几种新型传感器.ppt
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《几种新型传感器》PPT课件
18
精选PPT
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
19
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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。
3
精选PPT
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
精选PPT
玻璃薄板
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
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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.
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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.
第十一章新型传感器
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
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
《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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返2回
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。
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
27
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。
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
27
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。
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
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。
《新型传感器》课件
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。
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。
几种新型传感器简介
1．工作原理
（a）MOS光敏元结构 (b)光生电子 图5-26 CCD单元结构
2．CCD的电荷转移
图5-27 CCD原理示意图
图5-28 电荷转移过程
3．CCD的输入—输出结构 4．CCD的特性参数
（2）工作频率 由于CCD器件是工作在MOS的非平衡状态， 所以驱动脉冲频率的选择就显得十分重要。频率 太低，热激发的少数载流子过多地填入势阱，从 而降低了输出信号的信噪比；信号频率太高，又 会降低总转移率，减少了信号幅值，同样降低了 信噪比。
图3-19 酶传感器的结构
2．酶传感器的分类 酶传感器按照所测电极参数的不同，一般可 分为电位型和电流型两大类。 3．酶传感器的应用 （1）葡萄糖传感器 在葡萄糖氧化酶（GOD）膜的作用下， 葡萄糖发生氧化反应，消耗氧而生成葡萄 糖酸内脂和过氧化氢。被消耗的氧或生成 的过氧化氢可以用上述的电极检测到。
图2-11 光栅位移与光强关系
图2-12光电接收元件位置
图2-13 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．生物传感器的基本结构
图9-16 生物传感器的基本结构
现代新型传感器ppt课件
振动网络传感器
最新编辑ppt
智能压力网络传感器
43
本章小结
现代新型传感器有着许多为传统传感器所不具备的 优点。这些新型传感器大多利用了新的物理现象、新的 材料、新的制造工艺等现代科学技术成果，它们的出现 大大扩展了测试工作的范围，改善了测试系统的性能， 提高了测试精度和测试的可靠性，还导致了一些新的测 试技术手段的出现。本章所介绍的几种新型传感器仅仅 是现代新型传感器中的一小部分，它们是机电工程领域 中应用较多的现代新型传感器。诸如生物传感器、化学 传感器、仿生传感器、智能传感器等也都是现代科学技 术的产物。
红外热像仪
最新编辑ppt
35
4.7.2 红外传感器的应用 2. 红外测温
以锻件温度红外检测为核心的锻造自动线
最新编辑ppt
36
红外测温仪
最新编辑ppt
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4.8 现代传感技术的发展方向
■ 发现并利用新现象 ■ 开发利用新的功能材料 ■ 采用新的制造工艺 ■ 开发多功能集成传感器 ■ 开发智能传感器 ■ 开发仿生传感器
超声波的特点：
■ 频率高、波长短、能量大、穿透力强； ■ 方向性好，遵循几何光学的基本规律； ■ 在固体、液体介质中传播时的衰减小。
最新编辑ppt
21
4.6.1 超声波的发生与接收
主主主主
主主主 主主主主主主主主主
~u
d d d
~
~
主主主主主主主主主主主
最新编辑ppt
22
超声波探头
最新编辑ppt
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44
最新编辑ppt
15
热轧铝板宽度检测系统
最新编辑ppt
16
4.5 角度编码器
4.5.1 脉冲式编码器
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
传感器技术及应用项目七新型传感器应用ppt课件
任务二 光纤传感器
二、光纤的分类
按照光纤传感器类型分，常用光纤传感器又可分为遮断型、反射型 和反射镜反射型三种，如图所示。
任务二 光纤传感器
三、光纤传感器的特点
1.灵敏度较高； 2.几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光 纤传感器； 3.可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转 等）的器件； 4.可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣 环境； 5.而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。
任务二 光纤传感器
四、光纤传感器的应用 1. 光纤位移传感器
反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小， 响应速度快，测量线性化等优点，可在小位移范围内进行高速 位移检测。
任务二 光纤传感器
四、光纤传感器的应用 2. 光纤光栅加速度传感器
在测量物体振动时，把机座 固定在振动源上，振动源与机 座同时振动，从而引起质量块 m的振动，在惯性的作用下悬 臂梁产生收缩和伸长，带动光 纤光栅产生应变从而引起波长 的变化，通过探测波长的变化 来实现振动和加速度的测量。
任务三 智能传感器
二、智能传感器的特点
1.提高了传感器的精度 2.提高了传感器的可靠性 3.提高了传感器的性能价格比 4.促成了传感器多功能化
任务三 智能传感器
三、智能传感器的功能
1.信息存储和传输 2.自补偿和计算功能 3.自检、自校、自诊断功能 4.复合敏感功能 5.智能传感器的集成化
任务三 智能传感器
二、CCD传感器的应用
（3）工业尺寸检测 在自动化生产线上，经常需要进行物体尺寸的在线检测。例如，零
件的尺寸检测，轧钢厂钢板宽度的在线检测和控制等。利用物体通过 物镜在CCD光敏阵列元件上形成影像，即可实现物体尺寸的高精度非 接触检测。尺寸测量的结构如图所示。
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纤的一个端面，并与其轴线的夹角为θ时，在光纤内折射成角
θ ’，然后以角 90入射到纤芯与涂层的交界面上。若
入射角 大于临界角 ， C 则入射的光线就能在交界面上产生
全反射，并在光纤内部以同样的角度反复包层全反射向前传 播，直至从光纤的另一端射出。若光纤两端同处于空气之中， 则出射角也将为θ。
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5.1 CCD图像传感器
5.1.3 CCD 图像传感器的种类 用于图像传感器的CCD 又称摄像或像敏CCD 。它的功
能是把二维图像光学信号转变成一维视频信号或数字信号。 从结构上可分为线阵CCD 和面阵CCD 两大类。
线阵CCD 结构简单，成本较低，可以同时储存一行电视 信号，能够实现动态测量，并能在低照度下工作。所以线阵 CCD 广泛地应用于产品尺寸测量、非接触尺寸测量、条形码 等许多领域。
敏感元件一起才能组成传感器。其结构比较简单，并能充分 利用光电元件和光纤本身的特点，因此目前很受重视。常见 的有光纤位移传感器、光纤温度传感器等。 1）光纤位移传感器
在压阻式阵列触觉传感器中，最关键的构件是敏感材料 和电极。
另外，各向异性压阻材料的应用也受到广泛的重视，如敏 感材料在z 方向有压阻变化特性，在x , y 方向则无论受压与 否，均有较大的阻值。
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5.3 光纤传感器
光纤传感器相对于常规传感器具有以下特点： 1抗电磁干扰能力强 2 灵敏度高 3 重量轻、体积小 4 适于遥测
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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5.1 CCD图像传感器
5.1.4 CCD 图像传感器的应用 CCD 工件外形检测
在机械零部件生产过程中，零件外径尺寸的测量占有重 要地位，快速、准确地测量出零件的主要参数可以缩短整个 产时的生产周期，并有利于实现自动化。
5.3 光纤传感器
从空气中射人光纤的光并不一定都能在光纤中产生全反 射，当入射的光线就不能在交界面产生全反射时，大部分光 线将穿透包层而逸出，即漏光。
如果引人光纤的数值孔径NA 这个概念，则：
NA sinc n10 n12n22
可以看出，纤芯与包层的折射率差值越大，数值孔径就 越大，光纤的集光能力就越强。
由于光纤传感器的这些独特优点和广泛的潜在应用，使 其得以迅速发展。自1977 年以来已研制出多种光纤传感器， 测量范围包括位移、速度、加速度、液位、压力、流量、振 动、水声、温度、电流、电压、磁场和核辐射等。
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5.3 光纤传感器
5.3.1 光纤的结构 光纤由纤芯、包层及外套组成，如图5-13 所示。 纤芯是山玻璃、石英或塑料等制成的圆柱体，一般直径
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
图像传感器是采用光电转换原理，用来摄取平血光学图 像并使其转换为电子图像信号的器件。图像传感器必须具有 两个作用，一是具有把光信号转换为电信号的作用;二是具有 将平面图像上的像素进行点阵取样，并把这些像素按时间取 出的扫描作用。
CCD 成像的关键是在ห้องสมุดไป่ตู้其感光层，为了扩展CCD 的采 光率，必须扩展单一像素的受光面积。
感光面积不再由传感器的开口面积决定，而由微型镜片 的表面积来决定。
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5.1 CCD图像传感器
第二层 分色滤色片 CCD 的第二层是“分色滤色片”，目前有两种分色方式：
一是RGB 原色分色法，另一个则是CMYK 补色分色法。 RGB 原色分色法，几乎所有人类眼镜可以识别的颜色，
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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。
第5章 新型传感器简介
5.1 CCD图像传感器 5.2 触觉传感器 5.3 光纤传感器 5.4 磁性传感器 5.5 集成温度传感器
第5章 新型传感器简介
从第2章到第4章我们已经学习了十几种常用的传感器。 随着科学技术的发展，在不断发现新现象、采用新原理、开 发新材料和采用新工艺的基础上，传感器技术得到了很大的 进步与提高。同时，与单片机或者微计算机相结合的智能式 传感器、生物传感器也有了很大的发展。
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5.3 光纤传感器
2）光相位调制型光纤传感器 光相位调制型光纤传感器是利用被测量引起光纤中光相
位变化的原理制成的。这种传感器具有灵敏度高、灵活性好 和多样的特点。常见的有迈克尔逊、马赫-琴特、萨占纳克和 法勃-帕脱四种相位干涉型。它们的共同点是：光源发出的光 都要经棱镜分成两束或更多束的光，这些光沿不同的路径传 播后，分离出的光束又组合在一起去激励一个光敏元件或显 示干涉条纹。
都可以通过红、绿和蓝来组成。 CMYK 补色分色法，是由青洋红、黄、黑四个通道的颜
色配合而成。 原色CCD 的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是
噪声问题。在印刷业中，CMYK 更为适用，但其调节出来的 颜色不及RGB 的多。
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5.1 CCD图像传感器
第三层 感光层 CCD 的第三层是“感光片”，这层主要是负责将穿过
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5.3 光纤传感器
5.3.3 光纤的种类 从构成光纤的材料来看，光纤可分为玻璃光纤和塑料光
纤。从性能和可靠性而言，不论是通信用光纤或传感用光纤， 当前大多采用玻璃光纤。
光纤按其传输的模式，可分为单模光纤和多模光纤两类。 根据折射率的变化规律，光纤分为梯度型和阶跃型两种。 各种光纤如图5-15所示
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5.3 光纤传感器
5.3.4 光纤传感器 光纤传感器有功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器
两大类。 功能型光纤传感器
功能型光纤传感器主要有光强调制型光纤传感器、光 相位调制型光纤传感器、光偏振态调制型光纤传感器三种。 1）光强调制型光纤传感器
光纤微弯位移（压力）传感器是光强调制型光纤传感器 的一个典型例子，它是基于光纤微弯而产生的弯曲损耗原理 制成的。
如图5-18 所示为光纤大电流传感器原理框图。
除利用磁旋效应的光偏振调制外，还可以利用光旋效应、 光弹效应、电光效应和电旋效应等制成光偏振态调制型光纤 传感器，所以是应用很广、开发潜力很大的一类光纤传感器。
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5.3 光纤传感器
非功能型光纤传感器 光纤在这类传感器中只是作为传光的媒质，需要和其他
电荷耦合器件又称为CCD器件，如其外形如图5-1所示， 它是近年来新发展起来的一种半导体功能器件，能够把光学 影像转化为数字信号。
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5.1 CCD图像传感器
5.1.1 CCD图像传感器的结构 CCD更接近于人的视觉的工作方式，只不过人眼的视网
膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞分工合 作组成视觉感应。CCD经过长达35年的发展，大致的形状和 运作方式都已经定型，如图5-2示为CCD的三层结构示意图， 上层为增光镜头，中层为分色滤色片，下层为感光层。 第一层：增光镜头
约为5~150μm。包在纤芯外的一层叫包层，材料也是玻璃或 塑料等。纤芯的折射率大于涂层的折射率，所以光纤具有使 光束封闭在纤芯里面传输的功能。外套起保护光纤的作用， 它的折射率大于涂层的折射率。人们通常把较长的或多股的 光纤称之为光缆。
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5.3 光纤传感器
5.3.2 光纤的工作原理 下面以阶跃型多模光纤为例，来说明光纤的工作原理。 如图5-14 所示，当光线从空气（折射率为n0）中射入光
该自动检测系统主要由计算机、磁粉探伤机及控制部分、 光学部分、图像处理部分、步进电机及控制等部分组成。其 系统组成框图如图5-8 所示。
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5.2 触觉传感器
触觉传感器的原型是模仿人的触觉功能，目的是通过触 觉传感器与被识别物体的接触或相互作用来完成对被识别物 体表面特征及物理性能的感知。为了实现这一功能，研究者 们设计了各种形式的触觉传感器以满足多种需要。
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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5.1 CCD图像传感器
CCD 传感器工作时，图像经物镜在成像区成像，给成像 区上面的电极加上适当的偏压时，光生电荷被收集到电极下 方的势阱里，这样就将光学图像变成了电荷包图像。当光积 分周期结束时，加到成像区和暂存区电极上的时钟脉冲使所 有收集到的信号电荷迅速转移到暂存区中，然后经由水平读 出寄存器，在时钟脉冲控制下，通过输出极逐行输出一帧信 息，在第一帧读出的同时，第二帧信息通过光积分又收集到 势阱中，这样，就可以一帧一帧连续地读出。
大器、模数转换器和缓存构成。其中，CCD 传感器由成像区、 暂存区和水平读出寄存器三部分构成，每个成像单元称为一 个像索（Pixel ) ，假定有M 个转移沟道，每个沟道有N 个成 像单元，那么整个成像区共有M *N 个像索。CCD 传感器的 暂存区的结构和单元数与成像区相似，暂存区与水平读出寄 存器均需作遮光处理。
θ ’，然后以角 90入射到纤芯与涂层的交界面上。若
入射角 大于临界角 ， C 则入射的光线就能在交界面上产生
全反射，并在光纤内部以同样的角度反复包层全反射向前传 播，直至从光纤的另一端射出。若光纤两端同处于空气之中， 则出射角也将为θ。
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5.1 CCD图像传感器
5.1.3 CCD 图像传感器的种类 用于图像传感器的CCD 又称摄像或像敏CCD 。它的功
能是把二维图像光学信号转变成一维视频信号或数字信号。 从结构上可分为线阵CCD 和面阵CCD 两大类。
线阵CCD 结构简单，成本较低，可以同时储存一行电视 信号，能够实现动态测量，并能在低照度下工作。所以线阵 CCD 广泛地应用于产品尺寸测量、非接触尺寸测量、条形码 等许多领域。
敏感元件一起才能组成传感器。其结构比较简单，并能充分 利用光电元件和光纤本身的特点，因此目前很受重视。常见 的有光纤位移传感器、光纤温度传感器等。 1）光纤位移传感器
在压阻式阵列触觉传感器中，最关键的构件是敏感材料 和电极。
另外，各向异性压阻材料的应用也受到广泛的重视，如敏 感材料在z 方向有压阻变化特性，在x , y 方向则无论受压与 否，均有较大的阻值。
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5.3 光纤传感器
光纤传感器相对于常规传感器具有以下特点： 1抗电磁干扰能力强 2 灵敏度高 3 重量轻、体积小 4 适于遥测
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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5.1 CCD图像传感器
5.1.4 CCD 图像传感器的应用 CCD 工件外形检测
在机械零部件生产过程中，零件外径尺寸的测量占有重 要地位，快速、准确地测量出零件的主要参数可以缩短整个 产时的生产周期，并有利于实现自动化。
5.3 光纤传感器
从空气中射人光纤的光并不一定都能在光纤中产生全反 射，当入射的光线就不能在交界面产生全反射时，大部分光 线将穿透包层而逸出，即漏光。
如果引人光纤的数值孔径NA 这个概念，则：
NA sinc n10 n12n22
可以看出，纤芯与包层的折射率差值越大，数值孔径就 越大，光纤的集光能力就越强。
由于光纤传感器的这些独特优点和广泛的潜在应用，使 其得以迅速发展。自1977 年以来已研制出多种光纤传感器， 测量范围包括位移、速度、加速度、液位、压力、流量、振 动、水声、温度、电流、电压、磁场和核辐射等。
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5.3 光纤传感器
5.3.1 光纤的结构 光纤由纤芯、包层及外套组成，如图5-13 所示。 纤芯是山玻璃、石英或塑料等制成的圆柱体，一般直径
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
图像传感器是采用光电转换原理，用来摄取平血光学图 像并使其转换为电子图像信号的器件。图像传感器必须具有 两个作用，一是具有把光信号转换为电信号的作用;二是具有 将平面图像上的像素进行点阵取样，并把这些像素按时间取 出的扫描作用。
CCD 成像的关键是在ห้องสมุดไป่ตู้其感光层，为了扩展CCD 的采 光率，必须扩展单一像素的受光面积。
感光面积不再由传感器的开口面积决定，而由微型镜片 的表面积来决定。
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5.1 CCD图像传感器
第二层 分色滤色片 CCD 的第二层是“分色滤色片”，目前有两种分色方式：
一是RGB 原色分色法，另一个则是CMYK 补色分色法。 RGB 原色分色法，几乎所有人类眼镜可以识别的颜色，
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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。
第5章 新型传感器简介
5.1 CCD图像传感器 5.2 触觉传感器 5.3 光纤传感器 5.4 磁性传感器 5.5 集成温度传感器
第5章 新型传感器简介
从第2章到第4章我们已经学习了十几种常用的传感器。 随着科学技术的发展，在不断发现新现象、采用新原理、开 发新材料和采用新工艺的基础上，传感器技术得到了很大的 进步与提高。同时，与单片机或者微计算机相结合的智能式 传感器、生物传感器也有了很大的发展。
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5.3 光纤传感器
2）光相位调制型光纤传感器 光相位调制型光纤传感器是利用被测量引起光纤中光相
位变化的原理制成的。这种传感器具有灵敏度高、灵活性好 和多样的特点。常见的有迈克尔逊、马赫-琴特、萨占纳克和 法勃-帕脱四种相位干涉型。它们的共同点是：光源发出的光 都要经棱镜分成两束或更多束的光，这些光沿不同的路径传 播后，分离出的光束又组合在一起去激励一个光敏元件或显 示干涉条纹。
都可以通过红、绿和蓝来组成。 CMYK 补色分色法，是由青洋红、黄、黑四个通道的颜
色配合而成。 原色CCD 的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是
噪声问题。在印刷业中，CMYK 更为适用，但其调节出来的 颜色不及RGB 的多。
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5.1 CCD图像传感器
第三层 感光层 CCD 的第三层是“感光片”，这层主要是负责将穿过
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5.3 光纤传感器
5.3.3 光纤的种类 从构成光纤的材料来看，光纤可分为玻璃光纤和塑料光
纤。从性能和可靠性而言，不论是通信用光纤或传感用光纤， 当前大多采用玻璃光纤。
光纤按其传输的模式，可分为单模光纤和多模光纤两类。 根据折射率的变化规律，光纤分为梯度型和阶跃型两种。 各种光纤如图5-15所示
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5.3 光纤传感器
5.3.4 光纤传感器 光纤传感器有功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器
两大类。 功能型光纤传感器
功能型光纤传感器主要有光强调制型光纤传感器、光 相位调制型光纤传感器、光偏振态调制型光纤传感器三种。 1）光强调制型光纤传感器
光纤微弯位移（压力）传感器是光强调制型光纤传感器 的一个典型例子，它是基于光纤微弯而产生的弯曲损耗原理 制成的。
如图5-18 所示为光纤大电流传感器原理框图。
除利用磁旋效应的光偏振调制外，还可以利用光旋效应、 光弹效应、电光效应和电旋效应等制成光偏振态调制型光纤 传感器，所以是应用很广、开发潜力很大的一类光纤传感器。
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5.3 光纤传感器
非功能型光纤传感器 光纤在这类传感器中只是作为传光的媒质，需要和其他
电荷耦合器件又称为CCD器件，如其外形如图5-1所示， 它是近年来新发展起来的一种半导体功能器件，能够把光学 影像转化为数字信号。
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5.1 CCD图像传感器
5.1.1 CCD图像传感器的结构 CCD更接近于人的视觉的工作方式，只不过人眼的视网
膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞分工合 作组成视觉感应。CCD经过长达35年的发展，大致的形状和 运作方式都已经定型，如图5-2示为CCD的三层结构示意图， 上层为增光镜头，中层为分色滤色片，下层为感光层。 第一层：增光镜头
约为5~150μm。包在纤芯外的一层叫包层，材料也是玻璃或 塑料等。纤芯的折射率大于涂层的折射率，所以光纤具有使 光束封闭在纤芯里面传输的功能。外套起保护光纤的作用， 它的折射率大于涂层的折射率。人们通常把较长的或多股的 光纤称之为光缆。
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5.3 光纤传感器
5.3.2 光纤的工作原理 下面以阶跃型多模光纤为例，来说明光纤的工作原理。 如图5-14 所示，当光线从空气（折射率为n0）中射入光
该自动检测系统主要由计算机、磁粉探伤机及控制部分、 光学部分、图像处理部分、步进电机及控制等部分组成。其 系统组成框图如图5-8 所示。
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5.2 触觉传感器
触觉传感器的原型是模仿人的触觉功能，目的是通过触 觉传感器与被识别物体的接触或相互作用来完成对被识别物 体表面特征及物理性能的感知。为了实现这一功能，研究者 们设计了各种形式的触觉传感器以满足多种需要。
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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5.1 CCD图像传感器
CCD 传感器工作时，图像经物镜在成像区成像，给成像 区上面的电极加上适当的偏压时，光生电荷被收集到电极下 方的势阱里，这样就将光学图像变成了电荷包图像。当光积 分周期结束时，加到成像区和暂存区电极上的时钟脉冲使所 有收集到的信号电荷迅速转移到暂存区中，然后经由水平读 出寄存器，在时钟脉冲控制下，通过输出极逐行输出一帧信 息，在第一帧读出的同时，第二帧信息通过光积分又收集到 势阱中，这样，就可以一帧一帧连续地读出。
大器、模数转换器和缓存构成。其中，CCD 传感器由成像区、 暂存区和水平读出寄存器三部分构成，每个成像单元称为一 个像索（Pixel ) ，假定有M 个转移沟道，每个沟道有N 个成 像单元，那么整个成像区共有M *N 个像索。CCD 传感器的 暂存区的结构和单元数与成像区相似，暂存区与水平读出寄 存器均需作遮光处理。