《现代传感器》课件Lecture3

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现代传感器技术概述ppt课件

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现代传感器技术 概述
基本情况


课时:64学时,课堂56,实验8 教材: 传感器原理及应用,王雪文 张 志勇 ,北京航空航天大学出版 社 ,2004年03月 传感器原理、设计与应用 ,刘 迎春, 叶湘滨,国防科技大学出 版社,2002(第4版)
传感器概述
一、传感器的定义
二、传感器的分类
三、传感器基础知识 四、传感器的标定 五、现代传感器的发展


广义地可以把传感器归结为一种能感受外界信息 (力,热、声、光、磁、气体、化学、生物、湿度 等),并按一定的规律将其转换成易处理的电信号 的装置 根据中华人民共和国标准(GB7665-87),传感器 (Transducer/Sensor)的定义是:能感受规定的被 测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或 装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成,其 中敏感元件(sensing clement)是指传感器中能直 接感受被测量的部分,转换元件(Transduction element)是指传感器中能将敏感元件输出量转换 为适于传输和测量的电信号部分。
测量范围
每一个传感器都有一定的测量范围,如果
在超过了这个范围进行测量时,会带来很大 的测量误差,甚至于将其损坏。一般测量范 围确定在一定的线性区域或者保证一定寿命 的范围内。在实际应用时,所选择传感器的 测量范围应大于实际的测量范围,以保证测 量的准确性和延长传感器及其电路的寿命
迟滞
传感器静态特性(2)
动态输入信号
为了说明传感器的动态特性, 下面简要介绍动态 测温的问题。 在被测温度随时间变化或传感器 突然插入被测介质中以及传感器以扫描方式测量 某温度场的温度分布等情况下, 都存在动态测温 问题。如把一支热电偶从温度为t0℃环境中迅速 插入一个温度为t℃的恒温水槽中(插入时间忽 略不计), 这时热电偶测量的介质温度从t0突然 上升到t, 而热电偶反映出来的温度从t0℃变化到 t℃需要经历一段时间, 即有一段过渡过程, 如图 1 - 9 所示。热电偶反映出来的温度与介质温度 的差值就称为动态误差。

现代传感系统概述资料课件

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物流与仓储管理
通过传感器实现物品的位 置、数量、重量等信息的 自动识别和管理,提高仓 储和物流效率。
环境监测
空气质量监测
利用传感器监测空气中的污染物浓度,为环境保护提供数据支持 。
水质监测
通过传感器对水体中的各种指标进行实时监测,确保水质安全。
气象监测
利用传感器收集气象数据,为天气预报、气候变化研究等提供依据 。
无线传感器网络的发展
无线传感器网络技术的进步使得传感器能够实现 远程、实时、动态的数据采集和传输。
3
集成化与智能化趋势
传感器正朝着小型化、集成化和智能化的方向发 展,能够实现多参数、多功能检测,并具备自适 应、自校准等智能功能。成本与可扩展性 Nhomakorabea降低成本
随着技术的进步和规模化生产,现代 传感器的制造成本不断降低,使得更 多的应用领域能够实现传感器的普及 和推广。
交通安全预警
通过传感器监测路面状况、车辆行驶状态等信息,及时发出预警, 降低交通事故风险。
智能停车系统
利用传感器实现车位自动识别、停车位预约等功能,方便车主停车 。
04
CATALOGUE
现代传感系统的发展趋势与挑战
技术创新与进步
1 2
传感器技术不断升级
随着新材料、新工艺和纳米技术的广泛应用,现 代传感器的性能得到显著提升,精度、灵敏度和 稳定性不断提高。
类、预测等功能。
自适应控制
03
通过人工智能技术实现传感系统的自适应控制,以提高系统的
稳定性和响应速度。
03
CATALOGUE
现代传感系统的应用实例
工业自动化
01
02
03
自动化生产控制
通过传感器实时监测生产 过程中的各种参数,如温 度、压力、流量等,实现 自动化控制和优化。

【精品】[理化生]《现代传感技术与系统》课件-第四章3幻灯片

【精品】[理化生]《现代传感技术与系统》课件-第四章3幻灯片
锁数据;
l 引线 NIOE:低电平逻辑激活,由NCAP驱动,激发数据传送信号并 界定数据传送框架;
l 引线 NTRIG:负逻辑,由NCAP驱动,执行触发功能;
第四章
智能传感器的外围技术
23
4.3 智能传感器的标准
l 引线 NACK:负逻辑,由STIM驱动,触发确认和数据传送确认;
l 引线 NINT:负逻辑,由STIM驱动,由STIM使用向NCAP提出服
的网络化换能器。这一标准引
进了STIM的概念,将TEDS定义
为STIM的一个组成部分,此外
还有TII、STIM与NCAP之间的
物理接口。图4.3.7展示了在IEEE1451.2中定义的各元素和网络之间的关系。 注意到单一传感器或执行器或换能器的多个通道可同时存在于一个STIM中。 下面重点解释STIM、TEDS、TII以及实现更高智能化系统的内置工具的要点。
那么,我们就可以说它符合1451.2中定义的要求。
第四章
智能传感器的外围技术
17
4.3 智能传感器的标准
IEEE1451.2定义了六种换能器,其中有四种传感器、一个执行器和一个事 件探测器。这四种传感器包括:传感器、缓冲传感器、数据序列传感器、缓 冲数据序列传感器;它们都可以读取变量,将数据从模拟形式转变为数字形 式,以此获得有效数据。另外两种换能器分别是执行器和事件序列传感器。
智能传感器的外围技术
12
4.3 智能传感器的标准
图4.3.5展示的是IEEE1451.1中使用的发布/订阅模式。这种模式 为一种松散的通信方式,即发布方发布信息后不用关心接收的方式。 这种模式由两种操作支持: l 在发布端口目标的发布; l 增加订阅和在用户目标
端口的回应; 发布者和订阅者使用

现代传感器介绍PPT课件

现代传感器介绍PPT课件
现代传感器介绍
引言
• 传感器技术是仿生学的一部分,向大自然以及人类自身学习是仿生学永恒 的主题,也是仿生传感技术的发展方向。传感器技术正式问世是在 20 世 纪中期,其大体经历结构型传感器、固体传感器、智能传感器三个历程。 传感器作为各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件,已经 成为各个应用领域中不可缺少的重要技术工具。传感器技术与通信技术和 计算机技术已成为现代信息技术的三大支柱,是信息产业的重要基础。
• 抗原或抗体一经固定于膜上,就形成具有识别免疫反 应强烈的分子功能性膜。如,抗原在乙酰纤维素膜上 进行固定化,由于蛋白质为双极性电解质,(正负电 极极性随PH值而变)所以抗原固定化膜具有表面电 荷。其膜电位随膜电荷要变化。故根据抗体膜电位的 变化,可测知抗体的附量。
3室注入含有 抗体的盐水
抗体与固定化抗原 膜上的抗原相结合
便携式超声波 探鱼器
2024/6/4
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超声波测量液位和物位原理
在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器,根据超声波 的往返时间,就可测得液体的液面。
多普勒效应
前进方向的 频率升高!
如果波源和观察者 之间有相对运动,那么 观察者接收到的频率和 波源的频率就不相同了, 这种现象叫做多普勒效 应。测出f 就可得到运 动速度。
传感器的能量转换过程
敏感元件
敏感元件
转换器件
电学量
转换电路
目录
• 一、光纤传感器 • 二、生物传感器 • 三、超声波传感器 • 四、红外线传感器
五、微波传感器 六、智能传感器 七、超导传感器
光纤传感器
• 光纤——光导纤维,是由石英、 玻璃、塑料等光折射率高的介 质材料制成的极细的纤维,是 一种理想的光传输线路。

《现代传感器》课件Lecture4

《现代传感器》课件Lecture4
To implement such a sensor, it is necessary to guarantee that the lateral motion does not also affect the separation between the electrodes, d.
Difficult to use for measurement of very small lateral displacements,
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Differential Capacitor
One technique for reducing the effect of the nonlinearity : differential capacitor
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Linearity
Why do we care so much about linearity in capacitive sensors?
Generally, capacitive measuring techniques are only applied in cases where precision measurement is necessary
One application: proximity sensing
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Capacitors with Simple Geometry
Parallel plates

《现代传感技术》黄元庆第3章

《现代传感技术》黄元庆第3章

现代传感技术
黄元庆
CMOS传感器结构与工作原理
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 互 补金属氧化物半导体)图像传感器也是目前最常见的数字 图像传感器,广泛应用于数码相机、数码摄像机、照相手 机以及摄像头等产品上。
采用CMOS技术可以将光电摄像器件阵列、驱动和控制电路、信 号处理电路、模/数转换器、全数字接口电路等完全集成在一起, 可以实现单芯片成像系统,这已成为当前一个研究热点。
3.3 CCD与CMOS传感器的比较 3.4 图像测量技术
现代传感技术
黄元庆
CCD图像传感器
CCD(Charge Coupled Device)全称为电荷耦合器件, 是20世纪70年代发展起来的新型固体成像器件。
它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的,为半导体技术应用 开拓了新的领域。 它具有光电转换、信息存储和传输等功能,具有集成度高、功耗 小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点,能实现信息的获取、 转换和视觉功能的扩展,能给出直观、真实、多层次、内容丰富 的可视图像信息,被广泛应用于军事、天文、医疗、广播、电视、 传真通信以及工业检测和自动控制系统。 CCD是目前最为成熟,应用最为广泛的图像传感器,它的典型产 品有数码相机、摄像机等。
现代传感技术
黄元庆
CCD与CMOS传感器的比较
由于数据传送方式不同,因此CCD与CMOS传感器在效 能与应用上也有诸多差异,这些差异包括:
(1)灵敏度差异 (2)成本差异 (3)分辨率差异 (4)噪声差异 (5)功耗差异
现代传感技术
黄元庆
CMOS与CCD图像传感器的性能比较
MTF定义为:归一化的无量纲的零空间频率下的调制深度的值。

传感器课件(PPT)可修改全文

传感器课件(PPT)可修改全文
传感器
一传感器
1、有时被称为检测器、探测器或变换器
传感器:检测非电信号,并按一定规律使之转换 成电信号的器件或装置。
2、传感器结构
敏感元件:对某些非电信号的改变很敏感的元器 件 处理电路:对敏感元器件输出电信号进行放大和 去干扰的电路 2、敏感元件的工作原理
(1)热敏电阻 电阻的阻值对温度的变化 很敏感
B、环境监控,火灾报警装置
三、生活中的传感器 1、洗衣机中的传感器 (1)水位传感器 (2)负载传感器 (3)水温传感器 (4)赃物程度传感器等等 2、电冰箱中的传感器 靠传感器进行:温度控制、除霜温度控制、 过热及过电流保护。
3、家用报警器
火警报警器、 测温度,测流体流量
C、热敏电阻传感器(半导体) 随温度升高而电阻减小的热敏电阻 随温度升高而电阻增大的热敏电阻 特殊热敏电阻:在某特定温度电阻聚聚变化
应用:测温度,温度控制、过热保护 2、光传感器
用受到光照时能产生电压(电流)的金属或 半导体材料制成。
光传感器的应用: A、自动水龙头、自动旋转门:红外线传感器
(2)磁敏感元件 对磁感应强度变化敏感
传感器的简单应用
二、常用传感器 1、温度传感器
A、热双金属片传感器
将膨胀系数差别大的不 同金属片焊接或轧制成 一体
工作原理:受热后,双金 属片产生变形
B、热电阻传感器
金属的电阻R与温度t的关系 R R0 (1 t)
选材要求:要求 值(温度系数)稳定不因为

现代传感器与检测技术课程设计PPT课件

现代传感器与检测技术课程设计PPT课件
电容式传感器是利用电容器电容的变化来检测物理量变化的传感器。其原理基于 电场特性,应用在位移、压力、液位等测量领域。优点是灵敏度高、动态响应快 ,缺点是易受外界电场干扰,稳定性较差。
电感式传感器
总结词
基础原理、应用领域、优缺点
详细描述
电感式传感器是利用电感器的电感变化来检测物理量变化的传感器。其原理基于电磁感应,应用在位 移、振动等测量领域。优点是测量范围宽、可靠性高,缺点是灵敏度较低,易受温度和外界磁场干扰 。
意义
强化理论知识与实际应用的结合,培 养创新思维和实践能力,为未来的学 习和工作奠定基础。
课程设计的任务和要求
01
任务:选择一个实际应用场景,设计并实现一个基于现代 传感器与检测技术的系统或装置,解决实际问题。
02
要求
03
深入理解现代传感器与检测技术的基本原理;
04
掌握相关软硬件工具的使用;
05
完成系统或装置的设计、制作和调试;
03 常用传感器介绍
电阻式传感器
总结词
基础原理、应用领域、优缺点
详细描述
电阻式传感器是利用电阻值的变化来检测物理量变化的传感器。其原理简单, 应用广泛,如压力、位移、应变等。优点是结构简单、成本低、可靠性高,缺 点是精度受限于电阻值的变化范围。
电容式传感器
总结词
基础原理、应用领域、优缺点
详细描述
06 课程设计总结与展望
课程设计的收获与不足
收获 深入理解了现代传感器与检测技术的基本原理和应用。
掌握了多种传感器和检测设备的操作技能。
课程设计的收获与不足
• 提高了解决实际问题的能力。
课程设计的收获与不足
不足
部分学生在实验环节中操作不够熟练,需要加强实践训练。

现代检测技术传感器特征PPT课件

现代检测技术传感器特征PPT课件

称“线性度”,通常用相对误差表示其大小,即相对应的最
大偏L差max
与满量y程FS ( )输出比值的百分数(%)来表示:
eL
Lmax yFS
100%
(3-3)
式中, 为非线性误差(线性度);m 为输出平均值与基准拟
合直线的最大偏差;eL 为满量程输出的平均值。
第22页/共37页
3.2 传感器的基本特性
第13页/共37页
3.2 传感器的基本特性
这种多项式代数方程可能有多种情况:
理想线性,在这种情况下,a0 a2 a3 an ,0 因此得
到:y a1 x因为直线上任何点的斜率都相等,所以传感器
的灵敏度为
a1
y x
k
常数
在坐标原点附近相当范围内输出—输入特性基本呈线性。在
这种情况下,(3-1)中除线性项外只存在奇次非线性项,即:
分辨率与分辨力都是用来表示仪表或装置能够检测被测量 的最小量值的性能指标。
前者是以最大量程的百分数来表示,是一个无量纲的比率 的量。
后者是以最小量程的单位值来表示,是一个有量纲的量值。
第21页/共37页
3.2 传感器的基本特性
线性度 eL
对于实际的传感器测出的输出—输入校准(标定)曲线与其
理论拟合直线之间的偏差就称为该传感器的“非线性”,或
第8页/共37页
3.1传感器的定义及分类
➢按输出信号的性质 根据输出信号的性质可分为模拟式传感器和数字式传感器。 即模拟式传感器输出连续变化的模拟信号,数字式传感器输出数
字信号。 ➢按输入物理量
根据输入物理量可分为位移传感器、压力传感器、速度传感器、 温度传感器及流量传感器等。 ➢按工作原理
根据工作原理可分为电阻式、电感式、电容式及光电式等。
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(k) (mm3)
Diaphragm Size (mm2)
5.6
3x3x1
2.2 x 2.2 x1
2 x 2 1.5 x 1.5 1.1 x 1.1
0.8 x 0.8
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
BASIC PROCESSING STEPS
Impedance:
Very much like a resistor at AC, may measure capacitance by building voltage divider circuits, use either resistor or capacitor as the load resistance
Semiconductor resistors on the front side transduce this tension into resistance changes by means of the piezoresistive effect. .
Department of Optical Engineering
Inexpensive circuits are not of much use, expensive anyway!
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Limitations
Limitations to resistance measurement
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Inductance measurement circuits
Impedance: iL -> essentially resistive elements
Inductive sensors generally require expensive techniques for the fabrication of the sensor mechanical structure: 3D structure
Most sensor act like passive device
Resistive Capacitive Inductive
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Resistive Sensor Circuits
Resistive sensors obey Ohm’s law
There are two components of the piezoresistive effect
the geometric component the resistive component.
The geometric component of piezoresistivity:
a strained element undergoes a change in dimension. These changes in cross sectional area and length affect the resistance of the device.
Piezoresistive devices – an
Silicon-based
overview
Specific advantages are:
High sensitivity, >0.5mV/mbar
Good linearity at constant temperature
Ability to track pressure changes without signal hysteresis, up to the destructive limit
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Structure and Assembly
Principle of Operation
Deformation by applied pressure causes high levels of mechanical tension at the edge of diaphragm
Pressure and Temperature Sensor Cluster
Diffusion (n-type and p-type) Metallization Anisotropic back-side etching (by using
well known chemicals as TMAH or KOH)
An example: 10K thermister+1M load, if connected to an 1K measuring instrument
-> output voltage would be reduced by ~90%
Department of Optical Engineering
These effects are due to pressureinduced vibrations in the positions of objects, referred to as microphonics.
Department of Optical Engineering
Zhetial hassle:
providing an AC bias Converting the AC for microprocessor interface
Use clock signal or integrated clock/sampling circuit
Modulated signal creates an opportunity for use of some advanced sampling and processing techniques
Modern Sensors Lecture 3
X. Wu
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Lecture 3 Basic Intent
Review some background on electrical measurement of sensor outputs
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Introduction to Sensors
Electronics
The electronics which go along with the physical sensor element are very important:
How to get a voltage signal out of the sensor?
Need a constant current source
The easiest way to build a current source: voltage divider
Condition: load R>>sensor R
Resistors have much smaller temp coeff. than caps: 0.3ppm/ºC v.s. 200ppm /ºC
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Capacitance measuring circuits
Lead resistace -> 4-wire configuration
Output impedance
The measuring network resistance places a lower limit on the value of a resistance which may across the output terminals
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
Theoretical background:
piezoresistance
A piezoresistor: a device which exhibits a change in resistance when it is strained.
Zhejiang University
Spec Sheet
Nominal Pressure Range
(mbar)
100
200
400 1000
Sensitivity
(mV/mb ar)
0.5
0.25
0.12 0.06
Linearity
(%FSO)
<1
Bridge Resistance
Chip Size
Department of Optical Engineering
Zhejiang University
A Review of Lecture 2
Characteristics of sensors
Transfer function Sensitivity Dynamic Range Hysteresis Temperature Coefficient Linearity Accuracy Noise Resolution Bandwidth
Zhejiang University
Limitations to measurement of capacitance
Stray Capacitance
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