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1、第第8章微机控制系统中常见章微机控制系统中常见传感器的介绍传感器的介绍高宏亮高宏亮2013.10Company Logo本章目录本章目录传感器的概念及基础知识传感器的概念及基础知识 8.1常见温度传感器及工作原理 8.2常见力传感器常见力传感器8.3常见速度、加速度传感器常见速度、加速度传感器8.48.5常见位置传感器常见位置传感器Company Logo8.1传感器的概念及基感器的概念及基础知知识1什么是什么是传感器感器1)人体中的传感器 鼻子、舌头、耳朵、眼睛、手指2)生活中的实例 温度计、电子称、话筒、摄像头3)实验室中 石蕊试纸Company Logo8.1传感器的概念及基感器的概念及
2、基础知知识CCD力传感器力传感器Company Logo8.1传感器的概念及基感器的概念及基础知知识信息采集传感器技术信息传输信息处理通信技术计算机技术传感器在信息感器在信息处理中的作用理中的作用Company Logo8.1传感器的概念及基感器的概念及基础知知识 国家标准中规定：“能够感受规定的被测量并按照一定能够感受规定的被测量并按照一定 规律转换成为可用输出信号的器件或装置规律转换成为可用输出信号的器件或装置”。（1 1）传传感器是一种感器是一种测测量装置，能完成量装置，能完成检测检测任任务务（2 2）输输入量是某一物理量，化学量和生物量等入量是某一物理量，化学量和生物量等 机械、机械、
3、热热、磁、磁、电电、化学和、化学和辐辐射射（3 3）输输出量是某种物理量出量是某种物理量 气、光、气、光、电电，主要是，主要是电电信号信号（4 4）有一定的精确程度）有一定的精确程度Company Logo8.1传感器的概念及基感器的概念及基础知知识（1 1）通）通过选择过选择适当的材料，适当的材料，传传感器可用于任何非感器可用于任何非电电量量测测量量（2 2）传传感器的感器的输输出信号可以被放大，所以无需从被出信号可以被放大，所以无需从被测过测过程汲取程汲取能量能量（3 3）有各种各）有各种各样样的集成的集成电电路可用于路可用于电电信号的信号的调节调节或修正，某些或修正，某些传传感感 器可以
4、将器可以将调节电调节电路集成在一个封装件内路集成在一个封装件内 （4 4）用）用电电子手段子手段显显示或示或记录记录信息有多种信息有多种选择选择（5 5）电电信号的信号信号的信号传输传输适用面非常广适用面非常广2非非电量量电测传感器感器传感器的共性是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电量转换成电量Company Logo8.1传感器的概念及基感器的概念及基础知知识3传感器的感器的组成成敏感元件传感元件辅助电源测量（信号调节转换）电路被测量Company Logo8.1传感器的概念及基感器的概念及基础知知识 敏感元件敏感元件是传感器中能直接感受被测量部分的元件,它的作用就是完成这个预
5、变换的,因此,敏感元件又称为预变换器 传感传感元件元件是传感器中能将敏感元件输出的非电学量,直接转换为适于传输和测量的电学量的器件称为转换元件。测量测量电路电路是将转换元件输出的电学量变换成易于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路。测量电路的类型可视转换元件的类型而定。Company Logo8.1传感器的概念及基感器的概念及基础知知识3传感器的常感器的常见种种类 结构型传感器，它主要利用机械结构参量(如几何形状或尺寸)的变化来感受外界被测信息，并转换成相应的电阻(或电感、或电容)等物理量的变化,从而检测出被测信号。可主要用于测量温度、位移、振动、压力、应变、流量、比重等物理量。物性型传感
6、器，常用的半导体、电介质、磁性材料等固体材料，这些材料在力、热、光、电、磁、射线、气体、湿度等因素作用下,可引起材料的某些物理特性的变化,如热电效应、霍尔效应、光敏效应等，通过控制其物理特性变化，即可反映被测对象的参数值，分别制成热电偶传感器、霍尔效应传感器、光纤传感器等。Company Logo本章目录本章目录传感器的概念及基础知识传感器的概念及基础知识 8.1常见温度传感器及工作原理 8.2常见力传感器常见力传感器8.3常见速度、加速度传感器常见速度、加速度传感器8.48.5常见位置传感器常见位置传感器Company Logo8.2常常见温度温度传感器及工作原理感器及工作原理 温度传感器是
7、指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。Company Logo8.2常常见温度温度传感器及工作原理感器及工作原理 1热敏敏电阻阻 热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低。Company Logo8.2常常见温度温度传感器及工作原理感器及工作
8、原理 铂电阻阻 铂电阻的阻值会随着温度的变化而改变。它有PT100和 PT1000等系列。PT后的100即表示它在0时阻值为100欧姆，在100时它的阻值约为138.5欧姆。它的工作原理：当PT100在0摄氏度的时候他的阻值为100欧姆，它的的阻值会随着温度上升它的阻值是成匀速增涨的。Company Logo8.2常常见温度温度传感器及工作原理感器及工作原理 2热电偶偶 热电效应：两种不同材料的导体（或半导体）组成一个闭合回路，当两接点温度T和T0不同时，则在该回路中就会产生电动势的现象。这种现象早在1821年首先由西拜克（Seeback）发现,所以又称西拜克效应。热电势、热电偶、热电极热端（
9、测量端或工作端）、冷端（参考端或自由端）Company Logo8.2常常见温度温度传感器及工作原理感器及工作原理 热电偶回路 热电偶原理偶原理图TT0AB热端端冷端冷端回路中所产生的电动势，叫热电势。热电势由两部分组成，即温差电势和接触电势。两接点的接触电动势eAB(T)和eAB（T0）可表示为 Company Logo8.2常常见温度温度传感器及工作原理感器及工作原理 光光纤温度温度传感器感器红外外辐射射测温温传感器感器Company Logo本章目录本章目录传感器的概念及基础知识传感器的概念及基础知识 8.1常见温度传感器及工作原理 8.2常见力传感器常见力传感器8.3常见速度、加速度传
10、感器常见速度、加速度传感器8.48.5常见位置传感器常见位置传感器Company Logo 压力传感器是工业实践中常用的一种传感器。一般普通压力传感器的输出为模拟信号。可用于测量固体压力，拉力，液体，气体压力等。压力传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。8.3常常见力力传感器感器Company Logo8.3常常见力力传感器感器电阻阻应变片片 电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种
11、电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。其工作原理是：吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。Company Logo8.3常常见力力传感器感器压电传感器感器压电效效应 某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。目前流行的一次
12、性塑料打火机，有相当一部分是采用目前流行的一次性塑料打火机，有相当一部分是采用压电陶瓷器件来打火的。取出其中的陶瓷器件来打火的。取出其中的压电打火元件打火元件Company Logo8.3常常见力力传感器感器（1）力测量：压电式传感器主要利用压电效应，依靠其不同的压电效应测量多方向力，如空间作用力3个方向的分力。（2）压力测量：利用弹性元件（膜片、活塞等）收集压力变成作用于晶体片上的力。（3）加速度测量：利用质量块m由预紧力压在晶体片上，当被测加速度a作用时，晶体处会受到惯性力F=ma,由此产生压电效应。Company Logo本章目录本章目录传感器的概念及基础知识传感器的概念及基础知识 8.
13、1常见温度传感器及工作原理 8.2常见力传感器常见力传感器8.3常见加速度传感器常见加速度传感器8.4常见位置传感器常见位置传感器8.5Company Logo8.4常常见加速度加速度传感器感器 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪（角速度传感器）的改进的。另一种就是线加速度计。陀螺仪是指用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。陀螺仪的原理是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向。Company Logo8.4常常见加速度加速度传感器感器陀
14、螺仪陀螺仪的的应应用用Company Logo 线加速度计的原理是惯性原理，多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。压电式加速度传感器：工作原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。8.4常常见加速度加速度传感器感器Company Logo8.4常常见加速度加速度传感器感器 地震检波：把地震波引起的地面震动转换成电信号，汽车安全：汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等。游戏控制：对游戏中物体的前后左右的方向控制图像自动翻转：检测手持设备的旋转动作及方向，实现所要显
15、示图像的转正。防手抖功能：使所拍摄的图像更加清晰Company Logo本章目录本章目录传感器的概念及基础知识传感器的概念及基础知识 8.1常见温度传感器及工作原理 8.2常见力传感器常见力传感器8.3常见速度、加速度传感器常见速度、加速度传感器8.4常见位置传感器常见位置传感器8.5Company Logo8.5常常见位置位置传感器感器光电位置传感器光电位置传感器 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。Company Logo8.5常常见位置位置传感
16、器感器对射式对射式Company Logo8.5常常见位置位置传感器感器反射式反射式Company Logo8.5常常见位置位置传感器感器循迹机器人循迹机器人 一种能够自动按照给定的路线（通常是采用不同颜色或者其他信号标记来引导）进行移动的机器人。Company Logo8.5常常见位置位置传感器感器超声测距传感器超声测距传感器 超声波探头向被测物体发射一束超声波脉冲。声波被物体表面反射，部分反射回波由探头接收并转换为电信号。从超声波发射到被重新被接收，其时间与探头至被测物体的距离成正比。电子单元检测该时间，并根据已知的声速计算出被测距离。超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强。Company Logo8.5常常见位置位置传感器感器超声测距传感器超声测距传感器Company Logo8.5常常见位置位置传感器感器