无线传感器网络技术及应用3PPT课件
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第3章 传感器及检测技术
3.1.3 传感器的性能指标 1．传感器静态特性 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输
出量与输入量之间所具有的相互关系。因为这时输入量和输 出量都和时间无关，所以它们之间的关系即传感器的静态特 性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标， 把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表 征传感器静态特性的主要参数有线性度、灵敏度、迟滞、重 复性、漂移等。
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第3章 传感器及检测技术
3.1.2 传感器的分类 往往同一被测量可以用不同类型的传感器来测量，而同
一原理的传感器又可测量多种物理量，因此传感器有许多种 分类方法。下面介绍常见的传感器分类方法。
1．按传感器的用途分类 传感器按照其用途可分为力敏传感器、位置传感器、液 面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线 辐射传感器、热敏传感器和24 GHz雷达传感器等。 2．按传感器的原理分类 传感器按照其原理可分为振动传感器、湿敏传感器、磁 敏传感器、气敏传感器、真空度传感器和生物传感器等。
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第3章 传感器及检测技术
3．按传感器的输出信号标准分类 传感器按照其输出信号的标准可分为以下几种： (1) 模拟传感器：将被测量的非电学量转换成模拟电信 号。 (2) 数字传感器：将被测量的非电学量转换成数字输出 信号(包括直接和间接转换)。 (3) 膺数字传感器：将被测量的信号量转换成频率信号 或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。 (4) 开关传感器：当一个被测量的信号达到某个特定的 阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
(3) 迟滞：指传感器在输入量由小到大(正行程)及输入 量由大到小(反行程)变化期间其输入、输出特性曲线不重合 的现象。对于同一大小的输入信号，传感器的正、反行程输 出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。
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第3章 传感器及检测技术
(1) 线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系 曲线偏离拟合直线的程度。
其定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间 的最大偏差值与满量程输出值之比。
(2) 灵敏度：是传感器静态特性的一个重要指标。其定 义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。通 常用S表示灵敏度。
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第3章 传感器及检测技术
与采用新材料紧密相关的传感器开发工作可以归纳为下 述三个方向：
(1) 在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后 使它们能在传感器技术中得到实际使用。
(2) 探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应 来改进传感器技术。
(3) 在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反 应，并在传感器技术中加以具体实施。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能 将检测感受到的信息按一定规律变换成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。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
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第3章 传感器及检测技术
关于传感器，我国曾出现过多种名称，如发送器、传送 器、变送器等，它们的内涵相同或相似，所以近年来已逐渐 趋向统一，大都使用“传感器”这一名称了。从字面上可以 作如下解释：传感器的功用是一感二传，即感受被测信息， 并传送出去。根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转 换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器 (Transducer)”来称呼“传感器(Sensor)”。
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第3章 传感器及检测技术
4．按传感器的材料分类 在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有 特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即 那些具有功能特性的材料，将被用来制作传感器的敏感元件。 从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类： (1) 按材料的类别分类：金属聚合物和陶瓷混合物。 (2) 按材料的物理性质分类：导体、半导体、绝缘体和 磁性材料。 (3) 按材料的晶体结构分类：单晶、多晶和非晶材料。
第3章 传感器及检测技术
第3章 传感器及检测技术
3.1 传感器 3.2 检测技术基础 3.3 典型传感器简介 3.4 智能检测系统
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第3章 传感器及检测技术
3.1 传 感 器
3.1.1 传感器概述 传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外
界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)， 并将探知的信息传递给其他装置或器官。
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第3章 传感器及检测技术
(3) 厚膜传感器是利用相应材料的浆料涂覆在陶瓷基片 上制成的，基片通常是用Al2O3制成的，然后进行热处理， 使厚膜成形。
(4) 陶瓷传感器是采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工 艺(溶胶-凝胶等)生产的。完成适当的预备性操作之后，已成 形的元件在高温中进行烧结。
厚膜传感器和陶瓷传感器这两种工艺之间有许多共同特 性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变形。
现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材 料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导 体以及介质材料的应用密切关联的。
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第3章 传感器及检测技术
5．按传感器的制造工艺分类 传感器按照其制造工艺可分为集成传感器、薄膜传感器、 厚膜传感器和陶瓷传感器。 (1) 集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的 工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电 路也集成在同一芯片上。 (2) 薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的相 应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分 电路制造在此基板上。
每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发 和生产所需的资本投入较低以及传感器参数的高稳定性等原 因，采用陶瓷传感器和厚膜传感器比较合理。
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第3章 传感器及检测技术
6．按传感器的测量目的不同分类 传感器根据测量目的不同可分为物理型传感器、化学型 传感器和生物型传感器。 (1) 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质发 生明显变化的特性制成的。 (2) 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等 化学量转化成电学量的敏感元件制成的。 (3) 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做 成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器。
第3章 传感器及检测技术
3.1.3 传感器的性能指标 1．传感器静态特性 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输
出量与输入量之间所具有的相互关系。因为这时输入量和输 出量都和时间无关，所以它们之间的关系即传感器的静态特 性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标， 把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表 征传感器静态特性的主要参数有线性度、灵敏度、迟滞、重 复性、漂移等。
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第3章 传感器及检测技术
3.1.2 传感器的分类 往往同一被测量可以用不同类型的传感器来测量，而同
一原理的传感器又可测量多种物理量，因此传感器有许多种 分类方法。下面介绍常见的传感器分类方法。
1．按传感器的用途分类 传感器按照其用途可分为力敏传感器、位置传感器、液 面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线 辐射传感器、热敏传感器和24 GHz雷达传感器等。 2．按传感器的原理分类 传感器按照其原理可分为振动传感器、湿敏传感器、磁 敏传感器、气敏传感器、真空度传感器和生物传感器等。
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第3章 传感器及检测技术
3．按传感器的输出信号标准分类 传感器按照其输出信号的标准可分为以下几种： (1) 模拟传感器：将被测量的非电学量转换成模拟电信 号。 (2) 数字传感器：将被测量的非电学量转换成数字输出 信号(包括直接和间接转换)。 (3) 膺数字传感器：将被测量的信号量转换成频率信号 或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。 (4) 开关传感器：当一个被测量的信号达到某个特定的 阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
(3) 迟滞：指传感器在输入量由小到大(正行程)及输入 量由大到小(反行程)变化期间其输入、输出特性曲线不重合 的现象。对于同一大小的输入信号，传感器的正、反行程输 出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。
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第3章 传感器及检测技术
(1) 线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系 曲线偏离拟合直线的程度。
其定义为在全量程范围内实际特性曲线与拟合直线之间 的最大偏差值与满量程输出值之比。
(2) 灵敏度：是传感器静态特性的一个重要指标。其定 义为输出量的增量与引起该增量的相应输入量增量之比。通 常用S表示灵敏度。
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第3章 传感器及检测技术
与采用新材料紧密相关的传感器开发工作可以归纳为下 述三个方向：
(1) 在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后 使它们能在传感器技术中得到实际使用。
(2) 探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应 来改进传感器技术。
(3) 在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反 应，并在传感器技术中加以具体实施。
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能 将检测感受到的信息按一定规律变换成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。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
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第3章 传感器及检测技术
关于传感器，我国曾出现过多种名称，如发送器、传送 器、变送器等，它们的内涵相同或相似，所以近年来已逐渐 趋向统一，大都使用“传感器”这一名称了。从字面上可以 作如下解释：传感器的功用是一感二传，即感受被测信息， 并传送出去。根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转 换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器 (Transducer)”来称呼“传感器(Sensor)”。
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第3章 传感器及检测技术
4．按传感器的材料分类 在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有 特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即 那些具有功能特性的材料，将被用来制作传感器的敏感元件。 从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类： (1) 按材料的类别分类：金属聚合物和陶瓷混合物。 (2) 按材料的物理性质分类：导体、半导体、绝缘体和 磁性材料。 (3) 按材料的晶体结构分类：单晶、多晶和非晶材料。
第3章 传感器及检测技术
第3章 传感器及检测技术
3.1 传感器 3.2 检测技术基础 3.3 典型传感器简介 3.4 智能检测系统
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第3章 传感器及检测技术
3.1 传 感 器
3.1.1 传感器概述 传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外
界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成(如烟雾)， 并将探知的信息传递给其他装置或器官。
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第3章 传感器及检测技术
(3) 厚膜传感器是利用相应材料的浆料涂覆在陶瓷基片 上制成的，基片通常是用Al2O3制成的，然后进行热处理， 使厚膜成形。
(4) 陶瓷传感器是采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工 艺(溶胶-凝胶等)生产的。完成适当的预备性操作之后，已成 形的元件在高温中进行烧结。
厚膜传感器和陶瓷传感器这两种工艺之间有许多共同特 性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变形。
现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材 料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导 体以及介质材料的应用密切关联的。
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第3章 传感器及检测技术
5．按传感器的制造工艺分类 传感器按照其制造工艺可分为集成传感器、薄膜传感器、 厚膜传感器和陶瓷传感器。 (1) 集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的 工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电 路也集成在同一芯片上。 (2) 薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的相 应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分 电路制造在此基板上。
每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发 和生产所需的资本投入较低以及传感器参数的高稳定性等原 因，采用陶瓷传感器和厚膜传感器比较合理。
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第3章 传感器及检测技术
6．按传感器的测量目的不同分类 传感器根据测量目的不同可分为物理型传感器、化学型 传感器和生物型传感器。 (1) 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质发 生明显变化的特性制成的。 (2) 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等 化学量转化成电学量的敏感元件制成的。 (3) 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做 成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器。