無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)明教程(第2版)-第2章

1、 戰(zhàn)場(chǎng)感知的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)戰(zhàn)場(chǎng)感知的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 常見(jiàn)的地面戰(zhàn)場(chǎng)微型傳感器常見(jiàn)的地面戰(zhàn)場(chǎng)微型傳感器 美軍沙地直線傳感器網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目介紹美軍沙地直線傳感器網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目介紹第7章 傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的軍事應(yīng)用 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)明教程無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)明教程（第（第2 2版）版）崔遜學(xué)崔遜學(xué)左從菊左從菊 編著編著第二章 微傳感器的基本知識(shí)本章內(nèi)容2.1 傳感器概述傳感器概述 2.1.1 傳感器的定義和作用傳感器的定義和作用 2.1.2 傳感器的組成傳感器的組成 2.1.3 傳感器的分類(lèi)傳感器的分類(lèi)2.2 常見(jiàn)傳感器的類(lèi)型介紹常見(jiàn)傳感器的類(lèi)型介紹 2.2.1 能量控制型傳感器能量控制型傳感器 2.2.2 能量轉(zhuǎn)換型傳感器能量

2、轉(zhuǎn)換型傳感器 2.2.3 光敏傳感器光敏傳感器 2.2.4 氣、濕敏傳感器氣、濕敏傳感器 2.2.5 集成與智能傳感器集成與智能傳感器本章內(nèi)容2.3 傳感器的一般特型和選型傳感器的一般特型和選型 2.3.1 傳感器的一般特性傳感器的一般特性 2.3.2 傳感器選型的原則傳感器選型的原則2.4 微型傳感器的應(yīng)用實(shí)例微型傳感器的應(yīng)用實(shí)例 2.4.1 磁阻傳感器簡(jiǎn)介磁阻傳感器簡(jiǎn)介 2.4.2 磁阻傳感器用于車(chē)輛探測(cè)磁阻傳感器用于車(chē)輛探測(cè)2.1 傳感器概述 什么是傳感器什么是傳感器能夠把特定的能夠把特定的被測(cè)量信息被測(cè)量信息按一定規(guī)律按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成某某種可用信號(hào)種可用信號(hào)的器件或裝置。的器件或

3、裝置。2.1.1 傳感器的定義和作用傳感器傳感器的作用類(lèi)似于人體的的作用類(lèi)似于人體的感覺(jué)器官感覺(jué)器官。2.1.1 傳感器的定義和作用PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： 傳感器與執(zhí)行器控制功能控制功能一體化一體化控制參數(shù)一控制參數(shù)一體化體化數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)共享集成化集成化微型化微型化智能化智能化網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化復(fù)合多功能化復(fù)合多功能化2.1.1 傳感器的定義和作用2.1.2 傳感器的組成敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件基

4、本轉(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路輔助電源輔助電源被測(cè)量被測(cè)量傳感器的組成結(jié)構(gòu) 傳感器接口技術(shù)傳感器接口技術(shù)指指各種物理量經(jīng)傳感器和預(yù)處各種物理量經(jīng)傳感器和預(yù)處理電路變成理電路變成數(shù)字量數(shù)字量，供計(jì)算機(jī)處理。，供計(jì)算機(jī)處理。2.1.2 傳感器的組成傳傳感感器器檢檢測(cè)測(cè)過(guò)程參數(shù)多多路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理放大放大器器采樣采樣/保保持持模模/數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換控控制制處處理理器器能量能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換型型壓電式傳感器壓電式傳感器.磁電式傳感器磁電式傳感器熱電偶傳感器熱電偶傳感器.電感式傳感器電感式傳感器電容式傳感器電容式傳感器電阻式傳感器電阻式傳感器按被測(cè)量與輸出電量的轉(zhuǎn)按被測(cè)量與輸出電量的轉(zhuǎn)

5、換原理劃分換原理劃分能量能量控制控制型型 傳傳感感器器的的分分類(lèi)類(lèi)2.1.3 傳感器的分類(lèi)按測(cè)量原理分：按測(cè)量原理分：l電參量式l磁電式l磁致伸縮式l壓電式l半導(dǎo)體式2.1.3 傳感器的分類(lèi)按測(cè)量性質(zhì)分：按測(cè)量性質(zhì)分：l開(kāi)關(guān)型l數(shù)字型l模擬型2.2 常見(jiàn)的傳感器類(lèi)型介紹1 1、能量控制型傳感器、能量控制型傳感器 能量控制型傳感器能量控制型傳感器將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電參量，將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電參量，在工作過(guò)程中不能起換能作用，需從外部供給輔助在工作過(guò)程中不能起換能作用，需從外部供給輔助能源使其工作，所以又稱(chēng)作無(wú)源傳感器。能源使其工作，所以又稱(chēng)作無(wú)源傳感器。 電阻式電阻式 電容式電容式 電感式電感式

6、2.2.1 能量控制型傳感器2 2、能量轉(zhuǎn)換型傳感器、能量轉(zhuǎn)換型傳感器 能量轉(zhuǎn)換型傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器感受外界機(jī)械量變化后，輸感受外界機(jī)械量變化后，輸出電壓、電流或電荷量。傳感器本身相當(dāng)于一個(gè)電出電壓、電流或電荷量。傳感器本身相當(dāng)于一個(gè)電壓源或電流源，叫做有源傳感器。壓源或電流源，叫做有源傳感器。 壓電式壓電式 磁電式磁電式 熱電式熱電式2.2.2 能量轉(zhuǎn)換型傳感器3 3、光敏傳感器、光敏傳感器 光敏傳感器光敏傳感器是一種感應(yīng)光線強(qiáng)弱的傳感器。當(dāng)感是一種感應(yīng)光線強(qiáng)弱的傳感器。當(dāng)感應(yīng)到光強(qiáng)度不同時(shí)，光敏探頭內(nèi)的電阻值就會(huì)有變化。應(yīng)到光強(qiáng)度不同時(shí)，光敏探頭內(nèi)的電阻值就會(huì)有變化。 電式傳感器電式傳

7、感器 色敏傳感器色敏傳感器 CCDCCD圖像傳感器圖像傳感器 紅外紅外/ /熱釋電式光敏器件熱釋電式光敏器件2.2.3 光敏傳感器4 4、氣、濕敏傳感器、氣、濕敏傳感器 氣敏傳感器氣敏傳感器是一種能將檢測(cè)到的氣體成分是一種能將檢測(cè)到的氣體成分和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。 半導(dǎo)體氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體氣敏傳感器廣泛應(yīng)用于可燃性氣體可燃性氣體的的探測(cè)與報(bào)警探測(cè)與報(bào)警，以預(yù)測(cè)災(zāi)害性事故的發(fā)生，以預(yù)測(cè)災(zāi)害性事故的發(fā)生。2.2.4 氣、濕敏傳感器5 5、集成與智能傳感器、集成與智能傳感器 集成傳感器集成傳感器是將敏感元件、測(cè)量電路和各種是將敏感元件、測(cè)量電路和各種補(bǔ)償元件

8、等集成在一塊芯片上，具有體積小、重補(bǔ)償元件等集成在一塊芯片上，具有體積小、重量輕、功能強(qiáng)和性能好的特點(diǎn)。量輕、功能強(qiáng)和性能好的特點(diǎn)。 集成溫度傳感器集成溫度傳感器 集成壓力傳感器集成壓力傳感器 集成霍爾傳感器集成霍爾傳感器2.1.5 集成與智能傳感器 智能傳感器智能傳感器（Smart SensorSmart Sensor）是一種裝有微）是一種裝有微處理器的、能夠信息處理和信息存儲(chǔ)以及邏輯分處理器的、能夠信息處理和信息存儲(chǔ)以及邏輯分析判斷的傳感器系統(tǒng)。析判斷的傳感器系統(tǒng)。2.1.5 集成與智能傳感器智能傳感器智能傳感器與與傳統(tǒng)傳感器傳統(tǒng)傳感器相比相比的幾個(gè)特點(diǎn)的幾個(gè)特點(diǎn)具有數(shù)字通信接口具有數(shù)字通

9、信接口 自動(dòng)診斷故障自動(dòng)診斷故障 實(shí)現(xiàn)多參數(shù)綜合測(cè)量實(shí)現(xiàn)多參數(shù)綜合測(cè)量 具有判斷和信息處理功能具有判斷和信息處理功能 具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)校準(zhǔn)功能具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)校準(zhǔn)功能2.1.5 集成與智能傳感器2.3 傳感器的一般特性和正確選型靈敏度靈敏度響應(yīng)特性響應(yīng)特性需要掌握需要掌握的傳感器的傳感器九個(gè)特性九個(gè)特性線性范圍線性范圍穩(wěn)定性穩(wěn)定性漂移漂移精度精度重復(fù)性重復(fù)性 分辨率（力）分辨率（力）遲滯遲滯2.3.1 傳感器的一般特性1 1、靈敏度、靈敏度 傳感器的靈敏度高，意味著傳感器能傳感器的靈敏度高，意味著傳感器能感應(yīng)微感應(yīng)微弱的變化量弱的變化量。傳感器傳感器的靈敏度越高，測(cè)量范圍往往越窄，的靈敏度

10、越高，測(cè)量范圍往往越窄， 穩(wěn)定性會(huì)越差。穩(wěn)定性會(huì)越差。2.3.1 傳感器的一般特性K=K=輸出變化量輸出變化量/ /輸入變化量輸入變化量= =Y/Y/X=dy/dxX=dy/dx2 2、響應(yīng)特性、響應(yīng)特性 傳感器的傳感器的動(dòng)態(tài)性能動(dòng)態(tài)性能是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。間變化的輸入量的響應(yīng)特性。 傳感器的響應(yīng)特性良好，表示傳感器傳感器的響應(yīng)特性良好，表示傳感器滿足不失真測(cè)量的條件。滿足不失真測(cè)量的條件。2.3.1 傳感器的一般特性3 3、線性范圍、線性范圍 任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)它的輸出與輸入成范圍內(nèi)它的輸出

11、與輸入成比例關(guān)系比例關(guān)系。 線性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程線性范圍越寬，則表明傳感器的工作量程越大。越大。 2.3.1 傳感器的一般特性max100%LFSLey4 4、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 穩(wěn)定性表示傳感器經(jīng)過(guò)穩(wěn)定性表示傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用長(zhǎng)期使用之后，輸之后，輸出特性不發(fā)生變化的性能。出特性不發(fā)生變化的性能。 影響傳感器穩(wěn)定性的因素是影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間時(shí)間與與環(huán)境環(huán)境。 2.3.1 傳感器的一般特性5 5、重復(fù)性、重復(fù)性 重復(fù)性是指在重復(fù)性是指在同一工作條同一工作條件下件下，輸入量按，輸入量按同一方向同一方向在全在全測(cè)量范圍內(nèi)測(cè)量范圍內(nèi)連續(xù)變化連續(xù)變化多次所得多次所得特征曲線的不一

12、致性。特征曲線的不一致性。21()1niiYYn23100%FSky 上式中上式中為標(biāo)準(zhǔn)偏差，為標(biāo)準(zhǔn)偏差， 為測(cè)量為測(cè)量值，值，Y Y為測(cè)量值的算術(shù)平均值。為測(cè)量值的算術(shù)平均值。2.3.1 傳感器的一般特性6 6、漂移、漂移 由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，由于傳感器內(nèi)部因素或外界干擾的情況下，傳感器的輸出變化稱(chēng)為漂移。傳感器的輸出變化稱(chēng)為漂移。0100%FSYy零漂上式中上式中 為最大零點(diǎn)偏差（或相應(yīng)偏差）為最大零點(diǎn)偏差（或相應(yīng)偏差）2.3.1 傳感器的一般特性7 7、精度、精度 傳感器精度指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，其誤差傳感器精度指測(cè)量結(jié)果的可靠程度，其誤差越小則傳感器精度越高。越小則傳

13、感器精度越高。表示傳感器在表示傳感器在規(guī)定條件規(guī)定條件下，允許的下，允許的最大絕對(duì)誤最大絕對(duì)誤差差相對(duì)相對(duì)傳感器滿量程傳感器滿量程輸出的輸出的百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)。2.3.1 傳感器的一般特性100%FSAy精度8 8、分辨率、分辨率( (力力) ) 分辨力是指能檢測(cè)出的輸入量的最小變化量，分辨力是指能檢測(cè)出的輸入量的最小變化量，即傳感器能檢測(cè)到的即傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量最小輸入增量。在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱(chēng)為在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱(chēng)為閾值閾值。2.3.1 傳感器的一般特性9 9、遲滯、遲滯 遲滯是指在遲滯是指在相同工作條件相同工作條件下作全測(cè)量范圍下作全測(cè)量范圍校準(zhǔn)時(shí)，在校準(zhǔn)時(shí)，在同一次校準(zhǔn)中

14、同一次校準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)同一輸入量同一輸入量的正的正行程和反行程間的行程和反行程間的最大偏差最大偏差。max100%FSHAymax100%2FSHAy2.3.1 傳感器的一般特性1 1、測(cè)量對(duì)象與環(huán)境、測(cè)量對(duì)象與環(huán)境 根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件使用條件考慮以下問(wèn)題：考慮以下問(wèn)題：v 量程的大小量程的大小v 被測(cè)位置被測(cè)位置v 測(cè)量方式測(cè)量方式v 信號(hào)的輸出方法信號(hào)的輸出方法v 傳感器的來(lái)源傳感器的來(lái)源2.3.2 傳感器選型的原則2 2、靈敏度、靈敏度 通常希望傳感器的靈敏度越高越好。但傳感器的靈敏通常希望傳感器的靈敏度越高越好。但傳感器的靈敏度較高容易影響度較高

15、容易影響測(cè)量精度測(cè)量精度。v當(dāng)被測(cè)量是當(dāng)被測(cè)量是單向量單向量，應(yīng)選擇在其它方向上靈敏度小的，應(yīng)選擇在其它方向上靈敏度小的傳感器傳感器v如果被測(cè)量是如果被測(cè)量是多維向量多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。越小越好。2.3.2 傳感器選型的原則3 3、頻率響應(yīng)特性、頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件。必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件。u傳感器頻率高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍寬。傳感器頻率高，可測(cè)的信號(hào)頻率范圍寬。u傳感器頻率低，可測(cè)信號(hào)的頻率就較低。傳感器

16、頻率低，可測(cè)信號(hào)的頻率就較低。u動(dòng)態(tài)測(cè)量應(yīng)根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)，以免產(chǎn)生過(guò)大的誤差。動(dòng)態(tài)測(cè)量應(yīng)根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)，以免產(chǎn)生過(guò)大的誤差。2.3.2 傳感器選型的原則4 4、線性范圍、線性范圍 傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。u傳感器的線性范圍越寬，則它的量程就越大，并且能保傳感器的線性范圍越寬，則它的量程就越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。證一定的測(cè)量精度。u在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類(lèi)確定以后首先要看它在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類(lèi)確定以后首先要看它的量程是否滿足要求。的量程是否滿足要求。 2.3.2 傳感器選型的原則5 5、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 傳感器在使

17、用一段時(shí)間后，它的穩(wěn)定性會(huì)受到影響。傳感器在使用一段時(shí)間后，它的穩(wěn)定性會(huì)受到影響。u傳感器本身的結(jié)構(gòu)、使用環(huán)境會(huì)影響傳感器穩(wěn)定性。傳感器本身的結(jié)構(gòu)、使用環(huán)境會(huì)影響傳感器穩(wěn)定性。u傳感器要有良好的穩(wěn)定性，需要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能傳感器要有良好的穩(wěn)定性，需要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。力。2.3.2 傳感器選型的原則6 6、精度、精度 精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確程度的一個(gè)環(huán)節(jié)。個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確程度的一個(gè)環(huán)節(jié)。u如果測(cè)量目的是定性分析，不宜選用絕對(duì)量值精度高如果測(cè)量目的是定性分析，不宜選用絕對(duì)量值精度高的型號(hào)；的型號(hào)；u如

18、果是為了定量分析，要選用精度等級(jí)能滿足要求的如果是為了定量分析，要選用精度等級(jí)能滿足要求的型號(hào)。型號(hào)。2.3.2 傳感器選型的原則2.4 微型傳感器應(yīng)用實(shí)例 磁性傳感器通常又稱(chēng)為磁性傳感器通常又稱(chēng)為磁力計(jì)磁力計(jì)，它的使用特點(diǎn)在于測(cè)，它的使用特點(diǎn)在于測(cè)量磁場(chǎng)并不是主要目的，通常能夠同時(shí)探測(cè)獲得其它參數(shù)，量磁場(chǎng)并不是主要目的，通常能夠同時(shí)探測(cè)獲得其它參數(shù)，如車(chē)輪速度、車(chē)輛出現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)方向等。如車(chē)輪速度、車(chē)輛出現(xiàn)和運(yùn)動(dòng)方向等。 2.4.1 磁阻傳感器簡(jiǎn)介1、磁感應(yīng)探測(cè)原理 運(yùn)動(dòng)車(chē)輛的每個(gè)部運(yùn)動(dòng)車(chē)輛的每個(gè)部分都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)分都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)可重復(fù)可重復(fù)的對(duì)地球磁場(chǎng)的的對(duì)地球磁場(chǎng)的擾動(dòng)擾動(dòng)，這個(gè)特征會(huì)被傳感器可這個(gè)特征會(huì)被傳感器可靠地檢測(cè)到?？康貦z測(cè)到。2.4.2 磁阻傳感器用于車(chē)輛探測(cè)2、運(yùn)動(dòng)車(chē)輛探測(cè)信號(hào)分析 地地球的磁場(chǎng)在很廣闊的區(qū)域內(nèi)