《物联网概论》传感器

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1、物联网概论-韩毅刚物联网概论&第6章 传感器&机械工业出版社物联网概论-韩毅刚第6章 传感器&6.1 传感器的基本概念 &6.2 传统传感器 &6.3 新型传感器物联网概论-韩毅刚6.1 传感器的基本概念&6.1.1 传感器的定义 &6.1.2 传感器的构成 &6.1.3 传感器的特性物联网概论-韩毅刚6.1.1 传感器的定义 GB766587对传感器的定义 “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” 物联网概论-韩毅刚4物联网概论-韩毅刚传感器的功能 一感二传 感受被测信息 并传送出去物联网概论-韩毅刚5物联网概论-韩毅刚6.1.2 传感器的构成 敏感元件 转换元

2、件 转换电路物联网概论-韩毅刚6物联网概论-韩毅刚传感器的构成物联网概论-韩毅刚7物联网概论-韩毅刚传感器结构类型 自源型 辅助能源型 带激励源 外源型。物联网概论-韩毅刚8物联网概论-韩毅刚6.1.3 传感器的特性 静态特性 动态特性物联网概论-韩毅刚9物联网概论-韩毅刚传感器静态特性 线性度 灵敏度 迟滞 重复性 漂移物联网概论-韩毅刚10物联网概论-韩毅刚拟合方法物联网概论-韩毅刚11物联网概论-韩毅刚传感器动态特性 时域单位阶跃响应性能指标 频域频率特性性能指标物联网概论-韩毅刚12物联网概论-韩毅刚6.2 传统传感器&6.2.1 阻抗型传感器 &6.2.2 电压型传感器 &6.2.3

3、 磁敏型传感器 &6.2.4 气体传感器物联网概论-韩毅刚6.2.1 阻抗型传感器 1.电阻式传感器 2.电容式传感器 3.电感式传感器物联网概论-韩毅刚14物联网概论-韩毅刚1.电阻式传感器 电位器式传感器 电阻应变式传感器物联网概论-韩毅刚15物联网概论-韩毅刚电阻式传感器产品 （a）是典型的电位器式传感器 （b）是BF350-3AA型电阻应变片物联网概论-韩毅刚16物联网概论-韩毅刚电位器式传感器 电位器式传感器工作原理物联网概论-韩毅刚17物联网概论-韩毅刚电位器式传感器的结构形式 线绕电位器 非线绕电位器物联网概论-韩毅刚18物联网概论-韩毅刚电阻应变式传感器 基于应变电阻效应的电阻

4、式传感器 应变片 组成结构 应变片 测量电路 弹性敏感元件 一些附件 如外壳 连接设备等物联网概论-韩毅刚19物联网概论-韩毅刚2.电容式传感器 变极距型电容传感器 变面积型电容传感器 变介电常数型电容传感器物联网概论-韩毅刚20物联网概论-韩毅刚电容式传感器产品 ZCS1100型精密电容位移传感器物联网概论-韩毅刚21物联网概论-韩毅刚3.电感式传感器 自感式传感器 互感式传感器物联网概论-韩毅刚22物联网概论-韩毅刚自感式传感器组成 线圈 铁芯 衔铁物联网概论-韩毅刚23物联网概论-韩毅刚自感式传感器类型 变气隙式 变面积式 螺管式物联网概论-韩毅刚24物联网概论-韩毅刚自感式传感器产品物

5、联网概论-韩毅刚25物联网概论-韩毅刚6.2.2 电压型传感器 1.压电式传感器 2.热电偶传感器 3.光电式传感器 4.光纤传感器物联网概论-韩毅刚26物联网概论-韩毅刚1.压电式传感器 压电效应 压电元件 有源传感器物联网概论-韩毅刚27物联网概论-韩毅刚压电材料类型 压电晶体 （单晶） 压电石英晶体 其他压电单晶 压电陶瓷 （多晶半导瓷） 新型压电材料 压电半导体 有机高分子压电材料物联网概论-韩毅刚28物联网概论-韩毅刚压电式传感器产品物联网概论-韩毅刚29物联网概论-韩毅刚2.热电偶传感器 热电效应 简称热电偶物联网概论-韩毅刚30物联网概论-韩毅刚热电效应示意图 塞贝克效应 回路中

6、产生的电势使热能转变为电能物联网概论-韩毅刚31物联网概论-韩毅刚热电材料规格表型号 标志材料温度范围(0C ）型号标 志材料温度范围 (0C） S铂铑10-铂-501768N镍铬硅- 镍硅-2701300R铂铑13-铂-501768E镍铬-康 铜-2701000B铂铑30-铂铑 601820J铁-康铜-2101200K镍铬-镍硅-2701372T铜-康铜-270400物联网概论-韩毅刚32物联网概论-韩毅刚热电偶传感器产品 高温热电偶传感器物联网概论-韩毅刚33物联网概论-韩毅刚3.光电式传感器 光电发射型光电器件 光导型光电器件 光伏型光电器件物联网概论-韩毅刚34物联网概论-韩毅刚光电效

7、应 外光电效应 光导效应 光生伏特效应物联网概论-韩毅刚35物联网概论-韩毅刚光电传感器的类型 透射式 反射式 辐射式 遮挡式 开关式物联网概论-韩毅刚36物联网概论-韩毅刚光电传感器产品 红外避障传感器物联网概论-韩毅刚37物联网概论-韩毅刚4.光纤传感器 利用光导纤维的传光特性 光学性质 强度 波长 频率 相位 偏正态物联网概论-韩毅刚38物联网概论-韩毅刚光纤传感器产品 光纤陀螺仪物联网概论-韩毅刚39物联网概论-韩毅刚6.2.3 磁敏型传感器 1.霍尔传感器 2.磁电传感器物联网概论-韩毅刚40物联网概论-韩毅刚1.霍尔传感器 霍尔效应 当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产

8、生电动势物联网概论-韩毅刚41物联网概论-韩毅刚霍尔效应原理图物联网概论-韩毅刚42物联网概论-韩毅刚霍尔传感器 霍尔电流传感器 霍尔位移传感器 霍尔位置传感器物联网概论-韩毅刚43物联网概论-韩毅刚霍尔电流传感器 通电螺线管内部存在磁场 其大小与导线中的电流成正比物联网概论-韩毅刚44物联网概论-韩毅刚霍尔位移传感器的原理 几种产生梯度磁场的磁系统 几种霍尔位移传感器的静态特性物联网概论-韩毅刚45物联网概论-韩毅刚霍尔位移传感器 HP-M/HW-M型霍尔位移传感器物联网概论-韩毅刚46物联网概论-韩毅刚霍尔位置传感器 四霍尔元件组合定位物联网概论-韩毅刚47物联网概论-韩毅刚霍尔位置传感器

9、产品 用霍尔位置传感器制成的复位开关物联网概论-韩毅刚48物联网概论-韩毅刚2.磁电传感器 变磁通式传感器 恒磁通式传感器物联网概论-韩毅刚49物联网概论-韩毅刚磁电式扭矩传感器 一般结构模型物联网概论-韩毅刚50物联网概论-韩毅刚磁电感应式流量计 结构模型物联网概论-韩毅刚51物联网概论-韩毅刚磁电转速传感器 HZ-60式无源磁电转速传感器物联网概论-韩毅刚52物联网概论-韩毅刚6.2.4 气体传感器 1.半导体气体传感器 2.震动频率型气体传感器物联网概论-韩毅刚53物联网概论-韩毅刚1.半导体气体传感器 电阻型 氧化物半导体气体传感器 非电阻型 MOSFET 金属氧化层半导体场效晶体管物

10、联网概论-韩毅刚54物联网概论-韩毅刚氧化物半导体气体传感器 传感器吸入一定的氧化性气体，则阻值增大物联网概论-韩毅刚55物联网概论-韩毅刚氧化物半导体气体传感器产品 TGS821型氢气传感器物联网概论-韩毅刚56物联网概论-韩毅刚MOSFET气体传感器工作原理 挥发性有机化合物气体与催化金属接触发生反应 反应产物扩散到MOSFET的栅极 从而改变了器件的性能物联网概论-韩毅刚57物联网概论-韩毅刚2.震动频率型气体传感器 表面弹性波传感器 晶振膜传感器物联网概论-韩毅刚58物联网概论-韩毅刚表面弹性波传感器 SAW surface acoustic wave device物联网概论-韩毅刚5

11、9物联网概论-韩毅刚晶振膜传感器 QCM quartz crystal micro-balance石英晶体微质量秤 晶体片涂层接触被测气体 有气体分子吸附时 膜质量增加 谐振频率降低物联网概论-韩毅刚60物联网概论-韩毅刚6.3 新型传感器&6.3.1 多功能传感器 &6.3.2 MEMS传感器 &6.3.3 智能传感器物联网概论-韩毅刚6.3.1 多功能传感器物联网概论-韩毅刚62 实现形式 应用举例物联网概论-韩毅刚多功能传感器的实现形式 几种不同的敏感元件组合在一起 同一敏感元件的不同效应 同一敏感元件在不同的激励下所表现出不同的特 性物联网概论-韩毅刚63物联网概论-韩毅刚多功能传感器

12、产品 HCS01多功能传感器一个三轴加速度传感器 一个气压传感器 两个磁阻传感器物联网概论-韩毅刚64物联网概论-韩毅刚6.3.2 MEMS传感器 1MEMS的特点 2MEMS的组成 3MEMS的应用 4MEMS传感器的工作原理物联网概论-韩毅刚65物联网概论-韩毅刚MEMS 微机电系统 Micro Electro Mechanical System 特征尺度介于1m和1nm之间 既有电子部件，又有机械部件物联网概论-韩毅刚66物联网概论-韩毅刚1MEMS的特点 微型化 批量生产 集成化 方便扩展 多学科交叉物联网概论-韩毅刚67物联网概论-韩毅刚2MEMS的组成 微传感器 微执行器 信号处理

13、和控制电路 通信接口 电源等部件物联网概论-韩毅刚68物联网概论-韩毅刚MEMS系统组成及信号流图物联网概论-韩毅刚69物联网概论-韩毅刚3MEMS的应用 MEMS传感器速度 加速度 压力 温度 湿度 气体 磁、光、声 生物 化学等物联网概论-韩毅刚70物联网概论-韩毅刚电脑体感控制器 基于MEMS技术实现的电脑体感控制器物联网概论-韩毅刚71物联网概论-韩毅刚MEMS传感器 微压力传感器 微加速度传感器 微陀螺 微流量传感器 微气体传感器 微温度传感器物联网概论-韩毅刚72物联网概论-韩毅刚4MEMS传感器的工作原理 微压力传感器 MEMS硅压阻式压力传感器 MEMS硅电容式压力传感器物联网

14、概论-韩毅刚73物联网概论-韩毅刚MEMS硅压阻式压力传感器原理物联网概论-韩毅刚74物联网概论-韩毅刚MEMS硅压阻式压力传感器结构图 应力杯物联网概论-韩毅刚75物联网概论-韩毅刚硅压阻式压力传感器产品物联网概论-韩毅刚76物联网概论-韩毅刚MEMS硅电容式压力传感器 结构模型 产品物联网概论-韩毅刚77物联网概论-韩毅刚6.3.3 智能传感器 1智能传感器的特征 2智能传感器的组成和工作原理物联网概论-韩毅刚78物联网概论-韩毅刚1智能传感器的特征 A/D模块 自己的指令系统 自我诊断功能 双向数据通信功能 数据储存功能 自动补偿功能 自校准功能 安全识别功能和超限报警功能物联网概论-韩毅刚79物联网概论-韩毅刚2智能传感器组成和工作原理 智能传感器组成 智能传感器工作原理物联网概论-韩毅刚80物联网概论-韩毅刚智能传感器组成 传感器敏感元件 信号处理模块 微处理器模块 输出接口电路物联网概论-韩毅刚81物联网概论-韩毅刚智能传感器工作原理 智能传感器在工作时的信号流程物联网概论-韩毅刚82物联网概论-韩毅刚智能压力传感