传感器原理及应用 第4版 课件 7-新型传感器

新型传感器光纤的应用光纤之父1966年英籍华人高琨博士提出光纤可以象铜线传导电子一样传导光波。

1970年光纤损耗问题得到突破，使光纤作为信息载体成为可能的现实。

2009年高琨获得诺贝尔物理学奖。高琨博士被称为“光纤之父”光纤的特点1灵敏度高、响应快、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性、易于远传01应用：位移、速度、压力、液位、流量、温度02光纤的两种类型2物性型光纤（传感器）①物性型光纤压力传感器原理入射光透射光入射光透射光压力压力压力(a)施加均衡压力(b)施加点压力利用光纤对环境变化的敏感性，将被测量变换为调制的光信号光纤的两种类型2结构型光纤②光纤仅作为光的传播媒质，也称传光型或非功能型光纤光纤结构与原理3光纤结构示意图缓冲层硅树脂类材料包层125~350㎛石英纤芯5~125㎛石英玻璃光纤传光原理（全反射）光纤传光机理示意图

光纤的主要参数4数值孔径：光纤的有效进光入射角

光纤的应用5物性型应用——传感器01结构型应用——传光工具02光纤温度传感器保护管内高温光纤低温光纤标志孔

光纤耦合器传输光纤出射光纤光纤式光电开关电路板标志检测当光纤发出的光穿过标志孔时，若无反射，说明电路板方向放置正确光纤式光电开关光纤内窥镜将激光射入绕成线圈的光纤，当线圈的底座随运动物体旋转时，可测得透射光相位的变化光纤陀螺CMOS图像传感器CCD图像传感器一名称电荷耦合器件CCDM功能光电转换信息存贮传输G特点功耗小分辨力高T应用摄影通信光学检测Y基本原理1CCD器件=光敏元+转移栅+移位寄存器+I/O电路CCD光敏元阵列光信号电荷寄存器显示器或存储单元01020304工作流程分类2线阵面阵在x、y两个方向扫描，获得二维图像基本特性3动态范围、信噪比、芯片尺寸…像素数一定时，像素元大的CCD芯片可以获得更好的拍摄效果。应用4扫描仪中的应用（线阵CCD）

数码相机中的应用（线阵CCD）CCD数码相机结构CCD芯片内的基本电路CMOS

图像传感器二认识CMOS图像传感器成像质量比CCD略低成像质量比CCD略低特性视频摄像头应用①保护膜②镜头组③对焦马达④红外线滤光片⑤影像传感器⑥线路连接基板手机中的CMOS图像传感器CMOS摄像头智能传感器与无线传感器网络

1智能传感器的基本特征和组成方法

2无线传感器网络组成、传感器节点作用什么是智能传感器智能传感器是具备记忆、分析和思考能力、输出期望值的传感器。智能传感器：

除产生一个被测量或被控量的正确表示之外，还能简化换能器的综合信息，以用于网络环境的传感器。CMOS图像传感器智能红外测温仪原理框图实例:智能红外测温仪智能传感器的功能01提供全面、真实的信息，消除异常值或例外值。02进行信号处理，包括温度补偿、线性化等。03随机调整和自适应功能。04存储、识别和自诊断功能。05有特定算法并可根据需要改变算法。人类智能的构成智能传感器的实现智能传感器的三个层次实现传感器智能化的途径利用计算机智能合成传感器与微处理器的结合1利用特殊功能材料智能材料如固定在生物传感器顶端的酶2利用功能化几何结构智能结构利用传感器的结构处理信号3

以微处理器为核心，对燃油液位、电池电压、水温、机油压力、车速等信息进行采集、处理、显示和报警，同时接收GPS信息并显示。实例：车载信息系统发动机传感器及ECUMEMS被测量微传感器微处理器微执行器输出信号MEMSMicroElectro-MechanicalSystem微机电系统基本结构硅基片上集成制造机械（敏感）零件和电子元件主要功能检测被测信息、信号处理器、执行组成单元微传感器、处理电路、微执行器、接口、电源微型传感器传感器网络单独传感器数据采集从分布式数据采集系统到传感器2信号处理计算机执行器执行器信号处理传感器1计算机传感器3信号处理计算机执行器传输线无线传感器网络(WSN)发展的三阶段1-的传感器系统（热带树…）2-分布式传感器网络3-传输、低功耗节点发展三阶段无线传感器网络——继互联网之后的第二大网络无线传感器网络的特点特点大面积空间分布能源受限制网络自动管理网络结构变化迅速网络自动配置无线传感器网络节点的结构数据采集模块数据处理模块无线通信模块传感器数据处理无线通信供电模块节点电源模块实例：农业种植监测管理传感器与机器人思考一你见过机器人吗？你知道机器人是怎么模仿人的吗？机器人的分类国际上没有制定统一的标准按自由度分按结构分按负载重量分按控制方式分按应用领域分可以视觉传感器1触觉传感器2金属圆顶式接触传感器触觉传感器视频矩阵分布式接触传感器压觉传感器3矩阵压觉

传感器导电橡胶

压觉传感器压觉传感器3智能式高密度压觉传感器硅电容压觉传感器力觉传感器4支座力传感器02这是一种用来测量机械手与支座间的作用力，从而推算出机械手施加在工件上力的传感器腕力传感器01它是检测机器人终端环节与手爪之间力的传感器滑觉传感器5滚球滑觉传感器滑觉传感器5滚轴式滑觉传感器接近觉传感器6电磁感应式接近觉传感器光纤接近觉传感器反射式接近觉传感器其它机器人传感器嗅觉传感器②听觉传感器①味觉传感器③光谱图X射线可见光紫外线Gamma红外线FM短波雷达波TVAM380nm760nmC

可见光区域紫外线红外线

红外温度计红外辐射式温度计的测量范围为30~3000℃，以温度段分为若干不同规格型号。红外线辐射温度计外形激光用于测量瞄准红外线辐射温度计用于人体额温测量手持红外体温计红外测温仪（门）T/(K)=t/(℃)+273.15红外辐射温度计的测温原理被测物体红外传感器主控