆行驶称重系统车辆行驶称重系统是由一组传感器和含有软件的电子仪器组成，将高分子压电电缆埋设在公路上，可以获取车型分类信息。（四）压电式压力传感器的应用0304感谢观看传感器应用技术

目录CONTNETS1初识传感器2温度传感器3湿度传感器4力敏传感器5光敏传感器目录CONTNETS6气敏传感器7磁敏传感器8超声波传感器9无线传感器网络项目五光敏传感器01认识光敏传感器一、光度概述01（一）光谱与可见光光是一种电磁波，按照波长或频率次序排列的电磁波序列称为光谱。光的波长越短，对应的频率就越高。可见光谱是人的视觉可以感受的光谱，对应的光谱范围为380～780nm。根据视觉感受，可见光分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七个波长段，对应为七种不同的光色彩。02（二）光度单位光通量：光源在单位时间内产生光感的能量之和。发光强度：光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量。发光效率：光源所发射的光通量与该光源所消耗电功率的比值。照度：单位被照面积上接收到的光通量。亮度：表示发光体表面发光强弱的物理量。二、光电效应1.外光电效应外光电效应是指在光线照射下，使物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象。向外发射的电子称为光电子。基于外光电效应的器件有光电管、光电倍增管等，它们均属于真空光电器件。2.内光电效应内光电效应是指在光线照射下，使物体的电阻率发生变化或产生光生电动势的现象。内光电效应又可分为光电导效应、光生伏特效应等。（二）光电效应的分类光电效应是指光照射到物体上使物体发射电子，进而使得其电导率发生变化，或产生电动势等。这些因光照引起物体电学特性改变的现象称为光电效应。（一）光电效应的定义三、光电器件（一）光敏电阻1.光敏电阻的材料光敏电阻，也称光导管，是由半导体材料制成的、对光强敏感的一种光电器件。光敏电阻一般用于光强测量、光强控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。012.光敏电阻的结构光敏电阻是一种无极性的纯电阻元件。其基本结构是用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作成很薄的半导体光敏材料，在光敏材料的两端引出电极，再将其封装在透明的管壳内。023.光敏电阻的参数光敏电阻的主要参数包括暗电阻、暗电流、亮电阻、亮电流、灵敏度等。034.光敏电阻的工作原理当无光照时，光敏电阻阻值很大，电路中电流很小；当有光照时，由于光电导效应，光敏电阻阻值急剧变小，光电流则会急剧增大。光电流大小会随着光照强度增大而增大。04三、光电器件（二）光敏二极管1.光敏二极管的结构光敏二极管的管芯与普通二极管相似，也是PN结，其外壳可用金属、玻璃、陶瓷树脂封装。3.光敏二极管的主要参数光敏二极管的主要参数包括最高工作电压、光电流、暗电流、光谱响应特性等。2.光敏二极管的分类光敏二极管按照材料不同可分为硅、锗、砷化镓、碲化铟等；按照结构不同，可分为PN结型、PIN结型、雪崩型等，其中用得最多的是PN结型。4.光敏二极管的工作原理光敏二极管在无光照时，反向电阻很大，反向电流（暗电流）很小，这时光敏二极管处于截止状态，只有少数载流子在反向偏压的作用下，渡越阻挡层形成微小的反向电流即暗电流。三、光电器件（三）光敏三极管光敏三极管（phototriode）和普通三极管的结构相类似，也有两个PN结。不同之处是光敏三极管有一个对光敏感的PN结作为感光面，一般用集电结作为受光结。（四）光电池1.光电池的结构与电路符号光电池是一种特殊的半导体二极管。2.光电池的种类与特点光电池按照使用材料的不同，可分为硒光电池、硅光电池、锗光电池、硫化铊光电池、硫化镉光电池、砷化镓光电池等。3.光电池的工作原理光电池实质上是一个大面积的PN结。当光照射到PN结的一个面，如P型面时，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就会产生一对自由电子和空穴，电子-空穴对从表面向内迅速扩散，在结电场的作用下，最终建立一个与光照强度有关的电动势（即光生伏特效应）。四、光敏传感器光敏传感器也称光电传感器，是利用光电器件把光信号转换成电信号（电压、电流、电阻等）的一种传感器。常见的光敏传感器主要有光电倍增管、光敏电阻、U形光电开关、反射型光电开关、光电池、红外传感器、CCD图像传感器、光纤传感器等。（一）光敏传感器的定义与分类光敏传感器具有结构简单、响应速度快、高精度、高分辨率、高可靠性、抗干扰能力强、可实现非接触测量等一系列优点，被广泛用于直接对光信号或间接对温度、应变、位移、速度等参数的自动控制与测量系统中。（二）光敏传感器的特点与应用光敏传感器在工业生产及人们生活中有着较为广泛的应用。按照光敏传感器的不同类型，在实际应用中主要有辐射式、吸收式、反射式、遮光式四种形式。（三）光敏传感器检测原理010203单击此处添加大标题02常见光敏传感器及应用一、PM2.5传感器PM2.5粉尘传感器内部由一个红外发光二极管（IRED）和红外接收管组成光学传感系统，成对角分布。根据光的散射原理，微粒和分子在光的照射下产生光的散射现象，与此同时，还吸收部分照射光的能量。当一束平行单色光入射到被测颗粒时，会受到颗粒周围散射和吸收的影响，光强将被衰减。这样便可得到入射光通过待测浓度场的相对衰减率。而相对衰减率的大小基本上能够线性反映待测场灰尘的相对浓度。光强的大小和经光电转换的电信号强弱成正比，通过测得电信号就可以得到相对衰减率，进而得到待测场里灰尘的浓度。（二）PM2.5传感器的结构与工作原理PM2.5传感器又名粉尘传感器、灰尘传感器，可以用来检测空气中的粉尘浓度，即PM2.5值大小。在空气动力学中通常把当量直径小于10μm能进入肺泡区的粉尘称为呼吸性粉尘。直径在10μm以上的尘粒大部分通过撞击沉积，在人体吸入时沉积在鼻咽部，而10μm以下的粉尘可进入呼吸道的深部，且在肺泡内沉积的粉尘大部分是5μm以下的粉尘。（一）PM2.5传感器的作用一、PM2.5传感器二、光照度传感器（一）光照度传感器的定义与分类光照度传感器，也称光强度传感器，是指能感受表面光照度并转换成可用电信号的传感器，用于对环境光照度的测量，输出为标准的电压或电流信号。光照度传感器按照输出信号的类型不同，可分为电压输出型与电流输出型；按照输出信号的方式，可分为模拟输出型与数字输出型两大类；按照检测光环境的不同，可分为室内型与室外型等。（二）光照度传感器的工作原理光照度传感器的核心是光电接收器件。理论上讲，所有的光电器件都可作为光照度测量传感器，将被测光的强度大小通过光电器件转换成电压或电流信号。但不同的光电器件对不同波长、不同强度的光，其灵敏度也不同。因此，作为光照度测量用传感器，必须根据被测光的场景、强度大小选取对应的光电器件。三、颜色识别传感器（二）颜色识别传感器的工作原理1.光与彩色光是一种以电磁波形式传播的特殊物质，而彩色又是光的一种特殊属性。2.三基色原理适当地选取红，绿，蓝三种基色，将它们按不同比例进行合成，就可以引起不同的颜色感觉。3.色敏器件常用的色敏器件有硒光电池、硅光电二极管和三极管、半导体色敏器件等，主要作用是实现光-电信号间的转换。4.工作原理色敏器件属于半导体光敏传感器的一种，也是基于内光电效应将光信号转换为电信号的光辐射探测器件。（一）颜色识别传感器的定义与分类颜色识别传感器是指能够将物体表面的颜色转换成相应的电压或频率输出的器件或装置。在图书馆中，其可以利用颜色区分文献进行分类；在包装行业，可以利用不同颜色表示产品不同性质或用途等。颜色识别传感器主要分为颜色值（RGB）颜色传感器与色标传感器两大类。四、光纤传感器光纤是一种多层介质结构的同心圆柱体，包括纤芯、包层和保护层等。纤芯位于光纤的中心，是由玻璃或塑料制成的圆柱体，光主要在纤芯中传输；围绕纤芯的圆筒形部分为包层，由较纤芯折射率小的玻璃或塑料制成。纤芯的粗细、材料和包层材料的折射率对光纤的特性起决定性作用。保护层的作用主要是增强光纤的机械强度，另外还可以利用不同的颜色来区分各种光纤。（一）光纤的结构与分类四、光纤传感器光纤传感器主要由光发送器、光纤、敏感元件、光接收器、信号处理系统等组成，如图5-14所示。光源由光发送器发出，经光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，经信号处理得到所期待的被测量。光纤传感器则是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。光纤传感器中的光源种类很多，按照光的相干性可分为相干光源和非相干光源两大类。非相干光源包括白炽灯、发光二极管，相干光源包括各种激光器等。（二）光纤传感器的结构与分类四、光纤传感器光纤传感器的工作原理示意图如图5-15所示。当外界温度、压力、电场、磁场、振动等因素作用于光纤时，将会引起光纤中传输的光波特征参量（振幅、相位、频率、偏振态等）发生变化，只要测量出这些参量随外界因素的变化关系，即可确定对应物理量的变化大小，进而实现对应参数的测量。（三）光纤传感器的工作原理四、光纤传感器1.光纤电流传感器光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础，以光纤为介质的新兴电力计量装置。光纤电流传感器主要由传感头、输送与接收光纤、电子电路等三部分组成，如图5-16所示。传感头包含载流导体，绕于载流导体上的传感光纤，以及起偏镜、检偏镜等光学部件，是光纤电流传感器最为重要和关键的部件。2.光纤流速传感器光纤流速传感器，主要由多模光纤、光源、铜管、光电二极管及测量电路所组成。（四）光纤传感器的应用感谢观看传感器应用技术

目录CONTNETS1初识传感器2温度传感器3湿度传感器4力敏传感器5光敏传感器目录CONTNETS6气敏传感器7磁敏传感器8超声波传感器9无线传感器网络项目六气敏传感器01认识气敏传感器一、气敏传感器的定义与用途气敏传感器是一种能检测特定气体的成分、浓度，并把它转换成电阻变化量，经测量电路再转换为电流、电压信号的传感器，其传感元件是气敏电阻。（一）气敏传感器的定义气敏传感器主要用于气体的微量检漏、浓度检测或超限报警。例如，利用气敏传感器制成的煤气报警器，可对居室或地下数米深处的管道漏点进行检漏；还可制成酒精检测仪，严查酒后驾车行为。目前，气敏传感器已广泛用于石油、化工、电力、家居等各种领域，进行检测、监控、报警，还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。（二）气敏传感器的用途一、气敏传感器的定义与用途（三）对气敏传感器的性能要求（6）制造成本低，使用与维护便捷。（4）动态特性好，对检测信号响应迅速。（2）对被测气体以外的共存气体或物质不敏感。（5）具有较长的使用寿命，安装、使用和维修方便。（3）性能稳定，重复性好。（1）对被测气体有较高的灵敏度，能有效地检测允许范围内的气体浓度，并能及时给出比较、显示与控制信号。二、气敏传感器的分类（一）半导体式气敏传感器半导体式气敏传感器，分为电阻式和非电阻式两大类。它是采用金属氧化物或金属半导体氧化物材料做成的元件，通过与气体相互作用时产生表面吸附或反应，引起以载流子运动为特征的电导率或伏安特性或表面电位变化。半导体气敏传感器的分类比较，如表6-2所示。二、气敏传感器的分类接触燃烧式气敏传感器，可分为直接接触燃烧式和催化接触燃烧式。其工作原理是气敏材料（如Pt电热丝等）在通电状态下，可燃性气体氧化燃烧或者在催化剂作用下氧化燃烧，电热丝由于燃烧而升温，从而使其电阻值发生变化。（二）接触燃烧式气敏传感器电化学型气敏传感器，可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。（三）电化学型气敏传感器固体电解质气敏传感器是一种以离子导体为电解质的化学电池。固体电解质气敏传感器具有电导率高、灵敏度和选择性良好等特点，在环保、节能、矿业、汽车工业等各个领域获得了广泛的应用。（四）固体电解质气敏传感器020304二、气敏传感器的分类（五）光学式气敏传感器光学式气敏传感器，包括红外吸收型、光谱吸收型、荧光型、光纤化学材料型等，主要以红外吸收型气体分析仪为主，由于不同气体的红外吸收波长不同，可通过测量和分析红外吸收波长来检测气体。（六）高分子气敏传感器高分子气敏传感器，分为高分子电阻式气体传感器、浓差电池式气体传感器与面波（SAW）式气体传感器等多种类型。（七）振子式气敏传感器石英振子微秤由直径为数微米的石英振动盘和制作在盘两边的电极构成。当振荡信号施加在器件上时，器件会在它的特征频率处发生共振。振动盘上沉积了有机聚合物，聚合物吸附气体后，使器件质量增加，从而引起石英振子的共振频率降低，通过测定共振频率的变化来识别气体。三、气敏传感器的主要参数23145（五）抗腐蚀性抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力。（四）稳定性稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移。（二）响应时间响应时间主要是指对被测气体浓度的响应速率。（三）选择性选择性是指在多种气体共存的条件下，气敏元件区分气体种类的能力及其稳定性。（一）灵敏度灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术。02常见气敏传感器及应用一、气敏传感器的应用为防止可燃和有毒气体，如煤气（H2、CO等），天然气（CH4等），液化石油气（C3H8、C4H10等），氯气（Cl2）和硫化氢（H2S）等泄漏引起中毒、燃烧或爆炸，可以应用气敏传感器配上适当电路制成气体检测仪进行检测、报警。（二）气体检测仪交通检测中常用酒气浓度检测仪来检查饮酒驾车的情况，酒气浓度检测仪如图6-1所示。（一）酒气浓度检测仪一、气敏传感器的应用（三）汽车中应用的气体传感器现在的汽车生产和使用中，气体传感器的作用越发不可或缺。（五）家电中应用的气体传感器在家电领域，气体传感器除了用于可燃气体泄漏报警及换气扇、抽油烟机的自动控制外，还用于微波炉和燃气炉等家用电器中，以实现烹调的自动控制。（四）工业中应用的气体传感器在铁和铜等矿物的冶炼过程中，常使用氧传感器。在半导体工业中，也需用多种气体传感器。（六）大气污染检测中应用的气体传感器大气环保方面，需要检测的气体有SO2、H2S、NOx、CO、CO2等，因为需要定量测量，一般选用电化学气体传感器。二、气敏传感器几种典型应用电路（一）有害气体泄漏报警器图6-4为有害气体泄漏报警器电路，该电路由电源电路、气体检测电路、电子开关电路和声光报警电路组成。其中，电源电路由熔断器FU、电源变压器T、整流二极管VD1～VD4、滤波电容C1和C2、限流电阻R1和稳压二极管VD5组成。气体检测电路由QM-N5型气敏元件及VD6等外围元件组成。电子开关电路由晶体管VT1～VT3、继电器K和有关外围元件组成。声光报警电路由语音集成电路IC、晶体管VT4和VT5、扬声器BL以及发光二极管LED等元件组成。二、气敏传感器几种典型应用电路（二）防酒后驾车控制器防酒后驾车控制器电路如图6-5所示。图6-5中QM-J1为酒敏元件。若驾驶员没饮酒，在驾驶室内合上开关S，此时气敏元件的阻值很高，Ua为高电平，U1为低电平，U3为高电平，继电器K2线圈失电，其动断触点K2-2闭合，发光二极管VD1导通，发绿光，能点火启动发动机。若驾驶员酗酒，气敏元件的阻值急剧下降，使Ua为低电平，U1为高电平，U3为低电平，继电器K2线圈通电，其动合触头K2-2闭合，发光二极管VD2导通，发红光以示警告，同时动断触点K2-1断开，无法启动发动机。若驾驶员拔出气敏元件，继电器K1线圈失电，其动合触点K1-1断开，仍然无法启动发动机。动断触点K1-2的作用是长期加热气敏元件，保证此控制器处于准备工作的状态。二、气敏传感器几种典型应用电路（三）矿井瓦斯超限报警器图6-6为矿井瓦斯超限报警器，QM-N5为旁热式气敏传感器，它和R1、RP组成瓦斯气体检测电路；晶闸管VTH作为无触点电子开关。LC179是专门用于模拟三种不同报警声的专用集成电路，为双列8脚直插式塑料硬封装，其中第1、2脚为外接振荡电阻器端，用来改变发声音调；第3脚为负电源端；第4脚为音频输出端；第5脚为正电源端；第6、7脚为空脚端；第8脚为选声端。当8脚悬空时，可产生模拟警车电笛声；当它接电源正极时，可产生模拟消防车电笛声；当它接电源负极时，可产生模拟救护车电笛声。LC179的主要参数：工作电压范围为3～4.5V，工作电流小于150mA，最大输出电流可达150mA，工作温度范围为-10～60℃。感谢观看传感器应用技术

目录CONTNETS1初识传感器2温度传感器3湿度传感器4力敏传感器5光敏传感器目录CONTNETS6气敏传感器7磁敏传感器8超声波传感器9无线传感器网络项目七磁敏传感器01认识磁敏传感器一、磁场与电磁感应定律当导体在稳定均匀的磁场中，沿垂直于磁场方向作切割磁力线运动时，导体内将产生感应电动势。这就是电磁感应定律。（二）电磁感应定律磁感应强度：描述磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量，用B表示，国际通用单位为特斯拉（符号为T）。（一）磁场参量一、磁场与电磁感应定律（二）电磁感应定律对于一个N匝的线圈，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内的感应电动势将与Φ的变化速率成正比，即

（7-1）如果线圈相对于磁场的运动速度为υ或角速度ω时，则式（7-1）可改写为式中，B——线圈所在磁场的磁感应强度；L——每匝线圈的平均长度；A——每匝线圈的平均截面积。二、磁敏传感器的定义与分类磁敏传感器又称为磁电传感器，是一种利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的器件或装置。磁敏传感器不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转换成易测量的电信号，属于有源传感器。由于磁敏传感器的输出功率较大且性能稳定，并具有一定的工作带宽（10～1000Hz），因此更适用于转速、振动、位移及扭矩等测量。（一）磁敏传感器的定义通常，磁敏传感器可分为磁电感应式传感器和磁电效应传感器两大类。磁电感应式传感器主要是基于电磁感应定律，利用导体和磁场的相对运动在导体两端产生感应电动势；而磁电效应则是指材料在外磁场的作用下产生诱导磁化的现象，常见的磁电效应传感器主要包括磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏三极管和霍尔元件等。磁敏传感器具有结构简单、响应速度快、高可靠性、可实现非接触测量等一系列优点，可广泛用于直接对压力、液位、振动、速度、位置检测等测量系统中。（二）磁敏传感器的分类0102三、磁敏电阻及其应用（一）磁阻效应在通有电流的金属或半导体上施加磁场时，其电阻值将发生明显变化，这种现象称为磁致电阻效应，也称磁阻效应。在磁场作用下，半导体片内电流分布是不均匀的，改变磁场的强弱就影响电流密度的分布，故表现为式中，ρ0——零磁场时的电阻率；Δρ——磁感应强度为B时电阻率的变化量；K——比例因子；μ——电子迁移率；B——磁感应强度；f（L/b）——形状效应系数；L，b——分别为磁敏电阻的长（沿电流方向）和宽。磁阻效应与材料性质及几何形状有关，一般迁移率大的材料，磁阻效应愈显著；元件的长宽比越小，磁阻效应越大。三、磁敏电阻及其应用（二）磁敏电阻磁敏电阻常选用锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）和锑化铌（NiSb）等半导体材料，在绝缘基片上蒸镀薄膜的半导体材料，也可在半导体薄片上光刻或腐蚀成型（栅状结构）。半导体材料的磁阻效应包括物理磁阻效应和几何磁阻效应，其中物理磁阻效应又称为磁电阻率效应。磁敏电阻主要用于测定磁场强度、频率和功率等测量、运算、控制以及信息处理等领域，并可用于制作无触点开关等。1.磁敏电阻的结构与电路符号磁敏电阻元件多采用片形膜式封装结构，有两端、三端（内部有两只串联的磁敏电阻）之分。在磁通密度改变时，它的阻值会随之产生变化，图7-1为磁敏电阻的结构与等效电路。磁敏电阻器的文字符号：用“MR”或“R”表示。三、磁敏电阻及其应用（二）磁敏电阻2.磁敏电阻的特性与主要参数作为磁场参数检测元件，磁敏电阻只能检测磁力的大小，而不能判断磁场的极性，只有配合辅助材料（磁钢）才能具备识别磁极的能力。磁敏电阻在无偏置磁场时的输出特性曲线如