傳感器與自動檢測技術(shù)（第二版）傳感器的綜合應(yīng)用

傳感器的綜合應(yīng)用本章學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容：10.1傳感器在家用電器中的應(yīng)用10.2傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用10.3傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用10.1傳感器在家用電器中的應(yīng)用許多簡單的傳感器和微系統(tǒng)產(chǎn)品，如溫度傳感器和液位傳感器早已應(yīng)用于家電領(lǐng)域，而新型的先進(jìn)傳感器正在以驚人的速度搶占市場，帶有智能控制系統(tǒng)的現(xiàn)代傳感器的運用成為區(qū)別不同產(chǎn)品和廠家的顯著特點之一。越來越多的傳感器和微系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于家用電器中。家用監(jiān)控功能目前所用傳感器類型家用監(jiān)控功能目前所用傳感器類型洗衣機(jī)溫度旋轉(zhuǎn)液位質(zhì)量位置失衡NTC轉(zhuǎn)速計壓力傳感器電感傳感器簧片管轉(zhuǎn)速計、壓力傳感器微波爐溫度濕度陶瓷傳感器吹風(fēng)機(jī)氣體溫度濕度氣流NTC紅外線熱電偶NTC烘干機(jī)溫度濕度NTC電導(dǎo)傳感器烤面包機(jī)溫度溫度（非接觸）紅外線熱電偶雙金屬片開關(guān)、加速度傳感器洗碗機(jī)溫度咸度洗滌劑量噴射臂旋轉(zhuǎn)流量NTC簧片觸點+密度傳感器簧片觸點磁阻傳感器旋轉(zhuǎn)式水表壓力傳感器熨斗溫度濕度位置移動傾斜傳感器、加速度傳感器真空吸塵器氣流微粒氣體

陶瓷傳感器制冷機(jī)溫度擴(kuò)張毛細(xì)血管、空氣凈化器微?？鞠錅囟萅TC家用傳感器使用實例10.1.1洗衣機(jī)中所用的傳感器

一臺洗衣機(jī)應(yīng)包括的基本功能有：攪動，進(jìn)水、水位，溫度控制，洗滌劑分配，水和泡沫監(jiān)控。1.洗衣機(jī)中的位移傳感器

根據(jù)測量技術(shù)分類，位移傳感器可分為兩大類。無論什么時候移動的待測物體和傳感器有機(jī)械連接的，就稱為“接觸式”位移傳感器；如果被測物體與移動目標(biāo)體無機(jī)械連接，后不允許連接，或受外力作用，此時就必須使用非接觸式位移傳感器。

洗衣機(jī)的滾筒經(jīng)彈簧和阻尼器與外殼相連接。當(dāng)加入負(fù)載，進(jìn)行洗滌和旋轉(zhuǎn)時，滾筒相對與外殼運動。洗衣機(jī)中的位移傳感器檢測滾筒的負(fù)重和不平衡。因此，這個傳感器必須既能檢測靜態(tài)位置，又能檢測動態(tài)位移。（1）電感測量原理

滾筒的位移是一個磁性鐵芯來測量的。隨著線圈內(nèi)鐵芯進(jìn)人量的變化，繞組中的感生電勢也發(fā)生變化。使用電橋電路測出感生電勢的變化就實現(xiàn)了將鐵芯位移量轉(zhuǎn)換成線性電信號的過程。

電感測量原理

為了降低洗滌和甩干時發(fā)出的噪聲，Micro-Epsilon和SUSPA聯(lián)合開發(fā)出一種先進(jìn)的彈簧一摩擦阻尼器傳感器系統(tǒng)。在高速旋轉(zhuǎn)過程中，滾筒的動力傳遞到阻尼器的聯(lián)合彈簧上。這個過程中摩擦襯里不會移動，這樣，整個轉(zhuǎn)動都很平穩(wěn)且噪聲很低。集成在阻尼器中的傳感器的結(jié)構(gòu)（2）感應(yīng)電動勢測量原理

這種測量方法是基于電渦流原理的。在鐵芯和線圈之間的非導(dǎo)電層上形成一個電容電路。輸出信號與被測物體的位置有關(guān)。感應(yīng)電動勢測量原理2.自動洗衣機(jī)中的加速度傳感器

在大部分常見的家用洗衣機(jī)類型中，裝有衣物的滾筒在盛有洗滌劑泡沫的容器中轉(zhuǎn)動。

在轉(zhuǎn)動的滾筒中,不平衡的洗漆物不但會產(chǎn)生速度波動，而且合力和反作用力也會移動彈簧懸掛裝置中的整個泡沫容器。在亞臨界和超臨界速度范圍內(nèi)，這樣的移動說明滾筒中有不平衡衣物。

測量泡沫容器移動的最簡單的方法是運用距離傳感器，加速度傳感器基本上也是用于測量由不平衡物引起的泡沫容器偏移。但是,能用距離傳感器測量靜態(tài)洗滌物的重量，卻不能用加速度傳感器測量。不平衡物微控制器模擬壓力傳感器帶有液位傳感器和附加不平衡洗滌物的自動洗衣機(jī)

非常經(jīng)濟(jì)的加速度測量方法是在洗衣機(jī)里裝配上帶微處理器控制的高分辨力的模擬壓力傳感器。

采用差壓原理，并通過泡沫容器下部的軟管測量靜壓，以檢測泡沫容器的水位。

在旋轉(zhuǎn)的過程中，泡沫抽吸泵一直開著,壓力傳感器此時并不能檢測水位。一個固定泡沫容器的附加元件安裝在壓力傳感器與泡沫容器之間的軟管里，它能夠從泡沫容器的動態(tài)移動中產(chǎn)生壓力信號，這個信號再經(jīng)過壓力傳感器送人微處理器中進(jìn)行計算。

在旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)泡沫容器移動時，由于重塊的質(zhì)量慣性，彈性膜片會產(chǎn)生一個壓力信號。這樣，在這種洗衣機(jī)里極其廉價且耐用的加速度檢測成為可能。

壓力傳感器通常測量施加在一個給定表面上的壓力。從這個特殊壓力傳感器的原理來看，需要有一個加速的物體，當(dāng)加速時，這個物體能夠產(chǎn)生一個附加力，引出加速度信號。例1：壓阻式硅壓力傳感器壓阻構(gòu)件外加物塊壓阻式硅壓力傳感器

外界壓力施加到傳感器上面，而被測壓力作用在底部。當(dāng)有壓力作用在硅壓阻元件上時，膜片發(fā)生形變。壓阻元件固定在膜片上，它根據(jù)膜片的形變來改變自身的電阻值。然后，由電橋電路產(chǎn)生一個與壓力差成比例的電信號。例2：電容器式壓力傳感器電容式壓力傳感器

膜片中央也要安裝物塊，這個物塊增加了膜片質(zhì)量。如果加速度影響到傳感器外殼，那么膜片和物塊的慣性會引起膜片與外殼之間的相對運動。接著膜片與電極之間的距離也發(fā)生改變，這樣也引起有關(guān)電容的改變，因而這種傳感器也可以測量加速度。3.洗衣機(jī)中的水位測量

水位測量是利用壓力測量原理實現(xiàn)的，其功能也只是作為單純的限位器。機(jī)電和電子壓力測量元件4.洗衣機(jī)中的溫度控制

洗衣機(jī)中的溫度控制通常是依靠一種功能類似于溫度限制器的毛細(xì)管溫度調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)。毛細(xì)管溫度調(diào)節(jié)器和NTC溫度傳感器10.1.2控制燃燒過程的傳感器

使用傳感器監(jiān)控燃燒狀態(tài)主要由三種方法:第一種，在煤氣和空氣混合燃燒前測量溫度、流速和可燃?xì)怏w的成分。

第二種，監(jiān)測可能的反應(yīng)區(qū)。第三種，燃燒狀態(tài)可以通過檢測廢氣中,和的數(shù)量來確定。1.電容測量

電容測量是通過檢測介電常數(shù)的變化來作為煤氣濃度變化的結(jié)果。2.光學(xué)原理

光學(xué)原理實際上是基于特殊氣體可以在電磁輻射的不同波長范圍內(nèi)有區(qū)別地吸收光譜。目前廣泛應(yīng)用的“紅外光譜光度計”就是利用某種氣體以特殊的方式吸收紅外線輻射。

和是“不活躍的紅外線分子”，光學(xué)方法特別適用于和濃度的選擇性檢測。用于檢測的光學(xué)傳感器3.熱導(dǎo)率測量

氣體的另一個特性就是其熱導(dǎo)率，它可以以很少的花費來測定。在恒溫恒壓情況下，熱導(dǎo)率僅取決于氣體的摩爾質(zhì)量。10.1.3小型家電中的傳感器

傳感器在小家電中的應(yīng)用和在大家電中的應(yīng)用很類似，并且有如下特點：體積小、耗能小，很多設(shè)備都是便攜式。如：（1）自動烘烤控制，舉例來說，傳感器與非接觸式溫度分散識別相結(jié)合。（2）智能醫(yī)學(xué)傳感器用于護(hù)牙設(shè)備。（3）設(shè)備中應(yīng)用改進(jìn)的紫外傳感器作為防止對紫外線感光過敏的保護(hù)。（4）距離傳感器和壓力傳感器用于剃須刀中來時刻調(diào)整刀片。（5）在吹風(fēng)機(jī)中應(yīng)用紅外熱電偶傳感器進(jìn)行非接觸式溫度測量，既可以防止傷害頭發(fā)，又可以加速吹干頭發(fā)的過程。（6）紅外熱電偶傳感器還可以應(yīng)用在溫度計中利用紅外輻射原理測量皮膚溫度。這樣能快速準(zhǔn)確地測量出體溫，并且使用起來簡單、舒適。（7）熱電偶傳感器也可以用在烤面包過程中，它可以使烤制過程易于控制，更加可靠。（8）加速度傳感器應(yīng)用在熨斗中，當(dāng)熨斗在一個地方靜止停頓的時間過長，電源會自動切斷保護(hù)。10.2傳感器在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

汽車用傳感器是用于汽車顯示和電控系統(tǒng)的各種傳感器的統(tǒng)稱，它涉及到很多的物理傳感器和化學(xué)傳感器。目前普通汽車裝有幾十只到近百只傳感器，而高級豪華轎車大約使用200只?300只傳感器。汽車傳感器的精度及可靠性對汽車非常重要，豪華轎車的各種先進(jìn)功能都離不開它。項目傳感器汽車發(fā)動機(jī)控制溫度、壓力、流量、曲軸轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速傳感器，氧傳感器，爆燃傳感器防打滑的制動器對地速度傳感器、車輪轉(zhuǎn)速傳感器液壓轉(zhuǎn)向位置車速傳感器、油壓傳感器速度自動控制系統(tǒng)車速傳感器、加速踏板位置傳感器氣胎、車距自控雷達(dá)、氣胎傳感器死角報警超聲波傳感器、圖像傳感器自動門鎖系統(tǒng)車速傳感器電子式駕駛磁傳感器、氣流方向傳感器自動空調(diào)室內(nèi)溫度傳感器、吸氣溫度傳感器、風(fēng)量傳感器、日照傳感器導(dǎo)向行駛系統(tǒng)方向傳感器、車速傳感器、GPS傳感器慢性行駛系統(tǒng)方向傳感器、行駛距離傳感器安全氣囊系統(tǒng)磁性傳感器、水銀開關(guān)傳感器、偏心錘式傳感器電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器汽車安全裝置玻璃破裂傳感器、振動傳感器各種液位裝置電容式、浮筒式、壓電式、熱敏電阻式傳感器燈光控制裝置光敏器件傳感器車高及減振器控制車輛高度傳感器、振動傳感器電子自動恒速裝置節(jié)氣門開度傳感器、車速傳感器電動座椅座椅調(diào)定位置傳感器10.2.1

曲軸轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速傳感器

曲軸轉(zhuǎn)角傳感器又稱曲軸位置傳感器，它是控制點火時刻（點火提前角）確認(rèn)曲軸位置不可缺少的信號源，其檢測并輸入發(fā)動機(jī)的微型計算機(jī)控制裝置的信號包括活塞上止點及曲軸轉(zhuǎn)角兩種，同時也是供測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的信號源。如圖是美國GM公司的觸發(fā)葉片結(jié)構(gòu)的霍爾式曲軸轉(zhuǎn)角傳感器。GM公司的霍爾式曲軸轉(zhuǎn)角傳感器

霍爾信號發(fā)生器由永久磁鐵、導(dǎo)磁板和霍爾集成電路等組成，內(nèi)、外信號輪側(cè)面各設(shè)置一個霍爾信號發(fā)生器，信號轉(zhuǎn)動時,每當(dāng)葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙中時霍爾集成電路中的磁場即被觸發(fā)葉片所旁路（或稱隔磁），這時不產(chǎn)生霍爾電壓，當(dāng)觸發(fā)葉片離開空氣隙時，永久磁鐵3的磁通便通過導(dǎo)磁板5穿過霍爾元件，這時產(chǎn)生霍爾電壓。

1-信號輪的觸發(fā)葉片；2-霍爾元件；3-永久磁鐵；4-底板10.2.2車速傳感器

車速傳感器主要用于儀表盤的車速表顯示及發(fā)動機(jī)變速、汽車加減速期間的空燃比等控制。舌簧開關(guān)型車速傳感器

工作原理：舌簧開關(guān)平時由兩個鋼片臂（其中一個鋼片是固定的，一個鋼片是可動的）及觸頭組成的，開關(guān)是斷開的，在永久磁鐵N極和S極轉(zhuǎn)到舌簧開頭兩端時，開關(guān)的兩個臂末端（觸頭端)被磁化為和永久磁鐵相近的N極和S極，產(chǎn)生吸力，開關(guān)閉合。在永久磁鐵的一個極（如N極)轉(zhuǎn)到開關(guān)中心時，這是開關(guān)兩臂末端被磁化為相同的極性(N極），則產(chǎn)生斥力，觸頭斷開。10.2.3液位傳感器浮子舌簧開關(guān)式液位傳感器

工作原理：當(dāng)永久磁鐵接近舌簧開關(guān)時，舌簧開關(guān)閉合，報警燈至搭鐵形成通路，報警燈亮，通知駕駛?cè)藛T液位已經(jīng)低于規(guī)定值。當(dāng)液位達(dá)到規(guī)定值時，浮子至少上升到規(guī)定位置，在觸頭本身的彈力作用下，舌簧開關(guān)打開，報警指示燈滅，表示液位符合要求。

由于熱敏電阻對液位反應(yīng)敏感，所以可利用熱敏電阻式液位傳感器檢測汽油油箱等的油位，這是利用了熱敏電阻上加有電壓時，就有電流通過，在電流的作用下熱敏電阻自身就要發(fā)熱這一性質(zhì)。1-指示燈；2-點火開關(guān)；3-熱敏電阻熱敏電阻式燃油報警電路1-蓄電池殼；2-電極（鉛棒電極式液位傳感器

當(dāng)蓄電池液位符合規(guī)定要求時，鉛棒浸在電解液中，鉛棒上產(chǎn)生正向（相對蓄電池負(fù)極）電動勢；當(dāng)蓄電池液位低于規(guī)定要求時,鉛棒沒有浸在電解液中，其上沒有電動勢產(chǎn)生，報警燈亮，以通知駕駛員電解液不足。10.2.4空氣流量傳感器

隨著車用發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)的發(fā)展，需要對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣流量進(jìn)行精確測量，以調(diào)節(jié)空燃比，從而保證發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)最優(yōu)。

卡門漩禍?zhǔn)娇諝饬髁坑嬙谄淇諝馔ǖ乐性O(shè)置一錐體狀的發(fā)生器，在渦流發(fā)生器后部將會不斷產(chǎn)生稱之為卡門漩渦的禍流串，測出卡門游禍的頻率即可求出空氣流量的大小。左圖為超聲波檢測方式的卡門漩渦式空氣流量計的結(jié)構(gòu)，右圖為反光鏡方式的卡門漩渦式空氣流量計的結(jié)構(gòu)。

如圖是采用主流方式的熱線空氣流量計的結(jié)構(gòu)，取樣管置于主空氣通道中央，兩端有金屬防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)用卡箍固定在殼體上，取樣管由兩個塑料護(hù)套和一個熱線支承環(huán)構(gòu)成。熱線為線徑70的鉑絲,布置在支環(huán)內(nèi)，其阻值隨溫度變化,是惠斯登電橋電路的一個臂。1-防護(hù)網(wǎng)；2-取樣管；3-鉑熱線；4-溫度補(bǔ)償電阻；5-控制線路板熱線主流方式空氣流量計的結(jié)構(gòu)熱線式空氣流量計的電路圖

熱線支撐環(huán)前端的塑料護(hù)套內(nèi)安裝一個鉑薄膜電阻器，其電阻值隨進(jìn)氣溫度變化,成為溫度補(bǔ)償電阻，是惠斯登電橋電路的另一個臂。熱線支撐環(huán)后端的塑料護(hù)套上粘結(jié)著一只精密電阻，也是惠斯登電橋的一個臂，該電阻上的電壓即產(chǎn)生熱線空氣流量計的輸出電壓信號。

惠斯登電橋還有一個臂的電阻器裝在控制線路板上面，該電阻器在最后調(diào)試試驗中用激光修整，以便在預(yù)定的空氣流量下調(diào)定空氣流量計的輸出特性。10.2.5溫度傳感器

為了判定發(fā)動機(jī)的熱狀態(tài)，計算進(jìn)氣空氣的質(zhì)量、流量以及排氣凈化處理，需要能夠連續(xù)精確地測量冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度與排氣溫度的傳感器。應(yīng)用較多的是繞線式電阻式和熱敏電阻式溫度傳感器。10.2.6汽車用壓力傳感器汽車用壓力傳感器的用途進(jìn)氣歧管壓力測試點火提前角控制、空燃比控制懸掛油壓懸掛控制大氣壓測量空燃比修正輪胎氣壓輪胎氣壓檢測氣缸內(nèi)氣壓測量爆振控制制動閥油壓制動控制變速器油壓變速器控制

薄膜周圍有4個應(yīng)變電阻，以惠斯登電橋方式連接。半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器輸出的信號電壓具有隨進(jìn)氣歧管絕對壓力的增大呈線性增大的特性。1-EMI過濾器；2-混合集成電路；3-壓力；轉(zhuǎn)換開關(guān)；4-濾消器；5-外殼壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器（1）半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器利用的是半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。（2）電容式進(jìn)氣壓力傳感器實施氧化鋁膜片和地板彼此靠近排列形成電容，利用電容隨膜片上下的壓力差而改變的性質(zhì)獲得與壓力成正比例的電容值信號。1-極引線；2-厚膜電極；3-絕緣介質(zhì)；4-電極引線；5-氧化鋁膜片電容式壓力傳感器10.2.7爆燃傳感器

為了提高汽油機(jī)的熱效率，增大壓縮比雖然行之有效,但是受到汽油辛燒值(抗爆性）的限制。為了盡量不降低渦輪增壓發(fā)動機(jī)的壓縮比，采用了抗爆燃系統(tǒng)。

常用的檢測法是根據(jù)發(fā)動機(jī)機(jī)體振動的方法。采用發(fā)動機(jī)機(jī)體振動檢測爆振傳感器有磁致伸縮式和壓電式兩種類型，壓電式又分為共振型和非共振型的結(jié)構(gòu)。（1）振動檢測爆振傳感器

安裝在發(fā)動機(jī)上，旨在將發(fā)動機(jī)振動頻率轉(zhuǎn)換成電壓信號，以檢測爆震強(qiáng)度。當(dāng)發(fā)動機(jī)發(fā)生設(shè)定的爆震強(qiáng)度時，爆振傳感器輸出最大的電壓信號，用以表示發(fā)動機(jī)由于爆振而產(chǎn)生使機(jī)體異常振動的頻率。1-槍線柱；2-外殼；3-磁芯；4-永久磁鐵；5-內(nèi)蓋；6-感應(yīng)線磁致伸縮式爆振傳感器（2）非共振型壓電式爆振傳感器

它是以接收加速度信號的形式來判別爆振是否產(chǎn)生。圖為非共振型壓電式爆振傳感器的結(jié)構(gòu)，它由兩個壓電元件同極性相向?qū)?，配重將加速度變換成作用于壓電元件上的壓力。1-配重；2-壓電元件非共振型壓電式爆振傳感器

10.3傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用

機(jī)器人是由計算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，他具有類似人的肢體及感官功能，動作靈活，有一定的智能化，在工作中可以不依賴人的操縱。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因為有了傳感器，機(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。10.3.1機(jī)器人傳感器的分類

智能機(jī)器人的研究都是以人或動物作為模仿對象。人類通過五官，即視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺來接收外界信息并通過神經(jīng)傳遞給大腦。大腦再對多種不同的信息進(jìn)行加工、綜合并作出適當(dāng)?shù)臎Q策。傳感器具有類似人類五官感覺的功能，將外界信息轉(zhuǎn)換成電子信號，再由計算機(jī)、電子電路處理這些電子信號。10.3.2常用的機(jī)器人傳感器1.聽覺傳感器家用服務(wù)型智能機(jī)器人智能機(jī)器人的“耳朵”首先要具有接收聲音信號的“器官”，其次需要語音識別系統(tǒng)。語音識別技術(shù)是人工智能和智能機(jī)器人的重要研究領(lǐng)域，隨著IBMViaVioce的成功，一些基于該成果的識別產(chǎn)品相繼問世。1）動圈式傳聲器動圈式傳聲器的結(jié)構(gòu)原理線圈貼于振膜上并懸于兩磁極之間．聲波通過空氣使振膜振動，從而使線圈在兩磁鐵間運動。線圈切割磁力線，產(chǎn)生微弱的感應(yīng)電流，該電流信號與聲波的頻率相同。較高檔的話筒，就采用動圈式傳聲器。動圈式傳聲器的結(jié)構(gòu)原理2）光纖聲波傳感器光纖聲波傳感器有兩種類型。一種是利用光纖傳輸光的相位變化和利用傳輸光的傳輸損耗等特性制成的聲波傳感器；另一種是將光纖僅作為傳輸手段的聲波傳感器。傳感型傳光型分束鏡將激光器發(fā)出的激光分為兩束。信號光A射入繞成螺旋狀的作為敏感臂的光纖中。在聲波作用下，敏感臂中的激光束相位發(fā)生變化，與另一路參考光B因相位不同而產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋。光學(xué)相位檢波器輸出與被測聲波成一定函數(shù)的電壓。雙光纖干涉儀聲波傳感器聲源光纖線圈干涉鏡2.視覺傳感器以光電變換為基礎(chǔ)，是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器件。1）激光視覺傳感器激光束以恒定的速度掃描被測物體，由于激光方向性好、亮度高，因此光束在物體邊緣形成強(qiáng)對比度的光強(qiáng)分布，經(jīng)光電器件轉(zhuǎn)換成脈沖電信號，脈沖寬度與被測尺寸成正比，從而實現(xiàn)了機(jī)器人對物體尺寸的非接觸測量。a)激光視覺傳感器工作原理b)正反射光檢測c)漫反射光檢測激光視覺傳感器構(gòu)成原理示意圖2）紅外CCD視覺傳感器使用固體電子掃描的紅外攝像傳感器，一般稱為紅外CCD，其成像原理與熱電型紅外光成像原理基本相同。紅外光熱電敏感元件和固體電子掃描部分均用相同半導(dǎo)體材料，經(jīng)過一系列處理而制成單片型紅外CCD，也可用不同的半導(dǎo)體材料經(jīng)不同處理而制造、組裝成混合型紅外CCD。信號處理芯片用硅材料制作，柔軟的銦緩沖器可保證對溫度變化和沖擊的可靠性。目前較為實用的圖像傳感器為電荷耦合器件（ChargeCoupleDevice，簡稱CCD）混合型紅外CCD構(gòu)成原理3）CMOS圖像傳感器紅外CCD視覺傳感器和CMOS圖像傳感器在工作原理上沒有本質(zhì)的區(qū)別，主要區(qū)別是讀取圖像數(shù)據(jù)的方法。CMOS圖像傳感器在每一個像素上采用有源像素傳感器及幾個晶體管，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電壓信號，以實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的讀取，信號讀取十分簡單，還能同時處理各單元的圖像信息，使CMOS器件能較CCD傳感器更快地轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物場效應(yīng)管）技術(shù)生產(chǎn)的圖像傳感器3.觸覺傳感器

機(jī)器人的觸覺可分為壓覺、滑覺和接觸覺等幾種。1）壓覺傳感器壓覺傳感器位于手指握持面上，用來檢測機(jī)器人手指握持面上承受的壓力大小和分布。硅電容壓覺傳感器陣列剖面圖1—柔性墊片層2—表皮層3—硅片4—襯底5—SiO26—電容極板

硅電容壓覺傳感器陣列由若干個電容器均勻地排列成一個簡單的電容器陣列。當(dāng)手指握持物體時，傳感器受到外力的作用，作用力通過表皮層和墊片層傳到電容極板上，從而引起電容的變化，其變化量隨作用力的大小而變，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路輸出電壓反饋給計算機(jī)，與標(biāo)準(zhǔn)值比較后輸出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使手指保持適當(dāng)握緊力。硅電容壓覺傳感器陣列剖面圖1—柔性墊片層2—表皮層3—硅片4—襯底5—SiO26—電容極板2）滑覺傳感器機(jī)器人的手爪要抓住屬性未知的物體，必須對物體作用最佳大小的握持力，以保證既能握住物體不產(chǎn)生滑動，不使被抓物滑落，也不至于因用力過大而使物體變形而損壞。在手爪間安裝滑覺傳感器就能檢測出手爪與物體接觸面之間相對運動（滑動）的大小和方向。光電式滑覺傳感器只能感知一個方向的滑覺（稱一維滑覺），若要感知二維滑覺，則可采用球形滑覺傳感器。球形滑覺傳感器1—滑動球2—被抓物3—軟襯4—接觸器該傳感器有一個可自由滾動的球，球的表面是用導(dǎo)體和絕緣體按一定規(guī)格布置的網(wǎng)格，在球表面安裝有接觸器。當(dāng)球與被握持物體相接觸時，如果物體滑動，將帶動球隨之滾動，接觸器與球的導(dǎo)電區(qū)交替接觸從而發(fā)出一系列的脈沖信號Uf，脈沖信號的個數(shù)及頻率與滑動的速度有關(guān)。球形滑覺傳感器1—滑動球2—被抓物3—軟襯4—接觸器球形滑覺傳感器所測量的滑動不受滑動方向的限制，能檢測全方位滑動。在這種滑覺傳感器中，也可將兩個接觸器改用光電傳感器代替，滾球表面制成反光和不反光的網(wǎng)格，可提高可靠性，減少磨損。3）PVDF接觸覺傳感器

有機(jī)高分子聚二氟乙烯（PVDF）是一種具有壓電效應(yīng)和熱釋電效應(yīng)的敏感材料，使用該材料可制成接觸覺、滑覺、熱覺的傳感器，是人們用來研制人工皮膚的主要材料。PVDF薄膜厚度只有幾十微米，具有優(yōu)良的柔性及壓電特性。a)接觸/滑覺傳感器的人工皮膚b)接觸/滑覺/溫度傳感器的人工皮膚結(jié)構(gòu)人工皮膚結(jié)構(gòu)剖面圖

當(dāng)手爪表面開始接觸物體時，接觸時的瞬時壓力使PVDF因壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷，經(jīng)電荷放大器產(chǎn)生脈沖信號，該脈沖信號就是接觸覺信號。

當(dāng)物體相對于手爪表面滑動時會引起PVDF表層的顫動，使PVDF產(chǎn)生交變信號，這個交變信號就是滑覺信號。

當(dāng)手爪抓住物體時，由于物體與PVDF表層有溫差存在，會產(chǎn)生熱能的傳遞，PVDF的熱釋電效應(yīng)使PVDF極化而產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的電荷，從而有電壓信號輸出，這個信號就是熱覺信號。4.接近覺傳感器

接近覺傳感器用于感知一定距離內(nèi)的場景狀況，所感應(yīng)的距離范圍一般為幾毫米至幾十毫米，也有的可達(dá)幾米。接近覺為機(jī)器人的后續(xù)動作提供必要的信息，供機(jī)器人決定以什么樣的速度接近或避讓對象。接近覺傳感器1）電磁式接近覺傳感器常用的電磁式接近覺傳感器有電渦流式傳感器和霍爾式傳感器。這類傳感器用以感知近距離的、靜止物體的接近情況。電渦流式對非金屬材料的物體無法感知，霍爾式對非磁性材料的物體無法感知，選用時需根據(jù)具體情況而定。2）光電式接近覺傳感器安裝在機(jī)器人抓爪上的光電式接近覺傳感器采用發(fā)射-反射式原理，適合于判斷有無物體接近，而難于感知物體距離的數(shù)值。另外，物體表面的反射率等因素對傳感器的靈敏度有較大影響。3）超聲波式接近覺傳感器可以用一個超聲波換能器兼做發(fā)射和接收器件；也可以用兩只超聲波換能器，一只作為發(fā)射器