几种新型传感器..
新型传感器的原理、应用与发展
新型传感器的原理、应用与发展（南昌大学，南昌，330031）The principle and application of new sensors(Nanchang University, Nanchang 330031, China)摘要：现代新型传感器由于具有测量精度高、动态响应快、稳定性好、抗干扰能力强、易于小型和微型化、方便与微机进行接口等优点，在温度、压力、电压、转速等检测中有着广阔应用前景。
本文简要的介绍了几种现代新型传感器的基本原理和它们在信号检测、汽车、船舶等方面的应用，以及新型传感器的发展前景。
关键词：新型传感器；原理；应用；发展前景Abstract:Modern new sensor with high measurement precision has many advantages, such as fast dynamic response、good stability、strong anti-interference ability,、easy to small and miniaturization, and its` easy to connect with microcomputer.It has a broad application prospect in the ways of temperature、pressure、voltage and speed detection. This paper briefly introduces several basic principle of modern new sensors and their applications in signal detection, automotive, Marine applications,and the prospects of the development of new sensors.Key words:new type sensor;principle;application;prospects of the development 1前言传感器是一种把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件,其实质是一种功能块,其作用是将来自外界的各种信号转换为电信号。
新型传感器技术在智能交通中的应用
新型传感器技术在智能交通中的应用随着科技的不断发展，智能交通系统已经成为现代城市交通管理的重要组成部分。
为了提高交通系统的安全性、效率和可持续性，各类新型传感器技术被广泛应用在智能交通领域。
本文将探讨几种新型传感器技术在智能交通中的应用，并介绍其优势和挑战。
一、激光雷达传感器激光雷达传感器是一种通过发射激光束并测量其回波时间来实现距离测量的传感器技术。
在智能交通中，激光雷达传感器广泛应用于自动驾驶和交通监控系统中。
激光雷达传感器能够准确地探测道路上的障碍物，并提供高精度的位置和距离信息，从而实现对车辆和行人的精确跟踪和定位。
然而，激光雷达传感器存在昂贵的价格和复杂的安装调试过程等挑战。
二、摄像头传感器摄像头传感器是一种通过捕捉图像和视频来感知周围环境的传感器技术。
在智能交通中，摄像头传感器通常用于车辆识别、交通监控和违章检测等应用。
通过分析摄像头传感器获取的图像和视频，智能交通系统可以实现车辆的自动检测、计数和跟踪，从而提高交通管理的效率和准确性。
然而，摄像头传感器在低光条件下的性能较差，并且对图像处理算法和计算资源有较高的要求。
三、雷达传感器雷达传感器是一种利用电磁波信号来测量目标位置、速度和方向的传感器技术。
在智能交通中，雷达传感器主要用于车辆的车道保持、碰撞预警和自动泊车等功能。
通过使用雷达传感器，智能交通系统可以实时监测车辆的运动状态，并提供及时的警告和指导。
雷达传感器具有较好的稳定性和适应性，但由于其较大的体积和较高的功耗，应用受到一定的限制。
四、红外传感器红外传感器是一种利用红外辐射来检测目标的位置和距离的传感器技术。
在智能交通中，红外传感器常用于交通信号灯的控制、车辆检测和行人检测等方面。
通过红外传感器，智能交通系统可以实时感知道路上的车辆和行人，并根据其位置和行动状态来进行相应的控制和安排。
红外传感器具有灵敏度高、响应快的优点，但受天气条件和环境干扰的影响较大。
综上所述，新型传感器技术在智能交通中的应用带来了许多优势和挑战。
《几种新型传感器》PPT课件
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该传感器具有制作工 艺环节少、稳定性和 灵敏系数较高、量程 很大等优点，现已制 成了大量程称重、加 速度、压力传感器等。
Au 引线
Au 电极 应变敏感层 介质层 弹性基底
合金薄膜传感器结构示意图
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2 薄膜热敏传感器 当薄膜材料吸收红外辐射或受热源直接加热后，将会 导致薄膜材料温度特性的变化，而测量这种变化就可 以作为红外辐射或热源能量的度量。最常用的热敏传 感器就是根据薄膜的电阻随温度变化的性质而进行测 量的。如果温度变化是由吸收红外辐射构成的，这种 传感器就称为辐射热传感器；如果温度变化是由直接 接触造成的，这种传感器可以通过淀积一层红外吸收 膜转变成薄膜辐射热传感器。该传感器的敏感元件(电 阻元件)是用具有高温度电阻率系数的材料制成的薄膜。
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2．非晶态合金的磁—电变换功能
非晶态合金的磁—电变换功能主要指它将磁场变化转 换成电量的功能。根据不同的转换途径，其中主要物 理效应包括电磁感应效应和磁阻效应等。前者可以制 成检测转速、微小交变电流等物理量的无源传感器， 其中漏电保护器中的电流互感器是我国当前非晶态合 金材料应用的一个重点；后者可以用来制造磁泡存储 器中的磁场传感器，它具有电阻率温度系数小、耐辐 射等优点，因此比其他敏感材料更能胜任某些特殊环 境下的检测任务。
两光电管性能相同它们的输出分别接到差动放大器的两个输入端差动放大器输出电压信号与被测温度成一定关精选ppt17光电倍增管光电倍增管差动放大器hene激光器输出参比光纤接收光纤发射光纤液晶探头液晶温度传感器结构原理精选ppt18薄膜应变电阻传感器合金薄膜传感器的基本结构如图所示
几种新型传感器
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玻璃薄板
传感器在振动分析中的应用
传感器在振动分析中的应用振动分析是一项重要的工程实践，可以用来检测、监测以及分析机械系统的振动情况。
而在振动分析中，传感器的应用起着关键作用。
本文将探讨传感器在振动分析中的应用，并重点介绍几种常见的传感器及其特点。
一、加速度传感器加速度传感器是最常用的振动测量传感器之一。
它能够测量物体在单个方向上的加速度，并通过集成技术将加速度信号积分为速度和位移信号。
加速度传感器广泛用于诸如机械设备监测、汽车安全系统、航空航天等领域。
在振动分析中，加速度传感器能够提供具体的振动参数，如加速度曲线、频谱图等，从而帮助工程师评估机械系统的振动状况，并识别潜在的故障。
二、位移传感器位移传感器是另一种常用于振动分析的传感器。
其主要功能是测量振动物体在特定方向上的位移或变形。
相较于加速度传感器，位移传感器能够提供更直观、精确的振动数据。
通过位移传感器获取的信息，工程师可以更准确地观察和分析振动物体的运动轨迹以及变形情况，进而进行更精细的故障诊断和预测。
三、压电传感器压电传感器是一种通过压电效应实现信号转换的传感器。
在振动分析中，压电传感器常常被用于测量和分析高频振动信号。
其高灵敏度和广泛的频率响应范围使其成为检测高频振动的理想选择。
压电传感器常用于振动控制、结构监测和故障诊断等领域，为工程师提供了宝贵的数据支持。
四、光纤传感器光纤传感器是近年来振动分析领域中广泛应用的一种新型传感器。
其优势在于其高精度、无电磁干扰和抗腐蚀等特点。
光纤传感器通过光学原理实现振动信号的测量和分析，极大地拓展了振动分析的应用领域。
光纤传感器既可以测量结构的振动状态，也可以用于监测振动信号的传播路径和损耗情况，从而提供更丰富的振动分析数据。
总结：传感器在振动分析中具有不可替代的重要作用。
通过加速度传感器、位移传感器、压电传感器和光纤传感器等的应用，工程师们可以全面了解机械系统的振动情况，包括加速度、速度、位移等重要参数。
这些传感器不仅提供了数据支持，还为故障诊断和预测、振动控制等工作提供了可靠的技术手段。
各种新型传感器在环境保护中的应用
各种新型传感器在环境保护中的应用随着现代化的发展和人口的增长，环境污染问题日益严重，如何保护环境已经成为了全球关注的焦点。
各种新型传感器的出现为环境保护带来了很大的帮助，它们能够及时地监测环境中的各种污染物，为我们提供重要的参考数据。
本文将会讨论几种新型传感器在环境保护中的应用。
一、气体传感器气体传感器主要应用于监测大气环境中的有害气体。
它们通常是安装在城市中的监测站点上，用于监测大气环境的质量。
气体传感器主要分为两类：一类是具有独立探头的传感器，另一类是直接集成到监测站点中的传感器。
这些传感器可以监测二氧化硫、氮氧化物、臭氧、颗粒物等有害气体的浓度，对于保护大气环境起着至关重要的作用。
二、水质传感器水质传感器主要应用于监测水中的污染物。
随着人类活动的不断增加，水污染已经成为了一个全球性的问题。
水质传感器可以监测水中的PH值、溶解氧、有机物质、氨氮等参数，全面地了解水体的污染情况。
这些传感器广泛地应用于环保部门、水务局、自来水公司等机构，用于统计并分析水体的水质状况，为水资源的科学开发和利用提供了重要的数据。
三、温度和湿度传感器温度和湿度传感器广泛应用于室内环境和户外环境的监测。
它们能够监测温度、湿度等参数，为人们提供一个舒适、健康的环境。
同时，在居民区和工业园区等环境中，温度和湿度传感器可以监测空气质量，通过数据分析得出各种空气污染物的浓度，帮助人们避免不良的健康影响。
四、微生物传感器微生物传感器是一种用于检测细菌、病毒等微生物的传感器。
随着全球疫情的蔓延，微生物传感器越来越广泛地应用于医院、实验室等场所。
同时，在农村和城市中，微生物传感器还可以监测水中的微生物，为水的卫生和安全提供保障。
总之，新型传感器在环境保护中的应用潜力巨大。
随着技术的不断进步和数据分析能力的提高，传感器的精度和灵敏度会不断地提升，它们会发挥越来越重要的作用。
未来，随着环保问题的不断加剧，传感器必将成为环保工作中的核心技术之一。
几种新型传感器简介
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§13-2 超导体传感器 13被测量→ 被测量→超导体电特性变化 一.超导红外传感器
受红外辐射的超导体电导率 受红外辐射的超导体电导率 发生变化
可在烟雾、 可在烟雾、粉尘环境中工作
光照
二.超导可见光传感器
约塞夫逊效应（不加电压） 约塞夫逊效应（不加电压） 可见光照射→ 可见光照射→ 约塞夫逊结电流变化
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§13-3 液晶传感器 13液晶受电、 液晶受电、磁、热、声作用→ 声作用→ 液晶光学特性变化
一.液晶的光学特性
▲双折射：两折射光偏振方向正交 双折射： ▲二色性：白光经液晶反射和透射成不同颜色 二色性： ▲旋光性：具有改变偏振光振动方向的性能 旋光性：
二.液晶电磁场传感器
▲集成电路印刷板图形检测
2.结构 2.结构
▲表皮指纹状感受触觉 ▲表皮小凸点状感受滑觉
21cgq12_1
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§13-5 微机械传感器 13MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 微机械、 微机械、微系统
▲构成： 构成： 微型机构、微型传感器、 微型机构、微型传感器、微型执行器 和相应的处理电路等几部分。 和相应的处理电路等几部分。 目前主导产品： ▲目前主导产品： 压力传感器、加速度计、微陀螺仪、 压力传感器、加速度计、微陀螺仪、 墨水喷咀和硬盘驱动头等。 墨水喷咀和硬盘驱动头等。
尺寸： 3.尺寸：微机械陀螺的平面外轮廓的结构参数 厚度仅为2μm. 双音叉结构） 2μm.（ 为1mm2 ,厚度仅为2μm.（双音叉结构） 文献：振动轮式硅微机械陀螺的直径为1 ,厚 文献：振动轮式硅微机械陀螺的直径为1 mm ,厚 度为19μm ,宽度为 宽度为5μm ,电极间距为7μm. 电极间距为7μm 度为19μm ,宽度为5μm ,电极间距为7μm.
新型传感器的研究及其应用
新型传感器的研究及其应用随着科技的不断发展，传感器的应用也变得越来越广泛。
新型传感器的研究更是人们关注的热点之一。
本文将介绍新型传感器的研究及其应用。
一、新型传感器的研究背景传感器是现代科技的基石之一，广泛应用于物联网、生命科学、工业制造、环境监测、无人驾驶等领域。
在传感器应用的过程中，精度和可靠性是至关重要的因素，而且在一些特殊的应用场景下，传感器需要具备长寿命、环境适应能力和灵敏度高等特点，为此，研究开发新型传感器至关重要。
二、新型传感器的研究内容传感器通常可分为光学、电子、化学、力学、声学、热学等种类，每个种类的传感器都有自身研究的内容。
下面就几种传感器作简单介绍。
1. 光学传感器光学传感器是利用可见光或其它波长的光来测量各种物理量的。
其中，红外光学传感器研究受到了广泛关注，因为它可以用于生命科学、生物医学工程、人脸识别等领域。
2. 化学传感器化学传感器是利用感受物质与化学反应的性质对样品中的化学分子进行检测。
化学传感器的主要研究方向是检测气体、液体、固体中的化学成分变化，例如空气中杂质物的检测等。
3. 力学传感器力学传感器是使用机械变量测量原理来捕捉物理力的传感器，其主要研究方向是开发新型的机械检测仪器和设备，例如车辆载重的检测、五金工业的研究等。
三、新型传感器的应用新型传感器具备多种应用场景，例如：智能家居、智能仓储、农业环境、环境监测、海洋科学等领域。
下面列举一些例子。
1. 智能家居智能家居需要安装各种传感器，以自动感知用户的生活方式，并根据用户的需求控制家庭设备。
智能家居的传感器研究需要提高传感器的灵敏度和精度，以达到更高的自动化水平。
2. 智能仓储智能仓储中常用的传感器是温度、湿度和气体传感器。
传感器的应用可监控货物状况，确保仓库的良好保存，从而避免物品的腐坏。
3. 农业环境农业环境中的新型传感器的应用非常广泛，例如检测土壤中的氮、磷、钾等成分，监测气候变化和极端天气情况。
传感器可优化农业生产和提高农产品产量。
汽车传感器的种类与应用
汽车传感器的种类与应用传感器是一种可以感知、转换并输出相关物理量的装置，被广泛应用于汽车行业。
汽车传感器可以帮助车辆感测周围环境和车辆状态信息，实现自动驾驶、安全控制和故障诊断等功能。
本文将介绍汽车传感器的种类和应用。
1. 发动机传感器发动机传感器被广泛应用于汽车发动机控制系统中，用于感测发动机的参数和状态，如进气压力、进气温度、曲轴位置、氧气含量、油温等，并将这些信息转换成电信号输出给发动机控制单元(ECU)。
根据功能，主要有以下类型的传感器：(1) 进气量传感器：感测空气流量，用于计算发动机所需燃料量。
(2) 氧气传感器：用于感测汽车废气中氧气含量，帮助ECU实现燃油喷射量的控制。
(3) 温度传感器：感测发动机的温度，并将温度值转换成电信号输出，用于发动机故障诊断和节能控制。
(4) 压力传感器：感测进气压力和油路压力等参数，用于确定燃油喷射量和测量机油压力。
2. 车身传感器车身传感器是一类用于感测车辆位置、运动状态和驾驶环境的传感器。
根据功能和位置，车身传感器主要有以下类型：(1) 转向角速度传感器：感测车辆的横向加速度和转向角速度，用于控制车辆的稳定性和安全性。
(2) 驻车传感器：感测车辆的位置并传递给车辆控制单元，用于控制自动驻车和自动开关引擎等功能。
(3) 距离传感器：感测车辆与前方物体的距离，用于自动泊车和智能避让碰撞等功能。
(4) 视觉传感器：利用摄像头、激光雷达等设备感测车辆周围环境，用于识别道路标志、行人、车辆等物体，实现全息视频、导航和交通安全等功能。
3. 制动控制系统传感器制动控制系统是汽车的重要安全控制系统之一，主要通过感测车辆的速度、状态和驾驶者的操作，对制动装置进行控制。
根据用途不同，制动控制系统传感器主要有以下几类：(1) 制动液压传感器：感测制动液压系统的压力变化，并将结果转换成电信号输出。
(2) 刹车离合器开关：感测制动踏板和离合器踏板的操作状态，用于控制SCM电子控制模块对制动装置的控制和刹车信号的输出。
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图3-5 遮光板开关式触觉传感器原理图
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3.2 触觉传感器
3.2.2 光学式触觉传感器 光照射到界面的角度通过界面法线测量。若光照射到有 机玻璃和空气界面的角度大于θC，则光沿着有机玻璃光波导 传播，光波导表面跟外部物体接触时，接触点处全内反射被 破坏，光从光波导相反一侧出射。 利用这种原理可以制成高分辨率的触觉传感器在实际应 用中，通常用一块韧性的薄膜层设置在外部物体和光波导之 间，以便保护光波导并隔断外部光源。图3-6所示为采用这种 效应的触觉传感器原理图。
电量输出
被测非电量
敏感元件
转换元件
测量
辅助电路
第3章 新型传感器简介
1 CCD图像传感器 2 触觉传感器 3 光纤传感器 4 磁性传感器 5 集成温度传感器
新型传感器简介
随着科学技术的发展，在不断发现新现象、采用新原理、 开发新材料和采用新工艺的基础上，传感器技术得到了很大 的进步与提高。同时，与单片机或者微计算机相结合的智能 式传感器、生物传感器也有了很大的发展。 新型传感器技术含量高、功能强，相对传统传感器具有 很多优点。了解和学习这些新型的传感器有助于我们打一大 视野，及时了解、掌握新型传感器技术并加以应用。本章将 介绍最近几年发展起来的新型传感器，包括CCD图像传感器、 触觉传感器、光纤传感器、磁性传感器和集成温度传感器。
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图3-4 CCD尺寸检测系统组成框图
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3.2 触觉传感器
触觉传感器的原型是模仿人的触觉功能，目的是通过触 觉传感器与被识别物体的接触或相互作用来完成对被识别物 体表面特征及物理性能的感知。为了实现这一功能，研究者 们设计了各种形式的触觉传感器以满足多种需要。
开关式 压电式 光电式 电容式 电磁式 压阻式
3-2传感器概述
传感器是实现自动测试和自动控制的首要 环节，对原始信息进行精确可靠的采捕获 和转换，相当于人体神经 定义：将被测物理量转换为与之对应的有 确切对应关系的输出量的器件或装置，或 者把从被测对象中感受到的有用信息进行 转换、传送的器件 测量非电量，转换为电量
传感器概述
传感器作用：将如温度、压力、流量等被 控参数转换为电信号， 传感器组成：
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图3-1 CCD外形图
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CCD图像传感器
3.1.1 CCD图像传感器的结构 CCD更接近于人的视觉的工作方式，只不过人眼的视网 膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞分工合 作组成视觉感应。CCD经过长达35年的发展，大致的形状和 运作方式都已经定型，如图3-2示为CCD的三层结构示意图， 上层为增光镜头，中层为分色滤色片，下层为感光层。
触觉传感 器
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3.2 触觉传感器
3.2.1 开关式触觉传感器 开关式触觉传感器是用于检测物体是否存在的一种最简 单的触觉制动器件。开关内部分隔成两个电接点。当一个电 极上承受大于阀值的力时，该电极与另一个电极接触，这样 可以用一个电路来检测该开关是否接触。 工业上利用小型开关阵列形成一种价廉触觉传感器，但 是这种阵列的空间分辨率较低。这种跟输出信号的二进制相 对应的二值阵列触觉传感器，严重地限制、影响了其提供信 息的质量。图3-5所示即为开关式传感器的原理图。
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图3-2 CCD的三层结构示意图
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3.1 CCD图像传感器
3.1.2 CCD 系统构成
像索（Pixel ) (成像单元)
成像区 暂存区(遮光 处理) 水平读出寄存 器（遮光处理）
转移沟道
CCD 传感器
放大器 CCD图像传 感器 缓存
模数转换器上一页 下一页 回图3-3 CCD系统构成
线阵CCD
面阵CCD
• 结构较简单、容易增加像素数 • CCD 尺寸较大、易产生垂直拖影
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3.1 CCD图像传感器
3.1.4 CCD 图像传感器的应用 CCD 工件外形检测 在机械零部件生产过程中，零件外径尺寸的测量占有重 要地位，快速、准确地测量出零件的主要参数可以缩短整个 产时的生产周期，并有利于实现自动化。 图3-4 所示为CCD 工件尺寸检测系统组成框图。该检测 系统主要由传感器系统、测量平台、运动控制系统及软件系 统等几部分构成。
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3.1 CCD图像传感器
CCD 图像传感器的种类 用于图像传感器的CCD 又称摄像或像敏CCD 。它的功 能是把二维图像光学信号转变成一维视频信号或数字信号。 从结构上可分为线阵CCD 和面阵CCD 两大类。
• 成本较低，可以同时储存一行电视信号， 能够实现动态测量，并能在低照度下工 作 • 线阵CCD 广泛地应用于产品尺寸测量、 非接触尺寸测量、条形码等许多领域
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3.1 CCD图像传感器
CCD 传感器工作时，图像经物镜在成像区成像，给成像 区上面的电极加上适当的偏压时，光生电荷被收集到电极下 方的势阱里，这样就将光学图像变成了电荷包图像。当光积 分周期结束时，加到成像区和暂存区电极上的时钟脉冲使所 有收集到的信号电荷迅速转移到暂存区中，然后经由水平读 出寄存器，在时钟脉冲控制下，通过输出极逐行输出一帧信 息，在第一帧读出的同时，第二帧信息通过光积分又收集到 势阱中，这样，就可以一帧一帧连续地读出。
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图3-6 利用破坏全内反射原理的触觉传感 器原理图
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3.2 触觉传感器
3.2.3 压阻阵列触觉传感器 压阻式阵列触觉传感器的基本结构是由外接引线、上 （行）下（列）电极及压阻材料等构成，上（行）电极与下 （列）电极相垂直，上（行）下（列）电极的交叉点定义为 阵列触觉的一个触觉单元，外接引线从相互平行的触觉单元 上引出，压阻材料放在上（行）下（列）电极中间。 在压阻式阵列触觉传感器中，最关键的构件是敏感材料 和电极。 另外，各向异性压阻材料的应用也受到广泛的重视，如敏 感材料在z 方向有压阻变化特性，在x , y 方向则无论受压与 否，均有较大的阻值。
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CCD图像传感器
图像传感器是采用光电转换原理，用来摄取平面光学图 像并使其转换为电子图像信号的器件。图像传感器必须具有 两个作用，一是具有把光信号转换为电信号的作用;二是具有 将平面图像上的像素进行点阵取样，并把这些像素按时间取 出的扫描作用。 电荷耦合器件又称为CCD器件，如其外形如图3-1所示， 它是近年来新发展起来的一种半导体功能器件，能够把光学 影像转化为数字信号。