現(xiàn)代傳感器介紹課件

現(xiàn)代傳感器介紹現(xiàn)代傳感器介紹1引言傳感器技術(shù)是仿生學(xué)的一部分，向大自然以及人類自身學(xué)習(xí)是仿生學(xué)永恒的主題，也是仿生傳感技術(shù)的發(fā)展方向。傳感器技術(shù)正式問世是在20世紀(jì)中期，其大體經(jīng)歷結(jié)構(gòu)型傳感器、固體傳感器、智能傳感器三個(gè)歷程。傳感器作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件，已經(jīng)成為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的重要技術(shù)工具。傳感器技術(shù)與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱，是信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)換器件敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量敏感元件傳感器的能量轉(zhuǎn)換過程引言傳感器技術(shù)是仿生學(xué)的一部分，向大自然以及人類自身學(xué)習(xí)是仿2目錄一、光纖傳感器二、生物傳感器三、超聲波傳感器四、紅外線傳感器五、微波傳感器六、智能傳感器七、超導(dǎo)傳感器目錄一、光纖傳感器五、微波傳感器3光纖傳感器光纖——光導(dǎo)纖維，是由石英、玻璃、塑料等光折射率高的介質(zhì)材料制成的極細(xì)的纖維，是一種理想的光傳輸線路。光纖傳感器（FiberOpticSensor，F(xiàn)OS）興起于20世紀(jì)70年代，是一類較新的光敏器件，它是利用被測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獠ㄟM(jìn)行調(diào)制，使光波的一些參數(shù)，如強(qiáng)度、頻率、波長(zhǎng)、相位、偏振態(tài)等特性產(chǎn)生變化來工作。可以測(cè)量位移、加速度、壓力、溫度、磁、聲、電等物理量。光纖傳感器光纖——光導(dǎo)纖維，是由石英、玻璃、塑料等光折射率高4光纖結(jié)構(gòu)

光纖通常由纖芯、包層、保護(hù)套及組成。纖芯是由玻璃、石英或塑料等材料制成的圓柱體，直徑約為5～150mm。包層的材料也是玻璃或塑料等，直徑為100－200um。但纖芯的折射率n1稍大于包層的折射率n2。保護(hù)套起保護(hù)光纖的作用。較長(zhǎng)的光纖又稱為光纜。光纖結(jié)構(gòu)光纖通常由纖芯、包層、保護(hù)套及組成。5光纖的傳光原理在光纖中,光的傳輸限制在光纖中,并隨光纖能傳送到很遠(yuǎn)的距離,光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。光纖的傳光原理在光纖中,光的傳輸限制在光纖中,并隨光纖能6光纖傳感器是基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。光纖傳感器除光纖外還應(yīng)包括光源、傳感頭、光探測(cè)器和信號(hào)處理電路等幾部分。光纖傳感器的基本組成光纖傳感器是基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。光纖傳感器除光纖外還應(yīng)7光纖傳感器的應(yīng)用

當(dāng)光纖發(fā)出的光穿過標(biāo)志孔時(shí)，若無反射，說明電路板方向放置正確。

光纖耦合器標(biāo)志孔傳輸光纖出射光纖電路板標(biāo)志檢測(cè)光纖傳感器的應(yīng)用當(dāng)光纖發(fā)出的光穿過標(biāo)志孔時(shí)，若無反射，8遮斷型光纖光電開關(guān)遮斷型光纖光電開關(guān)9光纖傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用光纖內(nèi)窺鏡光學(xué)纖維胃鏡光纖傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用光纖內(nèi)窺鏡10光纖傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用光纖溫度傳感器光纖傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用光纖溫度傳感器11生物傳感器生物傳感器(biosensor)：以生物活性單元(如酶、抗體、核酸、細(xì)胞等)作為生物敏感基元，對(duì)目標(biāo)被測(cè)物具有高度選擇性的檢測(cè)器。它通過各種物理、化學(xué)型信號(hào)轉(zhuǎn)換器捕捉目標(biāo)物與敏感基元之間的反應(yīng)，然后將反應(yīng)的程度用離散或連續(xù)的電信號(hào)表達(dá)出來，從而得出被測(cè)物的濃度。是由固定化的生物敏感材料作識(shí)別元件與適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器及信號(hào)放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。生物傳感器生物傳感器(biosensor)：以生物活性單元(12生物傳感器的原理被分析物擴(kuò)散進(jìn)入固定化生物敏感膜，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的信息繼而被相應(yīng)的化學(xué)換能器或物理換能器轉(zhuǎn)變成可定量和可處理的電信號(hào)，再經(jīng)檢測(cè)放大器放大并輸出，便可知道待測(cè)物濃度。待分析物生物敏感膜化學(xué)量或物理量變化換能器可定量加工的電信號(hào)生物傳感器的原理被分析物擴(kuò)散進(jìn)入固定化生物敏感膜，經(jīng)分13生物傳感器的應(yīng)用生物傳感器的應(yīng)用14生物傳感器的應(yīng)用指紋具有惟一性（隨身攜帶、無法復(fù)制、人人不同、指指相異）。根據(jù)指紋學(xué)理論，將兩個(gè)指紋分別匹配上12個(gè)特征時(shí)的相同幾率僅為1/1050。因此，至今找不出兩個(gè)指紋完全相同的人。15指紋識(shí)別的過程指紋圖像的獲取生物傳感器的應(yīng)用15指紋識(shí)別的過程指紋圖像的獲取生物傳感器的應(yīng)用

故葡萄糖濃度測(cè)試方法有三種：①測(cè)耗量Ｏ２

②測(cè)Ｈ２Ｏ２生成量③測(cè)由葡萄糖酸而產(chǎn)生的ＰＨ變化。

葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ）葡萄糖+H2O＋Ｏ２――――――→葡萄糖酸＋Ｈ２Ｏ２葡萄糖傳感器生物傳感器的應(yīng)用

16免疫傳感器基本原理是免疫反應(yīng)。利用固定化抗體（或抗原）膜與相應(yīng)的抗原（或抗體）的特異反應(yīng)，使得生物敏感膜的電位發(fā)生變化?？乖蚩贵w一經(jīng)固定于膜上，就形成具有識(shí)別免疫反應(yīng)強(qiáng)烈的分子功能性膜。如，抗原在乙酰纖維素膜上進(jìn)行固定化，由于蛋白質(zhì)為雙極性電解質(zhì)，（正負(fù)電極極性隨ＰＨ值而變）所以抗原固定化膜具有表面電荷。其膜電位隨膜電荷要變化。故根據(jù)抗體膜電位的變化，可測(cè)知抗體的附量。3室注入含有抗體的鹽水抗體與固定化抗原膜上的抗原相結(jié)合膜表面吸附抗體膜帶電狀態(tài)變化1、2室內(nèi)的電極產(chǎn)生電位差免疫傳感器基本原理是免疫反應(yīng)。利用固定化抗體（或抗原）膜與相17紅外傳感器

紅外傳感器是將紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器。紅外輻射（紅外線）是一種人眼看不見的光線，波長(zhǎng)范圍大致在0.76～100μm。任何溫度高于熱力學(xué)零度（-273.15℃）的物體都會(huì)輻射紅外線。與其他探測(cè)技術(shù)相比，紅外探測(cè)技術(shù)有如下主要優(yōu)點(diǎn)：(1)環(huán)境適應(yīng)性好，在夜間和惡劣氣象條件下的工作能力優(yōu)于可見光；(2)被動(dòng)式工作，隱蔽性好，不易被干擾；(3)靠目標(biāo)和背景之間各部分的溫度和發(fā)射率形成的紅外輻射差進(jìn)行探測(cè)，因而識(shí)別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可見光；(4)紅外系統(tǒng)的體積小、質(zhì)量輕、功耗低。

近年來，紅外技術(shù)在軍事領(lǐng)域和民用工程上，都得到了廣泛應(yīng)用。軍事領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括：(1)偵查、搜索和預(yù)警；(2)探測(cè)和跟蹤；(3)全天候前視和夜視；(4)武器瞄準(zhǔn)；(5)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈；(6)紅外成像相機(jī)；(7)水下探潛、探雷技術(shù)。在民用工程領(lǐng)域的應(yīng)用主要是：(1)在氣象預(yù)報(bào)、地貌學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、遙感資源調(diào)查等領(lǐng)域的應(yīng)用；(2)在地下礦井測(cè)溫和測(cè)氣中的應(yīng)用；(3)紅外熱像儀在電力、消防、石化以及醫(yī)療和森林火災(zāi)頂報(bào)中的應(yīng)用。紅外傳感器紅外傳感器是將紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為電量的18紅外傳感器的原理紅外傳感器是將紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的一種傳感器，也常稱為紅外探測(cè)器。它是紅外探測(cè)系統(tǒng)的核心，它的性能好壞，將直接影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。選擇合適的、性能良好的紅外傳感器，對(duì)于紅外探測(cè)系統(tǒng)是十分重要的。按探測(cè)機(jī)理的不同，紅外傳感器分為熱傳感器和光子傳感器兩大類。

紅外光子傳感器的工作原理是基于光電效應(yīng)。其主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率高。但紅外光子傳感器一般需在低溫下才能工作，故需要配備液氦、液氮制冷設(shè)備。此外，光子傳感器有確定的響應(yīng)波長(zhǎng)范圍，探測(cè)波段較窄。

紅外熱傳感器的工作是利用輻射熱效應(yīng)。探測(cè)器件接收輻射能后引起溫度升高，再由接觸型測(cè)溫元件測(cè)量溫度改變量，從而輸出電信號(hào)。與光子傳感器相比，熱傳感器的探測(cè)率比光子傳感器的峰值探測(cè)率低，響應(yīng)速度也慢得多。但熱傳感器光譜響應(yīng)寬而且平坦，響應(yīng)范圍可擴(kuò)展到整個(gè)紅外區(qū)域，并且在常溫下就能工作，使用方便，應(yīng)用仍相當(dāng)廣泛。紅外傳感器的原理紅外傳感器是將紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換為電量變19紅外傳感器的應(yīng)用溫度的測(cè)量方法可分為接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩類，測(cè)溫傳感器種類繁多紅外測(cè)溫是一種比較先進(jìn)的測(cè)溫方法，主要特點(diǎn)是：

(1)紅外測(cè)溫是遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)溫，特別適合于運(yùn)動(dòng)物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測(cè)量。(2)紅外測(cè)溫反應(yīng)速度快，它不需要與物體達(dá)到熱平衡的過程，只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可定溫。反應(yīng)時(shí)間一般都在毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)。(3)紅外測(cè)溫靈敏度高，因?yàn)槲矬w的輻射能量與溫度的四次方成正比。物體溫度微小的變化，就會(huì)引起輻射能量較大的變化，紅外探測(cè)器即可迅速地檢測(cè)出來。(4)紅外測(cè)溫準(zhǔn)確度較高，由于是非接觸測(cè)量，不會(huì)破壞物體原來溫度分布狀況，因此測(cè)出的溫度比較真實(shí)。測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.1℃，甚至更小。(5)紅外測(cè)溫范圍廣泛，可測(cè)攝氏零下幾十度到零上幾千度的溫度范圍。紅外溫度測(cè)量方法，幾乎可以應(yīng)用于所有溫度測(cè)量場(chǎng)合。紅外傳感器的應(yīng)用溫度的測(cè)量方法可分為接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫20

激光僅用于瞄準(zhǔn)紅外傳感器的外形激光僅用于瞄準(zhǔn)紅外傳感器的外形21紅外線輻射溫度計(jì)用于食品溫度測(cè)量集成IC溫度測(cè)量紅外傳感器的應(yīng)用紅外線輻射溫度計(jì)集成IC溫度測(cè)量紅外傳感器的應(yīng)用22利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測(cè)物（電控柜、天花板內(nèi)的布線層）紅外溫度檢測(cè)分析儀紅外制冷故障診斷利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測(cè)物（電控柜、天花板內(nèi)的布線層）紅外溫度檢23超聲波傳感器機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱為波。人能聽見聲音的頻率為20Hz～20kHz，即為聲波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下的聲音稱為次聲波，20kHz以上的聲音稱為超聲波，一般說話的頻率范圍為100Hz～8kHz。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)

聲波頻率的界限劃分超聲波傳感器機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱為波。人24蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。25超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點(diǎn)。2023/1/326超聲波霧化器

超聲波加濕器超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點(diǎn)。20超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。2023/1/327便攜式超聲波探魚器超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩超聲波測(cè)量液位和物位原理

在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面。

超聲波測(cè)量液位和物位原理在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射28多普勒效應(yīng)

前進(jìn)方向的頻率升高!

如果波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么觀察者接收到的頻率和波源的頻率就不相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。測(cè)出f就可得到運(yùn)動(dòng)速度。多普勒效應(yīng)前進(jìn)方向的如果波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)29超聲波多普勒測(cè)量車速超聲波多普勒測(cè)量車速30超導(dǎo)傳感器

一、

超導(dǎo)紅外傳感器

當(dāng)紅外輻射照射到超導(dǎo)體上時(shí)，其導(dǎo)電率發(fā)生變化。這樣，根據(jù)超導(dǎo)體導(dǎo)電率的變化，可以檢測(cè)紅外輻射能量。

超導(dǎo)紅外探測(cè)器與傳統(tǒng)紅外探測(cè)器相比具有明顯優(yōu)勢(shì)：①更寬的響應(yīng)波段范圍。②在紅外和可見光系統(tǒng)難以工作的霧、煙、塵環(huán)境中,可繼續(xù)正常工作。③列陣器件適合紅外熱成像系統(tǒng)。

相對(duì)于低溫超導(dǎo)，高溫超導(dǎo)具有更為廣闊的應(yīng)用前景。高溫超導(dǎo)紅外探測(cè)器是紅外至毫米波段的優(yōu)良接收器，它可用于諸多領(lǐng)域：①軍事上，作為紅外（尤其是遠(yuǎn)紅外）亞毫米波行掃描儀，遠(yuǎn)紅外激光器的接收器件，紅外前視系統(tǒng)，熱像儀，用于精密制導(dǎo)、火控、紅外；②民用上，用于低溫測(cè)溫儀、光譜儀、天文探測(cè)，特別是天文衛(wèi)星對(duì)外層空間的探測(cè)等。超導(dǎo)傳感器一、超導(dǎo)紅外傳感器31

二、超導(dǎo)可見光傳感器

超導(dǎo)可見光傳感器多用超導(dǎo)陶瓷材料制成。若將絕緣薄膜夾置于兩不同超導(dǎo)陶瓷之間，即使不加電壓也會(huì)有電流從超導(dǎo)陶瓷1流向超導(dǎo)陶瓷2。該現(xiàn)象稱為約瑟夫遜效應(yīng)，該結(jié)構(gòu)稱為約瑟夫遜結(jié)。

若有光子入射，則在約瑟夫遜結(jié)中的電流也將發(fā)生變化。因此，通過測(cè)量電流變化，可以檢測(cè)光信號(hào)大小，這就是可見光超導(dǎo)傳感器工作原理。無人機(jī)上搭載的攝像設(shè)備就集成了可見光和紅外傳感器，滿足戰(zhàn)場(chǎng)需要。二、超導(dǎo)可見光傳感器無人機(jī)上搭載的攝像設(shè)備就集成了可見32

三、超導(dǎo)微波傳感器

微波是波長(zhǎng)為1m1mm的電磁波。微波相對(duì)于光波和紅外線等電磁波具有下列特點(diǎn)：遇到各種障礙物易于反射；②傳輸過程中受煙、火焰、灰塵、強(qiáng)光等的影響很??；③介質(zhì)對(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例。以上特點(diǎn)構(gòu)成了微波檢測(cè)的基礎(chǔ)。超導(dǎo)微波檢測(cè)的原理如下：

將絕緣薄膜夾置于兩超導(dǎo)體之間，即構(gòu)成了隧道結(jié)；若兩超導(dǎo)體之間存在電勢(shì)差，則在隧道結(jié)中產(chǎn)生電流。當(dāng)隧道結(jié)受到微波輻射時(shí)，其電流—電壓特性改變。因此，可以利用這個(gè)特性檢測(cè)微波，而且具有超高靈敏性能，一般將用于測(cè)頻率為10THz的微波信號(hào)。三、超導(dǎo)微波傳感器33四、超導(dǎo)磁場(chǎng)傳感器

圖示為超導(dǎo)磁場(chǎng)傳感器原理圖。當(dāng)超導(dǎo)環(huán)受到磁場(chǎng)作用時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)部超導(dǎo)電流排斥磁場(chǎng)，環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)為零。超導(dǎo)電流Is只與外磁場(chǎng)強(qiáng)度B成正比。若測(cè)量出Is值的大小，則可確定磁場(chǎng)強(qiáng)度B值。須指出，電流Is并不與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度B有嚴(yán)格的正比關(guān)系，而與磁通（=BS）成正比，其中S為超導(dǎo)環(huán)的面積。磁超導(dǎo)型核磁共振儀四、超導(dǎo)磁場(chǎng)傳感器磁超導(dǎo)型核磁共振儀34智能傳感器智能傳感器的定義

目前，關(guān)于智能傳感器的中、英文稱謂尚未完全統(tǒng)一。英國人將智能傳感器稱為“IntelligentSensor”；美國人則習(xí)慣于把智能傳感器稱作“SmartSensor”，直譯就是“靈巧的、聰明的傳感器”。所謂智能傳感器，就是帶微處理器、兼有信息檢測(cè)和信息處理功能的傳感器。

智能傳感器智能傳感器的定義35

智能傳感器的最大特點(diǎn)就是將傳感器檢測(cè)信息的功能與微處理器的信息處理功能有機(jī)地融合在一起。從一定意義上講，它具有類似于人工智能的作用。智能傳感器就是一個(gè)最小的微機(jī)系統(tǒng)，其中作為控制核心的微處理器通常采用單片機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖示。智能傳感器的最大特點(diǎn)就是將傳感器檢測(cè)信息的功能與微3637

世界上第一個(gè)智能傳感器是美國霍尼韋爾（Honeywell）公司在1983年開發(fā)的ST3000系列智能壓力傳感器。它具有的多參數(shù)傳感(差壓、靜壓和溫度)與智能化的信號(hào)調(diào)理功能。最近，該公司還相繼開發(fā)出ST3000－900/2000等系列的新產(chǎn)品，使之功能進(jìn)一步完善。目前，ST3000系列智能壓力傳感器在全世界的銷量已突破50萬只，深受廣大用戶的青睞。

37世界上第一個(gè)智能傳感器是美國霍尼韋爾（智能傳感器的功能（1）具有自校準(zhǔn)和自診斷功能。智能傳感器不僅能自動(dòng)檢測(cè)各種被測(cè)參數(shù)，還

能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)調(diào)平衡、自動(dòng)校準(zhǔn)，某些智能傳感器還能自標(biāo)定功能。（2）具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯判斷和信息處理功能，能對(duì)被測(cè)量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理或信號(hào)處理（包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理、線性化，或?qū)囟?、靜壓力等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)龋?/p>

（3）具有雙向通信功能，能直接與微處理器（μP）或單片機(jī)（μC）通信。

(4）具有組態(tài)功能，使用靈活。在智能傳感器系統(tǒng)中可設(shè)置多種模塊化的硬件和軟件，用戶可通過微處理器發(fā)出指令，改變智能傳感器的硬件模塊和軟件模塊的組合狀態(tài)，完成不同的測(cè)量功能。智能傳感器的功能（1）具有自校準(zhǔn)和自診斷功能。智能傳感器不僅38智能傳感器的特點(diǎn)

1、高精度智能傳感器采用自調(diào)零、自補(bǔ)償、自校準(zhǔn)等多項(xiàng)新技術(shù)，能達(dá)到高精度指標(biāo)。2、寬量程智能傳感器的測(cè)量范圍很寬，并具有很強(qiáng)的過載能力。3、可靠性與高穩(wěn)定性強(qiáng)。4、高信噪比與高分辨率。5、自適應(yīng)性強(qiáng)。6、性價(jià)比高。智能傳感器的特點(diǎn)1、高精度2、寬量程3、可靠性與高穩(wěn)定性39智能傳感器的實(shí)現(xiàn)（1）集成化實(shí)現(xiàn)這種智能傳感器系統(tǒng)是采用微機(jī)械加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)，利用半導(dǎo)體材料硅作為基本材料來制作敏感元件，將信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元等集成在一塊芯片上構(gòu)成的。故又可稱為集成智能傳感器。其外形如圖所示。（2）非集成化實(shí)現(xiàn)非集成化智能傳感器是將傳統(tǒng)傳感器(采用非集成化工藝制作的傳感器，僅具有獲取信號(hào)的功能)、信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線接口的微處理器組合為一整體而構(gòu)成的一個(gè)智能傳感器系統(tǒng)。其框圖如圖所示。

（3）混合實(shí)現(xiàn)a.混合實(shí)現(xiàn)是指根據(jù)需要與可能，將系統(tǒng)各個(gè)集成化環(huán)節(jié)，如敏感單元、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元、數(shù)字總線接口等，以不同的組合方式集成在兩塊或三塊芯片上，并裝在一個(gè)外殼里為混合實(shí)現(xiàn)的幾種方式。b.集成化敏感單元包括彈性敏感元件及變換器；信號(hào)調(diào)理電路包括多路開關(guān)、儀用放大器、基準(zhǔn)、A/D轉(zhuǎn)換器等；微處理器單元包括數(shù)字存儲(chǔ)(EPROM、ROM、RAM)、I/O接口、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換器等。智能傳感器的實(shí)現(xiàn)（1）集成化實(shí)現(xiàn)（2）非集成化實(shí)現(xiàn)（3）混合40智能傳感器的應(yīng)用智能煙霧探測(cè)器智能穿戴設(shè)備中也有很多智能傳感器，比如說心率探測(cè)器。智能傳感器的應(yīng)用智能煙霧探測(cè)器智能穿戴設(shè)備中也有很多智能41智能家居設(shè)備也多出用到傳感器，智能傳感器就是將多種傳感器集成化，對(duì)外來信號(hào)進(jìn)行多方面的處理和反饋。智能家居設(shè)備也多出用到傳感器，智能傳感器就是將多種傳感器集成42ThankyouThankyou43現(xiàn)代傳感器介紹現(xiàn)代傳感器介紹44引言傳感器技術(shù)是仿生學(xué)的一部分，向大自然以及人類自身學(xué)習(xí)是仿生學(xué)永恒的主題，也是仿生傳感技術(shù)的發(fā)展方向。傳感器技術(shù)正式問世是在20世紀(jì)中期，其大體經(jīng)歷結(jié)構(gòu)型傳感器、固體傳感器、智能傳感器三個(gè)歷程。傳感器作為各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件，已經(jīng)成為各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的重要技術(shù)工具。傳感器技術(shù)與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱，是信息產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)換器件敏感元件轉(zhuǎn)換電路電學(xué)量敏感元件傳感器的能量轉(zhuǎn)換過程引言傳感器技術(shù)是仿生學(xué)的一部分，向大自然以及人類自身學(xué)習(xí)是仿45目錄一、光纖傳感器二、生物傳感器三、超聲波傳感器四、紅外線傳感器五、微波傳感器六、智能傳感器七、超導(dǎo)傳感器目錄一、光纖傳感器五、微波傳感器46光纖傳感器光纖——光導(dǎo)纖維，是由石英、玻璃、塑料等光折射率高的介質(zhì)材料制成的極細(xì)的纖維，是一種理想的光傳輸線路。光纖傳感器（FiberOpticSensor，F(xiàn)OS）興起于20世紀(jì)70年代，是一類較新的光敏器件，它是利用被測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獠ㄟM(jìn)行調(diào)制，使光波的一些參數(shù)，如強(qiáng)度、頻率、波長(zhǎng)、相位、偏振態(tài)等特性產(chǎn)生變化來工作?？梢詼y(cè)量位移、加速度、壓力、溫度、磁、聲、電等物理量。光纖傳感器光纖——光導(dǎo)纖維，是由石英、玻璃、塑料等光折射率高47光纖結(jié)構(gòu)

光纖通常由纖芯、包層、保護(hù)套及組成。纖芯是由玻璃、石英或塑料等材料制成的圓柱體，直徑約為5～150mm。包層的材料也是玻璃或塑料等，直徑為100－200um。但纖芯的折射率n1稍大于包層的折射率n2。保護(hù)套起保護(hù)光纖的作用。較長(zhǎng)的光纖又稱為光纜。光纖結(jié)構(gòu)光纖通常由纖芯、包層、保護(hù)套及組成。48光纖的傳光原理在光纖中,光的傳輸限制在光纖中,并隨光纖能傳送到很遠(yuǎn)的距離,光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。光纖的傳光原理在光纖中,光的傳輸限制在光纖中,并隨光纖能49光纖傳感器是基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。光纖傳感器除光纖外還應(yīng)包括光源、傳感頭、光探測(cè)器和信號(hào)處理電路等幾部分。光纖傳感器的基本組成光纖傳感器是基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器。光纖傳感器除光纖外還應(yīng)50光纖傳感器的應(yīng)用

當(dāng)光纖發(fā)出的光穿過標(biāo)志孔時(shí)，若無反射，說明電路板方向放置正確。

光纖耦合器標(biāo)志孔傳輸光纖出射光纖電路板標(biāo)志檢測(cè)光纖傳感器的應(yīng)用當(dāng)光纖發(fā)出的光穿過標(biāo)志孔時(shí)，若無反射，51遮斷型光纖光電開關(guān)遮斷型光纖光電開關(guān)52光纖傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用光纖內(nèi)窺鏡光學(xué)纖維胃鏡光纖傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用光纖內(nèi)窺鏡53光纖傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用光纖溫度傳感器光纖傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用光纖溫度傳感器54生物傳感器生物傳感器(biosensor)：以生物活性單元(如酶、抗體、核酸、細(xì)胞等)作為生物敏感基元，對(duì)目標(biāo)被測(cè)物具有高度選擇性的檢測(cè)器。它通過各種物理、化學(xué)型信號(hào)轉(zhuǎn)換器捕捉目標(biāo)物與敏感基元之間的反應(yīng)，然后將反應(yīng)的程度用離散或連續(xù)的電信號(hào)表達(dá)出來，從而得出被測(cè)物的濃度。是由固定化的生物敏感材料作識(shí)別元件與適當(dāng)?shù)睦砘瘬Q能器及信號(hào)放大裝置構(gòu)成的分析工具或系統(tǒng)。生物傳感器生物傳感器(biosensor)：以生物活性單元(55生物傳感器的原理被分析物擴(kuò)散進(jìn)入固定化生物敏感膜，經(jīng)分子識(shí)別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的信息繼而被相應(yīng)的化學(xué)換能器或物理換能器轉(zhuǎn)變成可定量和可處理的電信號(hào)，再經(jīng)檢測(cè)放大器放大并輸出，便可知道待測(cè)物濃度。待分析物生物敏感膜化學(xué)量或物理量變化換能器可定量加工的電信號(hào)生物傳感器的原理被分析物擴(kuò)散進(jìn)入固定化生物敏感膜，經(jīng)分56生物傳感器的應(yīng)用生物傳感器的應(yīng)用57生物傳感器的應(yīng)用指紋具有惟一性（隨身攜帶、無法復(fù)制、人人不同、指指相異）。根據(jù)指紋學(xué)理論，將兩個(gè)指紋分別匹配上12個(gè)特征時(shí)的相同幾率僅為1/1050。因此，至今找不出兩個(gè)指紋完全相同的人。58指紋識(shí)別的過程指紋圖像的獲取生物傳感器的應(yīng)用15指紋識(shí)別的過程指紋圖像的獲取生物傳感器的應(yīng)用

故葡萄糖濃度測(cè)試方法有三種：①測(cè)耗量Ｏ２

②測(cè)Ｈ２Ｏ２生成量③測(cè)由葡萄糖酸而產(chǎn)生的ＰＨ變化。

葡萄糖氧化酶（ＧＯＤ）葡萄糖+H2O＋Ｏ２――――――→葡萄糖酸＋Ｈ２Ｏ２葡萄糖傳感器生物傳感器的應(yīng)用

59免疫傳感器基本原理是免疫反應(yīng)。利用固定化抗體（或抗原）膜與相應(yīng)的抗原（或抗體）的特異反應(yīng)，使得生物敏感膜的電位發(fā)生變化?？乖蚩贵w一經(jīng)固定于膜上，就形成具有識(shí)別免疫反應(yīng)強(qiáng)烈的分子功能性膜。如，抗原在乙酰纖維素膜上進(jìn)行固定化，由于蛋白質(zhì)為雙極性電解質(zhì)，（正負(fù)電極極性隨ＰＨ值而變）所以抗原固定化膜具有表面電荷。其膜電位隨膜電荷要變化。故根據(jù)抗體膜電位的變化，可測(cè)知抗體的附量。3室注入含有抗體的鹽水抗體與固定化抗原膜上的抗原相結(jié)合膜表面吸附抗體膜帶電狀態(tài)變化1、2室內(nèi)的電極產(chǎn)生電位差免疫傳感器基本原理是免疫反應(yīng)。利用固定化抗體（或抗原）膜與相60紅外傳感器

紅外傳感器是將紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器。紅外輻射（紅外線）是一種人眼看不見的光線，波長(zhǎng)范圍大致在0.76～100μm。任何溫度高于熱力學(xué)零度（-273.15℃）的物體都會(huì)輻射紅外線。與其他探測(cè)技術(shù)相比，紅外探測(cè)技術(shù)有如下主要優(yōu)點(diǎn)：(1)環(huán)境適應(yīng)性好，在夜間和惡劣氣象條件下的工作能力優(yōu)于可見光；(2)被動(dòng)式工作，隱蔽性好，不易被干擾；(3)靠目標(biāo)和背景之間各部分的溫度和發(fā)射率形成的紅外輻射差進(jìn)行探測(cè)，因而識(shí)別偽裝目標(biāo)的能力優(yōu)于可見光；(4)紅外系統(tǒng)的體積小、質(zhì)量輕、功耗低。

近年來，紅外技術(shù)在軍事領(lǐng)域和民用工程上，都得到了廣泛應(yīng)用。軍事領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括：(1)偵查、搜索和預(yù)警；(2)探測(cè)和跟蹤；(3)全天候前視和夜視；(4)武器瞄準(zhǔn)；(5)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈；(6)紅外成像相機(jī)；(7)水下探潛、探雷技術(shù)。在民用工程領(lǐng)域的應(yīng)用主要是：(1)在氣象預(yù)報(bào)、地貌學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、遙感資源調(diào)查等領(lǐng)域的應(yīng)用；(2)在地下礦井測(cè)溫和測(cè)氣中的應(yīng)用；(3)紅外熱像儀在電力、消防、石化以及醫(yī)療和森林火災(zāi)頂報(bào)中的應(yīng)用。紅外傳感器紅外傳感器是將紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為電量的61紅外傳感器的原理紅外傳感器是將紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的一種傳感器，也常稱為紅外探測(cè)器。它是紅外探測(cè)系統(tǒng)的核心，它的性能好壞，將直接影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。選擇合適的、性能良好的紅外傳感器，對(duì)于紅外探測(cè)系統(tǒng)是十分重要的。按探測(cè)機(jī)理的不同，紅外傳感器分為熱傳感器和光子傳感器兩大類。

紅外光子傳感器的工作原理是基于光電效應(yīng)。其主要特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率高。但紅外光子傳感器一般需在低溫下才能工作，故需要配備液氦、液氮制冷設(shè)備。此外，光子傳感器有確定的響應(yīng)波長(zhǎng)范圍，探測(cè)波段較窄。

紅外熱傳感器的工作是利用輻射熱效應(yīng)。探測(cè)器件接收輻射能后引起溫度升高，再由接觸型測(cè)溫元件測(cè)量溫度改變量，從而輸出電信號(hào)。與光子傳感器相比，熱傳感器的探測(cè)率比光子傳感器的峰值探測(cè)率低，響應(yīng)速度也慢得多。但熱傳感器光譜響應(yīng)寬而且平坦，響應(yīng)范圍可擴(kuò)展到整個(gè)紅外區(qū)域，并且在常溫下就能工作，使用方便，應(yīng)用仍相當(dāng)廣泛。紅外傳感器的原理紅外傳感器是將紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)換為電量變62紅外傳感器的應(yīng)用溫度的測(cè)量方法可分為接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩類，測(cè)溫傳感器種類繁多紅外測(cè)溫是一種比較先進(jìn)的測(cè)溫方法，主要特點(diǎn)是：

(1)紅外測(cè)溫是遠(yuǎn)距離和非接觸測(cè)溫，特別適合于運(yùn)動(dòng)物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測(cè)量。(2)紅外測(cè)溫反應(yīng)速度快，它不需要與物體達(dá)到熱平衡的過程，只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可定溫。反應(yīng)時(shí)間一般都在毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)。(3)紅外測(cè)溫靈敏度高，因?yàn)槲矬w的輻射能量與溫度的四次方成正比。物體溫度微小的變化，就會(huì)引起輻射能量較大的變化，紅外探測(cè)器即可迅速地檢測(cè)出來。(4)紅外測(cè)溫準(zhǔn)確度較高，由于是非接觸測(cè)量，不會(huì)破壞物體原來溫度分布狀況，因此測(cè)出的溫度比較真實(shí)。測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.1℃，甚至更小。(5)紅外測(cè)溫范圍廣泛，可測(cè)攝氏零下幾十度到零上幾千度的溫度范圍。紅外溫度測(cè)量方法，幾乎可以應(yīng)用于所有溫度測(cè)量場(chǎng)合。紅外傳感器的應(yīng)用溫度的測(cè)量方法可分為接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫63

激光僅用于瞄準(zhǔn)紅外傳感器的外形激光僅用于瞄準(zhǔn)紅外傳感器的外形64紅外線輻射溫度計(jì)用于食品溫度測(cè)量集成IC溫度測(cè)量紅外傳感器的應(yīng)用紅外線輻射溫度計(jì)集成IC溫度測(cè)量紅外傳感器的應(yīng)用65利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測(cè)物（電控柜、天花板內(nèi)的布線層）紅外溫度檢測(cè)分析儀紅外制冷故障診斷利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測(cè)物（電控柜、天花板內(nèi)的布線層）紅外溫度檢66超聲波傳感器機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱為波。人能聽見聲音的頻率為20Hz～20kHz，即為聲波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下的聲音稱為次聲波，20kHz以上的聲音稱為超聲波，一般說話的頻率范圍為100Hz～8kHz。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強(qiáng)

聲波頻率的界限劃分超聲波傳感器機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱為波。人67蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。68超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點(diǎn)。2023/1/369超聲波霧化器

超聲波加濕器超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點(diǎn)。20超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。2023/1/370便攜式超聲波探魚器超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩超聲波測(cè)量液位和物位原理

在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面。

超聲波測(cè)量液位和物位原理在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射71多普勒效應(yīng)

前進(jìn)方向的頻率升高!

如果波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么觀察者接收到的頻率和波源的頻率就不相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。測(cè)出f就可得到運(yùn)動(dòng)速度。多普勒效應(yīng)前進(jìn)方向的如果波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)72超聲波多普勒測(cè)量車速超聲波多普勒測(cè)量車速73超導(dǎo)傳感器

一、

超導(dǎo)紅外傳感器

當(dāng)紅外輻射照射到超導(dǎo)體上時(shí)，其導(dǎo)電率發(fā)生變化。這樣，根據(jù)超導(dǎo)體導(dǎo)電率的變化，可以檢測(cè)紅外輻射能量。

超導(dǎo)紅外探測(cè)器與傳統(tǒng)紅外探測(cè)器相比具有明顯優(yōu)勢(shì)：①更寬的響應(yīng)波段范圍。②在紅外和可見光系統(tǒng)難以工作的霧、煙、塵環(huán)境中,可繼續(xù)正常工作。③列陣器件適合紅外熱成像系統(tǒng)。

相對(duì)于低溫超導(dǎo)，高溫超導(dǎo)具有更為廣闊的應(yīng)用前景。高溫超導(dǎo)紅外探測(cè)器是紅外至毫米波段的優(yōu)良接收器，它可用于諸多領(lǐng)域：①軍事上，作為紅外（尤其是遠(yuǎn)紅外）亞毫米波行掃描儀，遠(yuǎn)紅外激光器的接收器件，紅外前視系統(tǒng)，熱像儀，用于精密制導(dǎo)、火控、紅外；②民用上，用于低溫測(cè)溫儀、光譜儀、天文探測(cè)，特別是天文衛(wèi)星對(duì)外層空間的探測(cè)等。超導(dǎo)傳感器一、超導(dǎo)紅外傳感器74

二、超導(dǎo)可見光傳感器

超導(dǎo)可見光傳感器多用超導(dǎo)陶瓷材料制成。若將絕緣薄膜夾置于兩不同超導(dǎo)陶瓷之間，即使不加電壓也會(huì)有電流從超導(dǎo)陶瓷1流向超導(dǎo)陶瓷2。該現(xiàn)象稱為約瑟夫遜效應(yīng)，該結(jié)構(gòu)稱為約瑟夫遜結(jié)。

若有光子入射，則在約瑟夫遜結(jié)中的電流也將發(fā)生變化。因此，通過測(cè)量電流變化，可以檢測(cè)光信號(hào)大小，這就是可見光超導(dǎo)傳感器工作原理。無人機(jī)上搭載的攝像設(shè)備就集成了可見光和紅外傳感器，滿足戰(zhàn)場(chǎng)需要。二、超導(dǎo)可見光傳感器無人機(jī)上搭載的攝像設(shè)備就集成了可見75

三、超導(dǎo)微波傳感器

微波是波長(zhǎng)為1m1mm的電磁波。微波相對(duì)于光波和紅外線等電磁波具有下列特點(diǎn)：遇到各種障礙物易于反射；②傳輸過程中受煙、火焰、灰塵、強(qiáng)光等的影響很?。虎劢橘|(zhì)對(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例。以上特點(diǎn)構(gòu)成了微波檢測(cè)的基礎(chǔ)。超導(dǎo)微波檢測(cè)的原理如下：

將絕緣薄膜夾置于兩超導(dǎo)體之間，即構(gòu)成了隧道結(jié)；若兩超導(dǎo)體之間存在電勢(shì)差，則在隧道結(jié)中產(chǎn)生電流。當(dāng)隧道結(jié)受到微波輻射時(shí)，其電流—電壓特性改變。因此，可以利用這個(gè)特性檢測(cè)微波，而且具有超高靈敏性能，一般將用于測(cè)頻率為10THz的微波信號(hào)。三、超導(dǎo)微波傳感器76四、超導(dǎo)磁場(chǎng)傳感器

圖示為超導(dǎo)磁場(chǎng)傳感器原理圖。當(dāng)超導(dǎo)環(huán)受到磁場(chǎng)作用時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)部超導(dǎo)電流排斥磁場(chǎng)，環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)為零。超導(dǎo)電流Is只與外磁場(chǎng)強(qiáng)度B成正比。若測(cè)量出Is值的大小，則可確定磁場(chǎng)強(qiáng)度B值。須指出，電流Is并不與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度B有嚴(yán)格的正比關(guān)系，而與磁通（=BS）成正比，其中S為超導(dǎo)環(huán)的面積。磁超導(dǎo)型核磁共振儀四、超導(dǎo)磁場(chǎng)傳感器磁超導(dǎo)型核磁共振儀77智能傳感器智能傳感器的定義

目前，關(guān)于智能傳感器的中、英文稱謂尚未完全統(tǒng)一。英國人將智能傳感器稱為“IntelligentSensor”；美國人則習(xí)慣于把智能傳感器稱作“SmartSensor”，直譯就是“靈巧的、聰明的傳感器”。所謂智能傳感器，就是帶微處理器、兼有信息檢測(cè)和信息處理功能的傳感器。

智能傳感器智能傳感器的定義78

智能傳感器的最大特點(diǎn)就是將傳感器檢測(cè)信息的功能與微處理器的信息處理功能有機(jī)地融合在一起。從一定意義上講，它具有類似于人工智能的作用。智能傳感器就是一個(gè)最小的微機(jī)系統(tǒng)，其中作為