传感器

新型传感器
教学要求
1．了解集成温度传感器的测温原理和类型。

2．熟悉磁致伸缩效应及应用。

3．了解磁敏电阻、磁敏二极管和磁敏三极管的特性和应用。

4．熟悉光纤的结构及分类。

5．熟悉光纤传感器的特点及分类。

6．了解图像传感器及其应用。

教学手段多媒体课件
教学课时3学时
教学内容
介绍近年发展起来的新型传感器，如集成温度传感器、磁性传感器、光导纤维传感器、图像传感器以及它们的应用。

第一节集成温度传感器
一、集成温度传感器的测温原理
1. PN结的温度特性
复习模拟电子学的二极管温漂，总结出：集成温度传感器的测温基础：PN结的温度特性。

2. 集成温度传感器内部的测温简化电路分析（了解）
集成温度传感器内部多将一个三极管的集电极与基极短接，构成温度特性更好的PN结
二、集成温度传感器的类型
集成温度传感器可分为模拟型集成温度传感器和数字型集成温度传感器。

（一）模拟型集成温度传感器
1.电流输出型温度传感器
电流输出型温度传感器能产生一个与绝对温度成正比的电流作为输出，AD590是电流输出型温度传感器的典型产品
（1）AD590的基本转换电路
AD590是两线制器件，流过AD590的电流与热力学温度成正比（实物演示）。

（2）摄氏温度测量电路
若要达到与摄氏温度成正比的电压输出，可以用运算放大器的反相加法电路来实现电流/电压转换
2. LM35/45电压输出型集成温度传感器
LM35/45是电压型集成温度传感器，其输出电压U out与摄氏温度成正比，无需外部校正，测温范围为-55℃~+155℃，精确度可达0.5℃。

3.集成温度传感器在笔记本电脑CPU散热保护电路中的应用
目前PC机的整机功耗已达上百瓦，为了确保微机系统中的CPU能稳定工作，必须将机内产生的热量及时散发掉。

（二）数字型集成温度传感器
1.LM74简介
2.LM74 在温度巡回检测中的应用
3.集成温度传感器用于热电偶的冷端温度补偿
第二节磁性传感器
一、磁致伸缩效应及应用
（一）磁致伸缩效应及稀土超磁致伸缩材料
与压电元件及压电效应比较：某些磁性材料在外磁场作用下，物理尺寸会发生变化，去掉外磁场后，又恢复原来的尺寸，这种现象称为磁致伸缩效应。

（二）稀土超磁致伸缩材料的应用
1.声纳
声纳：声音（Sound）、导航（Navigation）、反射（测距）（Reflect）三个英文单词的组合，作用：探测水下物体，在军事上主要用来探测潜艇。

2. 磁致伸缩液位传感器（实物演示）
磁致伸缩液位传感器由脉冲发生器、磁致伸缩线、回波信号处理单元、不锈钢保护套管等部分组成，具有可靠性强、耐腐蚀、安装方便等特点
3．其他磁致伸缩传感器
讨论：用稀土超磁致伸缩材料可制造微位移驱动器，可用于机器人、超精密机械加工、还激光束扫描控制、照相机快门、线性电机、智能机翼、燃油喷射系统、微型泵、阀门等等。

二、磁敏传感器
（一）磁敏电阻（实物演示）
1．磁阻效应及磁敏电阻
半导体材料的电阻率随磁场强度的增强而变大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻效应制成的元件称为磁敏电阻。

2．磁敏电阻的参数和特性
（1）磁阻特性
（2）温度特性
3．磁敏电阻的应用
（1）智能交通系统（ITS）的汽车信息采集
现代交通管理要求对车辆的车型、流量和车速等数据进行采集，以便对交通信号灯、流通过道等进行智能控制。

（2）数字高斯计
霍尼韦尔的三轴智能数字高斯计可以探测空间磁场的强度和方向，三个独立的磁敏电阻桥路分别用于感应x，y，z三个轴向的磁场，同时将x、y、z参量输入计算机。

（3）小型探矿仪（磁力仪、金属探测仪）
磁法探矿已成为地球物理探矿领域中一项重要的和常用的方法，不仅用于铁矿的勘探，而且还用于与铁矿相伴生的其他矿物的勘探。

（4）磁阻IC用于转速测量
在硅片上制作InSb薄片磁敏电阻区，并在磁敏电阻区之外的硅片上再制作放大器、稳压器源等电路，就构成了集成磁敏传感器，简称磁阻IC。

4．磁敏式传感器的应用
（1）磁敏二报管漏磁探伤仪
（2）锑化铟(InSb)磁阻传感器在笔式验钞机中的应用（带一台验钞机演示）
第三节光导纤维传感器
一、光纤的基本概念
1.光的全反射（复习中学内容）
2.光纤的结构及分类
（1）阶跃型
（2）梯度型
（3）单孔型
3.光纤损耗
光纤损耗主要由三部分组成
（1）吸收损耗
（2）散失损耗
（3）机械弯曲变形损耗
4.电光与光电转换器件
二、光纤传感器及分类
（一）优缺点
光纤传感器缺点：光纤质地较脆、机械强度低；要求比较好的切断、连接技术；分路、耦合比较麻烦等。

（二）光纤传感器分类
1.强度调制型光纤传感器
（1）反射式
（2）遮光式
（3）吸收式
（4）微弯式
（5）接收光辐射式
（6）荧光激励式
2.相位调制型光纤传感器
三、光纤传感器的应用举例
1.光纤液位传感器（实物演示）
光纤液位传感器利用了强度调制型光纤反射式原理制成的
2.光纤式混凝土应变传感器
光纤混凝土应变传感器利用了强度调制型光纤原理制成的
3.光纤温度传感器
光纤温度传感器利用了强度调制型光纤荧光激励式原理制成的
4. 光纤高温传感器
光纤高温传感器利用了强度调制型光纤接收光辐射式原理制成的。

5.光纤声压传感器
光纤声压传感器利用了双路光纤干涉原理制成的
6.光纤大电流传感器
光纤大电流传感器利用了双路光纤干涉原理制成的
7.光纤高电压传感器
第四节图像传感器
一、光辐射基础（复习中学内容）
（一）光和光谱
（二）光的度量
1.光通量
能够发光的物体称为光源，从光源发出的光具有一定的能量，这种能量称为光能。

2.发光强度
其计算公式为
I=Φ/ω （12-5）
3.照度
照度是用来表示被照面（点）上光的强弱。

E=（I/ r2）cosθ（12-6）
4.亮度
5.小结
表12-1 常用光度学的名称、符号、单位及说明
名称符号单位说明
光通量Φ
流明
（流）
lm发光体每秒所发出的光量总和
光强I 坎德拉
（坎）
cd发光体在特定方向的单位立体角内所发射的光通量
照度E 勒克斯
（勒）
lm/m2发光体照射在被照物体单位面积上的光通量
亮度L尼脱（尼）cd/m2发光体在视线方向单位投影面上的发光强度
二、热成像技术（实物演示）
(一) 红外热像的基本知识
（二）热成像元件
1. 热释电元件探测器
2.红外光子探测器
（三）热成像传感器分类
1.热释电摄像管
热释电摄像管类似于电视摄像管，它主要由机械斩光器、物镜、靶面和电子枪四部分组成
2.红外焦平面热像仪
红外焦平面热像仪又称为凝视型热像仪，在如同邮票大小的芯片上，集成了数十万个乃至数百万个探测器及其信号放大处理电路。

（四）热成像传感器的应用
三、CCD图像传感器（数码相机演示）
CCD（Charge Coupled Device）全称为电荷耦合器件，是70年代在MOS集成电路技术基础上发展起来的新型半导体器件。

（一）CCD的基本工作原理
一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。

D的光敏元结构及俘获、存贮电荷的原理
2. CCD读出移位寄存器的结构
3. CCD各位之间电荷的转移及传输原理
（二）CCD图像传感器的分类
1. 线阵CCD
2.面阵CCD
3.彩色CCD
（三）CCD的基本特性参数
1.光谱响应
2.动态范围
3.信噪比
4. CCD芯片尺寸
（四）CCD图像传感器的应用
1.线阵CCD在钢板宽度测量中的应用
2.线阵CCD在扫描仪中的应用
3. CCD数码照相机简介。