传感器技术及应用第二版课件
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《传感器技术应用》全册PPT课件
传感器的漂移是指在外界干扰下，输出 量出现与输入量无关的变化。漂移有很多种， 如时间漂移和温特性：传感器测量动态信号时，输出输入之间的关系。 动态特性常用的描述方法：
阶跃信号：包括最大偏离量，延滞时间，上升时间，峰值 时间，响应时间
频率响应：包括幅频特性，相频特性
（4）传感器的重复性
传感器在输入量按同一方向做全 量程多次测试时，所得特性曲线不 一致的程度。
（5）传感器的迟滞
传感器在正向行程（输入量增 大）和反向行程（输入量减小） 期间，特性曲线不一致的程度。
（6）传感器的稳定性与漂移
传感器的稳定性有长期和短期之分，一 般指一段时间以后，传感器的输出和初始标 定时的输出之间的差值。通常用不稳定度来 表征其输出的稳定的程度。
注意：并 不是所有 的传感器 必须同时 包括敏感 元件和转 换元件
传感器有很多种分类方法，但目前对传感器尚无
一个统一的分类方法，比较常用的有如下几种：
1．按传感器的被测物理量分类 2．按传感器工作原理分类 3．按传感器输出信号的性质分类 4．按传感器转换能量供给形式分类 5．按传感器的工作机理分类
项目一 传感器及测量基本知识
任务一 传感器的基本知识 一、任务描述 二、任务实施 （一）传感器的定义 （二）传感器的组成 （三）传感器的分类 （四）传感器的命名和代号 （五）传感器的特性 （六）传感器的选用 （七）传感器的应用及发展趋势 任务二 测量的基本知识 一、任务描述 二、任务实施 （一）测量的定义和分类 （二）误差的定义与分类
1.传感器的静态特性
传感器 的灵敏
度
01
传感器 的线性
度
02
（2）传感器的线性度 拟合直线方法：
（3）传感器的分辨力
阶跃信号：包括最大偏离量，延滞时间，上升时间，峰值 时间，响应时间
频率响应：包括幅频特性，相频特性
（4）传感器的重复性
传感器在输入量按同一方向做全 量程多次测试时，所得特性曲线不 一致的程度。
（5）传感器的迟滞
传感器在正向行程（输入量增 大）和反向行程（输入量减小） 期间，特性曲线不一致的程度。
（6）传感器的稳定性与漂移
传感器的稳定性有长期和短期之分，一 般指一段时间以后，传感器的输出和初始标 定时的输出之间的差值。通常用不稳定度来 表征其输出的稳定的程度。
注意：并 不是所有 的传感器 必须同时 包括敏感 元件和转 换元件
传感器有很多种分类方法，但目前对传感器尚无
一个统一的分类方法，比较常用的有如下几种：
1．按传感器的被测物理量分类 2．按传感器工作原理分类 3．按传感器输出信号的性质分类 4．按传感器转换能量供给形式分类 5．按传感器的工作机理分类
项目一 传感器及测量基本知识
任务一 传感器的基本知识 一、任务描述 二、任务实施 （一）传感器的定义 （二）传感器的组成 （三）传感器的分类 （四）传感器的命名和代号 （五）传感器的特性 （六）传感器的选用 （七）传感器的应用及发展趋势 任务二 测量的基本知识 一、任务描述 二、任务实施 （一）测量的定义和分类 （二）误差的定义与分类
1.传感器的静态特性
传感器 的灵敏
度
01
传感器 的线性
度
02
（2）传感器的线性度 拟合直线方法：
（3）传感器的分辨力
传感器技术及应用(第二版)检测与传感技术基础
应 用
1）偏差式测量法
•
在测量过程中，用仪表指针相对于刻度线的
检 位移（偏差）来直接表示被测量，这种方法称为 测 偏差式测量法，广泛应用于工程测量。
与
传
感
技
术
基
础
传 感 器 技 术 及 应
用•
2）零位式测量法 零位式测量法是在测量过程中，用指零仪
表的零位指示来检测测量系统是否处于平衡状
态，当测量系统达到平衡时，用已知的基准量
用
•
根据测量数据中的误差所呈现的规律及产
生的原因可将其分为系统误差、随机误差和粗
检 大误差。
测
与
传
感
技
术
基
础
传
感
器 技
术 及
1）随机误差
应 用
•
在同一测量条件下，多次测量被测量时，
其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差
称随机误差。
•
检
测•
与 传 感 技 术 基 础
随机误差表示为
随机误差 xi x
检 测 与 传 感 技 术 基 础
传
感
器
技
术
及 应
1.2.3 测量误差
用
• 测量误差是测得值减去被测量的真值。
检 1. 测量误差的表示方法
测
与 • 测量误差的表示方法有多种，含义各异。
传 感 技 术 基 础
传 感 器 技 术 及 应
用•
检 测
•
与
传
感
技
术
基
础
1）绝对误差 绝对误差可定义为
X L
式中：——绝对误差；
感
技
图1-1 检测系统组成框图
1）偏差式测量法
•
在测量过程中，用仪表指针相对于刻度线的
检 位移（偏差）来直接表示被测量，这种方法称为 测 偏差式测量法，广泛应用于工程测量。
与
传
感
技
术
基
础
传 感 器 技 术 及 应
用•
2）零位式测量法 零位式测量法是在测量过程中，用指零仪
表的零位指示来检测测量系统是否处于平衡状
态，当测量系统达到平衡时，用已知的基准量
用
•
根据测量数据中的误差所呈现的规律及产
生的原因可将其分为系统误差、随机误差和粗
检 大误差。
测
与
传
感
技
术
基
础
传
感
器 技
术 及
1）随机误差
应 用
•
在同一测量条件下，多次测量被测量时，
其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差
称随机误差。
•
检
测•
与 传 感 技 术 基 础
随机误差表示为
随机误差 xi x
检 测 与 传 感 技 术 基 础
传
感
器
技
术
及 应
1.2.3 测量误差
用
• 测量误差是测得值减去被测量的真值。
检 1. 测量误差的表示方法
测
与 • 测量误差的表示方法有多种，含义各异。
传 感 技 术 基 础
传 感 器 技 术 及 应
用•
检 测
•
与
传
感
技
术
基
础
1）绝对误差 绝对误差可定义为
X L
式中：——绝对误差；
感
技
图1-1 检测系统组成框图
传感器应用技术(第2版)课件：温度测量
二
懂得金属热电阻的几种接线方法。
2.WS9100C4温度调理器简介 WS9010C4可直接与Cu50铜热电阻传感器连接，输入温度范围为 0〜150°C，输出电流范围为4〜20mA %或配接250#的标准电阻即可输出1〜5V电压）。
WS9010C4的外形
WS9010C4温度调理器 接线图
任务一 认识金属热电阻
任务准备
任务准备
知识学习
（2）按结构分类
热电阻按结构分类
知识学习
知识学习
铠装型热电阻优点
知识学习
端面热电阻元件由特殊处理的丝材（铜或铂丝）绕制，它们紧巾在温度计前端，与一般轴向热电阻相比，端面热电阻能更正确和迅速地反映被测端面的实际温度状况，它的制作方法很多，品种形式多样，适合于电厂汽轮机及电机轴瓦或其它机体表面测温。 有的端面热电阻安装时由于它的引线与电阻元件是相连的，所以要将引线与端面热电阻同步转动，这样才确保端面热电阻在安装中不被人为损坏，但是实际安装过程中难免出现这种情况。
热电极A
右端称为：自由端（参考端、冷端）
左端称为：测量端（工作端、热端）
热电极B
热电动势
A
B
t0
t
这种现象称为“热电效应”， 两种导体组成的回路称为“热电偶” 。
（又称偶丝）
知识学习
A
B
t
t0
EAB(t，t0)
热电动势 = 接触电动势＋温差电动势
符号
热电动势（热电势）的产生
知识学习
《传感器与自动检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
任 务
认识双金属片
一
了解双金属片的结构与工作原理。
生产实践中，常将双金属片制作成双金属片温度控制器的感温元件。 1.双金属片温度计 双金属片的弯曲程度与温度的高低有对应的关系，从而可用双金属片的弯曲程度来指示温度。 2.双金属片温度继电器 双金属片受热时，会因为伸长不一样而发生弯曲变形，利用这种变形特性可使开关接通或 断开
懂得金属热电阻的几种接线方法。
2.WS9100C4温度调理器简介 WS9010C4可直接与Cu50铜热电阻传感器连接，输入温度范围为 0〜150°C，输出电流范围为4〜20mA %或配接250#的标准电阻即可输出1〜5V电压）。
WS9010C4的外形
WS9010C4温度调理器 接线图
任务一 认识金属热电阻
任务准备
任务准备
知识学习
（2）按结构分类
热电阻按结构分类
知识学习
知识学习
铠装型热电阻优点
知识学习
端面热电阻元件由特殊处理的丝材（铜或铂丝）绕制，它们紧巾在温度计前端，与一般轴向热电阻相比，端面热电阻能更正确和迅速地反映被测端面的实际温度状况，它的制作方法很多，品种形式多样，适合于电厂汽轮机及电机轴瓦或其它机体表面测温。 有的端面热电阻安装时由于它的引线与电阻元件是相连的，所以要将引线与端面热电阻同步转动，这样才确保端面热电阻在安装中不被人为损坏，但是实际安装过程中难免出现这种情况。
热电极A
右端称为：自由端（参考端、冷端）
左端称为：测量端（工作端、热端）
热电极B
热电动势
A
B
t0
t
这种现象称为“热电效应”， 两种导体组成的回路称为“热电偶” 。
（又称偶丝）
知识学习
A
B
t
t0
EAB(t，t0)
热电动势 = 接触电动势＋温差电动势
符号
热电动势（热电势）的产生
知识学习
《传感器与自动检测技术》吴旗主编 高等教育出版社 HIGHER EDUCATION PRESS
任 务
认识双金属片
一
了解双金属片的结构与工作原理。
生产实践中，常将双金属片制作成双金属片温度控制器的感温元件。 1.双金属片温度计 双金属片的弯曲程度与温度的高低有对应的关系，从而可用双金属片的弯曲程度来指示温度。 2.双金属片温度继电器 双金属片受热时，会因为伸长不一样而发生弯曲变形，利用这种变形特性可使开关接通或 断开
传感器技术及其应用第2版教学课件ppt作者陈黎敏传感器技术答案（2）
《传感器技术及其应用》第2版答案第1章1. 答：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。
2. 答：传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种：一种是按被测输入量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。
前者的优点是便于使用者根据用途选用，后者的优点是对传感器的工作原理比较清楚，类别少，有利于传感器专业工作者对传感器的深入研究分析。
3. 答：传感器测量静态量时表现的输入、输出量的对应关系为静态特性，常用的静态特性技术指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、漂移等。
4.答：传感器的灵敏度k=dyyx=6x+35. 答：产生误差的原因有：测量方法的近似、仪表本身的精度限制、测量人员的习惯、外界环境因素影响等多种原因，有的是有规律可循，有的是随机产生的，因此测量误差也可分为系统误差、随机误差和粗大误差。
6. 答：绝对误差Δt=±800−−200×0.5%=±5℃相对误差γ=±5500×100%=±1%7. 相对误差γ1=±5300−−200=±1%γ2=±5800−0=±0.625%答：因为γ1>γ2所以测量范围为0~800℃的仪表精度高8. 相对误差γ1=±600×2.5%500=±3%>2.5%γ2=± 600×2.0% 500=±2.4%<2.5% γ3=± 600×1.5% 500=±1.8%<2.5% 答：可见2.0级与1.5级都能满足测量误差要求，考虑性价比建议选择2.0级，若只需考虑测量精度则选择1.5级。
传感器与检测技术第2版课件第1章
• （4）分辨力与阈值
➢传感器的分辨力是指在规定测量范围内可能检测出的被测量的最小变化量，是 传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。
➢如果传感器的输入量从某一非零值缓慢地变化，在输入量的变化值未超过某一 值时，传感器的输出不会发生变化，只有超过某一数值后才显示有变化，这个 输入增量称为传感器的分辨力。有时候该值相对满量程输入值的百分比表示， 则称为分辨率。
百分数表示，这就是重复误差，即
• （6）稳定性 稳定度是指传感器在所有条件均不变情况下，能在规定的时间内维持其示值不
变的能力。稳定度是以示值的变化量与时间长短的比值来表示。
环境影响量是指由于外界环境变化而引起的示值的变化量。 示值变化由两个因素组成:零点漂移和灵敏度漂移。零点漂移是指在受外界环
境影响后，已调零的仪表的输出不再为零。
敏感元件是传感器的核心，也是研究、 设计和制作传感器的关键。
转换元件指传感器中能将敏感元 件感受（或响应）的被测量转换 成适于传输或测量的电信号部分。
信号调理电路又称转换电路或测量电路，它的作用是将转换元件输出的电信 号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好 的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。
1.2检测技术基础知识
• 当今传感器检测技术早已无处不在， 如何有效地利用传感器实现 各种参数的自动检查和精确测量，则是整个自动控制系统的基础。
• 为了更好地掌握传感器检测技术的相关知识，需要对检测技术的基 本概念、基本测量方法、检测系统的组成、测量误差及数据处理等 方面的理论及工程应用进行学习和研究，只有了解和掌握了这些基 本理论，才能更有效地完成检测任务。
第1章
传感器与检测技术基础
目录
传感器与检测技术第2版课件第3章
电感式传感器具有结构简单、工作可靠、抗干扰能力 强、输出功率较大、分辨力较高、稳定性好等优点，并且 能实现信息远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动 控制系统中被广泛采用。
3.1 自感式传感器
• 3.1.1 自感式传感器结构与工作原理
• 自感式传感器是把被测量的变化转换成自感 L 的变化，通过一定的
3.2.3 互感式传感器的应用
• 1．位移的测量
• 差动变压器式位移传感器，可用于多种场合下测 量微小位移。
• 工作原理是：测头1通过轴套和测杆5相连，活动 衔铁7固定在测杆5上。线圈架8上绕有三组线圈 。中间是初级线圈，两端是次级线圈、形成三节 式结构，它们都通过导线10与测量电路相连。
• 2．力和力矩的测量
• 由上式可知，这时电桥输出电压，电桥处于平衡状态。
• 当铁芯向一边移动时，Z1= Z0 + ∆Z， Z2= Z0﹣∆Z，代入上式得
当传感器线圈为高Q值时，可得到输出电压的值为
同理，当活动铁心向另一边（反方向）移动时，则有
综合以上两式可得知电桥输出电压
差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电路时，电桥输出电压 既能反映被测体位移量的大小，又能反映位移量的方向，且输出电压与 电感变化量呈线性关系。
当衔铁位于中心位置时，差动 变压器的输出电压并不等于零， 通常把差动变压器在零位移时 的输出电压称为零点残余电压，
产生零点残余电压的原因
如变压器的制作工艺和导磁体安装等问题，主要是由传感器的两次级绕 组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等引起的。
为了减小零点残余电压，可采用以下方法:
•2. 相敏检波电路
• 相敏检波电路的形式很多，过去通常采用分立元件构成的电路， 它可以利用半导体二极管或晶体管来实现。
3.1 自感式传感器
• 3.1.1 自感式传感器结构与工作原理
• 自感式传感器是把被测量的变化转换成自感 L 的变化，通过一定的
3.2.3 互感式传感器的应用
• 1．位移的测量
• 差动变压器式位移传感器，可用于多种场合下测 量微小位移。
• 工作原理是：测头1通过轴套和测杆5相连，活动 衔铁7固定在测杆5上。线圈架8上绕有三组线圈 。中间是初级线圈，两端是次级线圈、形成三节 式结构，它们都通过导线10与测量电路相连。
• 2．力和力矩的测量
• 由上式可知，这时电桥输出电压，电桥处于平衡状态。
• 当铁芯向一边移动时，Z1= Z0 + ∆Z， Z2= Z0﹣∆Z，代入上式得
当传感器线圈为高Q值时，可得到输出电压的值为
同理，当活动铁心向另一边（反方向）移动时，则有
综合以上两式可得知电桥输出电压
差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电路时，电桥输出电压 既能反映被测体位移量的大小，又能反映位移量的方向，且输出电压与 电感变化量呈线性关系。
当衔铁位于中心位置时，差动 变压器的输出电压并不等于零， 通常把差动变压器在零位移时 的输出电压称为零点残余电压，
产生零点残余电压的原因
如变压器的制作工艺和导磁体安装等问题，主要是由传感器的两次级绕 组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等引起的。
为了减小零点残余电压，可采用以下方法:
•2. 相敏检波电路
• 相敏检波电路的形式很多，过去通常采用分立元件构成的电路， 它可以利用半导体二极管或晶体管来实现。
传感器与检测技术(第2版)全套课件
传感器与检测技术（第2版）
（3）组合测量。若被测量必须经过求解联立方程组才能得 到最后结果，则这种测量方法称为组合测量。组合测量是一种 特殊的精密测量方法，操作手续复杂，花费时间长，多用于科 学实验等特殊场合。 2．等精度测量与不等精度测量
用相同仪表与测量方法对同一被测量进行多次重复测量， 称为等精度测量。
用不同精度的仪表或不同的测量方法，或在环境条件相差 很大时对同一被测量进行多次重复测量称为非等精度测量。
传感器与检测技术（第2版）
3．偏差式测量、零位式测量和微差式测量
（1）偏差式测量。在测量过程中，用仪表指针的位移（即 偏差）决定被测量值，这种测量方法称为偏差式测量。仪表上 有经过标准量具校准过的标尺或刻度盘。在测量时，利用仪表 指针在标尺上的示值，读取被测量的数值。偏差式测量简单、 迅速，但精度不高，这种测量方法广泛应用于工程测量中。
1.1 测量方法及检测系统的组成
1.1.1 测量的基本概念
在科学实验和工业生产中，为了及时了解实验进展情况、 生产过程情况以及它们的结果，人们需要经常对一些物理量， 如电流、电压、温度、压力、流量、液位等参数进行测量，这 时人们就要选择合适的测量装置，采用一定的检测方法进行测 量。
测量是人们借助于专门的设备，通过一定的方法，对被测 对象收集信息、取得数据概念的过程。为了确定某一物理量的 大小，就要进行比较，因此，有时也把测量定义为“将被测量 与同种性质的标准量进行比较，确定被测量对标准量倍数的过
传感器与检测技术（第2版）
1．直接测量、间接测量与组合测量
（1）直接测量。用事先分度或标定好的测量仪表，直接读 取被测量值的方法称为直接测量。例如，用电磁式电流表测量
电路的某一支路电流、用电压表测是工程技术中大量采用的方法， 其优点是测量过程简单而又迅速，但不易达到很高的测量精度。
绪论 《传感器技术与应用》课件
数字式仪表 的特点： 准确，但最 后一位经常 跳动不止。
热敏电阻
2020/7/7
15
LED、LCD的特点：
LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高， 但不利于夜间观察。
2020/7/7
16
图像显示
特点—— 能显示复杂的 图形和曲线， 但价格昂贵。
2020/7/7
17
记录仪
主要 用来记录 被检测对 象的动态 变化过程。
本书的章节目录
第1章 传感器理论基础 第2章 电阻式传感器 第3章 电感式传感器 第4章 电容式传感器 第5章 压电式传感器 第6章 热电式传感器 第7章 光电式传感器 第8章 霍尔传感器 第9章 波式传感器 第10章 传感器在工业中的应用
2020/7/7
1
检测技术
信息科学的一个重要分支，与计算机技 术、自动控制技术和通信技术构成了信 息技术的完整学科。
2020/7/7
28
提高可靠性 承受剧烈振动
2020/7/7
29
应用新技术和新的物理效应，扩大检 测领域
2020/7/7
月球车
30
鉴于传感器与信号调理电路分开，微弱的传感器信号 在通过电缆传输的过程中容易受到各种电磁干扰信号 的影响，各种传感器输出信号形式众多，使检测仪器 与传感器的接口电路无法统一和标准化，实施起来颇 为不便。随着大规模集成电路技术与产业的迅猛发展， 采用贴片封装方式、体积大大缩小的通用和专用集成 电路愈来愈普遍；因此，目前已有不少传感器实现了 敏感元件与信号调理电路的集成和一体化，对外直接 输出标准的4～20 mA电流信号；成为名符其实的变 送器。这对检测仪器整机研发与系统集成提供了很大 的方便，从而亦使得这类传感器身价倍增。其次，一 些厂商把两种或两种以上的敏感元件集成于一体，而 成为可实现多种功能新型组合式传感器。例如，将热 敏元件和湿敏元件和信号调理电路集成在一起，一个 传感器可同时完成温度和湿度的测量。
热敏电阻
2020/7/7
15
LED、LCD的特点：
LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高， 但不利于夜间观察。
2020/7/7
16
图像显示
特点—— 能显示复杂的 图形和曲线， 但价格昂贵。
2020/7/7
17
记录仪
主要 用来记录 被检测对 象的动态 变化过程。
本书的章节目录
第1章 传感器理论基础 第2章 电阻式传感器 第3章 电感式传感器 第4章 电容式传感器 第5章 压电式传感器 第6章 热电式传感器 第7章 光电式传感器 第8章 霍尔传感器 第9章 波式传感器 第10章 传感器在工业中的应用
2020/7/7
1
检测技术
信息科学的一个重要分支，与计算机技 术、自动控制技术和通信技术构成了信 息技术的完整学科。
2020/7/7
28
提高可靠性 承受剧烈振动
2020/7/7
29
应用新技术和新的物理效应，扩大检 测领域
2020/7/7
月球车
30
鉴于传感器与信号调理电路分开，微弱的传感器信号 在通过电缆传输的过程中容易受到各种电磁干扰信号 的影响，各种传感器输出信号形式众多，使检测仪器 与传感器的接口电路无法统一和标准化，实施起来颇 为不便。随着大规模集成电路技术与产业的迅猛发展， 采用贴片封装方式、体积大大缩小的通用和专用集成 电路愈来愈普遍；因此，目前已有不少传感器实现了 敏感元件与信号调理电路的集成和一体化，对外直接 输出标准的4～20 mA电流信号；成为名符其实的变 送器。这对检测仪器整机研发与系统集成提供了很大 的方便，从而亦使得这类传感器身价倍增。其次，一 些厂商把两种或两种以上的敏感元件集成于一体，而 成为可实现多种功能新型组合式传感器。例如，将热 敏元件和湿敏元件和信号调理电路集成在一起，一个 传感器可同时完成温度和湿度的测量。
电子课件-《传感器及应用(第二版)》-B02-1472 模块七 图像检测
CMOS 图像传感器芯片结构
模块七 图像检测
３． 固态图像传感器的比较 CCD 传感器一般被认为具有以下优点。 （１） 高分辨率：像素大小为 μm 级，可感测及识别精 细物体，提高影像品质。 （２） 高灵敏度：CCD 具有很低的读出噪声和暗电流噪 声，信噪比高，从而具有高灵敏度。 （３） 动态范围广：可同时感知及分辨强光和弱光，提 高系统环境的使用范围。
模块七 图像检测
２． 图像检测系统的组成 图像检测系统是采用图像传感器摄取图像，利用转换 电路将其转化为数字信号，再用计算机软硬件对信号进行 处理得到需要的最终图像或通过识别、计算后获取进一步 信息的检测系统，其组成如图所示。
图像传感器在图像检测系统的组成
模块七 图像检测
３． 图像传感器 图像传感器是利用光敏元器件的光电转换功能，将元 器件感光面上感受到的光线图像转换为成一定比例关系的 电信号并做相应处理后输出的功能器件，它能够实现图像 信息的获取、转换和视觉功能的扩展。
模块七 图像检测
二、固态图像传感器
固态图像传感器如图所示，是数码相机、数码摄像机的 关键零件，因常用于摄像领域，又被称为摄像管。
固态图像传感器要求具有两个基本功能：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，并将其按时间取出的扫描作用。
固态图像传感器
模块七 图像检测
模块七 图像检测
知识引入
光纤传感器（Fiber Optical Sensor，FOS）是 20 世 纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传 感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，与以 电为基础的传感器有着本质区别。
模块七 图像检测
知识讲解 一、光纤传递的基本知识
１． 光纤结构 光纤的结构如图所示，光纤呈圆柱形，它 由玻璃纤维芯 （纤芯） 和玻璃包皮 （包层） 两个同心圆柱的双层结构组成。纤芯位于光 纤的中心部位，光主要在此传输。 ２． 光纤导光原理 对于多模光纤，可以用几何光学的方法分 析光的传播现象。此时，光在两层结构之间 的界面上靠全反射进行传播.
模块七 图像检测
３． 固态图像传感器的比较 CCD 传感器一般被认为具有以下优点。 （１） 高分辨率：像素大小为 μm 级，可感测及识别精 细物体，提高影像品质。 （２） 高灵敏度：CCD 具有很低的读出噪声和暗电流噪 声，信噪比高，从而具有高灵敏度。 （３） 动态范围广：可同时感知及分辨强光和弱光，提 高系统环境的使用范围。
模块七 图像检测
２． 图像检测系统的组成 图像检测系统是采用图像传感器摄取图像，利用转换 电路将其转化为数字信号，再用计算机软硬件对信号进行 处理得到需要的最终图像或通过识别、计算后获取进一步 信息的检测系统，其组成如图所示。
图像传感器在图像检测系统的组成
模块七 图像检测
３． 图像传感器 图像传感器是利用光敏元器件的光电转换功能，将元 器件感光面上感受到的光线图像转换为成一定比例关系的 电信号并做相应处理后输出的功能器件，它能够实现图像 信息的获取、转换和视觉功能的扩展。
模块七 图像检测
二、固态图像传感器
固态图像传感器如图所示，是数码相机、数码摄像机的 关键零件，因常用于摄像领域，又被称为摄像管。
固态图像传感器要求具有两个基本功能：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，并将其按时间取出的扫描作用。
固态图像传感器
模块七 图像检测
模块七 图像检测
知识引入
光纤传感器（Fiber Optical Sensor，FOS）是 20 世 纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传 感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，与以 电为基础的传感器有着本质区别。
模块七 图像检测
知识讲解 一、光纤传递的基本知识
１． 光纤结构 光纤的结构如图所示，光纤呈圆柱形，它 由玻璃纤维芯 （纤芯） 和玻璃包皮 （包层） 两个同心圆柱的双层结构组成。纤芯位于光 纤的中心部位，光主要在此传输。 ２． 光纤导光原理 对于多模光纤，可以用几何光学的方法分 析光的传播现象。此时，光在两层结构之间 的界面上靠全反射进行传播.
传感器原理与应用 (第二版) 黄贤武 郑筱霞主编
—— 载流导体置于磁场中，其电阻随磁场而变化
磁阻效应方程：温度恒定、弱磁场、只有电子导电
B 0(1 0.273 2B2 )
式中，B —— 磁感应强度为B时的电阻率 0 —— 零磁场下的电阻率 —— 电子迁移率
B —— 磁感应强度
电阻率变化 B 0
电阻率相对变化 0.273 2B2 k (B)2 0
Vcc 稳压
Vcc 稳压
单端输出：SL3501T
R
双端输出：SL3501M19
七、霍尔传感器的应用
1、霍尔位移传感器
磁钢
N
S
IS
Nx
B
x 0
UH RH IB d
若 dB 为一常数 dx
dUH RH I dB K
dx
d dx
UH Kx x 磁数场梯度越大，灵敏度越高
磁场梯度越均匀，输出线性越好
线性应用：比例放大器 线性度好、低噪声放大器
15V
15V
15V
15V
开关应用：射极跟随器 灵敏度高：一般放大器
13
四、霍尔元件的测量误差和补偿方法
半导体固有特性 半导体制造工艺缺陷
温度误差 零位误差
1、零位误差及补偿方法
A
C
U0 D I
B
A
C
D
B
A、B同一等位面：U0 = 0、电桥平衡 A、B非同一等位面：U0 = 0、电桥不平衡
电桥补偿原理：在阻值较大的桥臂上并联电阻
14
A
C
D
R1 IC
A R3
D
B W
（a）
R2
R4
B
W
A
A
C
D
R1
传感器技术及应用课件
2、光纤传感器的分类
光纤传感器分为功能型、非功能型和拾光型三大类
1）功能型（全光纤型）光纤传感器 利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤(或特殊光纤)作传感元 件，将“传”和“感”合为一体的传感器。光纤不仅起传光作用，而且 还利用光纤在外界因素(弯曲、相变)的作用下，其光学特性(光强、相位 、偏振态等)的变化来实现“传”和“感”的功能。因此，传感器中光 纤是连续的。由于光纤连续，增加其长度，可提高灵敏度。
光源 接收
1
2
3
P
膜片反射式光纤压力传感器示意图
1 Y形光纤束 2 壳片 3 膜片
弹性膜片材料是恒弹性金属，如殷钢、铍青铜等。但金属材料的
弹性模量有一定的温度系数，因此要考虑温度补偿。若选用石英膜片，
则可减小温度的影响。
膜片的安装采用周边固定，焊接到外壳上。对于不同的测量范围，
可选择不同的膜片尺寸。一般膜片的厚度在0.05mm～0.2mm之间为宜。
三、光纤传感器的应用
（一）温度的检测 下图为一种简单的利用水银柱升降温度的光纤温度开关。可用于对
设定温度的控制，温度设定值灵活可变
1 23
4
水银柱式光纤温度开关 1 浸液 2 自聚焦透镜 3 光纤 4 水银
下图为利用双金属热变形的遮光式光纤温度计。当温度升高时，
双金属片的变形量增大，带动遮光板在垂直方向产生位移从而使输出光 强发生变化。这种形式的光纤温度计能测量10℃～50℃的温度。检测精 度约为0.5℃。它的缺点是输出光强受壳体振动的影响，且响应时间较 长，一般需几分钟。
3、光生伏特效应：在光线的作用下，物体产生一定 方向电动势的光电效应。基于光生伏特效应的光 电元件：光电池等。
紫外光电管
传感器与检测技术第2版课件第8章
• (2)伏安特性
• 在这里改变光照就相当于改变普通晶体管的基极电流，从而得到这 样一簇曲线。
• (3)光电特性
• 它指外加偏置电压一定时，光敏二极管、晶体管的输出电流和光照 度的关系。
• (5)频率特性
• 光敏晶体管受调制光照射时，相对灵敏度与调制频率的关系称为频率特性。减 少负载电阻能提高响应频率，但输出降低。
保持恒定条件下，阳极电流IA(光电流)与最后一级倍增极和阳极间电压 UAD的关系。它是在不同光通量下的一组曲线族。
像光电管一样，光电倍增管的伏安特性曲线也有 饱和区，照射在光电阴极上的光通量越大，饱和 阳极电压越高。
• (3)光电倍增管的光电特性 光电倍增管的光电特性是指阳极电流(光电流)
与光电阴极接收到的光通量之间的关系。
• 光敏电阻的工作原理是基于光电导效应。
• 在无光照时，光敏电阻具有很高的阻值，在有光照时，当光子的能量大于材料 禁带宽度，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，激发出可以导电的电子 —空穴对，使电阻降低。光线越强，激发出的电子一空穴对越多，电阻值越低 ；光照停止后，自由电子与空穴复合，导电性能下降，电阻恢复原值
?1不加偏压的pn结?当pn结不加偏压光照射在pn结时如果入射光子的能量大于半导体禁带宽度使价带中电子跃迁到导带可激发出光生的电子空穴对在pn结阻挡层的内电场作用下被光激发的空穴移向p区电子移向n区结果使得p区带正电n区带负电形成一定强度的电场这个电场产生的电压就是光生伏特效应产生的光生电动势
第8章
• 2.光电倍增管的主要参数和特性
• 1)光电倍增管的倍增系数M与工作电压的关系 • 倍增系数M等于n个倍增电极的二次电子发射系数δ的乘积。如果n个倍增电极的
δ都相同，则M= ，因此，阳极电流I为
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传感器技术及应用第二版课件
传感器技术在现代科技中起着至关重要的作用。
本文将对传感器技术及其应用
的第二版课件进行介绍，旨在帮助读者更全面地了解该课件的关键内容和应用。
传感器技术的快速发展为各行各业带来了巨大的变革。
传感器是一种能够感知
和测量环境参数的设备。
课件中首先介绍了传感器的基本原理和分类。
常用的传感器类型包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光学传感器等。
通过课件的学习，学员们将能够了解每种传感器的工作原理、特点以及适用场景。
除了传感器的基本知识外，课件还介绍了传感器在各行业中的应用。
传感器技
术广泛应用于工业自动化、医疗健康、智能交通、环境监测等领域。
例如，在工业领域，传感器可以用于检测设备的温度、压力和振动等参数，从而实现设备的状态监测和故障预警；在医疗健康领域，传感器可以用于监测患者的体温、心率和血压等生理参数，帮助医务人员进行准确的诊断和治疗。
课件中还提到了一些传感器技术的发展趋势。
随着物联网和大数据技术的发展，传感器的网络化和智能化越来越受到关注。
传感器技术也呈现出小型化、低功耗和多功能化的趋势。
课件通过案例分析和最新研究成果的介绍，帮助学员们了解传感器技术的前沿发展和应用前景。
综上所述，传感器技术及应用第二版课件是一份系统、全面介绍传感器技术的
学习资料。
通过学习该课件，读者们可以深入了解传感器的原理、分类和应用，并能够掌握传感器技术的发展趋势。
这将为读者在实际工作中运用传感器技术提供指导和帮助。
无论是想进一步了解传感器技术的专业人士，还是对传感器技术感兴趣的普通读者，该课件都将是一份有价值的学习资料。