传感器原理及应用-第1章课件.ppt

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1、第1章传感器概述1.1传感器的认知1.2传感器的基本特性1.1传感器的认知♦1.11传感器的作用♦1.12传感器的定义♦1.13传感器的组成♦1.14传感器的分类♦1.15传感器的发展传感器是一个汇聚物理、化学、材料、电子、生物工程等多类型交叉学科，涉及传感检测原理、传感器件设计、传感器开发与应用的综合技术。传感器技术是构成现代信息技术三大支柱之一。工业生产智能建筑降低能耗提高操作者工作效率提高楼宇内部舒适程度提供高效的设备管理手段监控软件缩短投资回收周期降低培训成本航空航天宇宙飞船飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振

2、动测量；“阿波罗10”飞船对3295个参数进行检测，其中：温度传感器559个压力传感器140个信号传感器501个遥控传感器142个整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体智能房屋（自动识别主人，太阳能提供能源）智能衣服（自动调节温度）智能公路（自动显示、记录公路压力、温度、车流量）智能汽车（无人驾驶、卫星定位）未来世界♦广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。♦狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。♦国家标准（GB7665-87）：对传感器（Transducer/Senso

3、r）的定义：能够感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。1.12传感器的定义传感器定义有以下含义①它能完成检测任务，是由敏感元件和转换元件构成检测装置；②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；③能按一定规律将被测量转换成电信号输出，输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量；④传感器的输出与输入之间存在确定的对应关系。按使用场合不同又称为：发送器、传送器、变送器、检测器、探头传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。辅助电源敏感元件转换

4、元件信号调理转换电路被测量电量敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。物理、化学、生物信息1.13传感器的组成①按被测物理量分类温度、压力、位移、加速度、位置、湿度、气体、力学量、流量和转速等传感。②按传感器的工作原理分类应变式、电容式、电感式、压电式、热电式和磁电式传感器。1.14传感器的分类♦根据传感器输出信号：模拟信号和数字信号♦根据传感器使用电源与否：有源传

5、感器和无源传感器♦传感器的能量来源：能量控制型和能量转换型传感器♦按可变电参量：电阻型、电感型或电容型♦按传感器技术发展：聋哑传感器(DumbSensor)、智能传感器(SmartSensor)、网络化传感器(NetworkedSensor)③其他分类1）半导体硅材料包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、硅蓝宝石等2）石英晶体材料包括压电石英晶体和熔凝石英晶体（又称石英玻璃），它具有极高的机械品质因数和非常好的温度稳定性3）功能陶瓷材料1.15传感器的发展1新材料、新功能开发应用2微机械加工工艺的发展1）平面电子加工工艺技术，如光刻、扩散、沉积

6、、氧化、溅射等。2）选择性的三维刻蚀工艺技术，如各种异型腐蚀技术、外延技术、牺牲层技术等3）固相键合工艺技术，如Si-Si键合，它是通过对两个需要对接基片的表面进行活化处理，在温室下把两个热氧化硅片面对面的接触，再经过一定温度退火即可使两硅片键合为一体。键合可以实现一体化结构，且强度、气密性好。4）机械切割技术，制造硅微机械传感器时，是把多个芯片制作在一个基片上，因此，需要将每个芯片用分离切断技术分割开来，以避免损伤和产生残余应力。5）整体封装工艺技术用户，将传感器芯片封装于一个合适的腔体内，隔离外加干扰对传感器芯片的影响，使传感器工

7、作在较理想的状态。3传感器的多功能化发展单个参数测量传感器多参数同时测量的传感器4传感器的智能化发展有点：对数据进行滤波、变换、矫正补偿、存储记忆、传输标准化等，同时实现必要的自我诊断、自检测以及通信与控制的功能。智能化传感器——将传感器获取信息的功能与微处理器的信息分析、处理的功能精密结合在一起的传感器。5传感器模型及其仿真技术涉及敏感元件输入输出特性规律的参数越来越多，影响传感器输入输出特性的环节越来越多，因此在分析研究传感器的特性，设计、研制传感器的过程都要对传感器的工作机理建立有针对性的模型和进行深入细致的模拟计算。1.2传感

8、器的特性与主要性能指标♦1.2.1传感器的静态特性与主要性能指标♦1.2.2传感器的动态特性与动态指标定义：传感器特性：指输入x（被测量）与输出y之间的关系静态特性：当输入量为常量，或变化极慢时的关系动态特性：当输入量随