几种新型传感器简介-课件
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传感器PPT(1)
压电传感元件是力敏感元件，它可以测量最 终能变换为力的那些非电物理量，例如动态力、 动态压力、振动加速度等，但不能用于静态参数 的测量。
压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、 信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结 构坚固、可靠性、稳定性高。
一、压电效应
天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用 金刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体 薄片受到压力时，晶格产生变形，表面产生 正电荷，电荷Q与所施加的力F成正比 ，这种 现象称为压电效应 。还有一些人造的材料也 具有压电效应。
1.5 光纤传感器的原理
光纤传感器由光发送器、敏感元件（光纤或非 光纤的）、光接收器、信号处理系统以及光纤构 成，是一种把被测量的状态转变为可测的光信号 的装置。
由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。 这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经 接收光纤耦合到光接收器，从而使光信号变为电信 号，最后经信号处理得到所期待的被测量。
CF
i
U
U SC
jCF
1
1 RF
q
RF
i Ca
U∑ －A0
Ra
USC
U
j A0
1CF
A0
1 1
RF
电荷放大器原理电路图
二、压电式传感器的应用
（一）压电式加速度传感器 （二）压电式压力传感器 （三）压电式流量计 （四）集成压电式传感器 （五）压电式传感器在自来水管道测漏中的应用
2、传感器的组成：
传感器由敏感元器件（感知元件）、转换器件 和测量电路三部分组成，有时还加上辅助电源。
3、传感器的分类
传感器的分类主要依靠敏感原件的种类来区分。
敏感原件品种繁多就其感知外界信息的原理来 讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁 和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原 理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识 别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、 光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿 敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件 和味敏元件等十大类
压电式传感器具有体积小、质量轻、频响高、 信噪比大等特点。由于它没有运动部件，因此结 构坚固、可靠性、稳定性高。
一、压电效应
天然结构的石英晶体呈六角形晶柱，用 金刚石刀具切割出一片正方形薄片。当晶体 薄片受到压力时，晶格产生变形，表面产生 正电荷，电荷Q与所施加的力F成正比 ，这种 现象称为压电效应 。还有一些人造的材料也 具有压电效应。
1.5 光纤传感器的原理
光纤传感器由光发送器、敏感元件（光纤或非 光纤的）、光接收器、信号处理系统以及光纤构 成，是一种把被测量的状态转变为可测的光信号 的装置。
由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。 这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经 接收光纤耦合到光接收器，从而使光信号变为电信 号，最后经信号处理得到所期待的被测量。
CF
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U
U SC
jCF
1
1 RF
q
RF
i Ca
U∑ －A0
Ra
USC
U
j A0
1CF
A0
1 1
RF
电荷放大器原理电路图
二、压电式传感器的应用
（一）压电式加速度传感器 （二）压电式压力传感器 （三）压电式流量计 （四）集成压电式传感器 （五）压电式传感器在自来水管道测漏中的应用
2、传感器的组成：
传感器由敏感元器件（感知元件）、转换器件 和测量电路三部分组成，有时还加上辅助电源。
3、传感器的分类
传感器的分类主要依靠敏感原件的种类来区分。
敏感原件品种繁多就其感知外界信息的原理来 讲，可分为①物理类，基于力、热、光、电、磁 和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原 理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识 别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、 光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿 敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件 和味敏元件等十大类
几种新型传感器简介
21cgq12_1
4
§13-2 超导体传感器 13被测量→ 被测量→超导体电特性变化 一.超导红外传感器
受红外辐射的超导体电导率 受红外辐射的超导体电导率 发生变化
可在烟雾、 可在烟雾、粉尘环境中工作
光照
二.超导可见光传感器
约塞夫逊效应（不加电压） 约塞夫逊效应（不加电压） 可见光照射→ 可见光照射→ 约塞夫逊结电流变化
7
§13-3 液晶传感器 13液晶受电、 液晶受电、磁、热、声作用→ 声作用→ 液晶光学特性变化
一.液晶的光学特性
▲双折射：两折射光偏振方向正交 双折射： ▲二色性：白光经液晶反射和透射成不同颜色 二色性： ▲旋光性：具有改变偏振光振动方向的性能 旋光性：
二.液晶电磁场传感器
▲集成电路印刷板图形检测
2.结构 2.结构
▲表皮指纹状感受触觉 ▲表皮小凸点状感受滑觉
21cgq12_1
18
§13-5 微机械传感器 13MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 微机械、 微机械、微系统
▲构成： 构成： 微型机构、微型传感器、 微型机构、微型传感器、微型执行器 和相应的处理电路等几部分。 和相应的处理电路等几部分。 目前主导产品： ▲目前主导产品： 压力传感器、加速度计、微陀螺仪、 压力传感器、加速度计、微陀螺仪、 墨水喷咀和硬盘驱动头等。 墨水喷咀和硬盘驱动头等。
尺寸： 3.尺寸：微机械陀螺的平面外轮廓的结构参数 厚度仅为2μm. 双音叉结构） 2μm.（ 为1mm2 ,厚度仅为2μm.（双音叉结构） 文献：振动轮式硅微机械陀螺的直径为1 ,厚 文献：振动轮式硅微机械陀螺的直径为1 mm ,厚 度为19μm ,宽度为 宽度为5μm ,电极间距为7μm. 电极间距为7μm 度为19μm ,宽度为5μm ,电极间距为7μm.
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§13-2 超导体传感器 13被测量→ 被测量→超导体电特性变化 一.超导红外传感器
受红外辐射的超导体电导率 受红外辐射的超导体电导率 发生变化
可在烟雾、 可在烟雾、粉尘环境中工作
光照
二.超导可见光传感器
约塞夫逊效应（不加电压） 约塞夫逊效应（不加电压） 可见光照射→ 可见光照射→ 约塞夫逊结电流变化
7
§13-3 液晶传感器 13液晶受电、 液晶受电、磁、热、声作用→ 声作用→ 液晶光学特性变化
一.液晶的光学特性
▲双折射：两折射光偏振方向正交 双折射： ▲二色性：白光经液晶反射和透射成不同颜色 二色性： ▲旋光性：具有改变偏振光振动方向的性能 旋光性：
二.液晶电磁场传感器
▲集成电路印刷板图形检测
2.结构 2.结构
▲表皮指纹状感受触觉 ▲表皮小凸点状感受滑觉
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§13-5 微机械传感器 13MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 微机械、 微机械、微系统
▲构成： 构成： 微型机构、微型传感器、 微型机构、微型传感器、微型执行器 和相应的处理电路等几部分。 和相应的处理电路等几部分。 目前主导产品： ▲目前主导产品： 压力传感器、加速度计、微陀螺仪、 压力传感器、加速度计、微陀螺仪、 墨水喷咀和硬盘驱动头等。 墨水喷咀和硬盘驱动头等。
尺寸： 3.尺寸：微机械陀螺的平面外轮廓的结构参数 厚度仅为2μm. 双音叉结构） 2μm.（ 为1mm2 ,厚度仅为2μm.（双音叉结构） 文献：振动轮式硅微机械陀螺的直径为1 ,厚 文献：振动轮式硅微机械陀螺的直径为1 mm ,厚 度为19μm ,宽度为 宽度为5μm ,电极间距为7μm. 电极间距为7μm 度为19μm ,宽度为5μm ,电极间距为7μm.
新型传感器PPT学习课件
• 智能传感器是技术演进的结果，满足万物互联对感知层提出的要求，预计将随着智能消 费电子设备、工业物联网、车联网与自动驾驶、智慧城市、智能医疗等新产业的发展迎 来快速增长。
2020/2/26
6
微处理器
• 智能传感器的核心；充分发挥软件的功能 • 不仅能对传感数据进行计算、存储、数据处理 • 还可以通过反馈回路对传感器进行调节
优势 • 可完成硬件难以完成的任务 • 大大降低传感器制造的难度 • 提高了传感器的性能
2020/2/26
7
智能传感器的实现途径
• 非集成化实现：
• “微处理器”与传感器的结合方式：
• 一种是将传感器与微处理器集成在一个芯片上构成所谓的“单片智能传感器” • 另一种是指传感器能够配微处理器（分离方式）
2020/2/26
4
智能传感器的起源
• 智能传感器概念最早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程 中提出来,并于1979年形成产品。
• 宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面或飞船上的处 理器发送温度、位置、速度和姿态等数据信息
第13章 新型传感器
2
1
2020/2/26
2
新型传感器
• 新型传感器：相对于传统传感器而言，近年新出 现的一类传感器
• 特点：
• 智能化、多功能化、综合性、微型化、集成化、网络化等 • 检测信号的种类丰富、检测功能强大、检测精度高
• 本章主要涉及
• 智能传感器 • 模糊传感器 • 微传感器 • 网络传感器
• 即便使用一台大型计算机也很难同时处理如此庞大的数 据。何况飞船又限制计算机体积和重量
• 因此希望传感器本身具有信息处理功能，于是将传感器 与微处理器结合，就出现了智能传感器。
2020/2/26
6
微处理器
• 智能传感器的核心；充分发挥软件的功能 • 不仅能对传感数据进行计算、存储、数据处理 • 还可以通过反馈回路对传感器进行调节
优势 • 可完成硬件难以完成的任务 • 大大降低传感器制造的难度 • 提高了传感器的性能
2020/2/26
7
智能传感器的实现途径
• 非集成化实现：
• “微处理器”与传感器的结合方式：
• 一种是将传感器与微处理器集成在一个芯片上构成所谓的“单片智能传感器” • 另一种是指传感器能够配微处理器（分离方式）
2020/2/26
4
智能传感器的起源
• 智能传感器概念最早由美国宇航局在研发宇宙飞船过程 中提出来,并于1979年形成产品。
• 宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面或飞船上的处 理器发送温度、位置、速度和姿态等数据信息
第13章 新型传感器
2
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2
新型传感器
• 新型传感器：相对于传统传感器而言，近年新出 现的一类传感器
• 特点：
• 智能化、多功能化、综合性、微型化、集成化、网络化等 • 检测信号的种类丰富、检测功能强大、检测精度高
• 本章主要涉及
• 智能传感器 • 模糊传感器 • 微传感器 • 网络传感器
• 即便使用一台大型计算机也很难同时处理如此庞大的数 据。何况飞船又限制计算机体积和重量
• 因此希望传感器本身具有信息处理功能，于是将传感器 与微处理器结合，就出现了智能传感器。
《传感器分类》课件
化学类传感器
总结词
利用化学原理进行信号检测的传感器。
详细描述
化学类传感器通过化学反应来检测信号，具有高灵敏度、高选择性的优点，广泛应用于气体、湿度、酸碱度等化 学量的测量。
CHAPTER 03
传感器的应用领域
工业自动化领域
总结词
传感器在工业自动化领域中发挥着关键作用，主要用于生产 过程的监控、控制和自动化操作。
按应用领域
传感器可分为工业用、 农业用、商业用和科研
用等。
传感器的基本特性
01
02
03
静态特性
指传感器在静态条件下的 特性，包括线性度、灵敏 度、迟滞性、重复性、漂 移等。
动态特性
指传感器在动态条件下的 特性，包括时间常数、频 率响应、动态范围等。
环境特性
指传感器在不同环境条件 下的特性，包括温度特性 、湿度特性、电磁兼容性 等。
军事应用领域
总结词
传感器在军事应用领域具有重要作用，主要 用于侦察、探测、导航和制导等方面。
详细描述
传感器可以检测声波、红外线、磁场等物理 量，用于探测敌方目标、侦察情报和精确制 导武器。在军事应用中，传感器的性能直接 影响到武器装备的作战效能和战斗力水平。
CHAPTER 04
传感器的发展趋势与挑战
技术创新
成本与价格
随着物联网、人工智能等技术的快速发展，传感器的 应用领域不断拓展，需要加强市场调研和技术研究，
开发适合新应用领域的传感器产品。
应用领域拓 展
传感器的制造成本和销售价格是影响其市场应用的重 要因素，需要优化生产工艺和降低成本，制定合理的 销售价格策略。
未来传感器的发展方向
生物传感器
详细描述
传感器简介PPT课件
传感器简介PPT课件
目录
• 传感器基本概念与原理 • 常见类型传感器介绍 • 传感器性能指标评价方法 • 传感器应用领域探讨 • 传感器技术发展趋势预测
01
传感器基本概念与原理
传感器定义及作用
传感器定义
能够感受规定的被测量并按照一 定规律转换成可用输出信号的器 件或装置。
传感器作用
将被测量转换为与之有确定关系 的、便于应用的某种物理量，以 满足信息传输、处理、存储、显 示、记录和控制等要求。
多功能、复合型方向
利用新材料、新工艺和新技术， 开发具有多种功能的复合型传感 器，如同时检测温度、湿度、压
力等多种参数的传感器。
发展可穿戴传感器技术，实现人 体生理参数和环境参数的实时监
测和评估。
结合柔性电子技术，开发可弯曲 、可折叠的传感器，拓展其在可 穿戴设备、医疗器械等领域的应
用。
生物医学传感器方向
转换过程
敏感元件将被测量转换为电参量（如电阻、电容、电感等），经过转换电路转 换为标准输出信号（如电压、电流等）。转换过程中可能涉及信号调理和校准 等环节，以确保输出信号的准确性和稳定性。
02
常见类型传感器介绍
温度传感器
01
02
03
热电偶
利用热电效应测量温度， 具有测量范围宽、稳定性 好等特点。
电容式压力传感器
利用电容器原理将压力转 换为电容变化，具有精度 高、稳定性好等特点。
位移传感器
电感式位移传感器
光电式位移传感器
利用电磁感应原理将位移转换为电感 量变化，具有测量精度高、响应速度 快等优点。
利用光电转换原理将位移转换为光信 号变化，具有测量精度高、抗干扰能 力强等优点。
电容式位移传感器
目录
• 传感器基本概念与原理 • 常见类型传感器介绍 • 传感器性能指标评价方法 • 传感器应用领域探讨 • 传感器技术发展趋势预测
01
传感器基本概念与原理
传感器定义及作用
传感器定义
能够感受规定的被测量并按照一 定规律转换成可用输出信号的器 件或装置。
传感器作用
将被测量转换为与之有确定关系 的、便于应用的某种物理量，以 满足信息传输、处理、存储、显 示、记录和控制等要求。
多功能、复合型方向
利用新材料、新工艺和新技术， 开发具有多种功能的复合型传感 器，如同时检测温度、湿度、压
力等多种参数的传感器。
发展可穿戴传感器技术，实现人 体生理参数和环境参数的实时监
测和评估。
结合柔性电子技术，开发可弯曲 、可折叠的传感器，拓展其在可 穿戴设备、医疗器械等领域的应
用。
生物医学传感器方向
转换过程
敏感元件将被测量转换为电参量（如电阻、电容、电感等），经过转换电路转 换为标准输出信号（如电压、电流等）。转换过程中可能涉及信号调理和校准 等环节，以确保输出信号的准确性和稳定性。
02
常见类型传感器介绍
温度传感器
01
02
03
热电偶
利用热电效应测量温度， 具有测量范围宽、稳定性 好等特点。
电容式压力传感器
利用电容器原理将压力转 换为电容变化，具有精度 高、稳定性好等特点。
位移传感器
电感式位移传感器
光电式位移传感器
利用电磁感应原理将位移转换为电感 量变化，具有测量精度高、响应速度 快等优点。
利用光电转换原理将位移转换为光信 号变化，具有测量精度高、抗干扰能 力强等优点。
电容式位移传感器
传感器的类型ppt课件
▪ 传感器是将感知到的各种信号转换成易测量 的信号，把相应的信号输入计算机，计算机 发出指令，控制各执行机构。
.
§3-1传感器的定义
一、传感器的定义（ Transducer/Sensor ） ▪ 定义：将被测参量转换为与之对应的，易
于测量，传输和处理的信号的装置。
GB7665一87：能够感受规定的被测量并按 照一定规律转换成可用输出信号的器件或 装置。
.
§3-2-2 电位计式传感器
回转型变阻器式传感器，其电阻值随转角而变化。
其灵敏度
S
dR
d
k
式中α—转角[rad]
kα—单位弧度对应的电阻值。
.
§3-2-2 电位计式传感器
非线性变阻器式传感器，或称为函数电位器。 当被测量与电刷位移x之间具有某种函数关系时， 通过它可以获得输出电阻与输入被测量的线性关 系。设r(x)为电位器任意瞬时位置（微小区间Δx） 内的电阻，则电阻位移为x时总电阻值为：
KS由两部分组成：
前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般
金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；
后一部分为
l
/，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。
/l
对金属材料，以前者为主，则KS≈ 1+2μ；
对半导体， KS值主要由电阻率相对变化所决定。
实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴
第三章 传感器
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-6
传感器的概念 电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器 压电式传感器
.
第三章 传感器
▪ 传感器是人类五官的延长，又称之为电五 官；
信息 传感器技术 通信技术 计算机技术
.
§3-1传感器的定义
一、传感器的定义（ Transducer/Sensor ） ▪ 定义：将被测参量转换为与之对应的，易
于测量，传输和处理的信号的装置。
GB7665一87：能够感受规定的被测量并按 照一定规律转换成可用输出信号的器件或 装置。
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§3-2-2 电位计式传感器
回转型变阻器式传感器，其电阻值随转角而变化。
其灵敏度
S
dR
d
k
式中α—转角[rad]
kα—单位弧度对应的电阻值。
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§3-2-2 电位计式传感器
非线性变阻器式传感器，或称为函数电位器。 当被测量与电刷位移x之间具有某种函数关系时， 通过它可以获得输出电阻与输入被测量的线性关 系。设r(x)为电位器任意瞬时位置（微小区间Δx） 内的电阻，则电阻位移为x时总电阻值为：
KS由两部分组成：
前一部分是（1+2μ），由材料的几何尺寸变化引起，一般
金属μ≈0.3，因此（1+2μ）≈1.6；
后一部分为
l
/，电阻率随应变而引起的（称“压阻效应”）。
/l
对金属材料，以前者为主，则KS≈ 1+2μ；
对半导体， KS值主要由电阻率相对变化所决定。
实验表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴
第三章 传感器
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-6
传感器的概念 电阻式传感器 电容式传感器 电感式传感器 压电式传感器
.
第三章 传感器
▪ 传感器是人类五官的延长，又称之为电五 官；
信息 传感器技术 通信技术 计算机技术
新型传感器原理及应用ppt课件
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
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
几种新型传感器简介
第九章 几种新型传感器简介
9.1 光纤传感器 9.2 光栅传感器 9.3 生物传感器 9.4 超声波传感器 9.5 CCD传感器
图9-1 光纤的结构
9.1 光纤传感器
9.1.1 光纤结构及导光原理 结构:
图9-2 光在光纤中反射过程示意图
1
光纤的主要特性参数
2
数值孔径NA
3
光线在光纤中全反射的入射角的大小称为光导纤维的孔径角，孔径角的正弦与入射光线所在媒质的折射率的乘积称为数值孔径NA。
在两光栅夹角θ一定的情况下，当一块光栅不动，另一块光栅沿x轴方向移动时莫尔条纹沿着近似垂直于光栅运动方向（近似沿y轴方向）运动。如果光栅移动一个栅距d，莫尔条纹对应地移动一个莫尔条纹间距w。并且，当主光栅沿x轴正方向（向右）移动时，莫尔条纹将向上（y轴正方向）移动，当主光栅沿x轴负方向（向左）移动时，莫尔条纹将向下（y轴负方向）移动。这种严格的对应关系，不仅可以根据莫尔条纹的移动量来判断光栅尺的位移量，同时还可以根据莫尔条纹的移动方向来判断光栅尺的位移方向。
四倍频细分就是用四个光电元件依次相距1/4莫尔条纹间距放置，获得依次相位差为90°的四个正弦波信号。用电子线路中的鉴零器，分别鉴取四个信号的零电平，即每个信号由负到过零时发出一个计数脉冲，使得在莫尔条纹的一个周期内产生四个等间隔的计数脉冲，实现了四倍频细分。四倍频细分也可以用两个相距1/4莫尔条纹间距的光电元件获得相位差依次为90°的四个正弦信号。实际上用辨向原理中的两个相位差为90°的辨别信号，加上将它们倒相后的两个信号就可获得这四个信号。
4
数值孔径是表示光导纤维集光能力的一个参数，数值孔径越大表示光导纤维接收的光通量越多，这有利于耦合效率的提高。但数值孔径越大，光信号畸变也越严重，所以要适当选择。
9.1 光纤传感器 9.2 光栅传感器 9.3 生物传感器 9.4 超声波传感器 9.5 CCD传感器
图9-1 光纤的结构
9.1 光纤传感器
9.1.1 光纤结构及导光原理 结构:
图9-2 光在光纤中反射过程示意图
1
光纤的主要特性参数
2
数值孔径NA
3
光线在光纤中全反射的入射角的大小称为光导纤维的孔径角，孔径角的正弦与入射光线所在媒质的折射率的乘积称为数值孔径NA。
在两光栅夹角θ一定的情况下，当一块光栅不动，另一块光栅沿x轴方向移动时莫尔条纹沿着近似垂直于光栅运动方向（近似沿y轴方向）运动。如果光栅移动一个栅距d，莫尔条纹对应地移动一个莫尔条纹间距w。并且，当主光栅沿x轴正方向（向右）移动时，莫尔条纹将向上（y轴正方向）移动，当主光栅沿x轴负方向（向左）移动时，莫尔条纹将向下（y轴负方向）移动。这种严格的对应关系，不仅可以根据莫尔条纹的移动量来判断光栅尺的位移量，同时还可以根据莫尔条纹的移动方向来判断光栅尺的位移方向。
四倍频细分就是用四个光电元件依次相距1/4莫尔条纹间距放置，获得依次相位差为90°的四个正弦波信号。用电子线路中的鉴零器，分别鉴取四个信号的零电平，即每个信号由负到过零时发出一个计数脉冲，使得在莫尔条纹的一个周期内产生四个等间隔的计数脉冲，实现了四倍频细分。四倍频细分也可以用两个相距1/4莫尔条纹间距的光电元件获得相位差依次为90°的四个正弦信号。实际上用辨向原理中的两个相位差为90°的辨别信号，加上将它们倒相后的两个信号就可获得这四个信号。
4
数值孔径是表示光导纤维集光能力的一个参数，数值孔径越大表示光导纤维接收的光通量越多，这有利于耦合效率的提高。但数值孔径越大，光信号畸变也越严重，所以要适当选择。
《常用传感器》课件
发射式光电传感器
通过发射和接收光束来检测物体 的位置和检测距离。
接近传感器
利用光束的反射或散射来检测物 体的存在和距离。
颜色传感器
通过检测物体反射的光的波长来 识别物体的颜色。
重量传感器的设计和用途
1 电阻应变式传感器
通过测量应变引起的电阻 变化来测量物体的重量。
2 压力式传感器
通过测量物体受到的压力 来推断物体的重量。
通过测量电阻、电压或电流的变化来感知温度变化。
2
热敏电阻
根据温度变化引起的电阻变化来测量温度。
3
红外温度传感器
利用红外线辐射，通过感应和测量物体发射的红外辐射来获取温度信息。
压力传感器及其类型
电容式压力传感器
利用电容的变化来感知压力的变化。
压力膜片传感器
通过感知薄膜片的形变来测量压力。
压电式压力传感器
《常用传感器》PPT课件
本PPT课件将详细介绍常用传感器的定义、作用以及各种类型和应用场景，让 您对传感器有更深入的了解。
传感器的定义和作用
传感器是一种能够感知和监测环境中物理量或信息的装置。它们起着将非电信号转换为电信号的作用，是现代 科技和工程中不可或缺的重要组成部分。
温度传感器及其分类
1
热电温度计
3 电磁式传感器
通过测量电磁感应引起的 电流变化来测量物体的重 量。
振动传感器及其检测方法
1
加速度传感器
通过感知物体的加速度和震动来检测振动。
2
拉压传感器
通过感知物体在振动中受到的拉压变化来检测振动。
3
压电传感器
利用压电效应，将振动转化为电荷或电压信号。
电动传感器及其优缺点
感应电动传感器
《几种新型传感器》PPT课件
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。
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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。
《几种新型传感器》PPT课件
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该传感器具有制作工 艺环节少、稳定性和 灵敏系数较高、量程 很大等优点，现已制 成了大量程称重、加 速度、压力传感器等。
Au 引线
Au 电极 应变敏感层 介质层 弹性基底
合金薄膜传感器结构示意图
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2 薄膜热敏传感器 当薄膜材料吸收红外辐射或受热源直接加热后，将会 导致薄膜材料温度特性的变化，而测量这种变化就可 以作为红外辐射或热源能量的度量。最常用的热敏传 感器就是根据薄膜的电阻随温度变化的性质而进行测 量的。如果温度变化是由吸收红外辐射构成的，这种 传感器就称为辐射热传感器；如果温度变化是由直接 接触造成的，这种传感器可以通过淀积一层红外吸收 膜转变成薄膜辐射热传感器。该传感器的敏感元件(电 阻元件)是用具有高温度电阻率系数的材料制成的薄膜。
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2．非晶态合金的磁—电变换功能
非晶态合金的磁—电变换功能主要指它将磁场变化转 换成电量的功能。根据不同的转换途径，其中主要物 理效应包括电磁感应效应和磁阻效应等。前者可以制 成检测转速、微小交变电流等物理量的无源传感器， 其中漏电保护器中的电流互感器是我国当前非晶态合 金材料应用的一个重点；后者可以用来制造磁泡存储 器中的磁场传感器，它具有电阻率温度系数小、耐辐 射等优点，因此比其他敏感材料更能胜任某些特殊环 境下的检测任务。
两光电管性能相同它们的输出分别接到差动放大器的两个输入端差动放大器输出电压信号与被测温度成一定关精选ppt17光电倍增管光电倍增管差动放大器hene激光器输出参比光纤接收光纤发射光纤液晶探头液晶温度传感器结构原理精选ppt18薄膜应变电阻传感器合金薄膜传感器的基本结构如图所示
几种新型传感器
1
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玻璃薄板
几种新型传感器简介
第九章几种新型传感器简介第三讲电荷耦合器件（CCD）教学目的要求：1.了解CCD的结构原理。
2.了解CCD的应用教学重点：CCD的结构原理和CCD的应用教学难点：CCD的结构原理教学学时：2学时教学内容：1．工作原理组成CCD的基本单元是MOS光敏元，如图9-26（a）所示。
在图9-26中，金属电极为栅极。
SiO2氧化层为电介质，下极板为P- Si半导体。
当栅极加上正向电压，并且衬底接地时，在电场力作用下，靠近氧化层的P型硅区的空穴被排斥，或者说被“耗尽”，形成一个耗尽区，它对带负电的电子而言是一个势能很低的区域，称之为“势阱”，这种状态是瞬时的。
如果此时有光照射在硅片上，在光子作用下，半导体硅产生电子—空穴对，由此产生的光生电子被附近的势阱所吸收，形成电荷包。
而空穴则被电场排斥出耗尽区，该状态是稳定的。
图9-26（a）为已存储信号电荷—光生电子的形象示意图。
实际上，电荷存在于SiO2—Si 界面处，而非从所谓势阱底向上堆积。
势阱内所吸收的光生电子数量与入射到该势阱附近的光强成正比。
这样一个MOS光敏元叫做一个像素，用来收集若干光生电荷的一个势阱叫做一个电荷包。
在同一P型衬底连续生成的氧化层上沉积的金属电极相互绝缘，相邻电极仅有极小间距（沟阻），保证相邻势阱耦合及电荷转移。
相互独立的MOS光敏元有几百至数千个，若在金属电极上施加一个正阶跃电压，就形成几百至几千个相互独立的势阱。
如果照射在这些光敏元上是一幅明暗起伏的图像，那么就生成一幅与光强成正比的电荷图像。
以上就是光生电荷的存储过程—光敏元的工作原理。
2．CCD的电荷转移在CCD中，电荷是怎样转移的呢？多个MOS光敏元依次相邻排列，相邻间距极小，耗尽区可以重叠，即发生势阱“耦合”。
势阱中的电子将在互相耦合的势阱间流动，流动的方向决定于势阱的深浅。
这样，就可以有控制地将电荷从一个金属电极下转移到另一个金属电极下。
信息电荷。
各组中的信息电荷同时定向传送，互不干扰。
几种新型的传感器介绍
几种新型的传感器介绍传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。
传感器的特点包括微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化等，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
如今感测器已经不只是人类用来探索知识的一门工具，更能结合通讯、物联网、云端巨量资料的运算，提供生活中更便利的服务。
一、新型传感器的分类传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
观察目前感测技术，发展已经成熟的有光应用、声音、动态、压力等感测器，尚在开发阶段的是生物细胞、脑波等感测器。
纳米科技的进步也使感测器更精准及细微，从动作、血液流动、到脑波侦测运算，就像许多电影情结，未来电子、机器设备不仅能更超越人类的感测范围，也能更即时分析作出判断，与人们的生活密切结合，触觉、嗅觉、味觉三种感测方式，是目前科学家研究发展的重心。
由于传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，世界各国都十分重视这一领域的发展，新型传感器技术不断发展，下面就来具体梳理一下。
二、触觉感测器触控面板是触觉感测最主要的产品，近期开始走红的“指纹辨识”技术，也是触觉感测的一种应用，指纹辨识器一般采用电容式的触控屏，从前使用在保全系统、犯罪侦防上，後来置入智慧型手机，应用在指纹锁、个人认证及行动支付方案等。
如果将触觉进一步衍伸到如皮肤般能感测压力、温度、表面纹路，应用到机器人。
使得机器人身上将有层仿真皮肤，协助特定类型的机器人可以利用触觉工作，例如提升抓取物品的准确性。
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1．光纤光电式传感器测量位移
图9-3光纤传感器测位移原理图 图9-4光纤位移传感器的位移输出特性
2．光纤传感器测量温度
图 9-6 半导体吸收式光纤传感器
9-7 光栅放大示意图
图9-8 莫尔条纹的形成
莫尔条纹具有下列重要特点：
（1）莫尔条纹的移动与光栅的移动成对应关系。
结构型光纤传感器中光纤不是敏感元
件，只是作为传光元件。一般是在光纤的 端面或在两根光纤中间放置光学材料及敏 感元件来感受被测物理量的变化，从而使 透射光或反射光强度随之发生变化来进行 检测的。这里光纤只作为光的传输回路， 所以要使这种光纤得到足够大的受光量和 传输的光功率，则必须采用数值孔径和芯 径较大的光纤。结构型光纤传感器结构简 单、可靠，技术上易实现，但灵敏度、测 量精度低于物性型光纤传感器。
在两光栅夹角θ一定的情况下，当一块光栅不动，另 一块光栅沿x轴方向移动时莫尔条纹沿着近似垂直于光栅 运动方向（近似沿y轴方向）运动。如果光栅移动一个栅 距d，莫尔条纹对应地移动一个莫尔条纹间距w。并且， 当主光栅沿x轴正方向（向右）移动时，莫尔条纹将向上 （y轴正方向）移动，当主光栅沿x轴负方向（向左）移动 时，莫尔条纹将向下（y轴负方向）移动。这种严格的对 应关系，不仅可以根据莫尔条纹的移动量来判断光栅尺的 位移量，同时还可以根据莫尔条纹的移动方向来判断光栅 尺的位移方向。
光纤传感器按其作用方式一般分为两种类型：一类是 物性型（或称为功能型）光纤传感器，另一类是结构型 （或称为非功能型）光纤传感器。
在物性型光纤传感器中，光纤不仅起传光的作用， 同时又是敏感元件，即是利用被测物理量直接或间接对光 纤传送光的光强（振幅）、相位、偏振态、波长等进行调 制而构成的一类传感器。物性型光纤传感器的光纤本身就 是敏感元件，因此，加长光纤的长度可以得到很高的灵敏 度，尤其是利用干涉技术对光的相位变化进行测量的光纤 传感器，具有极高的灵敏度。但制造这类传感器的技术难 度大，结构复杂，调整较困难。
哪个信号滞后，这样，即可区分主光栅（标尺光栅）的运 动方向。
图9-11 光栅位移与光强关系
图9-12光电接收元件位置
图9-13 辨向信号波形图
2．细分技术 常采用的倍频细分方法有四倍频细分（也称
直接细分或位置细分）、电阻链细分、鉴相法细 分、锁相法细分等几种。
四倍频细分就是用四个光电元件依次相距 1/4莫尔条纹间距放置，获得依次相位差为90° 的四个正弦波信号。用电子线路中的鉴零器，分 别鉴取四个信号的零电平，即每个信号由负到过 零时发出一个计数脉冲，使得在莫尔条纹的一个 周期内产生四个等间隔的计数脉冲，实现了四倍 频细分。四倍频细分也可以用两个相距1/4莫尔 条纹间距的光电元件获得相位差依次为90°的四 个正弦信号。实际上用辨向原理中的两个相位差 为90°的辨别信号，加上将它们倒相后的两个信 号就可获得这四个信号。
（2）莫尔条纹具有位移的放大作用
K=
（3）莫尔条纹具有平均误差的效应。 莫尔条纹是由大量的栅线构成的，这
对栅线宽度和栅距的刻线误差、栅线的断 裂及其他疵病有平均作用，从而起到了减 小光栅栅距局部误差的作用。
9.2.2 光栅传感器的结构
光栅传感器有透射式和反射式两种， 他们由光源、主光栅、指示光栅和光电元 件等几部分构成。透射式光栅传感器结构 如图9-9所示，反射式光栅传感器的结构如 图9-10所示。
几种新型传感器简介
精品jin
9.1 光纤传感器
9.1.1 光纤结构及导光原理 结构:
图9-1 光纤的结构
原理:全反射
图9-2 光在光纤中反射过程示意图
9.1.2光纤的主要特性参数
1．数值孔径NA
光线在光纤中全反射的入射角的大小 称为光导纤维的孔径角，孔径角的正弦与 入射光线所在媒质的折射率的乘积称为数 值孔径NA。
数值孔径是表示光导纤维集光能力的 一个参数，数值孔径越大表示光导纤维接 收的光通量越多，这有利于耦合效率的提 高。但数值孔径越大，光信号畸变也越严 重，所以要适当选择。
2．光纤模式 光纤模式简单地说就是光波沿 着光纤传播的途径和方式。不同入射角度 的光线，在界面上反射的次数是不同的， 传递的光波之间的干涉所产生的横向强度 分布叫模式。光纤传播中的很多模式，对 信息的传播是不利的，因为同一种光信号 采取很多模式传播就会使这一光信号分为 不同时间到达接收端的多个小信号，从而 导致合成信号的畸变，因此，希望光纤模 式数量越少越好。
9.1.4光纤传感器及其应用
光纤传感器一般由光源、光纤、光电 元件等组成。根据光纤传感器的用途和光 纤的类型，对光源一般要提出功率和调制 的要求。常用的光源有激光二极管和发光 二极管等。激光二极管具有亮度高，易调 制，尺寸小等优点。而发光二极管具有结 构简单和温度对发射功率影响小等优点。 除此之外，还有采用白炽灯等作为光源的。
• 3．传输损耗 由于光纤纤芯材料的吸收、散射、 光纤弯曲处的辐射损耗等的影响，光信号在光纤 中的传播不可避免地要有损耗，光纤的传输损耗A 可用下式表示 A=αl=1Lg0 I 0 I
式中 I ——光纤的长度 α——光纤单位长度上的损耗 I0——光纤入射端的光强 I——光纤输出端的光强
9.1.3 光纤传感器的类型
图9-9 透射式光栅传感器结构图
图9-10 反射式传感器结构图
9.2.3光栅传感器的辨向原理与细分技术
1．辨向原理
如果将两个光电接收元件在莫尔条纹上按相隔1/4 条纹间距放置，如图9-12所示。那么两光栅相对移动时， 光电元件1和2输出信号 u1和u2的波形如图9-13（a）所 示。u1和u2可以看成一个直流分量上叠加一个交流分量， 消除直流分量后，两个信号的相位差为90°的交流分量即 可作为两个辨向信号，如图9-13（b）、（c）中的u1和 u2所示。由图9-12看出，当主光栅向左移动时，莫尔条 纹向下移动，则两个光电元件输出的辨向信号u1超前u2 的相位90°，如图9-13（b）所示。当主光栅向右移动时， 辨向信号u2超前u1相位90°，如图9-13（c）所示。将 上述两个辨向信号送入辨向电路，即可辨别哪个信号超前，