传感器与检测技术项目八 传感检测新技术.ppt

项目八 传感检测新技术,学习目标,1了解智能传感器的概念、功能和特点。 2了解智能传感器的组成和实现途径。 3了解智能压力传感器和智能温度传感器。 4了解生物传感器的基本知识。 5了解常用生物传感器的应用。 6了解微机电系统。 7了解微型传感器及应用。,本章任务,任务一 智能传感器及应用 任务二 生物传感器及应用 任务三 微型传感器及应用,一、智能传感器的概念,“一种带微处理器并具有检测、判断、处理、记忆、思维等功能的传感器”。,智能传感器（Smart Sensor或Intelligent Sensor）是将传统传感器与微处理器结合，实现一定数据处理能力，并具有自检、自校、自补偿功能的新一代传感器，它将“感知”和“认知”结合起来，起到了人的五官的作用。,任务一 智能传感器及应用,二、智能传感器的功能与特点,（一）智能传感器的功能,1自校准功能,2自诊断功能,3检测数据自动处理功能,4软件组态功能,5信息存储和记忆功能,6双向通信和数字输出,任务一 智能传感器及应用,二、智能传感器的功能与特点,（二）智能传感器的特点,2高可靠性与高稳定性,3高信噪比与高分辨率,4自适应性强,5高性价比,1高精度,任务一 智能传感器及应用,三、智能传感器的组成,智能传感器组成框图,任务一 智能传感器及应用,四、智能传感器的实现,1模块化实现,将传统传感器、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器等模块装配在同一壳体内.,任务一 智能传感器及应用,模块化智能传感器框图,四、智能传感器的实现,2集成化实现,采用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用半导体硅材料制作敏感元件，将信号调理电路和微处理器等器件集成在一块芯片上构成的。,任务一 智能传感器及应用,集成智能传感器外形图,四、智能传感器的实现,3混合实现,将智能传感器的各个环节，如敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数字总线接口等，以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里构成的。,任务一 智能传感器及应用,五、智能传感器的应用,（一）智能压力传感器,同时检测出差压、静压和温度信号，并经自动处理后输出实际压力信号。,ST-3000系列智能压力传感器原理框图,任务一 智能传感器及应用,五、智能传感器的应用,（二）DS18B20智能温度传感器,供电电压扩大为3.05.5V； 3引脚PR-35封装或8引脚小外形集成电路封装； 应用中不需要外部任何元器件即可测温； 测温范围在-55125之间，测温不确定度可达0.5； 数字温度计的分辨率用户可从912bit选择； 用户可自设定非易失性的温度报警上下限值； 具有电源反接的保护电路。,任务一 智能传感器及应用,五、智能传感器的应用,（二）DS18B20智能温度传感器,DS18B20内部结构示意图,任务一 智能传感器及应用,任务一 智能传感器及应用,五、智能传感器的应用,（二）DS18B20智能温度传感器,DS18B20测温原理框图,任务一 智能传感器及应用,五、智能传感器的应用,（二）DS18B20智能温度传感器,DS18B20组成的小型测温网络,任务二 生物传感器及应用,一、生物传感器概述,（一）生物传感器的定义,利用各种生物体成分，如酶、抗体、抗原、激素等或生物体本身，如细胞、细胞体等，把它们作为传感器的敏感材料固定在高分子人工膜等固定载体上，用于检测和设别被测生物体内的化学成分，并通过一种合适的换能器将其产生的物理量、化学量的变化转换成电信号 。,任务二 生物传感器及应用,一、生物传感器概述,（二）生物传感器的特点,（1）分析速度快。主要在无试剂条件下操作，可以在较短的时间内得到结果。 （2）准确度高和灵敏度高，一般相对误差不超过1%。由于生物敏感膜的高度特异性和灵敏度，因此能检测一些含量极低的检测对象。 （3）操作较简单，能连续在线检测，容易实现自动分析。 （4）专一性强，只对特定的底物起反应，且不受颜色、浊度的影响。 （5）经固化处理后，能长期保持其生理活性，传感器可反复使用。 （6）检测信息以电信号方式直接输出，容易实现检测自动化。 （7）使用寿命较短。,任务二 生物传感器及应用,一、生物传感器概述,（三）生物传感器的分类,生物传感器的分类,任务二 生物传感器及应用,一、生物传感器概述,（四）生物传感器的应用,生物传感器在医疗检验、环境监测、食品工业、生物工程、农业、畜牧业等领域,任务二 生物传感器及应用,二、生物传感器的基本原理,生物传感器由生物敏感膜和物理-化学变换器两部分组成。生物敏感物质附着于膜上或包含于膜之中（称为固定化），当被测物经扩散进入生物敏感膜层，发生物理、化学变化，经分子识别，由相应的物理-化学变换器转换成定量的、可传输和处理的电信号。,任务二 生物传感器及应用,三、酶传感器及应用,酶传感器主要由固定化的酶膜和电化学电极系统复合而成。在传感器的化学电极的敏感面上装上固定化酶膜，当酶膜接触被测物时，催化被测物的固有反应，使反应的有关物质明显变化，该变化再转换为电极中的电流或电位的变化。,（一）酶传感器概述,任务二 生物传感器及应用,三、酶传感器及应用,（二）酶传感器的应用,1.葡萄糖酶传感器,2.尿素传感器,任务二 生物传感器及应用,四、微生物传感器及应用,（一）微生物传感器概述,微生物传感器由生物活性材料固定在载体上成为固定化微生物膜及转换器件（电化学装置）两部分组成。它一般分为呼吸机能型和代谢机能型两类。,任务二 生物传感器及应用,四、微生物传感器及应用,（二）酶传感器的应用,1.葡萄糖微生物传感器,2.醋酸传感器,醋酸浓度检测系统,任务二 生物传感器及应用,五、免疫传感器及应用,（一）免疫传感器概述,利用抗体能识别抗原并与抗原结合的双重功能组成的生物传感器。将抗原（或抗体）固定于膜上，就形成具有识别免疫反应的生物敏感膜，当它与被测抗体（或抗原）接触时，会产生特异反应，从而使敏感膜的电位发生变化。,任务二 生物传感器及应用,五、免疫传感器及应用,（二）免疫传感器的应用,梅毒抗体传感器的结构示意图,任务三 微型传感器及应用,一、微机电系统,（一）微机电系统简介,微机电系统组成框图,任务三 微型传感器及应用,一、微机电系统,（二）微机电系统的特点,（1）零件微型化。 （2）受制造工艺和方法的限制，结构零件一般为两维的、扁平零件。 （3）系统所用材料基本上为半导体材料，但也越来越多地使用塑料材料。 （4）系统各部分被集成为相应独立的子系统，如传感器、处理单元、执行器等。,任务三 微型传感器及应用,一、微机电系统,（三）微机电系统的加工技术,1.超精密加工及特种加工 2.表面微加工 3.体微加工 4.LIGA技术,任务三 微型传感器及应用,二、微型传感器,（一）微型传感器的含义,利用集成电路工艺和微组装工艺，基于各种物理效应的机械、电子元器件集成在一个基片上的传感器。 微型传感器包括三个层面的含义： （1）单一微型传感器：一般敏感元件的尺寸为毫米级到微米级、有的甚至达到纳米级。 （2）集成化微型传感器：将微型敏感元件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上，形成集成的传感器。 （3）微传感器系统：包括微传感器、微执行器等，可独立工作。,任务三 微型传感器及应用,二、微型传感器,（二）微型传感器的特点,（1）空间占有率小。 （2）灵敏度高，响应速度快。能实时跟踪局部的运动状态。 （3）便于集成化和多功能化。 （4）可靠性高。 （5）消耗小，可节能。 （6）价格低廉。,任务三 微型传感器及应用,三、常用微型传感器及应用,（一）压阻式微型传感器,1.压阻式微压力传感器,