项目八 新型传感器的认知与探索

项目八

新型传感器的认知与探索任务一

新型传感器的认知了解新型传感器的种类、应用领域和特点。学习目标微课视频、网络查找资料、微信、论坛、教学平台等工具讨论学习。学习方式学习新型传感器的特点、生物传感器、纳米传感器、CCD传感器等知识。学习计划学习计划光电转换器件，具有光电转换、信息存储和延时等功能。CCD传感器应用于微观领域，具有非常小的尺寸，可嵌入微型设备和系统中。纳米传感器微型化、集成化、智能化、低功耗等特点。传感器特点基于生物效应和定律，具有识别、转换和信号放大功能。生物传感器生物传感器的结构生物传感器的工作原理酶传感器的结构和应用CCD传感器的单元结构纳米传感器纳米传感器的定义纳米传感器是一种应用于微观领域的传感器，它们通常具有非常小的尺寸（小于100nm）。纳米传感器的分类纳米传感器可以按照其检测的物质类型进行分类，检测物质包括气体、液体、生物分子及机械运动等。根据测量方法的不同，通常将纳米传感器分为化学纳米传感器、生物纳米传感器、光学纳米传感器、力学纳米传感器和热学纳米传感器等5种类型。纳米传感器的应用纳米传感器的应用非常广泛，常见的领域包括医疗保健、环境监测、航空航天、食品安全等。CCD传感器电荷耦合器件（ChargeCoupledDevice，CCD）图像传感器（以下简称CCD传感器）由一种高感光度的半导体材料制成，能把光信号转换为电信号，并通过模—数转换器芯片将电信号转换为数字信号，该数字信号经压缩后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存。CCD的工作原理任务实施：新型传感器的工作原理和应用场合通过互联网或借助AI工具查找新型传感器的类型、工作原理和应用场合，并填写下表：自主学习通过微课视频、网络资料和QQ、微信、论坛等工具，了解传感器新技术和无线传感器网络应用。任务二

传感器新技术的探索计划与决策1、采用新型传感技术基于各种物理、化学、生物的效应和定律，继力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，开发具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件，研制新型传感器。纳米技术利用纳米技术制作的传感器，尺寸减小、精度提高、性能大大改善，纳米传感器是站在原子尺度上，从而极大地丰富了传感器的理论，推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域。量子力学利用量子力学中的有关效应，可设计、研制量子敏感器件，像共振隧道二极管、量子阱激光器和量子干涉部件等。这些元器件具有高速（比电子敏感器件速度提高1000倍〕、低耗（比电子敏感器件能耗降低1000倍）、高效、高集成度、经济可靠等优点。计划与决策2、传感器微型化和芯片化技术微机电系统（MEMS）是集微机构、微传感器、微执行器、控制电路、信号处理、通信、接口、电源等于一体的微型系统或器件，是对微/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。多芯片组件（MCM）是电子封装技术的一大突破，属于系统级封装。MCM把两个及以上的IC/MEMS芯片或CSP组装在一块电路板上，构成功能电路板，即多芯片组件，为组件中的各个芯片（构件）提供信号互连、I/O管理、热控制、机械支撑和环境保护等。3、传感器集成技术传感器集成化有两种：一种是通过微加工技术在一个芯片上构建多个传感模块，组成线性传感器（如CCD图像传感器）；另一种是将不同功能的敏感元器件制作在同一硅片上，制成集成化多功能传感器，集成度高、体积小，容易实现补偿和校正。计划与决策数字传感器包括调节和处理信号的电路及一个网络通讯的界面。它们通常以模块形式制成，包含传感器、DSP（数字信号处理器）、DSC（数字信号控制器）或ASIC（特定用途集成电路），另外也有以系统封装或系统芯片的方式制成。用于驱动数字输出的电子元件通常有三种：机械继电器、晶体管和双向FET器件。智能传感器采用单片微机进行信息处理，诸如补偿、倍频（细分）和数字转换等硬件线路均可软件化。智能传感器能适应被测参数的变化进行自动补偿、自动校正、自选量程、自寻故障，配有数字输出，实现双向通信，且具有较强的环境适应性。4、传感器数字化和智能化技术计划与决策5、传感器的强环境适应性技术传感器封装材料与技术的进步，使得传感器的环境适应能力越来越强。金属基复合材料封装（AI/SiCp），通过改变增强体的种类、排列方式或改变基体的合金成分，或改变热处理工艺等，来实现材料的物理性能设计；或者通过改变热处理工艺，来改变基体与增强体的界面结合状况，进而影响材料的热性能。该类材料热膨胀系数较低，既能做到与电子元器件材料的热膨胀系数相匹配，又具有高导热性和低密度。塑料封装90%以上使用环氧树脂，具有大规模生产、可靠性与金属或陶瓷材料相当的优点。经过硫化处理的环氧树脂还具有较快的固化速度、较低的固化温度和吸湿性、较高的抗湿性和耐热性等特点。陶瓷封装是用粘接剂或焊料将一个或多个芯片安装在陶瓷底板或管座上，采用倒装焊方式与陶瓷金属图形层进行键合，再对封装体进行封盖密封，同时提供合适的电气连接。陶瓷具有很高的杨氏模量、较高的绝缘性能和优异的高频特性，有良好的可靠性、可塑性且易密封，其线性膨胀系数与电子元器件的非常相近，化学性能稳定且热导率高，被用于多芯片组件、焊接阵列等封装中。计划与决策6、现场总线技术现场总线技术是一种集计算机技术、通信技术、集成电路技术及智能传感技术于一身的新兴控制技术。安装在制造区域和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线，是一种全数字化、开放式、双向传输、多分支、多站的通信系统，是现场通信网络和控制系统的集成。计划与决策无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是由部署在监测区域内大量的、廉价的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一种多跳自组织的网络系统，其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖范围内感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的3个要素。无线传感器网络综合了无线通信技术、传感器技术、嵌入式计算技术与分布式信息处理技术，可以使人们在任何时间、任何地点、任何环境条件下获取大量翔实而可靠的信息。因此，无线传感器网络具有十分广阔的应用前景。无线传感器网络的结构示意图无线传感器网络的应用1．军事国防2．工农业生产3．环境监测保护4．医疗护理5．其他应用任务实施分组选择一项传感器新技术，深入分析并向全班同学分享。分组选择01准备汇报PPT。材料准备02分组选择一项传感器新技术，深入分析并向全班同学分享。头脑风暴：什么是Lora技术？任务实施03巩固拓展1.举例说明无线传感器网络的应用。2.说明