《傳感器檢測技術(shù)》課件-第8章 智能檢測技術(shù)

傳感器與檢測技術(shù)微傳感器輻射與波式傳感器微傳感器微傳感器完整的MEMS是由微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)其目標(biāo)是把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動化、智能化和可靠性水平。MEMS系統(tǒng)的突出特點是其微型化，涉及電子、機械、材料、制造、控制、物理、化學(xué)、生物等多學(xué)科技術(shù)，其中大量應(yīng)用的各種材料的特性和加工制作方法在微米或納米尺度下具有特殊性（“微納傳感器”）MEMS傳感器的優(yōu)良性能和優(yōu)越的性價比使其在國防、汽車、航空航天、分析化學(xué)、生物、醫(yī)療、智能手機、可穿戴設(shè)備等方面得到廣泛應(yīng)用，將取代傳統(tǒng)的傳感器而占有很大的市場份額。MEMS傳感器作為國際競爭戰(zhàn)略的重要標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)，以其技術(shù)含量高、市場前景廣闊等特點備受世界各國的關(guān)注微傳感器微傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀國外MEMS技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有30余年的歷史,形成3種類型的生產(chǎn)規(guī)模:大型企業(yè)年產(chǎn)100萬只以上；中等規(guī)模年產(chǎn)在1萬～100萬只；一些研究所年產(chǎn)1萬只以下。美國在2cm×2cm×0.15cm的體積內(nèi)，制造了由3個陀螺和3個加速度計組成的微型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)的質(zhì)量為5g，體積與小型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相比大為減小

近年來，國內(nèi)MEMS工藝和新型傳感器的研究不斷深入和擴展，開發(fā)成功并形成產(chǎn)品的是壓力傳感器、加速度傳感器、微型陀螺以及各種微執(zhí)行器、微電極、微流量計、軍用微傳感器。工藝設(shè)備國內(nèi)大部分依靠進(jìn)口，投資和運行成本比較高2017年，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）開發(fā)出一款用于測量溫度的可進(jìn)行生物降解的微型生物傳感器－“食聯(lián)網(wǎng)”。這種傳感器只有16微米厚，比人類頭發(fā)（100微米）要薄許多，且只有幾毫米的長度，總重量不超過1毫克。作為微傳感器的最新發(fā)展方向之一，納米傳感器正在興起（1納米是1米的10億分之一，相當(dāng)于一根頭發(fā)直徑的8萬分之一）。據(jù)推測，人類社會即將進(jìn)入“后硅器時代”,納米傳感器將成為主流微傳感器第一節(jié)MEMS傳感器MEMS傳感器具有一系列的優(yōu)點:體積小，重量輕01性能好03易于批量生產(chǎn)，成本低04提高傳感器的智能化水平。06能耗低。02便于集成化和多功能化05微傳感器第一節(jié)MEMS傳感器典型的MEMS示意圖微傳感器第一節(jié)MEMS傳感器二、加工技術(shù)硅具有極優(yōu)越的機械和電性能，因此微傳感器多由硅加工而成。主要的技工技術(shù)：光刻電鑄注塑技術(shù)(LIGA)技術(shù)實踐技術(shù)技術(shù)技術(shù)01020304體微加工技術(shù)表面微加工技術(shù)鍵合技術(shù)微傳感器常用微加工工藝及設(shè)備微傳感器三、應(yīng)用舉例1.熱電堆微傳感器熱電堆就是將多個熱電偶串聯(lián)起來構(gòu)成的一種溫度傳感器或紅外光探測器。熱電堆的輸出電壓（輸出溫差電動勢）是多個熱電偶的輸出電壓之和。為了提高靈敏度和響應(yīng)速度，熱電堆光電探測器往往采用薄膜來制作。熱電堆光電探測器通常都放置于真空中或者惰性氣體中。微傳感器三、應(yīng)用舉例圖13-2熱電堆截面圖圖13-3熱電堆元件封裝圖微傳感器2.單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器圖13-4單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器結(jié)構(gòu)原理圖微傳感器2.單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器圖13-5單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器的制作工藝過程1CCD視覺傳感器輻射與波式傳感器1CCD視覺傳感器哈蘇3900萬像素數(shù)碼單反相機1CCD視覺傳感器PMT視覺傳感器

PMT是最早出現(xiàn)的視覺傳感器，從上世紀(jì)五十年代發(fā)展到現(xiàn)在，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，是目前性能最好的傳感器。

PMT就像一個圓柱體小燈泡，直徑約一寸，長度約二寸；內(nèi)置多個電極，將進(jìn)入的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，即使很微弱的光線也可準(zhǔn)確補捉。類似小燈泡的傳感器“PMT”1CCD視覺傳感器CCD視覺傳感器

CCD是美國貝爾實驗室于1969年發(fā)明的，與電腦晶片CMOS技術(shù)相似，也可作電腦記憶體及邏輯運作晶片。CCD是一種特殊的半導(dǎo)體材料，由大量獨立的感光二極管組成，一般這些感光二極管按照矩陣形式排列(富士公司的SuperCCD除外)。

CCD的感光能力比PMT低，但近年來CCD技術(shù)有了長足的進(jìn)步，又由于CCD的體積小、造價低，所以廣泛應(yīng)用于掃描儀、數(shù)碼相機及數(shù)碼攝像機中。目前大多數(shù)數(shù)碼相機采用的視覺傳感器都是CCD。CCD視覺傳感器的應(yīng)用輻射與波式傳感器CCD視覺傳感器的應(yīng)用CCD視覺傳感器的應(yīng)用固態(tài)視覺傳感器的用途(1)組成測試儀器可測量物位、尺寸、工件損傷等；(2)作為光處理裝置的輸入環(huán)節(jié)。例如：用于傳真技術(shù)、光學(xué)文字識別技術(shù)以及圖象識別技術(shù)、傳真、攝像等方面；

(3)作自動裝置中的敏感器件。例如：可用于機床、自動售貨機、自動搬運車以及自動監(jiān)視裝置等方面；

(4)作為機視覺，監(jiān)控機器人的運行。CMOS視覺傳感器輻射與波式傳感器CMOS視覺傳感器佳能數(shù)碼單反相機EOSD30采用的CMOS傳感器

尼康D2X上所使用的CMOS

CMOS視覺傳感器CCD和CMOS的主要區(qū)別制造上的區(qū)別：CMOS和CCD同為半導(dǎo)體。但CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上。工作原理的區(qū)別：主要區(qū)別是讀取視覺數(shù)據(jù)的方法。CCD從陣列的一個角落開始讀取數(shù)據(jù)。CMOS對每一個像素采用有源像素傳感器及晶體管，以實現(xiàn)視覺數(shù)據(jù)讀取。視覺掃描方法的區(qū)別：

CCD傳感器連續(xù)掃描，在最后一個數(shù)據(jù)掃描完成之后才能將信號放大。CMOS傳感器的每個像素都有一個將電荷轉(zhuǎn)化為電子信號的放大器。生物芯片輻射與波式傳感器生物芯片所謂生物芯片，是通過微加工技術(shù)和微電子技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，將成千上萬與生命相關(guān)的信息集成在一塊面積約為1cm2的硅、玻璃、塑料等材料制成的芯片上，在待分析樣品中的生物分子與生物芯片的探針分子發(fā)生相互作用后，對作用信號進(jìn)行檢測和分析，以達(dá)到到基因、細(xì)胞、蛋白質(zhì)、抗原以及其他生物組分準(zhǔn)確、快速的分析和檢測。生物芯片基因芯片。也稱DNA芯片，它是在基因探針基礎(chǔ)上研制而成的蛋白質(zhì)芯片。以蛋白質(zhì)代替DNA作為檢測目的物，蛋白質(zhì)芯片與基因芯片的原理基本相同，但其利用的不是堿基配對而是抗體與抗原結(jié)合的特異性，即免疫反應(yīng)來實現(xiàn)檢測細(xì)胞芯片。由裸片、封裝蓋板和底板組成，裸片上密集分布有6000～10000乃至更高密度不同細(xì)胞陣列，封裝于蓋板與底板之間。細(xì)胞芯片能夠通過控制細(xì)胞培養(yǎng)條件使芯片上所有細(xì)胞處于同一細(xì)胞周期，在不同細(xì)胞間生化反應(yīng)及化學(xué)反應(yīng)結(jié)果可比性強；一塊芯片上可同時進(jìn)行多信息量檢測組織芯片。是基因芯片技術(shù)的發(fā)展和延伸，它可以將數(shù)十個甚至上千個不同個體的臨床組織標(biāo)本按預(yù)先設(shè)計的順序排列在一張玻璃芯片上進(jìn)行分析研究幾種主要的生物芯片生物傳感器的基本原理輻射與波式傳感器生物傳感器的基本原理生物傳感器的基本原理生物傳感器的基本原理一、生物分子特異性識別（生物感受器）

生物感受器是一種可以識別目標(biāo)分析物的生物材料。表生物傳感器的分子識別元件分子識別元件生物活性單元酶膜各種酶類全細(xì)胞膜細(xì)菌、真菌、動植物細(xì)胞組織膜動植物組織切片細(xì)胞器膜線粒體、葉綠體免疫功能膜抗體、抗原、酶標(biāo)抗原等生物傳感器的基本原理二、生物放大生物放大作用:指模擬和利用生物體內(nèi)的某些生化反應(yīng)，通過對反應(yīng)過程中產(chǎn)量大、變化大或易檢測物質(zhì)的分析來間接確定反應(yīng)中產(chǎn)量小、變化小、不易檢測物質(zhì)的(變化)量的方法。通過生物放大原理可以大幅度提高分析測試的靈敏度。生物傳感器常用的生物放大作用:酶催化放大酶溶出放大酶級聯(lián)放大脂質(zhì)體技術(shù)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和離子通道放大等。生物傳感器的基本原理三、信號轉(zhuǎn)換與處理表生物傳感器的信號處理方法由生物活性元件引起的變化（生物學(xué)反應(yīng)信息）信號處理方法（換能器的選擇）電極活性物質(zhì)的生成或消耗電流檢測電極法離子性物質(zhì)的生成或消耗電位檢測電極法膜或電極電荷狀態(tài)的變化膜電位法、電極電位法質(zhì)量變化壓電元件法阻抗變化電導(dǎo)率法熱變化（熱效應(yīng)）熱敏電阻法光譜特性變化（光效應(yīng)）光纖和光電倍增管生物傳感器的基本原理幾種常見生物檢測與分析儀器生物傳感器的應(yīng)用輻射與波式傳感器生物傳感器的應(yīng)用目前，生物傳感器應(yīng)用較多的領(lǐng)域是在醫(yī)療、醫(yī)藥、生物工程、環(huán)境保護(hù)、食品、農(nóng)業(yè)、畜牧等與生命科學(xué)關(guān)系密切的一些領(lǐng)域隨著社會的進(jìn)一步信息化，生物傳感器必將獲得越來越廣泛的應(yīng)用CMOS型光電轉(zhuǎn)換器件輻射與波式傳感器CMOS型光電轉(zhuǎn)換器件場效應(yīng)晶體管是利用半導(dǎo)體表面的電場效應(yīng)進(jìn)行工作的，也稱為表面場效應(yīng)器件。由于它的柵極處于不導(dǎo)電(絕緣)狀態(tài)，所以輸入電阻很高，最高可達(dá)1015Ω。絕緣柵型場效應(yīng)晶體管目前應(yīng)用較多的是以二氧化硅為絕緣層的金屬一氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，簡稱為MOSFET。

MOSFET有增強型和耗盡型兩類，其中每一類又有N溝道和P溝道之分。

NMOS管和PMOS管可以組成共源、共柵、共漏三種組態(tài)的單級放大器，也可以組成鏡像電流源電路和比例電流源電路。CMOS型光電轉(zhuǎn)換器件CMOS型放大器CMOS型光電轉(zhuǎn)換器件CMOS型光電變換器件CMOS視覺傳感器輻射與波式傳感器CMOS視覺傳感器利用CMOS型光電變換器件可以做成CMOS視覺傳感器。由CMOS底直接受光信號照射產(chǎn)生并積蓄光生電荷的方式不大采用?，F(xiàn)在更多地在CMOS視覺傳感器上使用的是光敏元件與CMOS放大器分離式的結(jié)構(gòu)。CMOS視覺傳感器CMOS線型視覺傳感器構(gòu)成CMOS視覺傳感器CMOS/CCD視覺傳感器的結(jié)構(gòu)差異無論是CCD還是CMOS，它們都采用感光元件作為影像捕獲的基本手段，CCD/CMOS感光元件的核心都是一個感光二極管，該二極管在接受光線照射之后能夠產(chǎn)生輸出電流，而電流的強度則與光照的強度對應(yīng)。但在周邊組成上，CCD的感光元件與CMOS的感光元件并不相同，前者的感光元件除了感光二極管之外，包括一個用于控制相鄰電荷的存儲單元，感光二極管占據(jù)了絕大多數(shù)面積。而CMOS感光元件的構(gòu)成就比較復(fù)雜，除處于核心地位的感光二極管之外，它還包括放大器與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，每個像點的構(gòu)成為一個感光二極管和三顆晶體管，而感光二極管占據(jù)的面積只是整個元件的一小部分，造成CMOS傳感器的開口率遠(yuǎn)低于CCD。（開口率：有效感光區(qū)域與整個感光元件的面積比值）CMOS視覺傳感器CMOS視覺傳感器的長處010203

CMOS視覺傳感器易與A/D電路、數(shù)字信號處理器DSP電路等集成在一起。感器只能單一CCD視覺傳感器只能單一的鎖存到成千上萬的采樣點上的光線的狀態(tài)，CMOS則可以完成其它的許多功能，如A/D轉(zhuǎn)換，負(fù)載信號處理、白平衡處理及相機控制(整，使在各種光線條件下拍的照片色彩與人眼看到的景物色彩一樣)。傳感器耗電小CMOS視覺傳感器耗電小，其耗電量約為CCD視覺傳感器的1/3。。CMOS視覺傳感器的應(yīng)用輻射與波式傳感器CMOS視覺傳感器的應(yīng)用

CMOS視覺傳感器與CCD視覺傳感器一樣，可用于自動控制、自動測量、攝影攝像、視覺識別等各個領(lǐng)域。CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電。CMOS視覺傳感器用于數(shù)碼相機有助于改善人們心目中數(shù)碼相機是“電老虎”的不良印象。8.4機器人傳感器8.4機器人傳感器類人機器人8.4機器人傳感器類人機器人8.4機器人傳感器仿生機器人8.4機器人傳感器仿生機器人8.4機器人傳感器工業(yè)機器人8.4機器人傳感器太空機器人8.4機器人傳感器機器人傳感器有哪些？8.4.1概述機器人傳感器8.4.2機器人傳感器的分類8.4.3內(nèi)部傳感器8.4.4外部傳感器8.4.1概述內(nèi)部信息？位置？障礙探測？8.4.1概述為什么機器人需要安裝傳感器？感知周圍環(huán)境信息和周圍環(huán)境進(jìn)行交互防御或自衛(wèi)目標(biāo)搜尋能力讓機器人“更聰明”8.4.2機器人傳感器分類內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器是以機器人本身的坐標(biāo)軸來確定其位置，安裝在機器人自身中，用來感知機器人自己的狀態(tài)，以調(diào)整和控制自己按照一定的位置、速度、加速度和軌跡進(jìn)行工作。外部傳感器用于機器人對周圍環(huán)境、目標(biāo)物的狀態(tài)特征獲取信息，使機器人和環(huán)境發(fā)生交互作用，從而使機器人對環(huán)境有自校正和自適應(yīng)能力。（接近覺、觸覺、視覺。聽覺、嗅覺、味覺）8.4.3內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器用途機器人的精確控制檢測的信息位置、角度、速度、加速度、姿態(tài)、方向、傾斜、力等傳感器微動開關(guān)、光電開關(guān)、差動變壓器、編碼器（直線式和旋轉(zhuǎn)式）、電位計、旋轉(zhuǎn)變壓器、測速發(fā)動機、加速度計、陀螺、傾角傳感器、力傳感器、溫度傳感器等8.4.3內(nèi)部傳感器運動學(xué)參數(shù)動力學(xué)參數(shù)位移、速度、加速度等力、力矩、慣性等運動學(xué)參數(shù)8.4.3內(nèi)部傳感器位置、位移：電位計、編碼器、差動變壓器、感應(yīng)同步器、光電式傾角計等。速度：光電式、霍爾式、電感式等。加速度：相對式、慣性式。運動學(xué)參數(shù)8.4.3內(nèi)部傳感器力：應(yīng)變式、壓電式差。力矩1.觸覺傳感器接觸覺傳感器壓覺傳感器滑覺傳感器力覺傳感器8.4.4外部傳感器觸覺傳感器是一種測量自身敏感面與外界物體作用參數(shù)的裝置。1）接觸覺傳感器8.4.4外部傳感器接觸覺傳感器用以判斷機器人是否接觸到外界物體或測量被接觸物體的特征的傳感器。接觸開關(guān)2)壓覺傳感器8.4.4外部傳感器壓覺傳感器一般位于手指握指面上，用來檢測機器人手指握持面上承受的壓力大小和分布，有助于機器人對接觸對象的幾何形狀和硬度的識別。高密度分布式壓力傳感器電子皮膚3）滑覺傳感器8.4.4外部傳感器機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，以保證握住物體不產(chǎn)生滑動，同時不至于因用力過大而使物體產(chǎn)生變形而損壞。電

極電極物

體絕緣體軟

襯RU球形滑覺傳感器4）力覺傳感器8.4.4外部傳感器力覺傳感用于檢測和控制機器人臂、腕和指的力、力矩以及與外界環(huán)境的相互作用力，從而決定機器人如何運行、應(yīng)采取什么姿態(tài)、以及推測對象物體的重量等。機器人力覺傳感器可分為3類：關(guān)節(jié)力覺傳感器腕部力覺傳感器指頭力覺傳感器4）力覺傳感器8.4.4外部傳感器W1,W2,…,W8為敏感點所產(chǎn)生的力的單元信息按直角坐標(biāo)；Kmn(m=1,2,…,6;n=1,2,…8)結(jié)構(gòu)系數(shù)由實驗測定。十字式腕力傳感器結(jié)構(gòu)原理示意圖4）力覺傳感器8.4.4外部傳感器每個敏感點被認(rèn)為是力的信息單元，并按坐標(biāo)定為：筒式腕力傳感器結(jié)構(gòu)原理示意圖

是結(jié)構(gòu)系數(shù)，由實驗測定。機器人手臂中的觸覺傳感器8.4.4外部傳感器右掌1右掌2分布式觸覺和力覺傳感器滑覺傳感器左掌2左掌1力傳感器2.接近覺傳感器(proximitysensors)8.4.4外部傳感器接近覺傳感器用于感知機器人與環(huán)境物體之間接近程度的儀器，介于觸覺傳感器和視覺傳感器之間，不僅可以測距和定位，而且可以溝通視覺和觸覺傳感器的信息。在視覺系統(tǒng)被擋住而無法發(fā)揮作用時，接近覺傳感器起到視覺的功能，即判斷對象的方位、外形。電磁式接近覺傳感器8.4.4外部傳感器當(dāng)傳感器接近金屬目標(biāo)時，線圈中將產(chǎn)生電流超聲波距離傳感器8.4.4外部傳感器超聲波距離傳感器用兩只超聲波換能器，一只作為發(fā)射器，另一只作為接收器。結(jié)

構(gòu)超聲波TOF測距原理(TimeOfFlight,時間行程法)3.視覺傳感器8.4.4外部傳感器科學(xué)研究表明人類獲取外界的信息中有80%以上來自于視覺信息。人類視網(wǎng)膜上的細(xì)胞個數(shù)達(dá)到108,是聽覺細(xì)胞個數(shù)的3000倍，是皮膚上敏感細(xì)胞的100倍。3.視覺傳感器8.4.4外部傳感器CCD圖像傳感器256級的灰度色標(biāo)，從圖(a)到圖(f)的分辨率分別為：512×512,256×256,128×128,64×64,32×32,16×16.4.聽覺傳感器8.4.4外部傳感器電容式傳聲器汽車常用傳感器輻射與波式傳感器汽車常用傳感器隨著微電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的應(yīng)用，汽車的機電一體化使汽車煥然一新。當(dāng)今對汽車的控制已由發(fā)動機擴大到整車，例如實現(xiàn)自動變速換擋、防滑制動、雷達(dá)防碰撞、自動調(diào)整車高、全自動空調(diào)、自動故障診斷及自動駕駛等。自動駕駛技術(shù)是主動式安全電子學(xué)(ASE)合乎邏輯的發(fā)展方向。在ASE中，通過傳感器和算法來預(yù)測事故，并在車輛的物理和動力限制內(nèi)主動避免事故。自主式車輛需要部署多個傳感器和電子子系統(tǒng)，用來實現(xiàn)啟動、駕駛、操縱、導(dǎo)航、剎車和停車等。汽車機電一體化的中心內(nèi)容是以微機為中心的自動控制系統(tǒng)取代原有純機械式控制部件，從而改善汽車的性能，增加汽車的功能，汽車降低油耗，減少排氣污染，提高汽車行駛的安全性、可靠性、操作性和舒適性。汽車常用傳感器汽車上分布的各類傳感器：有溫度、壓力、流量、位置、速度、氣體濃度、光亮度、距離等功能的傳感器。汽車常用傳感器2.液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的傳感器液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中主要傳感器為安裝在方向盤柱上的轉(zhuǎn)矩傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器汽車常用傳感器3.汽車變速器上的傳感器(1)輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器(2)輸入軸轉(zhuǎn)速傳感器（3）冷卻液溫度傳感器（4）液壓油溫度傳感汽車常用傳感器4.安全氣囊上的傳感器安全氣囊控制系統(tǒng)中常見的傳感器是碰撞傳感器，按照用途的不同，碰撞傳感器分為觸發(fā)碰撞傳感器和防護(hù)碰撞傳感器。汽車常用傳感器5.全自動空調(diào)系統(tǒng)上的傳感器全自動溫度控制系統(tǒng)主要包括溫度傳感器、控制系統(tǒng)、ECU、執(zhí)行機構(gòu)等。其中溫度傳感器有車外溫度傳感器、車內(nèi)溫度傳感器、日照傳感器（陽光強度傳感器）和蒸發(fā)器溫度傳感器。

汽車常用傳感器6.電控懸架上的傳感器電控懸架系統(tǒng)主要傳感器有車身高度傳感器、水平傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等。(1)水平傳感器水平傳感器主要檢測汽車是否處于水平狀態(tài)，為電控懸架和大燈自動調(diào)平系統(tǒng)提供輔助信號。（2）車身高度傳感器車身高度傳感器用來檢測汽車垂直方向上高度的變化，其信號可使懸架控制單元感受到車輛高度變化，通過有關(guān)執(zhí)行元件調(diào)整汽車車身高度。汽車常用傳感器7.雨量和光線識別傳感器010203雨量傳感器光線識別傳感器光照強度傳感器汽車常用傳感器7.雨量和光線識別傳感器雨量識別傳感器原理雨量識別傳感器固定在擋風(fēng)玻璃上.。如果車窗玻璃上有水滴或水層，發(fā)光二極管照射到光電二極管上的光通量就會發(fā)生變化。汽車在下雨天玻璃越濕，因光線折射作用而反射的光線越少，因此可以利用光電二極管的輸出信號計算雨量的大小。雨量識別的響應(yīng)時間，即識別到下雨直至將輸出信號發(fā)送給刮水器的時間不超過20ms。雨量和光汽車常用傳感器8.光照強度傳感器

光照強度傳感器由光電傳感器感知太陽輻射，從而調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)的溫度。它感知從車輛前面照射的陽光強度，并能區(qū)分左右側(cè)。根據(jù)入射太陽光的照射方向調(diào)整車輛的冷卻系統(tǒng)。汽車常用傳感器汽車電子控制系統(tǒng)汽車電腦ECU電子點火系統(tǒng)主要包括各種傳感器、ECU和執(zhí)行器（點火器、點火線圈、火花塞），傳感器主要有：曲軸位置傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、車速傳感器、爆燃傳感器以及空調(diào)開關(guān)信號等。汽車常用傳感器汽車電子控制系統(tǒng)發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)(EFI)中，ECU主要根據(jù)進(jìn)氣量確定基本的噴油量，再根據(jù)冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、氧傳感器等傳感器信號對噴油量進(jìn)行修正，使發(fā)動機在各種運行工況下均能獲得最佳濃度的混合氣，從而提高發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。汽車常用傳感器電控自動變速器電控自動變速器是通過各種傳感器，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動機水溫、自動變速器液壓油溫度等參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并輸入汽車電腦ECU。ECU根據(jù)這些電信號，按照設(shè)定的換擋規(guī)律，向換擋電磁閥、液壓電磁閥等發(fā)出電子控制信號；換擋電磁閥和液壓電磁閥再將電腦的電子控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?，閥板中的各個控制閥根據(jù)這些液壓控制信號，控制換擋執(zhí)行機構(gòu)的動作，從而實現(xiàn)自動換擋汽車常用傳感器汽車ABS液壓制動系統(tǒng)不安裝ABS的汽車在緊急剎車時，容易出現(xiàn)輪胎抱死，使汽車失去轉(zhuǎn)向能力，這樣危險系數(shù)就會增加，容易造成嚴(yán)重后果。汽車ABS液壓制動裝置一般都是由傳感器、電子控制器和執(zhí)行器三大部分組成。其中傳感器主要是車輪轉(zhuǎn)速傳感器，執(zhí)行器主要指制動壓力調(diào)節(jié)器。8.6無人機常用傳感器8.6.1光學(xué)相機無人機常用傳感器8.6.2數(shù)字照相機8.6.3紅外攝像機8.6.4多光譜相機系統(tǒng)8.6.5合成孔徑雷達(dá)8.6.6機載激光雷達(dá)8.6.7航空定位定向系統(tǒng)8.6.8GNSS導(dǎo)航設(shè)備8.6.9羅盤和電池監(jiān)測儀8.6.10多種設(shè)備綜合運用8.6無人機常用傳感器概

況20世紀(jì)80年代以來，各種數(shù)字化、重量輕、體積小、探測精度高的新型傳感器的不斷面世。2000年ISPRS阿姆斯特丹大會上，航空數(shù)字照相機開始出現(xiàn)，2004年的伊斯坦布爾大會上航空數(shù)字照相機成為一個熱點。傳感器由早期的膠片相機向大面陣數(shù)字化發(fā)展，航空數(shù)碼相機在CCD等傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步中已呈現(xiàn)明顯的優(yōu)勢，我國中科院光電所2013年成功研制出1億像素相機“IOE3-Kanban”，成像畫幅達(dá)到10240×10240像素，并能在-20℃-55℃的溫度范圍內(nèi)工作，同時拍攝彩色、紅外、全色的高精度航片；萊卡LeicaDMCⅢ航空相機提供目前單片傳感器能夠覆蓋的最大幅寬：旁向26112像素、航向15000像素?，F(xiàn)在的航測多采用多臺相機組合照相，利用開發(fā)的軟件再進(jìn)行拼接，更大地提高了遙感飛行效率。另外，激光三維掃描儀、紅外掃描儀等小型高精度遙感器為無人機遙感的應(yīng)用提供了發(fā)展空間。光學(xué)相機是人們最熟悉、應(yīng)用最早和歷史最長的一種遙感設(shè)備，今天仍是最常見的一種遙感儀器。航空攝影機屬專用的量測攝影機，也稱航攝儀，主要工作平臺為飛機。其一般結(jié)構(gòu)除了與普通攝影機有相同的物鏡（鏡箱）、光圈、快門、暗箱及檢影器等主要部件外，還有座架及其控制系統(tǒng)的各種設(shè)備、壓平裝置，有的還有像移補償器，以減少像片的壓平誤差與攝影過程的像移誤差。航空攝影機除了有較高的光學(xué)性能、攝影過程的高度自動化外，還有框標(biāo)裝置，即在固定不變的承片框上，四個邊的中點各安置一個機械標(biāo)志——框標(biāo)。其目的是建立像片的直角框標(biāo)坐標(biāo)。兩兩相對的框標(biāo)連線成正交，其交點成為像片平面坐標(biāo)系的原點，從而使攝影的像片上構(gòu)成直角框標(biāo)坐標(biāo)系。新型的攝影機一般在四個角設(shè)定四個光學(xué)框標(biāo)來建立像平面坐標(biāo)系。由于航空攝影機具有框標(biāo)裝置，因此被成為量測攝影機。8.6無人機常用傳感器光學(xué)相機8.6無人機常用傳感器數(shù)字照相機數(shù)字照相機是無人機最重要的任務(wù)設(shè)備，可分為量測型相機和非量測型相機。量測型相機是專門為航空攝影測量制造的，具有幾何量測精度高的特點，裝有低畸變高質(zhì)量的物鏡和內(nèi)置濾光鏡，鏡頭中心與成像面具有固定而精確的距離。航空攝影時，由于無人機的飛行速度很快，地物在成像面上的投影將在航線方向上產(chǎn)生位移，導(dǎo)致影像模糊。為了消除像移的影響，在量測型相機上往往加裝像點位移補償裝置和陀螺穩(wěn)定平臺。量測型相機一般較重，多搭載在大型無人機平臺上。8.6無人機常用傳感器紅外攝像機紅外攝像機是一種探測物體紅外輻射能量的成像儀器，它通過紅外探測、光電轉(zhuǎn)換、光電信號處理等過程，將目標(biāo)物體的紅外輻射信息轉(zhuǎn)換為視頻圖像輸出。在軍事上，紅外攝像機可應(yīng)用于軍事夜視偵察、武器瞄準(zhǔn)、夜視導(dǎo)引、紅外搜索和跟蹤等多個領(lǐng)域；在民用方面，紅外熱像儀可以用于衛(wèi)星遙感、防災(zāi)減災(zāi)、材料缺陷的檢測與評價、建筑節(jié)能評價、設(shè)備狀態(tài)熱診斷、生產(chǎn)過程監(jiān)控、自動測試等。無人機載大視場多光譜成像儀是一套集超大視場和寬譜段為一體的高精度多光譜成像儀。該系統(tǒng)不僅具有超大視場低畸變成像和無色差多光譜成像的特點，還具備小型化、輕量化、無熱化等優(yōu)點，系統(tǒng)在環(huán)境適應(yīng)能力方面也擁有突出的優(yōu)勢，具備在-45~65℃內(nèi)清晰成像而不需要調(diào)焦的能力。8.6無人機常用傳感器多光譜相機系統(tǒng)一般地，按照無人機遙感應(yīng)用需求，無人機載大視場多光譜成像儀主要技術(shù)指標(biāo)有：8.6無人機常用傳感器多光譜相機系統(tǒng)項目性能工作譜段藍(lán)光波段：420~520nm；綠光波段：520~600nm；紅光波段：630~690nm；近紅外光波段：760~900nm；全色光波段：400~1000nm視場角＞60°地面幅寬6.0km（飛行高度為5km時）GSD1.0m（多光譜）/0.5m（全色）（飛行高度為5km時）信噪比優(yōu)于40dB合成孔徑雷達(dá)（syntheticapertureradar,SAR）是一種工作在微波波段的主動式傳感器，即主動發(fā)射電磁波，照射到地面后經(jīng)過地面反射，由傳感器接收其回波信息。SAR利用天線聚焦原理，對其回波數(shù)據(jù)進(jìn)行孔徑合成處理，可以得到類似光學(xué)照相的高分辨率雷達(dá)圖像。與傳統(tǒng)光學(xué)攝影機和光電傳感器相比，SAR有以下優(yōu)點：8.6無人機常用傳感器合成孔徑雷達(dá)SAR是一種主動式微波遙感設(shè)備，可以全天時、全天候成像。通過選取適當(dāng)?shù)牟ㄩL，利用微波的穿透性（能穿透一定的遮蔽物），可以對植被覆蓋下的地物成像。理論上方位向分辨率只與天線方位向尺寸有關(guān)而與作用距離無關(guān)，因此，能獲得遠(yuǎn)距離目標(biāo)的高分辨率雷達(dá)圖像。合成孔徑雷達(dá)（syntheticapertureradar,SAR）是一種工作在微波波段的主動式傳感器，即主動發(fā)射電磁波，照射到地面后經(jīng)過地面反射，由傳感器接收其回波信息。SAR利用天線聚焦原理，對其回波數(shù)據(jù)進(jìn)行孔徑合成處理，可以得到類似光學(xué)照相的高分辨率雷達(dá)圖像。與傳統(tǒng)光學(xué)攝影機和光電傳感器相比，SAR有以下優(yōu)點：8.6無人機常用傳感器合成孔徑雷達(dá)采用側(cè)視成像方式，測繪帶可以離航跡很遠(yuǎn)。SAR的信噪比與距離的三次方成反比，而普通雷達(dá)與距離的四次方成反比，因此SAR可獲得比普通雷達(dá)更高的信噪比。上述優(yōu)點使SAR能夠全天時、全天候地獲取各種目標(biāo)的高分辨率圖像，可廣泛應(yīng)用于軍事偵察、地形測繪和海洋成像觀測等領(lǐng)域，并能夠在災(zāi)害監(jiān)測、地質(zhì)結(jié)構(gòu)測繪、地面特征鑒別、大面積土壤水分、地表植被和農(nóng)作物長勢的定量化評估等應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。8.6無人機常用傳感器合成孔徑雷達(dá)雷達(dá)是一個距離測量系統(tǒng)，工作原理類似于“回聲”。雷達(dá)系統(tǒng)主要由發(fā)射機、接收機、轉(zhuǎn)換開關(guān)、天線等部分組成，發(fā)射機發(fā)射脈沖后經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)、天線傳輸?shù)阶杂煽臻g，然后繼續(xù)向地面目標(biāo)傳輸，達(dá)到地面目標(biāo)后再返回雷達(dá)天線，雷達(dá)系統(tǒng)通過記錄時間延遲，進(jìn)而測量天線與地面目標(biāo)的距離。8.6無人機常用傳感器合成孔徑雷達(dá)雷達(dá)系統(tǒng)通過記錄脈沖信號的時間延遲，測量雷達(dá)天線到地面目標(biāo)的距離，可以表示為：

式中，c表示光速

。

雷達(dá)一般都是側(cè)視工作的，即朝向飛行方向的一側(cè)發(fā)射電磁波，主要目的是消除兩個等距離點產(chǎn)生的左右模糊。雷達(dá)影像坐標(biāo)系一般采用方位向-距離向標(biāo)識。方位向平行于飛行方向，距離向垂直于飛行方向。合成孔徑雷達(dá)是一種高分辨率相干成像系統(tǒng)。高分辨率在這里包含兩方面的含義：高方位向分辨率和高距離向分辨率。它采用以多普勒頻移理論為基礎(chǔ)的合成孔徑技術(shù)提高雷達(dá)的方位向分辨率，距離向分辨率的提高則通過脈沖壓縮技術(shù)實現(xiàn)。8.6無人機常用傳感器機載激光雷達(dá)激光探測及測距系統(tǒng)（lightlaserdetectionandranging,LiDAR）簡稱激光雷達(dá)。激光雷達(dá)根據(jù)其應(yīng)用原理可分為三類：測距激光雷達(dá)（rangefinderLiDAR）、差分吸收激光雷達(dá)（differentialabsorptionLiDAR）及多普勒激光雷達(dá)（DopplerLiDAR）。機載激光雷達(dá)以飛機為觀測平臺，其系統(tǒng)組成主要包括：激光測量單元、光學(xué)機械掃描單元、控制記錄單元、動態(tài)差分GPS、慣性測量單元和成像裝置等。其中，激光測距單元包括激光發(fā)射器和接收機，用于測定激光雷達(dá)信號發(fā)射參考點到地面激光腳點間的距離；光學(xué)機械掃描裝置與陸地衛(wèi)星的多光譜掃描儀相似，只不過工作方式完全不同，激光屬于主動工作方式，由激光發(fā)射器發(fā)射激光，由掃描裝置控制激光束的發(fā)射方向，在接收機接收發(fā)射回來的激光束后由記錄單元進(jìn)行記錄；動態(tài)差分GPS接收機用于確定激光雷達(dá)信號發(fā)射參考點的精確空間位置；慣性測量單元用于測定掃描裝置的主光軸的姿態(tài)參數(shù)；成像裝置一般多為CCD相機，用于記錄地面實況，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理提供參考。8.6無人機常用傳感器