传感器认知实验讲义.docx

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1、实验7传感器认知一．实验目的1、了解传感器的分类。2、通过传感器的外形能够认知传感器。3、熟悉ARDUINO单片机。4、熟悉利用单片机调试工具驱动不同类型传感器。二．实验原理敏感元器件又称传感器。传感器是一种检测装置，它能够感受到被测的信息，并且能够将感受到的信息按一定规律变换成电信号或其它所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测、自动控制的首要环节。传感器的种类繁多，大致分为光敏、热敏、磁敏、湿敏、力敏等等。光敏元件：光敏元件是基于半导体光电效应而制成的器件，又称光电敏感器。采用光电技术能实现对微弱光信号的

2、无接触、远距离、快速、精确测量。半导体光敏元件按照光敏机理不同可以分为光导型和光生伏特型。光导型即光敏电阻是一种半导体均质结构；光生伏特型包括光电二极管、光电三极管、光电池、光电场效应管和光控可控硅等，它们属于半导体结构型器件。半导体光敏元件的主要参数和特性有灵敏度、光照伏安特性、光谱特性、时间和频率响应特性以及温度特性等。半导体光敏元件广泛应用于精密测量、光通讯、计算技术、摄像夜视、遥感制导、机器人、质量检查、安全报警、以及其它测量和控制装置。LED：LED又称为发光二极管。LED是英文LightEmittingDiode的缩写，它是一种基于半导体PN结形

3、成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源，在一定的正向偏压和注入电流下，注入P区的电子和注入N区的空穴，在扩散至有源区后，经过辐射复合而发出光子，将电能直接转换成光能。它是一种固态冷光源，具有环保、无污染、耗电少、效率高、寿命长等特点。现时的产品有LED路灯、LED射灯、LED指示器、LED显示屏等。LED所发射的有可见光和红外光，前者有红、黄、蓝多种颜色（可以通过改变构成半导体材料的各种元素比例大小来获取），后者通常采用禁带宽度较大的砷化镓材料制作。霍尔磁力传感器：霍尔元件是利用半导体材料的霍尔效应制成的专门用来探测或测量磁场强度大小的基础元件。霍尔效应简述

4、如下：在一块半导体矩形薄晶片的长边上加上一纵向直流电压，在垂直于其表面的方向上加上一个磁场，那么在矩形晶片的短边方向上就会产生一横向的电压，此效应称为霍尔效应。如果假设长边方向上的电流密度为,与表面垂直方向的磁场为,横向（短边方向）的电场为,半导体材料的霍尔系数为,那么霍尔效应可以用公式表述为，可见，在纵向电流和霍尔系数一定的情况下，横向电场的大小与垂直磁场的大小成正比，只要测量霍尔电势（与横向电场成正比），就可以知道垂直磁场的大小。温度传感器：温度传感器就是利用物质随温度变化特性的规律，把温度转换为电量的传感器。温度传感器的基础元件可以是热敏电阻、热电偶，

5、也可以是PN结（利用其V-A特性对温度很敏感这一特点）。目前用的较多的是1.1节所述PTC热敏电阻和NTC热敏电阻。图3.2给出了这两种热敏电阻的阻温特性。其中上图(a)表示正温度系数PTC(PositiveTemperatureCoefficient)热敏电阻的温度特性。可以看出，随着温度的升高在居里点附近电阻值有一个阶跃式的跳升。PTC电阻的这一特性已经被用作电路的过电流保护、马达的过热保护等；上图（b）是负温度系数热敏电阻NTC(NegativeTemperatureCoefficient)d的阻温特性。图中三条曲线分别对应于不同的热敏指数B（常数）值

6、，它们的共同特点是随着温度的升高，电阻值急剧下降。热敏指数B有下列表达式式7-1式中，是绝对温度时刻的电阻值，是绝对温度T时刻的电阻值。利用NTC阻温曲线，对于某一B值的材料，我们可以通过测量其电阻阻值来确定相应的温度。因此，NTC电阻的阻温特性可以用来检测和控制温度。湿度传感器：人类的生存和社会活动与湿度密切相关,随着现代化的实现很难找出一个与湿度无关的领域来。由于应用领域不同，对湿度传感器的要求也不同。从制造角度考虑，同是传感器，材料、结构不同、工艺不同，其性能和技术指标有很大差异。在当今信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制技术紧密地结合着。测量湿

7、度的目的就是为了控制湿度。选择湿度传感器，首先是要选择测量范围。除了气象、科研部门外，搞温湿度测控的一般不需要全湿程（0~100%RH）测量。对于不需要搞测控的使用者来说，直接选用通用型湿度仪就可以了。力敏传感器：力敏传感器是用来检测气体、固体、液体等物质间相互作用力的传感器。常用材料有半导体、金属及合成材料。常用的主要是硅压阻式力敏传感器和电容式力敏传感器。硅压力传感器优点是灵敏度好、精度高，缺点是受温度影响大。继电器：继电器是一种利用输入回路中电流在电磁铁和衔铁之间的作用力而工作的电气设备，也就是利用小电流去控制大电流通断的一种器件。主要用于控制主电路回

8、路的通断。其主要参数有：线圈温升、电气寿命、接触电阻