物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應用：第3章_傳感器技術(shù)

1、第3章 傳感器技術(shù)Small is beautiful. - Jack Ma2 第2章重點講述了RFID技術(shù)，包括RFID歷史和現(xiàn)狀、RFID技術(shù)剖析和RFID在物聯(lián)網(wǎng)中的應用。3內(nèi)容回顧3.1 傳感器基礎知識3.2 常用傳感器介紹3.3 微電子機械技術(shù)3.4 傳感器接口技術(shù)4本章內(nèi)容3.1 傳感器基礎知識3.2 常用傳感器介紹3.3 微電子機械技術(shù)3.4 傳感器接口技術(shù)5本章內(nèi)容 國家標準GB 7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成” 傳感器是測量裝置，能完成測量任務； 它的輸入量是某一被測量，可能是物

2、理量、化學量、生物量； 它的輸出量是某一物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示，意味著“可用信號”； 輸出與輸入有一定的對應關(guān)系，這種關(guān)系要有一定的規(guī)律。6a. 傳感器的概念？7b. 傳感器的作用？ 能感受規(guī)定的被測量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。8c. 傳感器的組成？按輸入量分類按輸出量分類按基本效應分類按工作原理分類按能量變換關(guān)系分類9d. 傳感器的分類？傳感器的靜態(tài)特性線性度靈敏度遲滯重復性漂移 傳感器的動態(tài)特性10e. 傳感器的基本特性？3.1 傳感器基礎知識3.2 常用傳感器介紹 溫度傳感器 濕度傳感器 超聲波傳感器 氣敏傳感器 智能

3、傳感器3.3 微電子機械技術(shù)3.4 傳感器接口技術(shù)11本章內(nèi)容 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度傳感器可用于家電產(chǎn)品中的空調(diào)、干燥器、電冰箱、微波爐等，還可用于汽車發(fā)動機的控制中，如測定水溫、吸氣溫度等。但是溫度不能直接測量，只能通過物體隨溫度變化的某些特征來間接測量。 接觸式溫度傳感器 非接觸式溫度傳感器121. 溫度傳感器131. 溫度傳感器 常用溫度傳感器DS18B20數(shù)字溫度傳感器AD590溫度傳感器生產(chǎn)廠家美國DALLAS公司美國模擬器件公司供電電壓范圍3.05.5 V330 V精度-10+85攝氏度時精度為正負0.5攝氏度1微安每攝氏度特點提供912位（可編程設備）溫度讀數(shù)，可

4、用于空調(diào)環(huán)境控制、感測建筑物內(nèi)溫設備或機器并進行過程監(jiān)測和控制適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制 隨著時代的發(fā)展，濕度同樣需要被監(jiān)測，例如氣象、農(nóng)業(yè)、紡織、機房、航空航天、電力等部門都需要監(jiān)測濕度。142. 濕度傳感器Q: 什么是濕度？A: 濕度是標識空氣的干濕程度的物理量，即空氣中含有水蒸氣的多少。 絕對濕度：每立方米空氣中所含的水蒸氣的量； 相對濕度：空氣中的絕對濕度與同溫度下的飽和絕對濕度的比值，是一個百分比，即某處空氣中所含水汽量與該氣溫下飽和水汽量的百分比。電阻式濕度傳感器 敏感元件為濕敏電阻，主要材料一般為電介質(zhì)、半導體、多孔陶瓷、有機物及高分子聚合物。這些材料對水的吸附較強

5、，其吸附水分多少隨濕度而變化，而材料的電阻率也隨吸附水分的多少而變化，這樣，濕度的變化可導致濕敏電阻值的變化，電阻值的變化就可以轉(zhuǎn)化為需要的電信號。152. 濕度傳感器電容式濕度傳感器 敏感元件為濕敏電容，主要材料一般為高分子聚合物、金屬氧化物。這些材料對水的吸附較強，其吸附水分多少隨濕度而變化，由于水分子有較大的電偶極矩，吸水后材料的電容率發(fā)生變化，電容器的電容值也就發(fā)生變化，把電容值的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，就可以對濕度進行監(jiān)測。精度和長期穩(wěn)定性溫度系數(shù)濕度傳感器的供電互換性濕度校正162. 濕度傳感器 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，是由換

6、能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小等優(yōu)點，特別是方向性好。工作頻率，即壓電晶片的共振頻率工作溫度，比較低，且能長時間工作而不失效靈敏度，取決于制造晶片本身173. 超聲波傳感器系統(tǒng)組成：發(fā)送傳感器接收傳感器控制部分，對發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制、計數(shù)及探測距離等進行控制電源，一般用直流電源183. 超聲波傳感器（續(xù)） 氣敏傳感器就是能是能夠感知環(huán)境中某種氣體及濃度，從而對環(huán)境進行檢測、監(jiān)控、報警的一種敏感器件。它可以將被測氣體濃度轉(zhuǎn)換成與其成一定關(guān)系的電量輸出裝置或器件。靈敏度響應時間選擇性穩(wěn)定性溫度特性濕度特性電源電壓特性194. 氣敏傳感器 智

7、能傳感器是具有信息處理功能的傳感器，它帶有微處理器，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機相結(jié)合的產(chǎn)物。 一般智能機器人的感覺系統(tǒng)由多個傳感器集合而成，采集的信息需要計算機進行處理，而使用智能傳感器就可將信息分散處理，從而降低成本，與一般傳感器相比，智能傳感器具有的優(yōu)點為：通過軟件技術(shù)可實現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低，具有一定的編程自動化能力，功能多樣化。205. 智能傳感器（Intelligent Sensor）215. 智能傳感器組成自補償和計算功能自診斷功能復合敏感功能強大的通信接口功能現(xiàn)場學習功能提供模擬和數(shù)字輸出數(shù)值處理功能掉電保護功能225. 智能傳感器功能一定

8、程度的人工智能是硬件和軟件的結(jié)合體，可實現(xiàn)學習功能，更能體現(xiàn)儀表在控制系統(tǒng)的作用；多敏感功能將原來分散的、各自獨立的單敏傳感器集成為具有多敏感功能的傳感器，能同時測量多種物理量和化學量，全面反映被測量的綜合信息；精度高、測量范圍寬，隨時檢測出被測量的變化對檢測元件特性的影響，并完成各種運算，其輸出信號更為精確；通信功能可采用標準化總線接口，進行信息交換。235. 智能傳感器特點24常用傳感器及其關(guān)鍵特性3.1 傳感器基礎知識3.2 常用傳感器介紹3.3 微電子機械技術(shù)3.4 傳感器接口技術(shù)25本章內(nèi)容 MEMS是微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英

9、文縮寫，它一般泛指特征尺度在亞微米至亞毫米范圍的裝置。 特點：相對于傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)，它的尺寸更小，最大的不超過1厘米，甚至僅僅幾個毫米，其厚度就更加微小。除了在尺寸上很小外，它將是一種高度智能化、高度集成化的系統(tǒng)，同時在用材上，MEMS突破了原來的以鐵為主，而是采用硅、陶瓷以及納米材料，具有較高的性價比，延長了使用壽命。 它被廣泛應用在信息業(yè)、航空航天業(yè)、醫(yī)療和生物技術(shù)、環(huán)境科學等。26MEMS技術(shù)微機械壓力傳感器微加速度傳感器微機械陀螺儀微流量傳感器微氣敏傳感器微機械溫度傳感器27常用的MEMS傳感器3.1 傳感器基礎知識3.2 常用傳感器介紹3.3 微電子機械技術(shù)3.4 傳感器接口技術(shù)28

10、本章內(nèi)容引言 傳感器接口是傳感器和系統(tǒng)中其他功能部件之間的接口，其性能之間影響到整個系統(tǒng)的測量精度和靈敏度。傳感器接口電路的選擇，是根據(jù)傳感器的輸出信號特點及用途確定的。不同傳感器具有不同的輸出信號，就要求有不同的接口電路。傳感器的接口電路形式多樣，功能千變?nèi)f化，它可能是一個放大器，也可能是一個信號轉(zhuǎn)換電路。29傳感器接口技術(shù)輸出信號比較弱，這就要求接口電路必須有一定的放大功能；輸出阻抗比較高，這樣會使傳感器信號輸入測量信號時，產(chǎn)生較大的信號衰弱；輸出信號動態(tài)范圍很寬，輸出信號隨著輸入物理量的變化而變化，但它們之間的關(guān)系不一定是線性比例的關(guān)系，所以，有時需要進行線性化處理。30傳感器輸出信號特點阻抗匹配器 傳感器輸出阻抗都比較高，為防止信號的衰弱，常使用高輸入阻抗和低輸出阻抗的阻抗匹配器作為傳感器輸入到測量系統(tǒng)的前置電路。電橋電路 電橋電路主要用來把傳感器的電阻、電容、電感變化轉(zhuǎn)