第3章 物联网传感器介绍

1、1传感器的时代 物联网来了物联网来了感知识别技术融合物理世界和信息世界，是物联网区别于其他网络最独特的部分。感知识别技术融合物理世界和信息世界，是物联网区别于其他网络最独特的部分。3第第3章章 物联网传感器介绍物联网传感器介绍传感器简介与常见分类传感器简介与常见分类3.1几种常用传感器和智能传感器几种常用传感器和智能传感器3.2无线传感器网络（无线传感器网络（WSNWSN）简介）简介3.343.1传感器简介与常见分类1、传感器概念、传感器概念 信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。的高速发展

2、，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。 传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，传感器已成为自动化系统和机器人技术中的关键部件，作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。作为系统中的一个结构组成，其重要性变得越来越明显。 理论上讲传感器是一种能把物理量或化学量转变理论上讲传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。成便于利用的电信号的器件。 传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测传感器是传感器系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。量信号输入的第一道关口。53.1传感器简介与常见分类 国际电工委员会（国际电工委员会（IEC）的定义）的定义为：为

3、：“传感器是测量系传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号号”。 我国国家标准我国国家标准GB7665-87对传感器下的定义对传感器下的定义是：是：“能能感感受（或响应）规定的被测量并按照一定的规律转换成可用受（或响应）规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏信号的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及响应的电子线感元件和产生可用信号输出的转换元件以及响应的电子线路所组成。路所组成。”63.1传感器简介与常见分类 常用定义常用定

4、义传感器是一种检测装置，能感受到被测量的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，按一定规律变换成为电信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处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。理、存储、显示、记录和控制等要求。 传感器传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。是实现自动检测和自动控制的首要环节。73.1传感器简介与常见分类 在检测控制系统和科学实验中，需要对各种参在检测控制系统和科学实验中，需要对各种参数进行检测和控制，而要达到比较优良的控制性能数进行检测和控

5、制，而要达到比较优良的控制性能，则必须要求传感器能够感测被测量的变化并且不，则必须要求传感器能够感测被测量的变化并且不失真地将其转换为相应的电量，这种要求主要取决失真地将其转换为相应的电量，这种要求主要取决于传感器的基本特性。于传感器的基本特性。传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性。传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性。2、传感器的性能指标、传感器的性能指标82、传感器的性能指标、传感器的性能指标 静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。系统的输出与输入之间的关系。 （1）线性度）线性度

6、（2）测量范围和量程）测量范围和量程（3）漂移）漂移（4）迟滞）迟滞（5）重复性）重复性（6）灵敏度）灵敏度（7）精度）精度（8）分辨率）分辨率（9）稳定性）稳定性主要包括主要包括：92、传感器的性能指标、传感器的性能指标 动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系。的输出与输入之间的关系。 传感器的输入信号是随时间变化的动态信号，这时就要求传感器传感器的输入信号是随时间变化的动态信号，这时就要求传感器能时刻精确地跟踪输入信号，按照输入信号的变化规律输出信号。能时刻精确地跟踪输入信号，按照输入信号的变化规律输出

7、信号。 动态特性就是指传感器对于随时间变化的输入信号的响应特性，通常要求传感器不仅能精确地显示被测量的大小，而且还能复现被测量随时间变化的规律，这也是传感器的重要特性之一。103.1传感器简介与常见分类3、传感器的常见分类、传感器的常见分类（1）按被测参量分类按被测参量分类：A、机械量参量：如位移传感器，速度传感器等。机械量参量：如位移传感器，速度传感器等。B、热工参量：如温度传感器、压力传感器等。热工参量：如温度传感器、压力传感器等。C、物性参量：如物性参量：如pH 传感器、氧含量传感器等。传感器、氧含量传感器等。A、物理传感器物理传感器B、化学传感器化学传感器C、生物传感器生物传感器3、传

8、感器的常见分类、传感器的常见分类A、能量转化型传感器能量转化型传感器B、能量控制型传感器能量控制型传感器A、按照其所用材料的类别分：金属聚合物、陶瓷、混合物等。按照其所用材料的类别分：金属聚合物、陶瓷、混合物等。B、按材料的物理性质分：导体、绝缘体、半导体、磁性材料等。按材料的物理性质分：导体、绝缘体、半导体、磁性材料等。C、按材料的晶体结构分：单晶、多晶、非晶、材料等。此类传按材料的晶体结构分：单晶、多晶、非晶、材料等。此类传感器有半导体传感器、陶瓷传感器、复合材料传感器、金属材料感器有半导体传感器、陶瓷传感器、复合材料传感器、金属材料传感器、高分子材料传感器，超导材料传感器、光纤材料传感器

9、、传感器、高分子材料传感器，超导材料传感器、光纤材料传感器、纳米材料传感器等。纳米材料传感器等。3、传感器的常见分类、传感器的常见分类A、模拟传感器、模拟传感器B、数字传感器、数字传感器C、开关传感器、开关传感器 按照传感器用途可分为：压力敏和力敏传感器、位置传感器、按照传感器用途可分为：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、加速度传液面传感器、能耗传感器、速度传感器、热敏传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、真空度传感器等。感器、射线辐射传感器、振动传感器、真空度传感器等。133.2 几种常用传感器和智能传感器1、温度传感器温度传感器主要

10、分为：主要分为： 热电偶传感器热电偶传感器 接触式温度传感器接触式温度传感器 非接触式温度传感器非接触式温度传感器143.2 几种常用传感器和智能传感器2、光电传感器光电传感器 光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信光电传感器是利用光电子应用技术，将光信号转换成电信号从而检测被测目标的一种装置。号从而检测被测目标的一种装置。 目前常用的光传感器类型主要有光电管、光电倍增管和半目前常用的光传感器类型主要有光电管、光电倍增管和半导体光敏元件。导体光敏元件。2、光电传感器光电传感器 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制

11、的。来实现控制的。 光电传感器部分构成发送器、接收器和检测电路。光电传感器部分构成发送器、接收器和检测电路。2、光电传感器光电传感器 由光通量对光电元件的作用原理不同，所制成的光学测控系统是由光通量对光电元件的作用原理不同，所制成的光学测控系统是多种多样的，按光电元件（光学测控系统）输出量性质光电传感器多种多样的，按光电元件（光学测控系统）输出量性质光电传感器可分两类，即可分两类，即模拟式光电传感器模拟式光电传感器和和脉冲（开关）式光电传感器脉冲（开关）式光电传感器。2、光电传感器光电传感器A、检测距离长。检测距离长。B、对检测物体的限制少。对检测物体的限制少。C、响应时间短。响应时间短。D、

12、分辨率高。分辨率高。E、可实现非接触的检测。可实现非接触的检测。F、可实现颜色判别。可实现颜色判别。G、便于调整。便于调整。2、光电传感器光电传感器A、烟尘浊度监测仪烟尘浊度监测仪B、光控大门光控大门C、光电池在光电检测和自动控制方面的应用光电池在光电检测和自动控制方面的应用D、闹钟功能闹钟功能E、电影放音电影放音193.2 几种常用传感器和智能传感器3、智能传感器、智能传感器 智能传感器（智能传感器（Intelligent Sensor）是一门现代综合性技术，是）是一门现代综合性技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术当今世界正在迅速发展的高新技术，具有信息处理功能的传感器。具有信息处理功能的

13、传感器。 智能传感器带有微处理机，具有智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息采集、处理、交换信息的能的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。203、智能传感器、智能传感器 与一般传感器相比，智能传感器具有以下与一般传感器相比，智能传感器具有以下3个优点个优点：通过软件：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。动化能力；功能多样化。智能传感器的功能智能传感器的功能是通过比较人的感官和大脑的协调动作提出是通过比较人的感官和大脑的协调动作提出

14、的，随着微电子技术及材料科学的发展，传感器在发展与应用过程的，随着微电子技术及材料科学的发展，传感器在发展与应用过程中越来越多的地微处理器相结合，不仅具有视觉、触觉、听觉、味中越来越多的地微处理器相结合，不仅具有视觉、触觉、听觉、味觉，还有了储存、思维和逻辑判断能力等人工智能，主要具有特点：觉，还有了储存、思维和逻辑判断能力等人工智能，主要具有特点： （1） 自补偿和计算功能自补偿和计算功能 （6）双向通信功能）双向通信功能 （2）自校准功能自校准功能 （7）现场学习功能）现场学习功能 （3）自诊断功能）自诊断功能 （8）提供模拟和数字输出）提供模拟和数字输出 （4）复合敏感功能）复合敏感功能

15、 （9）数值处理功能）数值处理功能 （5）强大的通信接口功能）强大的通信接口功能 （10）掉电保护功能）掉电保护功能213、智能传感器、智能传感器（1）精度高）精度高（2）高可靠性与高稳定性）高可靠性与高稳定性（3）高信噪比与高分辨率）高信噪比与高分辨率（4）自适应性强）自适应性强（5）高性能价格比）高性能价格比3、智能传感器、智能传感器 物联网的应用有3个层次，一是传感网络，以二维码、RFID、传感器为主，实现“物”的识别；二是传输网络，即通过现有的Internet、广电网、通信网或下一代Internet，实现数据的传输和计算；三是应用网络，即输入输出控制终端，包括手机等终端。物联网中应用了

16、大量物理量、化学量和生物量等不同种类的传感器。 在机器人领域中有着广阔应用前景，智能传感器使机器人具有在机器人领域中有着广阔应用前景，智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能，可感知各种现象，完成各种动作。类人的五官和大脑功能，可感知各种现象，完成各种动作。3.3 无线传感器网络（WSN）简介 无线传感器网络（无线传感器网络（WSN） 是在一定范围内大量部署的微型传是在一定范围内大量部署的微型传感器节点，由这些节点通过无线通信方式形成一个多跳的自组织感器节点，由这些节点通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，实时采集、相互联系处理、传递信息，并将结果发送网络系统，实时采集、相互联系处理、传递信息，并将结果发送给观察者。给观察者。3.3 无线传感器网络（WSN）简介 无线传感器网络是传感器技术、嵌入式系统、无线通信技术、无线传感器网络是传感器技术、嵌入式系统、无线通信技术、信息分布处理技术的综合。信息分布处理技术的综合。 无线传感器网络将逻辑上的信息世界和客观上的物理世界融无线传感器网络将逻辑上的信息世界和客观上的物理世界融合起来。合起来。3.3 无线传感器网络