3信息处理技术-传感器

1、复习,1、安全防范的三种基本防范手段 人防：保安、巡逻、自身 物防：防盗网等实物防范。等。 技防：利用科学技术手段防范。 2、安全防范的三个基本防范要素 探测：扑捉目标 延迟：目标信息传递时间 反应：接警后的快速反应能力,信息处理技术,信息技术,1、感测与识别技术 包括信息识别、信息提取、信息检测等 2、信息传输技术 实现信息快速、可靠、安全的存储和转移 3、信息处理与再生技术 信息的编码、压缩、加密等 4、信息施用技术 包括控制技术、显示技术等,信息采集,数据采集系统的基本组成,实际的数据采集系统往往需要同时测量多种物理量或同一种物理量的多个测量点。因此，多路模拟输人通道更具有普遍性。按照系

2、统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输人通道可分为集中采集式和分散采集式两大类型。,一、集中采集式,集中式数据采集系统的典型结构,二、分散采集式(分布式),(a) 分布式单机数据采集结构,(b) 网络式数据采集结构 图3.3 分布式数据采集系统的典型结构,传感器,1、传感器的概念 传感器：是将各种非电量（物理、化学、生物）等按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置 传感器所检测的信号进来显著地增加，因而其品种也极其繁多。为了对各种各样的信号进行检测、控制，就必须获得尽量简单易于处理的信号，这样的要求只有电信号能够满足。电信号能较容易地进行放大、反馈、

3、滤波、微分、存贮、远距离操作等。,非电量,机械量：位移、尺寸、力、振动、速度等； 热工量：温度、压力、流量、物位等； 成分量：化学成分、浓度等； 状态量：颜色、透明度、磨损量、裂纹等。,电量,电流、电压、电阻、电容、涡电流、频率、电荷、阻抗等。,非电量电测系统,总结： 将被测的非电物理量转换成与之对应的电量输出的一种测量装置。,2.1信息的获取：,人类为了获取外界信息必须借助于传感器管 而单靠自身的 感觉器官就不够了，而传感器是人类五官的延长，随着世 界进入信息时代传感器是获取信息的主要途径与手段,例如“阿波罗10”运载火箭部分，其检测加速度、声学、温度 压力、振动、流量等应变参数传感器共有2

4、077个，而宇宙飞 船部分共有各种传感器1218个 数量大 要求也很高,2、传感器的作用,2.2工业自动化：,需要用各种传感器来监视和控制生产过程中各个参数使 设备工作在最佳工作状态没有传感器现代工业失去基础,例如工业自动化中的柔型制造系统FMS， 计算机集成制造 系统CIMS,超高温、超低温、超高压、超低压 、超强磁场、弱磁场,2.3.基础科学研究：,2.4.计算机科学：,计算机核心CPU部件有惊人的发展同时要求外部设备与之 相互匹配而外部硬件主要是传感器,结论： 现代社会各个领域都离不开传感器,3、传感器的组成,被测量,传感 器件,转换 器件,信号调节 （转换） 电路,电量,电源电路,3.

5、1敏感元件：（预变换器）将被测量（非电量）预先变换为另一种易于变换成电量的非电量，然后再变换为电量,例,力,形变,电阻变化,电压变化,3.2.转换元件：将感受到的非电量转换为电量的器件,例如将压力转变为电感电容或电阻,3.3.信号调节（转换）电路：将转换元件输出的电量变成 易于显示记录控制和处理的有用信号的电路,例如电桥 放大器 振荡器等,3.4. 电源电路：作用是提供能源,注意有的传感器需要外部供电,有的传感器则不需要外部 电源供电,4传感器的分类,4.1按工作分类,结构型：力平衡式 电容式 电感式,物性型：半导体传感器,复合型,4.2按输入信号形式分类,物理量传感器：速度 加速度, 力 ,

6、压力 ,度位移 ,流量, 光 声 色等,化学量传感器：气体 湿度 离子传感器,生物量传感器：蛋白质 酶 组织,4.3按输出信号形式分类,模拟量传感器,数字量传感器,传感器的应用,一、力传感器的应用1 电子秤,应变片能够把物体形变这个力学量转化为电压这个电学量（输出应变片上下表面的电压差值）,1、动圈式话筒： 膜片在声波下振动，使得与膜片相连的线圈中产生周期性变化的感应电流。,二、声传感器的应用话筒,2、电容式话筒： 金属膜片M 和固定电极 N 形成一 个电容器,M 在声波作用下振动,电容器的电容作周期性变化，电阻R 两端的电压也做相应的周期性变化。,绝缘支架,3、驻极体话筒： 它由内部的驻极体

7、塑料膜感受声波，其工作原理与电容式话筒类似，但是工作的电压只须 36 V，,常温下两触点分离。温度升高，两种金属膨胀性能不同，双金属片形状发生变化，使触点接触。,三、温度传感器的应用1.电熨斗,双金属片温度传感器：,感温铁氧体的“居里点”： 感温铁氧体在常温下具有铁磁性，但温度升高到103时便失去了铁磁性，这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”。,2.电饭锅,5、测温仪,用温度传感器可以把温度转换为电信号。测温元件可以是热敏电阻、金属热电阻、热电偶、红外线敏感元件等 电信号可以远距离输送，因而温度传感器可以远距离读取温度。,将微机辅助实验系统所配的温度传感器与计算机连接，可以实现数据采

8、集、处理、画图的智能化功能。,四、光传感器的应用1.鼠标,鼠标中的红外接收管就是光传感器。鼠标移动时，滚球带动 x、y 方向两个码盘转动，红外管接收到一个个红外线脉冲。计算机分别统计 x、y 两个方向上的脉冲信号，就能确定鼠标的位置。,2. 火灾报警器,光电三极管是烟雾火警报警器中的光传感器。平时，发光二极管发出的光被不透明挡板挡住。当有烟雾时，烟雾对光有散射作用，光电三极管接收到散射光，电阻变小，使报警电路工作。,汽车传感器,传感器在汽车工业中的应用,传感器在IC工业中的应用,传感器技术的现状与发展,1、“传感技术国家重点实验室”、“微米/纳米国家重点实验室”、“国家传感技术工程中心”等研究

9、开发基地； 2、MEMS（微机电系统）、MOEMS等研究项目列入了国家高新技术发展重点 ； 3、传感器技术研究取得了51个品种86个规格的新产品 ； 4、初步建立了敏感元件与传感器产业，2000年总产量超过13亿只，品种规格已有近6000种 ； 5、全国已有1688家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用，其中从事MEMS研制生产的已有50多家 。,现状：,MEMS(微电子与微机械的结合)； MOMES(MEMS与微光学的结合)； 智能传感器(MEMS与CPU、信息控制技术的结合)； 生物化学传感器(MEMS与生物技术、电化学的结合) ； 网络化传感器(MEMS网络技术的结合)； 纳米传感器(

10、纳米技术与传感技术的结合)。,发展：,微机电系统 (MEMS),微机电压力传感器 ； 微机电加速度传感器 ； 微机电陀螺 ； 微机电流量传感器 ； 微机电气体传感器 ； 微机电温度传感器 ； 其他微机电传感器。微型化、可集成化、阵列化、智能化、低功耗、低成本、高可靠性、易批量生产、可实现多点多参数检测等一系列优点 。,国外传感器市场分析及展望,未来市场增长率达4.5%-5% ； 主要应用领域市场发展强劲 ； 半导体 ； 汽车 ； 机械制造工业 ； 过程控制工业 ； 汽车工业 ； 其它领域 。,CCD 电荷耦合器件（Charge Couple Device) 是一种以电荷为信号载体的微型图像传感

11、器，具有光电转换和信号电荷 存储、转移及读出的功能，其输出信号通常是符合电视标准的视频信号 ，可存储于适当的介质或输入计算机，便于进行图像存储、增强、识别 等处理,视频图像传感器-CCD,CCD的发展历史起源,起源： 1969年，美国的贝尔电话研究所发明了CCD。它是一个将“光”的信息转换成“电”的信息的魔术师。由于CCD的生产工艺复杂，因此至今为止，世界上只有索尼、富士、柯达、菲利蒲、松下和夏普家厂商可以批量生产.,CCD的发展历史20世纪70年代,20世纪70年代 1。1973年，SONY副社长岩间批准成立CCD研究部门。 仅仅实现了用64像素画了一个粗糙的“S”。 2。1978年3月So

12、ny制造出了被人认为“不可能的”、在一片电路板上装有11万个元件 的集成块。以后，又花了2年的岁月去提高图像质量，终于造出了世界上第一个CCD彩色摄像机。在这个基础上再改进，首次实现了CCD摄像机的商品化。,CCD的发展历史20世纪80年代,20世纪80年代 1、HAD感测器（80年代初期） HAD（HOLE-ACCUMULATIONDIODE） 传感器是在N型基板，P型，N+2极体的表面上，加上正孔蓄积层，由于设计了 这层正孔蓄积层，可以使感测器表面常有的暗电流问题获得解决。 2、ON-CHIPMICROLENS（80年代后期） 80年代后期，因为CCD中每一像素的缩小，将使得受光面积减少，感度也将变低。为改善这个问题，在每一感光二极