传感器技术概述重点

1、传感器技术基础,机电一体化技术基础及应用课程,昆山第一中等专业学校,传感器的引入,人通过五官（视、听、嗅、味、触）接受外界的信息，经过大脑的思维（信息处理），作出相应的动作。 而用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，则可以说电子计算机相当于人的大脑（一般俗称电脑），而传感器则相当于人的五官部分（“电五官” ）。,昆山第一中等专业学校,身体与机器人的对应关系,昆山第一中等专业学校,传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段。,昆山第一中等专业学校,昆山第一中等专业学校,传感器所检测的信号进来显著地增加，因而其品种也极其繁多。为了对各种各样的信号进行检测、控制，就必须获得尽量简单易于处理的信号，

2、这样的要求只有电信号能够满足。电信号能较容易地进行放大、反馈、滤波、微分、存贮、远距离操作等。,一、传感器的定义 定义： 凡接受外界刺激并能产生输出信号，即可定义为传感器。 传感器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。,昆山第一中等专业学校,昆山第一中等专业学校,其包含一下几个方面的意思： 传感器是测量装置，能完成检测任务（输入） 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（输出）,昆山第一中等专业学校,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，但主要是电量。 输入输出有对应关系，且应

3、有一定的精确度。,一、传感器的分类 传感器种类繁多，目前常用的分类有三种： 以能量变换的功能来分 物理传感器 化学传感器 以传感器的工作原理来分 物性型 结构型 以输出信号来分 电量型 非电量型的,传感器的分类及要求,昆山第一中等专业学校,物理传感器：温度传感器、压力传感器、光电传感器、磁传感器、压电传感器、光纤传感器等等。 化学传感器：气体传感器、温度传感器、离子传感器等等。,按传感器的能量变换来分类,昆山第一中等专业学校,昆山第一中等专业学校,输出信号分类,分类目的： 各类传感器的工作原理、主要性能及其特点、应用。 使大家能合理地选择和使用传感器。 了解常用传感器地工程设计方法和掌握常用传

4、感器地试验研究方法。 了解传感器地发展方向等。,昆山第一中等专业学校,传感器转换原理,利用多种物理、化学原理可以实现信号间的转换。 光电效应、热点效应、霍尔效应等等。,昆山第一中等专业学校,光-电转换（光传感器） 半导体PN结的光生伏特效应是指半导体吸收光能在PN结区产生电动势的效应。它的主要光电转换过程如下:当用光子能量hEg( Eg为带隙间隔)的入射光照射半导体PN结时,半导体内的电子吸收能量,可激发出电子空穴对。这些非平衡载流子如果运动到PN结附近,就会在PN结内建电场E内的作用下分离。电子逆着E内的方向向N区运动,而空穴沿着E内的方向向P区移动,如图5(a)所示。结果在N区边界积累了电

5、子,在P区边界积累了空穴,如图b所示。这样就产生了一个与平衡态PN结内建场方向(由N区指向P区)相反的光生电场(由P区指向N区),即在P区与N区间建立了光生电动势。这样就把光能转化成了电能。若在两极间接上负载,则会有光生电流通过负载。,昆山第一中等专业学校,热-电转换（温度传感器） NTC:负特性热敏电阻，电阻随温度升高而减少。 它是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料， 采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和空穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低

6、。,昆山第一中等专业学校,热-电转换（温度传感器） PTC:正特性热敏电阻，电阻随温度升高而增加。由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化 若 电子和空穴的浓度分别为n、p，迁移率分别为n、p，则半导体的电导为：=q（nn+pp） 因为n、p、n、p都是依赖温度T的函数，所以电导是温度的函数，因此可由测量电导而推算出温度的高低，并能做出电阻-温度特性曲线这就是半导体热敏电阻的工作原理,昆山第一中等专业学校,热-电转换（温度传感器） CTR：临界特性热敏电阻，当温度达到某一界限时电阻急剧变化。 构成材料是钒、钡、锶、磷等元素氧化物的混合烧结体，是半玻璃状的半导体，也称CTR为玻璃态热敏电阻骤变温度随添加锗、钨、钼等的氧化物而变这是由于不同杂质的掺入，使氧化钒的晶格间隔不同造成的若在适