《型传感器》PPT课件

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1、第十二章第十二章 新型传感器新型传感器 本章学习集成温度传感器、磁本章学习集成温度传感器、磁性传感器、光导纤维传感器、图像性传感器、光导纤维传感器、图像传感器的原理以及他们的应用，还传感器的原理以及他们的应用，还涉及数码相机的相关知识。涉及数码相机的相关知识。 5/13/20221第一节第一节 集成温度传感器集成温度传感器 集成温度传感器（温度集成温度传感器（温度IC）将温度敏感）将温度敏感元件和放大、运算和补偿等电路采用微电子元件和放大、运算和补偿等电路采用微电子技术和集成工艺集成在一片芯片上，从而构技术和集成工艺集成在一片芯片上，从而构成集测量、放大、电源供电回路于一体的高成集测量、放大、

2、电源供电回路于一体的高性能的测温传感器。性能的测温传感器。 5/13/20222一、集成温度传感器的测温原理一、集成温度传感器的测温原理 PN结的结的 温度特性温度特性 二极管的正向二极管的正向电压降电压降UD以以 -2mV/ 变变化化 5/13/20223集成温度传感器的类型集成温度传感器的类型 集成温度传感器可分为：模拟型集成温集成温度传感器可分为：模拟型集成温度传感器和数字型集成温度传感器。模拟型度传感器和数字型集成温度传感器。模拟型的输出信号形式有电压型和电流型两种。的输出信号形式有电压型和电流型两种。 电压型的灵敏度多为电压型的灵敏度多为10mV/（以摄氏温度（以摄氏温度0作为电压的

3、零点），电流型的灵敏度多为作为电压的零点），电流型的灵敏度多为1A/K（以绝对温度（以绝对温度0K作为电流的零点）；作为电流的零点）；数字型又可以分为开关输出型、并行输出型、数字型又可以分为开关输出型、并行输出型、串行输出型等几种不同的形式。串行输出型等几种不同的形式。 5/13/20224（一）模拟型集成温度传感器（一）模拟型集成温度传感器 1.1.模拟型集成温度传感器模拟型集成温度传感器 电流输出型温度电流输出型温度传感器能产生一个与传感器能产生一个与绝对温度成正比的电绝对温度成正比的电流作为输出，流作为输出，AD590是电流输出型温度传是电流输出型温度传感器的典型产品。感器的典型产品。

4、5/13/20225AD590封装示意图封装示意图 空脚（接地）空脚（接地）5/13/20226AD590的基本转换电路的基本转换电路 电流电流- -电压转换电路电压转换电路（10mV/K） 增加负载电增加负载电阻的阻值可提阻的阻值可提高输出电压。高输出电压。5/13/20227AD590的基本转换电路的基本转换电路 输出输出电压电压Uo与热力学温度与热力学温度成正比（成正比（1mV/K） 输出电压输出电压Uo与与 摄氏温度成正比摄氏温度成正比（100mV/） 5/13/20228电压输出型集成温度传感器电压输出型集成温度传感器 LM35/45LM35/45的外形及引脚图的外形及引脚图 5/1

5、3/20229电压输出型集成温度传感器电压输出型集成温度传感器 LM35/45 LM35/45构成的摄氏温度测量电路构成的摄氏温度测量电路及组装成的测温传感器及组装成的测温传感器5/13/202210在电脑中，集成温度传感器用于在电脑中，集成温度传感器用于CPUCPU散热保护电路散热保护电路散热风扇散热风扇集成温度集成温度ICCPU插座插座CPU散热片散热片5/13/202211MAX6502用于控制散热风扇的转速用于控制散热风扇的转速当当CPU进行复杂运算时，风扇处于全速运行。进行复杂运算时，风扇处于全速运行。 场效应管场效应管功率驱动功率驱动 5/13/202212休休 息息 一一 下下5

6、/13/202213第二节第二节 磁性传感器磁性传感器 一、磁致伸缩效应及应用一、磁致伸缩效应及应用 稀土原料稀土原料 某些磁性材料在外某些磁性材料在外磁场作用下，物理尺寸磁场作用下，物理尺寸会发生变化，去掉外磁会发生变化，去掉外磁场后，又恢复到原来的场后，又恢复到原来的尺寸，这种现象称为磁尺寸，这种现象称为磁致伸缩效应。稀土超磁致伸缩效应。稀土超磁致伸缩材料是目前性能致伸缩材料是目前性能最好的超磁致伸缩材料最好的超磁致伸缩材料之一。之一。 5/13/202214稀土超磁致伸缩材料的应用稀土超磁致伸缩材料的应用 稀土超磁致伸稀土超磁致伸缩缩材料可将材料可将电电磁能磁能转换转换成机械能或声能（或

7、机械位移信息或声信成机械能或声能（或机械位移信息或声信息），相反也可以将机械能（或机械位移息），相反也可以将机械能（或机械位移与信息）与信息）转换转换成成电电磁能（或磁能（或电电磁信息），磁信息），它是重要的能量与信息它是重要的能量与信息转换转换功能材料，可功能材料，可用于制作大功率声用于制作大功率声纳传纳传感器感器。5/13/202215声纳的应用声纳的应用 声纳声纳发射、发射、接收器接收器声纳反潜声纳反潜5/13/202216声纳反潜的原理声纳反潜的原理 5/13/202217磁致伸缩位移传感器磁致伸缩位移传感器（参考德国图尔克公司资料）（参考德国图尔克公司资料） 位移位移5/13/202

8、218磁致伸缩液位传感器磁致伸缩液位传感器（参考广东康宇测控仪表公司资料）（参考广东康宇测控仪表公司资料） 磁致伸缩液位传磁致伸缩液位传感器可靠性强、耐腐感器可靠性强、耐腐蚀、安装方便。蚀、安装方便。 5/13/202219磁致伸缩液位传感器结构磁致伸缩液位传感器结构信号处理单元壳体信号处理单元壳体 不锈钢套管不锈钢套管 （内有磁致伸缩线）（内有磁致伸缩线）浮子浮子（内有内有磁磁铁铁）吃水线吃水线5/13/202220磁致伸缩液位传感器的应用磁致伸缩液位传感器的应用5/13/202221各种液位计的外形和安装比较（续）各种液位计的外形和安装比较（续）5/13/202222二、磁敏传感器二、磁敏

9、传感器 磁敏电阻：半导体材料的电阻率随磁场强度的磁敏电阻：半导体材料的电阻率随磁场强度的增强而变大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻效增强而变大，这种现象称为磁阻效应，利用磁阻效应制成的元件称为磁敏电阻。应制成的元件称为磁敏电阻。 5/13/202223磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用 磁敏电阻可用于磁敏电阻可用于测量地球磁场的方向测量地球磁场的方向及强度的变化。及强度的变化。 指南针只能指示指南针只能指示地球磁场的方向。地球磁场的方向。5/13/202224地球磁场地球磁场“导演导演”的的极光极光（加拿大育空地（加拿大育空地区）区）5/13/202225磁阻式电子罗盘磁阻式电子罗盘 5/13/20

10、2226磁敏电阻磁敏电阻IC及其应用及其应用 线性磁阻位置传感器线性磁阻位置传感器5/13/202227磁敏电阻的应用磁敏电阻的应用 根据铁磁根据铁磁物体对地磁的物体对地磁的扰动，可检测扰动，可检测车辆的存在，车辆的存在，可用于包括自可用于包括自动开门，路况动开门，路况监测，停车场监测，停车场检测，车辆位检测，车辆位置监测，红绿置监测，红绿灯控制等。灯控制等。 5/13/202228利用磁敏电阻制作小型探矿仪利用磁敏电阻制作小型探矿仪（磁力仪）（磁力仪） 磁敏电阻磁敏电阻（聚四氟乙烯（聚四氟乙烯封装）封装） 磁力磁力 探矿仪探矿仪的使用的使用5/13/202229磁敏电阻小型探矿仪磁敏电阻小型

11、探矿仪 上海直川信息技术有限公司研制上海直川信息技术有限公司研制的磁阻探矿仪及数据统计曲线图的磁阻探矿仪及数据统计曲线图5/13/202230磁阻磁阻IC用于转速测量用于转速测量 磁力线集中磁力线集中磁力线分散磁力线分散5/13/202231磁阻磁阻IC用于笔式验钞器用于笔式验钞器 验钞笔顺着纸币上的验钞笔顺着纸币上的磁性防伪线扫描磁性防伪线扫描 5/13/202232休休 息息 一一 下下5/13/202233第三节第三节 光导纤维传感器光导纤维传感器 光的全反射实验光的全反射实验 5/13/202234各种装饰性光导纤维各种装饰性光导纤维 5/13/202235 发光发光二极管产二极管产生

12、多种颜生多种颜色的光线，色的光线，通过光导通过光导纤维传导纤维传导到东方明到东方明珠球体的珠球体的表面。在表面。在计算机控计算机控制下，可制下，可产生动态产生动态图案。图案。上海东方明珠上海东方明珠5/13/202236光纤传感器光纤传感器外形外形 5/13/202237光的反射、折射光的反射、折射 当一束光线以一定的入射角当一束光线以一定的入射角1 1从介质从介质1 1射到介质射到介质2 2的分界面上时，一部分能量反的分界面上时，一部分能量反射回原介质；另一部分能量则透过分界面，射回原介质；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播。在另一介质内继续传播。 5/13/202238 光的光

13、的全反射全反射 当减小入射角时，进入介质当减小入射角时，进入介质2 2的折射光与分界面的的折射光与分界面的夹角将相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传夹角将相应减小，将导致折射波只能在介质分界面上传播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角播。对这个极限值时的入射角，定义为临界角c c。当。当入射角小于入射角小于c c时，入射光线将发生全反射。时，入射光线将发生全反射。5/13/202239光在光在光纤中光纤中的全反射的全反射 5/13/202240光纤的结构光纤的结构 5/13/202241光缆的外形光缆的外形及及光纤的拉制光纤的拉制 5/13/202242光纤的类型光纤的类型 阶跃型：阶

14、跃型：光纤纤芯的折射率分布各点光纤纤芯的折射率分布各点均匀一致，称为多模光纤。均匀一致，称为多模光纤。 5/13/202243 梯度型梯度型：梯度型光纤的的折射率呈聚梯度型光纤的的折射率呈聚焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则焦型，即在轴线上折射率最大，离开轴线则逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包逐步降低，至纤芯区的边沿时，降低到与包层区一样。层区一样。 5/13/202244单孔型光纤单孔型光纤 单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米）单孔型光纤的纤芯直径较小（数微米）接近于被传输光波的波长，光以电磁场接近于被传输光波的波长，光以电磁场“模模”的原理在纤芯中传导，能量损失很小，适的原理在纤芯

15、中传导，能量损失很小，适宜于远距离传输。宜于远距离传输。 5/13/202245与光纤耦合的电光与光电转换器件与光纤耦合的电光与光电转换器件 实现电光转换的元件通常是发光二极实现电光转换的元件通常是发光二极管或激光二极管。管或激光二极管。 5/13/202246激光二极管的外形激光二极管的外形 激光二极管芯片激光二极管芯片5/13/202247激光二极管激光二极管的与的与发光二极管的发光二极管的 带宽及带宽及效率的比较效率的比较 单模光纤单模光纤必须采用能发必须采用能发射单一光谱的射单一光谱的激光二极管，激光二极管，它在传导过程它在传导过程中的发散损耗中的发散损耗较小，稳定性较小，稳定性较高。

16、较高。5/13/202248光纤的损耗光纤的损耗 光纤在传输光纤在传输信号的过程中损信号的过程中损耗应尽量小且稳耗应尽量小且稳定。在某些波长定。在某些波长上，光纤的损耗上，光纤的损耗非常小。可选择非常小。可选择适当波长的电光适当波长的电光转换元件与之匹转换元件与之匹配。配。 5/13/202249专用的光纤连接头及光纤插座专用的光纤连接头及光纤插座 光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心光纤与电光转换元件耦合时，两者的轴心必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及必须严格对准并固定，可使用专用的连接头及光纤插座来完成。光纤插座来完成。 5/13/202250光纤传感器光纤传感器 光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元光纤传感器就是将光纤自身作为敏感元件（也称作测量臂），直接接收外界的被测件（也称作测量臂），直接接收外界的被测量。被测量可引起光纤的长度、折射率、直量。被测量可引起光纤的长度、折射率、直径等方面的变化，从而使得在光纤内传输的径等方面的变化，从而使得在光纤内传输的光被调制。若将光看成简谐振动的电磁波，光被调制。若将光看成简谐振动的电磁波，则光可以被调制的参数有四个，即振幅（强则光可以