现代传感器介绍课件

现代传感器介绍引言转换器件敏感元件转换电路电学量敏感元件传感器的能量转换过程目录一、光纤传感器二、生物传感器三、超声波传感器四、红外线传感器五、微波传感器六、智能传感器七、超导传感器光纤传感器光纤——光导纤维，是由石英、玻璃、塑料等光折射率高的介质材料制成的极细的纤维，是一种理想的光传输线路。光纤传感器〔FiberOpticSensor，FOS〕兴起于20世纪70年代，是一类较新的光敏器件，它是利用被测量对光纤内传输的光波进行调制，使光波的一些参数，如强度、频率、波长、相位、偏振态等特性产生变化来工作。可以测量位移、加速度、压力、温度、磁、声、电等物理量。光纤结构

光纤通常由纤芯、包层、保护套及组成。纤芯是由玻璃、石英或塑料等材料制成的圆柱体，直径约为5～150mm。包层的材料也是玻璃或塑料等，直径为100－200um。但纤芯的折射率n1稍大于包层的折射率n2。保护套起保护光纤的作用。较长的光纤又称为光缆。光纤的传光原理在光纤中,光的传输限制在光纤中,并随光纤能传送到很远的距离,光纤的传输是基于光的全内反射。光纤传感器是基于光导纤维的新型传感器。光纤传感器除光纤外还应包括光源、传感头、光探测器和信号处理电路等几局部。光纤传感器的根本组成光纤传感器的应用当光纤发出的光穿过标志孔时，假设无反射，说明电路板方向放置正确。

光纤耦合器标志孔传输光纤出射光纤电路板标志检测遮断型光纤光电开关光纤传感器在医学上的应用光纤内窥镜光学纤维胃镜光纤传感器在工业上的应用光纤温度传感器生物传感器生物传感器(biosensor)：以生物活性单元(如酶、抗体、核酸、细胞等)作为生物敏感基元，对目标被测物具有高度选择性的检测器。它通过各种物理、化学型信号转换器捕捉目标物与敏感基元之间的反响，然后将反响的程度用离散或连续的电信号表达出来，从而得出被测物的浓度。是由固定化的生物敏感材料作识别元件与适当的理化换能器及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器的原理被分析物扩散进入固定化生物敏感膜，经分子识别，发生生物学反响，产生的信息继而被相应的化学换能器或物理换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经检测放大器放大并输出，便可知道待测物浓度。待分析物生物敏感膜化学量或物理量变化换能器可定量加工的电信号生物传感器的应用生物传感器的应用指纹具有惟一性〔随身携带、无法复制、人人不同、指指相异〕。根据指纹学理论，将两个指纹分别匹配上12个特征时的相同几率仅为1/1050。因此，至今找不出两个指纹完全相同的人。15指纹识别的过程指纹图像的获取生物传感器的应用

故葡萄糖浓度测试方法有三种：①测耗量Ｏ２

②测Ｈ２Ｏ２生成量③测由葡萄糖酸而产生的ＰＨ变化。葡萄糖氧化酶〔ＧＯＤ〕葡萄糖+H2O＋Ｏ２――――――→葡萄糖酸＋Ｈ２Ｏ２葡萄糖传感器免疫传感器根本原理是免疫反响。利用固定化抗体〔或抗原〕膜与相应的抗原〔或抗体〕的特异反响，使得生物敏感膜的电位发生变化。抗原或抗体一经固定于膜上，就形成具有识别免疫反响强烈的分子功能性膜。如，抗原在乙酰纤维素膜上进行固定化，由于蛋白质为双极性电解质，〔正负电极极性随ＰＨ值而变〕所以抗原固定化膜具有外表电荷。其膜电位随膜电荷要变化。故根据抗体膜电位的变化，可测知抗体的附量。3室注入含有抗体的盐水抗体与固定化抗原膜上的抗原相结合膜外表吸附抗体膜带电状态变化1、2室内的电极产生电位差红外传感器红外传感器是将红外辐射能量转换为电量的一种传感器。红外辐射〔红外线〕是一种人眼看不见的光线，波长范围大致在0.76～100μm。任何温度高于热力学零度〔-273.15℃〕的物体都会辐射红外线。红外传感器的原理红外传感器是将红外辐射能量的变化转换为电量变化的一种传感器，也常称为红外探测器。它是红外探测系统的核心，它的性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。选择适宜的、性能良好的红外传感器，对于红外探测系统是十分重要的。按探测机理的不同，红外传感器分为热传感器和光子传感器两大类。

红外光子传感器的工作原理是基于光电效应。其主要特点是灵敏度高，响应速度快，响应频率高。但红外光子传感器一般需在低温下才能工作，故需要配备液氦、液氮制冷设备。此外，光子传感器有确定的响应波长范围，探测波段较窄。

红外热传感器的工作是利用辐射热效应。探测器件接收辐射能后引起温度升高，再由接触型测温元件测量温度改变量，从而输出电信号。与光子传感器相比，热传感器的探测率比光子传感器的峰值探测率低，响应速度也慢得多。但热传感器光谱响应宽而且平坦，响应范围可扩展到整个红外区域，并且在常温下就能工作，使用方便，应用仍相当广泛。红外传感器的应用温度的测量方法可分为接触式测温和非接触式测温两类，测温传感器种类繁多红外测温是一种比较先进的测温方法，主要特点是：(1)红外测温是远距离和非接触测温，特别适合于运动物体、带电体、高温及高压物体的温度测量。(2)红外测温反响速度快，它不需要与物体到达热平衡的过程，只要接收到目标的红外辐射即可定温。反响时间一般都在毫秒级甚至微秒级。(3)红外测温灵敏度高，因为物体的辐射能量与温度的四次方成正比。物体温度微小的变化，就会引起辐射能量较大的变化，红外探测器即可迅速地检测出来。(4)红外测温准确度较高，由于是非接触测量，不会破坏物体原来温度分布状况，因此测出的温度比较真实。测量准确度可到达0.1℃，甚至更小。(5)红外测温范围广泛，可测摄氏零下几十度到零上几千度的温度范围。红外温度测量方法，几乎可以应用于所有温度测量场合。

激光仅用于瞄准红外传感器的外形红外线辐射温度计用于食品温度测量集成IC温度测量红外传感器的应用利用红色激光瞄准被测物〔电控柜、天花板内的布线层〕红外温度检测分析仪红外制冷故障诊断超声波传感器机械振动在弹性介质内的传播称为波动，简称为波。人能听见声音的频率为20Hz～20kHz，即为声波，超出此频率范围的声音，即20Hz以下的声音称为次声波，20kHz以上的声音称为超声波，一般说话的频率范围为100Hz～8kHz。超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强

声波频率的界限划分蝙蝠能发出和听见超声波。超声波与可闻声波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特点。2024/1/2026超声波雾化器

超声波加湿器超声波传感器的应用超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反射和折射现象，这一现象类似于光波。2024/1/2027便携式超声波探鱼器超声波测量液位和物位原理多普勒效应

前进方向的频率升高!

如果波源和观察者之间有相对运动，那么观察者接收到的频率和波源的频率就不相同了，这种现象叫做多普勒效应。测出

f就可得到运动速度。超声波多普勒测量车速超导传感器二、超导可见光传感器超导可见光传感器多用超导陶瓷材料制成。假设将绝缘薄膜夹置于两不同超导陶瓷之间，即使不加电压也会有电流从超导陶瓷1流向超导陶瓷2。该现象称为约瑟夫逊效应，该结构称为约瑟夫逊结。假设有光子入射，那么在约瑟夫逊结中的电流也将发生变化。因此，通过测量电流变化，可以检测光信号大小，这就是可见光超导传感器工作原理。无人机上搭载的摄像设备就集成了可见光和红外传感器，满足战场需要。四、超导磁场传感器

图示为超导磁场传感器原理图。当超导环受到磁场作用时，超导体内部超导电流排斥磁场，环内磁场为零。超导电流Is只与外磁场强度B成正比。假设测量出Is值的大小，那么可确定磁场强度B值。须指出，电流Is并不与外加磁场强度B有严格的正比关系，而与磁通〔=BS〕成正比，其中S为超导环的面积。磁超导型核磁共振仪智能传感器智能传感器的定义目前，关于智能传感器的中、英文称谓尚未完全统一。英国人将智能传感器称为“IntelligentSensor〞；美国人那么习惯于把智能传感器称作“SmartSensor〞，直译就是“灵巧的、聪明的传感器〞。所谓智能传感器，就是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器。

智能传感器的最大特点就是将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地融合在一起。从一定意义上讲，它具有类似于人工智能的作用。智能传感器就是一个最小的微机系统，其中作为控制核心的微处理器通常采用单片机，其根本结构框图如图示。37世界上第一个智能传感器是美国霍尼韦尔〔Honeywell〕公司在1983年开发的ST3000系列智能压力传感器。它具有的多参数传感(差压、静压和温度)与智能化的信号调理功能。最近，该公司还相继开发出ST3000－900/2000等系列的新产品，使之功能进一步完善。目前，ST3000系列智能压力传感器在全世界的销量已突破50万只，深受广阔用户的青睐。智能传感器的功能〔1〕具有自校准和自诊断功能。智能传感器不仅能自动检测各种被测参数，还能进行自动调零、自动调平衡、自动校准，某些智能传感器还能自标定功能。〔2〕具有数据存储、逻辑判断和信息处理功能，能对被测量进行信号调理或信号处理〔包括对信号进行预处理、线性化，或对温度、静压力等参数进行自动补偿等〕。〔3〕具有双向通信功能，能直接与微处理器〔μP〕或单片机〔μC〕通信。(4〕具有组态功能，使用灵活。在智能传感器系统中可设置多种模块化的硬件和软件，用户可通过微处理器发出指令，改变智能传感器的硬件模块和软件模块的组合状态，完成不同的测量功能。智能传感器的特点

2、宽量程智能传感器的测量范围很宽，并具有很强的过载能力。3、可靠性与高稳定性强。4、高信噪比与高分辨率。5、自适应性强。6、性价比高。智能传感器的实现〔2〕非集成化实现非集成化智能传感器是将传统传感器(采用非集成化工艺制作的传感器，仅具有获取信号的功能)、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器组合为一整体而构成的一个智能传感器系统。其框图如下图。〔3〕混合实现a.混合实现是指根据需要与可能，将系统各个集成化环节，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