常用传感器以及其应用.ppt

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1、关于常用传感器及其应用第一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月传感器传感器传感器是指测试器系统的检测部分直接与被测对象发生关系，直接感受被测参数的变化，并把被测参数转为易于运输、处理、测量的信号，完成这一任务的装置称为传感器。我们的五官（眼，耳，皮肤，鼻，舌）就是传感器。五官通过五种感觉（视觉，听觉，触觉，嗅觉，味觉）接受来自外界的信号，并将这些信号传递给大脑，大脑对这些信号进行分析处理，然后将指令传给肌体，这是我们常见的一种传感器。第二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月人体与机器的对应外界刺激人体人的感官人脑机体机器传感器计算机执行器第三张，PPT共九十二页，创作于2022年6

2、月 传感器的种类很多传感器的种类很多,目前没有统一的分类方法目前没有统一的分类方法,常采用常采用的分类方法有以下几种的分类方法有以下几种:1、按输入量分、按输入量分 输入量分别为温度、压力、位移、速度、气体等非输入量分别为温度、压力、位移、速度、气体等非电量，则相应的是温度传感器、压力传感器等。电量，则相应的是温度传感器、压力传感器等。2、按测量原理分、按测量原理分 主要是基于电磁原理和固体物理学理论，根据变电阻主要是基于电磁原理和固体物理学理论，根据变电阻的原理，有相应的应变式传感器；根据变磁阻原理，有的原理，有相应的应变式传感器；根据变磁阻原理，有相应的电感式、电涡流式传感器；根据半导体有

3、关理论，相应的电感式、电涡流式传感器；根据半导体有关理论，有相应的半导体力敏传感器、气敏传感器等有相应的半导体力敏传感器、气敏传感器等。第四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月3、传感器的主要发展方向、传感器的主要发展方向 A、传感器的固体化、传感器的固体化 主要发展半导体传感器，它不仅灵敏度高、响应主要发展半导体传感器，它不仅灵敏度高、响应快、小型轻量、而且便于实现传感器的集成化和多功快、小型轻量、而且便于实现传感器的集成化和多功能化，如压力传感器能化，如压力传感器SP12。B、传感器集成化和多功能化、传感器集成化和多功能化 将敏感元件、信号处理或转换单元、电源等部分将敏感元件、信号处

4、理或转换单元、电源等部分利用半导体技术将其制做在同一芯片上，如温湿度传利用半导体技术将其制做在同一芯片上，如温湿度传感器。感器。第五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月C、传感器的智能化、传感器的智能化 它通常将信号检测、信号处理等外围电它通常将信号检测、信号处理等外围电路全部集成在一块基片上，使它具有自诊路全部集成在一块基片上，使它具有自诊断、通信、自动调零功能。断、通信、自动调零功能。D、传感器组网的无线化、传感器组网的无线化 主要采用主要采用2.4GHZ的的ZIGBEE技术，它技术，它的特点是功耗低、传输可靠、通信距离可的特点是功耗低、传输可靠、通信距离可达几百米，速率最大可达达几

5、百米，速率最大可达1MB/S。第六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月一、温度传感器一、温度传感器温度测量分接触式和非接触式，常用的传感器有：温度测量分接触式和非接触式，常用的传感器有：p金属热敏电阻金属热敏电阻 主要是铜电阻和铂电阻，测量线性好，信号处理较热主要是铜电阻和铂电阻，测量线性好，信号处理较热电偶简单。但温度范围较热电偶小。电偶简单。但温度范围较热电偶小。p热电偶热电偶 测量温度宽，可靠性高，最高可达测量温度宽，可靠性高，最高可达1600度，但成度，但成本高，信号处理复杂。本高，信号处理复杂。第七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月p分立半导体热敏电阻分立半导体热敏电阻

6、 如如NTCNTC热敏电阻，线性较差，但成本极低，主要用热敏电阻，线性较差，但成本极低，主要用在小家电上。在小家电上。p半导体集成温度传感器半导体集成温度传感器 主要利用温度越高主要利用温度越高PNPN结流过的反向漏电流越大，结流过的反向漏电流越大，并通过放大、线性化处理、信号转换等并通过放大、线性化处理、信号转换等。p红外辐射温度传感器红外辐射温度传感器 非接触高温测量，最高可达数千度，测量距离引非接触高温测量，最高可达数千度，测量距离引起的误差较大，成本高。起的误差较大，成本高。p光纤温度传感器光纤温度传感器 接触式测量，绝缘性能好、抗干扰能力强，测量精接触式测量，绝缘性能好、抗干扰能力强

7、，测量精度高。度高。第八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月1.金属热敏电阻金属热敏电阻常见的金属热敏电阻有铂电阻和铜电阻，和铜电阻常见的金属热敏电阻有铂电阻和铜电阻，和铜电阻相比铂电阻的温度范围更宽、相比铂电阻的温度范围更宽、线性更好，线性更好，常用在化工常用在化工厂等企业生产过程的温度测量。厂等企业生产过程的温度测量。p铂电阻铂电阻 铂电阻的测量温度范围为铂电阻的测量温度范围为-200+850 在在-200-200+0内：内：在在0 0+850内：内：式中式中R Rt t和和R R0 0分别为分别为t t度和度和0 0度电阻值，度电阻值，A A、B B、C C为常数为常数第九张，PP

8、T共九十二页，创作于2022年6月常用铂电阻有常用铂电阻有PT100和和PT10两种。两种。第十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月第十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月第十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月p铜电阻铜电阻 由于铂是贵金属，在一些测量精度不高且温度较低的由于铂是贵金属，在一些测量精度不高且温度较低的场合，可采用铜电阻测量，它的范围为场合，可采用铜电阻测量，它的范围为-50+150，铜，铜电阻的阻值与温度的关系几乎是线性的，可近似地电阻的阻值与温度的关系几乎是线性的，可近似地表示：表示：式中式中Rt和和R0分别为分别为T度和度和0度的铜电阻值。铜电阻有度

9、的铜电阻值。铜电阻有两种分度号两种分度号Cu50和和Cu100。第十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月2、热电偶、热电偶 热电偶是工程上应用最广泛的一种温度传感器，热电偶是工程上应用最广泛的一种温度传感器，它构造简单，使用方便，温度测量范围宽（它构造简单，使用方便，温度测量范围宽（-401700。两种不同的导体或半导体组成一个闭合回路，当两接两种不同的导体或半导体组成一个闭合回路，当两接触点温度不同时就会产生电动势触点温度不同时就会产生电动势E。TABET0第十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月目前常用的热电偶有：目前常用的热电偶有：热电偶名称热电偶名称 分度号分度号 适用

10、温度适用温度n铜铜-铜镍铜镍 T -40350n镍铬镍铬-铜镍铜镍 E -40800n铁铁-铜镍铜镍 J -40750n镍铬镍铬-镍硅镍硅 K -401000n铂铑铂铑-铂铂 S 01100n铂铑铂铑30-铂铑铂铑6 B 6001700第十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月第十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月3.半导体热敏电阻半导体热敏电阻 半导体热敏电阻常用的有半导体热敏电阻常用的有PTC和和NTC,优点是阻值优点是阻值大（数百大（数百至数百至数百K）、价格低，缺点是非线性严重。、价格低，缺点是非线性严重。日本芝蒲公司生产的质量最好。日本芝蒲公司生产的质量最好。用作温度

11、测量的一般用用作温度测量的一般用NTC，NTC还用于开关电源交还用于开关电源交流输入端的开机浪涌保护。流输入端的开机浪涌保护。第十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月VccGNDVoutRtR1NTC热敏电阻温度和阻值间存在严重的非线性，热敏电阻温度和阻值间存在严重的非线性，因此实际应用时需要用软件进行线性补偿，主要用因此实际应用时需要用软件进行线性补偿，主要用在对温度测量精度要求不高和一些温度保护的场合。在对温度测量精度要求不高和一些温度保护的场合。第十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月热敏电阻热敏电阻器热敏电阻器用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热

12、敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。第十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月热敏电阻这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25时阻值为10K的电阻，在0时电阻为28

13、.1K，60时电阻为4.086K；与此类似，25时电阻为5K的热敏电阻在0时电阻则为14.050K。图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。第二十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月热敏电阻第二十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月热敏电阻计算公式虽然这里的热敏电阻数据以10为增量，但有些热敏电阻可以以5甚至1为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下：Rt=R*EXP(B*(1/T1-1/T2)第二十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月热敏电阻测温电路第二十三张，PPT共九十二页，创作于2

14、022年6月建立热敏电阻温度表电压与温度的关系建立AD采样值与温度的关系10位AD，建立01023的温度表。根据实际应用可以截取一部分建立温度表。第二十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月集成单片温度传感器集成单片温度传感器AD590AD590性能特点线性电流输出：线性电流输出：1 1 A/KA/K。测温范围宽：测温范围宽：5555+150+150。二端器件：电压输入，电流输出。二端器件：电压输入，电流输出。激光微调使定标精度达激光微调使定标精度达0.50.5 （AD590MAD590M）。）。线性度极好：在整个测温范围内线性度极好：在整个测温范围内 非线性误差小于非线性误差小于0.3

15、0.3（AD590MAD590M）。）。工作电压范围宽：工作电压范围宽：4 430 V30 V。器件本身与外壳绝缘。器件本身与外壳绝缘。成本低。成本低。第二十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月注意：注意：测量测量VoVo时，不可分出任何电流，否则测量不准。时，不可分出任何电流，否则测量不准。AD590AD590的引脚排列及基本连接方法的引脚排列及基本连接方法第第3 3个脚可以不接，是接外壳个脚可以不接，是接外壳作屏蔽用的作屏蔽用的说明：说明：其输出电其输出电流是以绝对温度流是以绝对温度零度（零度（-273）为基准，每增加为基准，每增加1，它会增加，它会增加1A输出电流，输出电流，因此

16、在室温因此在室温25时，其输出电流时，其输出电流Iout=（273+25）=298A。第二十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月AD590AD590的三种连接方法之比较的三种连接方法之比较第二十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月AD590AD590的两种的两种I/VI/V变换电路变换电路第二十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月AD590AD590温度传感器应用电路之一温度传感器应用电路之一第二十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月AD590AD590温度传感器应用电路之二温度传感器应用电路之二第三十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月集成单片温度传感器

17、集成单片温度传感器DS18B20DS18B20n性能特点性能特点独特的单线接口独特的单线接口通过并联可实现多点组网功能；通过并联可实现多点组网功能；无需外部器件无需外部器件 供电电压范围为供电电压范围为3.05.5V3.05.5V；零待机功耗零待机功耗 温度以温度以9 9或或1212位数字量读出位数字量读出 用户可定义的非易失性温度报警设置用户可定义的非易失性温度报警设置 报警搜索命令识别并标志超过程序限报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度的器件定温度的器件 负电压特性，电源极性接反时，温度负电压特性，电源极性接反时，温度计不会烧毁计不会烧毁第三十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月

18、总体电路结构框图按照系统设计功能的要求，确定系统由按照系统设计功能的要求，确定系统由3 3个模块组成：个模块组成：主控制器、测温电路和显示电路。主控制器、测温电路和显示电路。DS18B20DS18B20应用实例应用实例数字温度计的设计数字温度计的设计第三十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月总线总线t0t0时刻发送一复位脉冲（最短为时刻发送一复位脉冲（最短为480us480us的低电的低电平信号），接着在平信号），接着在t1t1时刻释放总线并进入接收状时刻释放总线并进入接收状态，态，DS18B20DS18B20在总线的上升沿之后等待在总线的上升沿之后等待15-60us15-60us，然

19、，然后在后在t2t2时刻发出存在脉冲（低电平持续时刻发出存在脉冲（低电平持续60-240us60-240us），），单片机接收到低电平脉冲说明复位成功，否则需重单片机接收到低电平脉冲说明复位成功，否则需重新进行复位操作。新进行复位操作。DS18B20复位时序第三十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月DS18B20复位函数复位函数注：复位函注：复位函数必须严格数必须严格按照时序图按照时序图编写，尤其编写，尤其应注意延时应注意延时时间的准确时间的准确性。性。第三十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月当主机总线当主机总线t0t0时刻从高拉至低电平时就产生写时间时刻从高拉至低电平时就产

20、生写时间间隙。从间隙。从t0t0时刻开始时刻开始15us15us之内主机应将所需写的位之内主机应将所需写的位送到总线上，送到总线上，DS18B20DS18B20在在t0t0后后15-60us15-60us内对总线电内对总线电平采样。连续写平采样。连续写2 2位的间隙应大于位的间隙应大于1us1us。DS18B20写写0和写和写1时序时序DS18B20写写0时序时序DS18B20写写1时序时序第三十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月DS18B20写字节函数写字节函数第三十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月主机总线主机总线t0t0时刻从高拉至低电平时，总线只需保持时刻从高拉至低

21、电平时，总线只需保持低电平低电平1-4us1-4us，之后在，之后在t1t1时刻将总线拉高产生读时时刻将总线拉高产生读时间隙，读时间隙在间隙，读时间隙在t1t1时刻后时刻后t2t2时刻前有效，时刻前有效，t2t2距距t0 15ust0 15us，也就是说，也就是说t2t2时刻前主机必须完成读位并时刻前主机必须完成读位并在在t0t0后的后的60-120us60-120us内释放总线。连续读内释放总线。连续读2 2位的间隙位的间隙应大于应大于1us1us。DS18B20读字节时序读字节时序第三十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月DS18B20读字节时读字节时序序第三十八张，PPT共九十二

22、页，创作于2022年6月电流互感器的作用为了保证电力系统安全经济运行,必须对电力设备的运行情况进行监视和测量。但一般的测量和保护装置不能直接接入一次高压设备,而需要将一次系统的大电流按比例变换成小电流,供给测量仪表和保护装置使用。电流互感器除了可以将线路上大小不一的电流变成一定大小的电流，以便于测量之外，还可以起到与线路绝缘的作用，以保证操作人员和仪表的安全。第三十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月定义与基本结构定义：电流互感器是一种专门用作变换电流的特种变压器。基本结构：主要由一次绕组、二次绕组和铁心构成，一次、二次和铁心之间都有绝缘。第四十张，PPT共九十二页，创作于2022年6

23、月原理图第四十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月CT按用途分类按用途分：1、测量用测量用将任一数值的交流电流转换为用标准仪器可以直接测量的交流电流值；使高压回路与维护人员可以接近的测量仪表绝缘。2、保护用保护用将任一数值的交流电流转换成可以供给继电保护装置的交流电流值；使高压回路与维护人员可以接近的继电器绝缘。第四十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月第四十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月直流电流检测方法电阻法：小电流的测量，可在被测量回路，接入一小的精密电阻Ro，该电阻上的压降，跟回路电流成正比，即Vo=I*Ro。测出了Vo，然后通过计算，转换成电流。康铜丝：这

24、个方法跟电阻法类似。分流器：大电流，通过分流器测量。霍尔传感器，专用的电流测量仪器，直流、交流都可以测量。第四十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月电阻法第四十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月电阻的选择阻值的选择电阻功率的选择电阻的精度选择第四十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月康铜丝、锰铜丝本质与电阻采样方式相同通过电流能力大内阻小、适用于电流较大的场合温度漂移量非常小与铜导线连接时热电势小（锰铜丝）过电流能力强（大约5A每平方毫米）第四十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月第四十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月分流器200A/75MV第四十

25、九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月霍尔传感器不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。精度相对较低第五十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月电压互感器电压互感器电压互感器的作用是隔离高电压，并把高电压变为低电压，供继电保护、自动装置和测量仪表获取一次侧电压信息。按工作原理，电压互感器可分为：1、电磁式电压互感器电力变压器型，原理和普通变压器相似；适用于6kV110kV系统；价格贵，容量大，误差小(相对于后者)2、电容式电压互感器(CVT-capacitancevoltageT)电容分压型；适用于110kV500kV系统；价格低，容量小，

26、误差大(相对于前者)第五十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月电磁式电压互感器电磁式电压互感器的工作原理的工作原理电磁式电压互感器的工作原理，构造和连接方法都和普通电力变压器相同。其主要区别在于电压互感器的容量很小，通常只有几十到几百伏安。第五十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月一次绕组并联在所测量的一次回路中。一次绕组电压等于电网电压，不受二次回路负荷的影响。接在二次绕组的负荷是仪表和继电器的电压线圈，它们的阻抗很大，通过的电流很小，因此，电压互感器正常工作时，二次绕组接近于空载状态。此时，二次电压接近于二次电势，并决定于一次电压值。即有：额定电压比 第五十三张，PPT共九

27、十二页，创作于2022年6月 在二次电压一定的情况下，阻抗越小则电流越大。当电压互感器二次回路短路时，二次回路的阻抗接近为0，二次电流I2将变得非常大，如果没有保护措施，将会烧坏电压互感器。所以电压互感器的二次回路不能短路。第五十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月第五十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月压阻式压力传感器压阻式压力传感器利用压阻效应将压力信号变换为电阻变化信号的传感器。利用检测电路把压阻式压力传感器的电阻变化转变为电压输出，即可被电子系统处理。检测电路通常是采用惠斯通电桥构成的。第五十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月惠斯通电桥构成的恒压源电阻测量电

28、路惠斯通电桥构成的恒压源电阻测量电路结论：结论：恒压源测量电恒压源测量电路输出电压与温度相关，路输出电压与温度相关，必须进行补偿，而恒流必须进行补偿，而恒流源测量电路无需温度补源测量电路无需温度补偿，因此采用恒流源激偿，因此采用恒流源激励是不错的选择。励是不错的选择。可以用恒流源供电！可以用恒流源供电！第五十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月几种恒流源参考电路几种恒流源参考电路类型类型1：特征：特征：使用运放，高精度使用运放，高精度输出电流：输出电流：Iout=Vref/RsIout=Vref/Rs类型类型2：特征：特征：使用并联稳压器，使用并联稳压器，简单且高精度简单且高精度 输出

29、电流：输出电流：Iout=Vref/RsIout=Vref/Rs检测电压：检测电压：根据根据Vref不同不同（1.25V或或2.5V）第五十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月几种恒流源参考电路几种恒流源参考电路类型类型3：特征：特征：使用晶体管，简单，低精度使用晶体管，简单，低精度 输出电流：输出电流：Iout=Vbe/RsIout=Vbe/Rs检测电压：约检测电压：约0.6V类型类型4：特征：特征：减少类型减少类型3的的Vbe的温度变化，低、的温度变化，低、中等精度，低电压检测中等精度，低电压检测 输出电流：输出电流：Iout=Vref/RsIout=Vref/Rs检测电压：检测电

30、压：0.1V0.6V第五十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月几种恒流源参考电路几种恒流源参考电路类型类型5：特征：特征：使用使用JEFT，超低噪声，超低噪声 输出电流：输出电流：由由JFET决定决定检测电压：检测电压：与与JFET有关有关类型类型6：特征：特征：消除类型消除类型1基极电流误差基极电流误差 输出电流：输出电流：Is=Iout-IgIs=Iout-Ig第六十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月压力传感器在低成本电子秤中的应用压力传感器在低成本电子秤中的应用电子秤基本结构电子秤基本结构第六十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n电子秤样机电路电子秤样机电路A

31、A：电阻应变式称重传感器：电阻应变式称重传感器 B B：RCRC滤波网络滤波网络 输入模拟信号范围为（输入模拟信号范围为（-AVDD/2-AVDD/2，AVDD/2AVDD/2）SDISDI提供提供SPISPI（串行外设接口）与（串行外设接口）与MCUMCU通信通信第六十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n电子秤精度计算及分析电子秤精度计算及分析 设设传感器输出规格为传感器输出规格为1.6mV/V1.6mV/V（即传感器满量程时，电源单位（即传感器满量程时，电源单位电压对应的输出电压大小）电压对应的输出电压大小）5V 5V电源对应的满量程差分输出信号电源对应的满量程差分输出信号为：为

32、：8mV8mV。由。由FS1FS1（电子秤满量程）（电子秤满量程）=0.8*FS0（传感器的满量程范传感器的满量程范围围），得），得传感器的最大可提供信号为：传感器的最大可提供信号为：6.4mV6.4mV。设定。设定SDI0818SDI0818内部内部PGAPGA为：为：128128，故，故SDI0818SDI0818的最大可用信号为：的最大可用信号为：6.4mV*128=819.2mV6.4mV*128=819.2mV。假设电子秤内部精度要做到假设电子秤内部精度要做到1000010000点分度（点分度（d d），则每个分度大小为：），则每个分度大小为：82uV82uV，也就是，也就是SDI0

33、818SDI0818必需能分辨出必需能分辨出82uV82uV的信号。的信号。SDI0818SDI0818参考电压参考电压AVDDAVDD为为5V5V，则如果每分度按照，则如果每分度按照82uV82uV来计算的话，来计算的话，则共有约则共有约6097560975个分度值（个分度值（216 216），也就是说），也就是说SDI0816SDI0816的不动码要的不动码要达到达到1616位以上才能实现。位以上才能实现。SDI0816SDI0816在在PGA=128PGA=128的情况下，有效位为的情况下，有效位为1616位，不动码也是位，不动码也是1616位，能实现位，能实现1000010000点左右

34、的电子秤。点左右的电子秤。第六十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月什么是MEMS传感器?微机电系统（MicroelectromechanicalSystems，MEMS）是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，它的操作范围在微米范围内。比它更小的，在纳米范围的类似的技术被称为纳机电系统。MEMS（微机电系统）是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。第六十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月MEMS使玩家动起来MEMS运动控制式用户界面第六十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月iPhone目前大多数手机都含有M

35、EMS传感器实现重力加速计和陀螺仪的功能，例如被用在iPhone中。通过对旋转时运动的感知，iPhone可以自动地改变横竖屏显示，以便消费者能够以合适的水平和垂直视角看到完整的页面或者数字图片。iPhone4到底用上了哪些传感器呢？第六十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月iPhone4中的传感器1)影像传感器简单说就是相机镜头，由于只牵涉到微光学与微电子，没有机械成份在里头，即便加入马达、机械驱动的镜头，这类的机械零件也过大，不到微的地步，所以此属于光电半导体，属于光学、光电传感器。2)亮度传感器外界并不清楚iPhone4用何种方式感应环境光亮度，而最简单的实现方式是用一个光敏电阻，

36、或者，iPhone4直接用影像传感器充当亮度侦测，也是可行。无论如此，此亦不带机械成份，属于光电类传感器，甚至可能不是微型的，只是一般光学、光电传感器。3)磁阻传感器简单讲就是感测地磁，这样讲还是太学名，感应地磁就是指南针原理，将这种地磁感应电子化、数字化，就称为数字指南针（DigitalCompass）。老实说，数字指南针技术比较偏玩具性，因为用来感测地磁的磁阻传感器，很容易受环境影响（如高压电塔旁、马达旁），必须时时校正才有用。第六十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月iPhone4中的传感器4)近接传感器近接传感器的实现技术非常多种，可以是红外线（例如便利商店的自动门、公共厕所的

37、自动冲水器），可以是超音波、雷射等。同样的，Apple没讲，我们只能乱猜或尽可能网搜，不过，近接传感器也没有迫切微型化的需要，不在热门MEMS组件之列。5)声波传感器学名声波传感器，俗名麦克风。是的，iPhone4为了强化声音质量，使用2组麦克风与相关运算来达到降噪（降低噪音）的效果，这种技术称为数组麦克风（ArrayMIC），事实上早在Apple实行之前，2004年Wintel就已经在PC上提出过，差别是Apple用于手机，Wintel用于PC。麦克风需要微型化吗？是的，需要，相当需要，且使用一个以上的麦克风，麦克风的体积缩小需求就更迫切，麦克风也牵涉到机械（声波会使微型机械振动），并将机械

38、振动转换成电子信号，因此微型化的麦克风，是个不折不扣的MEMS传感器。第六十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月iPhone4中的传感器6)加速度传感器俗称加速规、G-Sensor，可以感应物体的加速度性。事实上加速度传感器的实现方式也是许多种，MEMS只是手法之一，用MEMS实现加速度传感器确实是目前的趋势。加速度传感器一般有X、Y两轴与X、Y、Z三轴两种，两轴多用于车、船等平面移动为多，三轴多用于飞弹、飞机等飞行物。而不用多说，Wii遥控器也是用三轴，iPhone可以感应实体翻转而自动对应翻转画面，也是靠这个传感器。7)角加速度传感器更简单讲就是陀螺仪，陀螺仪实现技术有机械式与光学

39、（红外线、雷射）式，第六项的加速度传感器比较能感测平移性，但对于物体有个轴心，进行角度性的移动，则其感应效果不如陀螺仪好，所以许多应用多半是混何使用加速度传感器与陀螺仪，而今iPhone4也从善如流。不过，iPhone4确实是率先使用陀螺仪的手机。说了这么多，真的称得上MEMS传感器的，其实只有麦克风、加速度传感器、陀螺仪三个，其他的传感器多是夸大延伸，不是不用微型化，就是根本没用及机械技术。第六十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应：如果把通有电流的导体放在垂直于它的磁场中，则在导体的两侧会产生一电势差，它与电流及磁感应强度成正比，与导体厚度

40、成反比。第七十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月霍尔传感器的基本应用电路霍尔传感器的基本应用电路控制电流（激励电流）由电源控制电流（激励电流）由电源E E供给，其大小可由调节电阻供给，其大小可由调节电阻RPRP来来实现，霍尔片输出端接负载实现，霍尔片输出端接负载RjRj，RjRj可以是一般电阻，也可以是可以是一般电阻，也可以是放大器的输入电阻或指示器的放大器的输入电阻或指示器的内阻。在磁场和控制电流的作内阻。在磁场和控制电流的作用下，负载上就有输出电压。用下，负载上就有输出电压。在实际使用中，输入信号可为电在实际使用中，输入信号可为电流流I I或磁感应强度或磁感应强度B B，或者两者同

41、，或者两者同时作为输入，则输出信号可正比时作为输入，则输出信号可正比于于I I或或B B，或两者之积。，或两者之积。第七十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月霍尔传感器的典型应用霍尔传感器的典型应用测量转速测量转速在非磁材料的圆盘边缘上粘贴一块在非磁材料的圆盘边缘上粘贴一块磁钢，将圆盘固定在被测转轴上，磁钢，将圆盘固定在被测转轴上，开关型霍尔传感器固定在圆盘外缘开关型霍尔传感器固定在圆盘外缘附近，圆盘每旋转一周，霍尔传感附近，圆盘每旋转一周，霍尔传感器便输出一个脉冲，用频率计测量器便输出一个脉冲，用频率计测量这些脉冲，便可知道转速。这些脉冲，便可知道转速。设频率计的频率为设频率计的频率

42、为f f，粘贴的磁钢数，粘贴的磁钢数为为Z Z，则转轴转速为，则转轴转速为n=60f/Zn=60f/Z（r/minr/min），若），若Z=60Z=60，则，则n=fn=f，即转速为频率计的示值。，即转速为频率计的示值。若粘贴若粘贴6 6块磁钢，则转速为块磁钢，则转速为n=10fn=10f，这样读数与计算都比较方便。，这样读数与计算都比较方便。（1 1）转速测量原理）转速测量原理第七十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月霍尔传感器的典型应用霍尔传感器的典型应用测量转速测量转速（2 2）测量转速电路）测量转速电路测量转速的装置测量转速的装置UGN3040UGN3040是集电极开路元件，外

43、接上拉是集电极开路元件，外接上拉电阻。当磁性转子转动时，霍电阻。当磁性转子转动时，霍尔尔ICIC的输出也随之变化，的输出也随之变化，B B点是经过三极点是经过三极管反相后的输出。后续电路管反相后的输出。后续电路可用计数器记录转速。可用计数器记录转速。第七十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月光电传感器将被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号的传感器。按光电元件输出量性质可分为模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器两类。第七十四张，PPT共九十二页，创作于2022年6月常用光敏器件常用光敏器件光敏电阻器光敏电阻器一结构与原理 光敏电阻利用光电导效应

44、制成。当入射光子使电子由价带跃升到导带时，导带中的电阻和价带中的空穴二者均参与导电，因此电阻显著减小，称为光敏电阻。二光敏电阻有以下优点 1.光谱响应相当宽。2.所测的光强范围宽，即可对强光响应，也可对弱光响应。3.无极性之分，使用方便，成本低，寿命长。4.灵敏度高，工作电流大，可达数毫安。第七十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n光敏电阻的符号和连接电路光敏电阻的符号和连接电路第七十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月此电路在实际应用中还需改进，如楼道照明增加声控开关、路灯控制增加抗干扰附加电路。n光敏电阻的应用电路光敏电阻的应用电路照明灯自动控制电路照明灯自动控制电路第七

45、十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月光敏二极管又称光电二极管，其原理是利用PN结施加反向电压时，在光线照射下反向电阻由大变小进行工作的。光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。常用光敏器件常用光敏器件光敏二极管光敏二极管第七十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月运放A1构成光电流/电压变换器，A2构成电压/电流变换器；该电路可构成光控装置。n光敏二极管的应用电路光敏二极管的应用电路照度计照度计第七十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管白天，亮度大于一定程度时，光敏二极管D D呈现低阻状态呈现低阻状态1K1

46、K，使三极管，使三极管V V截止，其发截止，其发射极无电流输出，单向可控硅射极无电流输出，单向可控硅VSVS因无触发电流而阻断。此时流过灯泡因无触发电流而阻断。此时流过灯泡H H的电流的电流2.2mA,2.2mA,灯泡灯泡H H不能发光。电阻不能发光。电阻R1R1和稳压二极管和稳压二极管DWDW使三极管使三极管V V偏压不超过偏压不超过6.8V6.8V，对三，对三极管起保护作用。夜晚，亮度小于一定程度时，光敏二极管极管起保护作用。夜晚，亮度小于一定程度时，光敏二极管D D呈现高阻状态呈现高阻状态 100K100K，使三极管使三极管V V正向导通，发射极约有正向导通，发射极约有0.8V0.8V的

47、电压，使可控硅的电压，使可控硅VSVS触发导通，灯泡触发导通，灯泡H H发光。发光。RPRP是是清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。清晨或傍晚实现开关转换的亮度选择元件。n光敏二极管的应用电路光敏二极管的应用电路光控电子开关光控电子开关此处光敏二级管此处光敏二级管的连接还待斟酌的连接还待斟酌第八十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月常用光敏器件常用光敏器件光敏三极管光敏三极管第八十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6月光敏三极管受光面通过电流，使T饱和，74HC4093输出高电平，圆盘转动输出脉冲序列，测得脉冲个数和圆盘每周孔数，即可算出旋转的转速及转角。n光敏三极管的应用电路光

48、敏三极管的应用电路光电测速装置光电测速装置第八十二张，PPT共九十二页，创作于2022年6月光电传感器常用光敏器件常用光敏器件光电耦合器光电耦合器 在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。功能：功能：隔离、控制作用隔离、控制作用接口电路接口电路构成逻辑电路构成逻辑电路第八十三张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n光耦器件应用电路举例光耦器件应用电路举例（1 1）机械有触点开关量输入接口电路）机械有触点开关量输入接口电路第八十四张，PPT共九十二页，创

49、作于2022年6月n光耦器件应用电路举例光耦器件应用电路举例（2 2）电子无触点开关量输入接口电路）电子无触点开关量输入接口电路第八十五张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n光耦器件应用电路举例光耦器件应用电路举例（3 3）直流继电器接口电路）直流继电器接口电路第八十六张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n光耦器件应用电路举例光耦器件应用电路举例（4 4）交流接触器接口电路）交流接触器接口电路第八十七张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n光耦器件应用电路举例光耦器件应用电路举例（5 5）固态继电器接口电路）固态继电器接口电路第八十八张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n

50、光耦器件应用电路举例光耦器件应用电路举例（6 6）交流电源过零检测器）交流电源过零检测器第八十九张，PPT共九十二页，创作于2022年6月光电传感器补充：热释电人体红外传感器补充：热释电人体红外传感器基本原理：基本原理：利用人体发出的红外线进行检测，产生电信号输出。人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。采用热释电元件制成的红外感应源在接收到人体红外辐射温度发生变化时输出0.110Hz，1mV左右的微弱信号。第九十张，PPT共九十二页，创作于2022年6月n热释电人体红外传感器应用电路报警电路图图+、-标反！标反！第九十一张，PPT共九十二页，创作于2022年6