微型传感器的基本知识

1、第2章 微型传感器的基本知识传感器的定义和作用什么是传感器？一般来说能够把特定的被测量信息（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成某种可用信号（电信号、光信号等）的器件或装置，我们把它称为传感器。作为信息获取的重要手段，与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。传感器图片压力传感器温度传感器光电传感器土壤水分传感器一氧化碳传感器流量传感器风速传感器气体微压压力传感器传感器实例-智能楼宇中的传感器:LoCal每年美国用电报告显示至少有30%的电量是浪费的。这些电能浪费在何处？其中哪些是可以节省的？由美国加州大学伯克利分校大学发起的LoCal项目试图通过在智能楼宇中部署无线传感器网络来

2、解决这些问题。传感器能实现空间和时间上的细粒度感知，可实时跟踪到单个电器 传感器能实现“多功能”的感知，能推测用户的行为传感器能够互联互通，通过大量连续的数据则有助于分析得出更多有用的信息 应用特点传感器的组成敏感元件敏感元件是传感器中能感受或响应被测量的部分。转换元件转换元件是将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的信号（一般指电信号）部分。基本转换电路基本转换电路可以对获得的微弱电信号进行放大、运算调制等。另外，基本转换电路工作时必须有辅助电源。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的基本转换电路可安装在传感器壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上，构成集成传感器。传感

3、器接口技术各种物理量用传感器将其变成电信号，经由诸如放大、滤波、干扰抑制、多路转换等信号检测和预处理电路，将模拟量的电压或电流送A/D转换，变成数字量，供计算机或者微处理器处理。传感器的分类:按输出信号的性质开关型数字型模拟型数字式传感器能把被测的模拟量直接转换成数字量。它的特点: 抗干扰能力强 稳定性强 易于微机接口 便于信号处理和实现自动化测量传感器的分类:按被测量与输出电量的转换原理能量控制型传感器能量转换型传感器能量控制型传感器能量控制型传感器将被测非电量转换成电参量，在工作过程中不能起换能作用，需从外部供给辅助能源使其工作，所以又称作无源传感器。电阻式传感器电容式传感器电感式传感器能

4、量转换型传感器能量转换型传感器感受外界机械量变化后，输出电压、电流或电荷量。它可以直接输出或放大后输出信号，传感器本身相当于一个电压源或电流源，因而这种传感器又叫做有源传感器。压电式传感器磁电式传感器热电式传感器光敏传感器光敏传感器是一种感应光线强弱的传感器。当感应到光强度不同时，光敏探头内的电阻值就会有变化。常见的光敏传感器有光电式传感器色敏传感器CCD图像传感器红外/热释电式光敏器件等。将光量转换为电量的器件称为光电传感器或光电元件。光电式传感器应用举例声控照明节电开关： 在白天或光线较亮时，节电开关呈关闭状态，灯不亮。夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作工作状态。当有人经过该开关附件时，

5、脚步声、说话声、拍手声等把节电开关启动，灯亮。延时4050秒后节电开关自动关闭，灯灭。无线报警系统卫生间节水控制器气、湿敏传感器气敏传感器是一种能将检测到的气体成分和浓度转换为电信号的传感器。半导体气敏传感器广泛应用于可燃性气体的探测与报警，以预测灾害性事故的发生。一氧化碳浓度传感器二氧化碳浓度传感器烟雾传感器集成与智能传感器集成传感器是将敏感元件、测量电路和各种补偿元件等集成在一块芯片上，具有体积小、重量轻、功能强和性能好的特点。目前广泛应用的集成传感器有集成温度传感器集成压力传感器集成霍尔传感器等智能传感器与传统传感器相比，具有如下几个特点：具有自动调零和自动校准功能。具有判断和信息处理功

6、能，对测量值进行各种修正和误差补偿。实现多参数综合测量。自动诊断故障。具有数字通信接口，便于与计算机联机。传感器选型的原则现代传感器在原理和结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象和测量环境合理选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器的型号确定之后，与之相配套的测量方法和设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。测量对象与环境量程的大小被测位置对传感器体积的要求测量方式为接触式还是非接触式信号的输出方法，有线或非接触测量传感器的来源，国产还是进口价格能否承受，是否自行研制灵敏度通常在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因

7、为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值会比较大，这有利于信号处理。但传感器的灵敏度较高时，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，从而导致影响测量精度。因此，选用传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入干扰信号。频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应时间总有一定的延迟，通常希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应越高，则可测的信号频率范围就越宽。由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因而传感器频率低，则可测信号的频率就较低。在动态测量中，应根据信号的特点，以免产生过大的误差。线性范

8、围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。理论上在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则它的量程就越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看它的量程是否满足要求。但在实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，它的线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内可将非线性误差较小的传感器近似看作是线性的，这会给测量工作带来很大的方便。稳定性传感器在使用一段时间后，它的稳定性会受到影响。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身的结构以外，还包括传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，需要有较强的环境适应能力。精度精度是传感器的一

9、个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量准确程度的一个环节。传感器的精度越高，它的价格就越昂贵。因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以了，不必过高。这样可以在满足同一测量目的的诸多传感器中，选择比较便宜和简单的传感器型号。如果测量目的是定性分析，选用相对精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的型号；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就要选用精度等级能满足要求的型号。微型传感器应用示例这里以磁阻传感器为例，介绍微型传感器的探测原理和应用方法。2.4.1磁阻传感器简介 磁性传感器通常又称为磁力计，它的使用特点在于测量磁场并不是主要目的，通常能够同时探测获得其它参数，

10、如车轮速度、车辆出现和运动方向等。 这里侧重讨论各向异性磁阻（Anisotropic Magnetoresistive, AMR）传感器，它属于磁性传感器中的一种，工作量程在地磁场范围内。 磁阻传感器的特征在于当探测出磁场发生变化时，它会产生一个阻抗变化值，因而也就有了磁阻这一概念，阻抗变化的同时会改变电压输出值。磁阻传感器的用途较多，最典型的应用是用于车辆探测。磁阻传感器用于车辆探测磁感应探测原理 运动车辆的每个部分都会产生一个可重复的对地球磁场的扰动，不管车辆向哪个方向行驶，这个特征都会被可靠地检测到。 检测车辆存在的另一种方法是观察磁场变化的大小，磁场大小的变化表明了对地磁场整体的干扰程度。运动车辆探测信号分析地球的磁场在