新型传感器-PPT课件

9.2.1 超声波的发生 压电式超声波发生器就是利用压电晶体的电致伸缩现象
制成的。常用的压电材料为石英晶体、压电陶瓷锆钛酸铅等。 在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动， 而产生超声波，如图所示。
压电片
u
超声波
图9.3.1 压电式超声波传感器
厚度 d
压电材料的固有频率与晶体片厚度d有关，即
磁致伸缩超声波发生器只能用在几万Hz的频率范围以 内，但功率可达十万W，声强可达几千W／cm2，能耐较高 的温度。
9.2.3 超声波的接收
在超声波技术中，除了需要能产生一定的频率和强度的超声波发生器 以外，还需要能接收超声波的接收器。一般的超声波接收器是利用超声波 发生器的逆效应而进行工作的。
当超声波作用到压电晶体片上时，使晶片伸缩，则在晶片的两个界面 上产生交变电荷。这种电荷先被转换成电压，经过放大后送到测量电路， 最后记录或显示出结果。它的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同 一个超声波发生器兼做超声波接收器。
磁致伸缩效应的大小，即伸长缩短的程度，不同的铁磁物 质其情况不相同。镍的磁致伸缩效应最大，它在一切磁场中都 是缩短的。如果先加一定的直流磁场，再加以交流电时，它可 工作在特性最好的区域。
磁致伸缩超声波发生器把铁磁材料置于交变磁场中，使它 产生机械尺寸的交替变化，即机械振动，从而产生超声波。
磁致伸缩超声波发生器是用厚度为0.1～0.4mm的 镍片叠加而成的，片间绝缘以减少涡流电流损失。其 结构形状有矩形、窗形等，如图所示。
红外感温器(探头)是一个典型的红外测温传感器，它的探测元件 是硅光电池，工作波段为0.65～1.1μm，感温器之间具有互换性。
仪器箱(电子信号处理器)具有十分完备的功能，除了辐射系数修 正、线性化处理两种必备的功能外，它尚有平均值、峰值、轧钢测温、 超量程报警等八种功能可供用户选择采用。

《传感器新技术》PPT课 件
这是关于传感器新技术的PPT课件，让我们一起探索传感器的概述、新技术以 及其在智能化和纳米领域的应用。
传感器概述
定义和分类
了解传感器的定义、分类，以及常见的传感器类型。
工作原理
探索传感器是如何通过感知环境变化来提供数据的。
传化传感器技术
3 纳米传感器技术
介绍微机电系统（MEMS） 传感器的概述、制造工艺 以及应用案例。
探讨智能化传感器的特点、 应用领域以及发展趋势。
了解纳米传感器的特点、 制备技术以及应用前景。
传感器网络技术
1
定义和分类
详细解释传感器网络的定义、分类，以
组成和功能
2
及不同类型的网络结构。
探索传感器网络的组成部分和各个节点
的功能。
3
应用案例
展示传感器网络在环境监测、物流追踪 和智能城市等领域的实际应用。
总结
意义
传感器新技术的应用将推动创新 和科技进步，改变我们的生活方 式。
发展趋势
了解传感器新技术未来的发展方 向，包括更小、更智能和更环保 的传感器。
应用前景
展望传感器新技术在各个领域的 广阔应用前景，如医疗、交通和 农业。

第11章 新型传感器
11.1 集成温度传感器 11.2 磁敏传感器 11.3 光纤传感器 11.4 传感器在机器人中的应用
集成温度传感器
一、所谓集成传感器
就是在一块极小的半导体芯片上集成了包括温度敏感器 件、信号放大电路、温度补偿电路、基准电源电路等在内的 各个单元，它使传感器和集成电路融为一体。
图为DS1820的内部框图，它主要包括寄生电源、温 度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高 速暂存器（内含便笺式RAM），用于存储用户设定的温 度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环 冗余校验码（CRC）发生器等七部分。
64bit
ROM 和单线 电 接口 源 检 测
存储器控制逻辑
➢ 除此之外，还有圆盘形，中心和边缘处各有一电极，如上图(c)所示。磁敏
电阻大多制成圆盘结构。
各种形状的磁敏电阻，其磁阻与
磁感应强度的关系如右图所示。由图 可见，圆盘形样品的磁阻最大。
磁敏电阻的灵敏度一般是非线性
的，且受温度影响较大；因此，使用 磁敏电阻时．必须首先了解如下图所 示的持性曲线。然后，确定温度补偿 方案。 磁阻元件的电阻值与磁场的极性无
GND：地； VDD：电源电压 I/O：数据输入／输出脚(单线接口，可作寄生供电)
DS 1820
1 23
GND I/O VDD (a) PR—35封装
I/O 1 GND 2
NC 3 NC 4
DS1820
5 VDD 6 NC 7 NC 8 NC
(b) SOIC封装
DS1820的管脚排列
3 、DS1820的工作原理
DS1820内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频 率信号f0，高温度系数振荡器则将被测温度转换 成频率信号f。当计数门打开时，DS1820对f0计数， 计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片

二、光纤分类
根据光纤的折射率、光纤材料、传输模式、光纤用途和制造工艺
,有如下几种分类方法： 1．阶跃型和梯度型光纤 根据光纤的折射率分布函数,普通光纤可分为阶跃型和梯区型
两类. 阶跃光纤的纤芯与包层间的折射率阶跃变化的,即纤芯内的折
射率分布大体上是均匀的,包层内的折射率分布也大体均匀,均可视 为常数,但是纤芯和包层的折射率不同,在界面上发生突变,如下图 <a>所示.光线的传播,依靠光在纤芯和包层界面上发生的内全反射 致现按象抛. 物线形状递 减,梯中度心光轴纤折射纤率芯最内的折射率不是常量,而是从中心轴线开始沿径向 大大.因此,光纤在纤
1．强度调制 利用被测量的作用改变光纤中光的强度,再通过光强的变化来测量 被测量,称为强度调制.其原理如图12-6所示. 当一恒定光源的光波I IN注入调制区,在外力场强Is的作用下,输出光 波的强度被Is所调制,载有外力场信息的出射光 IOUT 的包络线与Is形状 相同,光〔强度〕探测器的输出电流ID<或电压>也反映出了作用力场.同 理,可以利用其他各种对光强的调制方式,如光纤位移、光栅、反射式、 微弯、模斑、斑图、辐射等来调制入射光,从而形成相应的调
着新兴学科的交叉渗透,它将会出现更广阔的应用前景.
新型传感器——光纤传感器
一、光纤结构和传光原理 二、光纤分类 三、光纤传感器基本工作原理及类型 四、光纤传感器的调制器原理 五、偏振调制型光纤传感器的应用举例 六、光纤图像传感器应用举例
一、光纤结构和传光原理
光纤结构十分简单,它是一种多层介质结构的圆柱体,圆柱体由 纤芯、包层和护层组成.
传感型光纤传感器在结构上比传光型光纤传感器简单,传感型光纤传 感器的光纤是连续的,可以少用一些光耦合器件.但是,为了光纤能接受外 界物理量的变化,往往需要采用特殊光纤来作探头,这样就增加

如图5-17 所示为利用马赫-琴特干涉仪测量压力或温度的 相位调制型光纤传感器的组成原理图。
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5.3 光纤传感器
3）光偏振态调制型光纤传感器 偏振态调制型光纤传感器能检测出由于外界因索引起的
光纤内部光的偏振态的变化。最典型的是光纤电流传感器， 其工作原理是根据磁旋效应做成的，主要应用于高压传输线 中。
新型传感器技术含量高、功能强，相对传统传感器具有 很多优点。了解和学习这些新型的传感器有助于我们打一大 视野，及时了解、掌握新型传感器技术并加以应用。本章将 介绍最近几年发展起来的新型传感器，包括CCD图像传感器、 触觉传感器、光纤传感器、磁性传感器和集成温度传感器。
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5.1 CCD图像传感器
工业上利用小型开关阵列形成一种价廉触觉传感器，但 是这种阵列的空间分辨率较低。这种跟输出信号的二进制相 对应的二值阵列触觉传感器，严重地限制、影响了其提供信 息的质量。图5-9 所示即为开关式传感器的原理图。
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5.2 触觉传感器
5.2.2 光学式触觉传感器 光照射到界面的角度通过界面法线测量。若光照射到有
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5.2 触觉传感器
5.2.3 压阻阵列触觉传感器 压阻式阵列触觉传感器的基本结构是由外接引线、上
（行）下（列）电极及压阻材料等构成，上（行）电极与下 （列）电极相垂直，上（行）下（列）电极的交叉点定义为 阵列触觉的一个触觉单元，外接引线从相互平行的触觉单元 上引出，压阻材料放在上（行）下（列）电极中间，如图511 所示。
面阵CCD的优点是结构较简单、容易增加像素数，缺点 是CCD 尺寸较大、易产生垂直拖影。

光纤传感器外形
光导纤维（光纤）
20世纪开始，人们认识到光 波作为载波，可以使通信系统的 带宽距离积提高许多倍。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。 关键是解决光纤的高损耗问题。 60年代，光纤的损耗为 1 0 0 0 dB/km。1970 年 光 纤 的 损 耗 问题得到突破，在1微米波长达 到 2 0 dB/km， 使 光 纤 作 为 信 息 载 体成为可能的现实。因此，高琨 博士被称为“光纤之父”。
（三）CCD的基本特性参数
CCD的基本特性参数有： 光谱响应、动态范围、信噪比、CCD芯片尺 寸等。在CCD像素数目相同的条件下，像素点大 的CCD芯片可以获得更好的拍摄效果。大的像素 点有更好的电荷存储能力，因此可提高动态范围 及其他指标。
（四）CCD图像传感器的应用
线阵CCD在扫描仪中的应用
光导纤维（光纤）的特点
光纤的优点：灵敏度高、响应快、抗电磁干扰、 耐腐蚀、电绝缘性、防燃防爆、易 于远传、便于计算机化、便于组网
应用于：位移、速度、压力、液位、流量、温度
光纤的使用方式
1）物性型光纤传感器 物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的
敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。
光纤流速传感器
CMOS图象处理
CMOS视频摄像头
带红外LED 照明的CMOS 视频摄像头
CMOS视频摄像头的外部结构
CMOS视频摄像头的外形及内部结构
7.3 红外线传感器
7.3.1 红外线辐射温度计
红外辐射温度计既可用于高温测量， 又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐 射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温 度计的温度范围可以从-30℃~3000℃，中 间分成若干个不同的规格，可根据需要选 择适合的型号。

发展趋势
未来传感器的发展趋势是微型化、智 能化、多功能化和网络化，传感器将 更加小巧、智能、多功能和易于联网 ，能够更好地满足人们生产和生活的 需求。
01
新型传感器的技术 原理
新型传感器的技术原理简介
新型传感器技术原理主要包括物理、化学和生物传感 器等，它们通过将物理、化学或生物量转化为可测量
的电信号，实现对各种参数的测量。
输标02入题
物理传感器主要基于压阻效应、压电效应、热电效应 等物理原理，将物理量（如压力、温度、位移等）转 换为电信号。
01
03
生物传感器则利用生物分子的特异性反应，实现对生 物分子浓度的测量。
04
化学传感器则利用化学反应的原理，将化学量（如气 体、离子、生物分子等）转化为电信号。
新型传感器的应用领域
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
01
新型传感器的实际 应用案例
智能家居领域的实际应用案例
智能家居控制
新型传感器可以用于智能家居控制系 统，实现家庭环境的智能化控制，如 自动调节室内温度、控制灯光亮度等 。
安全监控
智能家电
新型传感器可以用于智能家电产品， 如智能冰箱、智能洗衣机等，提高家 电产品的智能化水平。
新型传感器可以用于家庭安全监控， 如门窗传感器、烟雾报警器等，提高 家庭安全防范能力。
作用
传感器的作用是将被测量的非电学量转换成电信号，以满足 信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
重要性
传感器在工业自动化、智能家居、医疗、环保等领域中发挥 着重要作用，能够实现各种物理量、化学量、生物量等的测 量和自动化控制，提高了生产效率和生活品质。

半导瓷材料的表面电阻下降。由此可见，不论是N型还是P型 半导瓷，其电阻率都随湿度的增加而下降。
5.1 气敏、湿敏传感器
2) 正特性湿敏半导瓷的导电原理 正特性材料的结构、电子能量状态与负特性材料有所不 同。当水分子附着在半导瓷的表面使电动势变负时，导 致其表面层电子浓度下降，但这还不足以使表面层的空 穴浓度增加到出现反型程度，此时仍以电子导电为主。 于是，表面电阻将由于电子浓度下降而加大，这类半导 瓷材料的表面电阻将随湿度的增加而加大。
5.1 气敏、湿敏传感器
2. 半导体陶瓷湿敏电阻
通常，用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结而成为多孔陶瓷，这 些材料有ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系和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加而增大，故称为正特性湿敏半导体陶瓷 (以下简称半导瓷)。
1—ZnO-LiO2-V2O5；2—Si-Na2OV2O5；3—TiO2-MgO-Cr2O3
Fe3O4半导瓷正湿敏特性图
5.1 气敏、湿敏传感器
1) 负特性湿敏半导瓷的导电原理
由于水分子中的氢原子具有很强的正电场，当水在半导瓷表面吸 附时，就有可能从半导瓷表面俘获电子，使半导瓷表面带负电。 如果该半导瓷是P型半导体，则由于水分子吸附使表面电动势下降， 将吸引更多的空穴到达其表面，于是，其表面层的电阻下降。若 该半导瓷为N型，则由于水分子的附着使表面电动势下降，如果表 面电动势下降较多，不仅使表面层的电子耗尽，同时吸引更多的 空穴达到表面层，有可能使到达表面层的空穴浓度大于电子浓度， 出现所谓表面反型层，这些空穴称为反型载流子。它们同样可以 在表面迁移而表现出电导特性。因此，由于水分子的吸附，使N型

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磁致伸缩液位传感器的应用
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各种液位计的外形和安装比较（续）
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二、磁敏传感器
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。
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磁敏电阻的应用
磁敏电阻可用于 测量地球磁场的方向 及强度的变化。
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上海东方明珠
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光纤传感器外形
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光的反射、折射
当一束光线以一定的入射角θ 1从介 质1射到介质2的分界面上时，一部分能 量反射回原介质；另一部分能量则透过 分界面，在另一介质内继续来自播。2019/12/9
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光的 全反射
当减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的
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一、集成温度传感器的测温原理
PN结的 温度特性
二极管的正向 电压降UD以 -2mV/℃ 变化
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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。模拟型 的输出信号形式有电压型和电流型两种。 电压型的灵敏度多为10mV/℃（以摄氏温度 0℃作为电压的零点），电流型的灵敏度多为 1μA/K（以绝对温度0K作为电流的零点）； 数字型又可以分为开关输出型、并行输出型、 串行输出型等几种不同的形式。
第十二章 新型传感器
本章学习集成温度传感器、磁 性传感器、光导纤维传感器、图像 传感器的原理以及他们的应用，还 涉及数码相机的相关知识。
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