1、物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛物聯(lián)網(wǎng)概論物聯(lián)網(wǎng)概論&第第6 6章章 傳感器傳感器&機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛第第6章章 傳感器傳感器&6.1 6.1 傳感器的基本概念傳感器的基本概念&6.2 6.2 傳統(tǒng)傳感器傳統(tǒng)傳感器&6.3 6.3 新型傳感器新型傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.1 傳感器的基本概念傳感器的基本概念&6.1.1 6.1.1 傳感器的定義傳感器的定義&6.1.2 6.1.2 傳感器的構成傳感器的構成&6.1.3 6.1.3 傳感器的特性傳感器的特性物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.1.1 6.1.1 傳感器的傳感器的定義定義 GB7665GB76658787對傳感器的對傳感器的定義定

2、義 “能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或轉換成可用輸出信號的器件或裝置裝置” ” 物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛4物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛傳感器的功能傳感器的功能 一感二傳一感二傳感受被測信息并傳送出去物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛5物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.1.2 6.1.2 傳感器的傳感器的構成構成 敏感元件敏感元件 轉換元件轉換元件 轉換轉換電路電路物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛傳感器的構成傳感器的構成物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛7物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛傳感器結構類型傳感器結構類型 自源型自源型 輔助能源型輔助能源型帶激勵源 外源型。外源型。物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛8物聯(lián)網(wǎng)

3、概論-韓毅剛6.1.3 6.1.3 傳感器的特性傳感器的特性 靜態(tài)特性靜態(tài)特性 動態(tài)特性動態(tài)特性物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛9物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛傳感器靜態(tài)特性傳感器靜態(tài)特性 線性度線性度 靈敏度靈敏度 遲滯遲滯 重復性重復性 漂移漂移物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛10物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛擬合擬合方法方法物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛11物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛傳感器傳感器動態(tài)特性動態(tài)特性 時域單位階躍響應性能指標時域單位階躍響應性能指標 頻域頻率特性性能指標頻域頻率特性性能指標物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛12物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.2 傳統(tǒng)傳感器傳統(tǒng)傳感器&6.2.1 6.2.1 阻抗型傳感器阻抗型傳感器&6.2.2 6.2.2 電壓型傳感器電壓

4、型傳感器&6.2.3 6.2.3 磁敏型傳感器磁敏型傳感器&6.2.4 6.2.4 氣體傳感器氣體傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.2.1 6.2.1 阻抗型阻抗型傳感器傳感器 1.1.電阻式電阻式傳感器傳感器 2.2.電容式電容式傳感器傳感器 3.3.電感式傳感器電感式傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛14物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛1.1.電阻式電阻式傳感器傳感器 電位器式傳感器電位器式傳感器 電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛15物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛電阻式電阻式傳感器傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品 （a）是典型的電位器式傳感器）是典型的電位器式傳感器 （b）是）是BF350-3AA型電阻應變片型電阻應變片物聯(lián)網(wǎng)概論

5、-韓毅剛16物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛電位器式電位器式傳感器傳感器 電位器式傳感器工作原理電位器式傳感器工作原理物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛17物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛電位器式傳感器的結構形式電位器式傳感器的結構形式 線繞電位器線繞電位器 非線繞電位器非線繞電位器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛18物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛電阻應變式傳感器電阻應變式傳感器 基于應變電阻效應的電阻式傳感器基于應變電阻效應的電阻式傳感器 應變片應變片 組成結構組成結構應變片測量電路彈性敏感元件一些附件如外殼連接設備等物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛19物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛2.2.電容式電容式傳感器傳感器 變極距型電容傳感器變極距型電容傳感器 變面積型電容傳感器變面積型電容傳

6、感器 變介電常數(shù)型電容傳感器變介電常數(shù)型電容傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛20物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛電容電容式式傳感器傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品 ZCS1100型精密電容位移傳感器型精密電容位移傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛21物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛3 3. .電感式電感式傳感器傳感器 自感式傳感器自感式傳感器 互互感式傳感器感式傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛22物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛自感式自感式傳感器組成傳感器組成 線圈線圈 鐵芯鐵芯 銜鐵銜鐵物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛23物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛自感式自感式傳感器傳感器類型類型 變氣隙式變氣隙式 變面積式變面積式 螺管式螺管式物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛24物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛自感式自感式傳感器傳感器產(chǎn)品產(chǎn)

7、品物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛25物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.2.2 6.2.2 電壓型電壓型傳感器傳感器 1.1.壓電式傳感器壓電式傳感器 2.2.熱電偶熱電偶傳感器傳感器 3.3.光電式光電式傳感器傳感器 4.4.光纖傳感器光纖傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛26物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛1.1.壓電式傳感器壓電式傳感器 壓電效應壓電效應 壓電元件壓電元件 有源傳感器有源傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛27物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛壓電壓電材料材料類型類型 壓電晶體壓電晶體（單晶）壓電石英晶體其他壓電單晶 壓電陶瓷壓電陶瓷（多晶半導瓷） 新型壓電材料新型壓電材料壓電半導體有機高分子壓電材料物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛28物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛壓電式傳

8、感器壓電式傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛29物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛2.2.熱電偶熱電偶傳感器傳感器 熱電效應熱電效應 簡稱熱電偶簡稱熱電偶物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛30物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛熱電效應示意圖熱電效應示意圖 塞貝克效應塞貝克效應回路中產(chǎn)生的電勢使熱能轉變?yōu)殡娔芪锫?lián)網(wǎng)概論-韓毅剛31物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛熱電材料規(guī)格表熱電材料規(guī)格表型號型號標志標志材料材料溫度范圍溫度范圍(0C）型號型號標志標志材料材料溫度范圍溫度范圍(0C）S鉑銠10-鉑-501768N鎳鉻硅-鎳硅-2701300R鉑銠13-鉑-501768E鎳鉻-康銅-2701000B鉑銠30-鉑銠601820J鐵-康銅-2101200K鎳鉻鎳鉻

9、-鎳硅鎳硅-2701372T銅銅-康銅康銅-270400物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛32物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛熱電偶傳感器熱電偶傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品 高溫熱電偶傳感器高溫熱電偶傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛33物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛3.3.光電式光電式傳感器傳感器 光電發(fā)射型光電器件光電發(fā)射型光電器件 光導型光電器件光導型光電器件 光伏型光電器件光伏型光電器件物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛34物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛光電效應光電效應 外光電效應外光電效應 光導效應光導效應 光生伏特效應光生伏特效應物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛35物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛光電傳感器的類型光電傳感器的類型 透射式透射式 反射式反射式 輻射式輻射式 遮擋式遮擋式 開關式開關式物聯(lián)

10、網(wǎng)概論-韓毅剛36物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛光電傳感器光電傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品 紅外避障傳感器紅外避障傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛37物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛4.4.光纖光纖傳感器傳感器 利用光導纖維的傳光特性利用光導纖維的傳光特性 光學性質光學性質強度波長頻率相位偏正態(tài)物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛38物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛光纖光纖傳感器產(chǎn)品傳感器產(chǎn)品 光纖陀螺儀光纖陀螺儀物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛39物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.2.3 6.2.3 磁敏型磁敏型傳感器傳感器 1.1.霍爾霍爾傳感器傳感器 2.2.磁電傳感器磁電傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛40物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛1.1.霍爾霍爾傳感器傳感器 霍爾效應霍爾效應當有電流流過時，在垂直于電流

11、和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛41物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛霍爾效應原理圖霍爾效應原理圖物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛42物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛霍爾傳感器霍爾傳感器 霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器 霍爾位移傳感器霍爾位移傳感器 霍爾位置傳感器霍爾位置傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛43物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器 通電螺線管內(nèi)部存在磁場通電螺線管內(nèi)部存在磁場 其大小與導線中的電流成正比其大小與導線中的電流成正比物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛44物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛霍爾位移傳感器的原理霍爾位移傳感器的原理 幾種產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)幾種產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng) 幾種霍爾位移傳感器的靜態(tài)特性幾種霍爾位移傳感器的靜態(tài)特性

12、物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛45物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛霍爾位移傳感器霍爾位移傳感器 HP-M/HW-M型霍爾位移傳感器型霍爾位移傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛46物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛霍爾位置傳感器霍爾位置傳感器 四霍爾元件組合定位四霍爾元件組合定位物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛47物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛霍爾霍爾位置傳感器位置傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品 用用霍爾位置傳感器制成的復位開關霍爾位置傳感器制成的復位開關物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛48物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛2 2. .磁磁電傳感器電傳感器 變磁通式傳感器變磁通式傳感器 恒磁通式傳感器恒磁通式傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛49物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛磁電式扭矩傳感器磁電式扭矩傳感器 一般結構模型一般結構模型物聯(lián)網(wǎng)

13、概論-韓毅剛50物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛磁電感應式流量計磁電感應式流量計 結構模型結構模型物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛51物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛磁電轉速傳感器磁電轉速傳感器 HZ-60式無源磁電轉速傳感器式無源磁電轉速傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛52物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.2.4 6.2.4 氣體氣體傳感器傳感器 1.1.半導體氣體傳感器半導體氣體傳感器 2.2.震動頻率型氣體傳感器震動頻率型氣體傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛53物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛1.1.半導體氣體半導體氣體傳感器傳感器 電阻型電阻型氧化物半導體氣體傳感器 非電阻型非電阻型MOSFET金屬氧化層半導體場效晶體管物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛54物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛氧化物半

14、導體氣體傳感器氧化物半導體氣體傳感器 傳感器吸入一定的氧化性氣體，則阻值增大傳感器吸入一定的氧化性氣體，則阻值增大物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛55物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛氧化物半導體氣體傳感器氧化物半導體氣體傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品 TGS821型氫氣傳感器型氫氣傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛56物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛MOSFETMOSFET氣體傳感器工作原理氣體傳感器工作原理 揮發(fā)性有機化合物氣體與催化金屬接觸發(fā)生反應揮發(fā)性有機化合物氣體與催化金屬接觸發(fā)生反應 反應產(chǎn)物擴散到反應產(chǎn)物擴散到MOSFET的柵極的柵極 從而改變了器件的性能從而改變了器件的性能物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛57物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛2 2. .震動頻率型氣體震動頻率

15、型氣體傳感器傳感器 表面彈性波傳感器表面彈性波傳感器 晶振膜傳感器晶振膜傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛58物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛表面彈性波表面彈性波傳感器傳感器 SAWsurface acoustic wave device物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛59物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛晶晶振膜振膜傳感器傳感器 QCMquartz crystal micro-balance石英晶體微質量秤 晶體片涂層接觸被測氣體晶體片涂層接觸被測氣體 有氣體分子吸附時有氣體分子吸附時膜質量增加諧振頻率降低物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛60物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.3 新型傳感器新型傳感器&6.3.1 6.3.1 多功能傳感器多功能傳感器&6.3.2 MEMS

16、6.3.2 MEMS傳感器傳感器&6.3.3 6.3.3 智能傳感器智能傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.3.1 6.3.1 多功能多功能傳感器傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛62 實現(xiàn)實現(xiàn)形式形式 應用舉例應用舉例物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛多功能傳感器的實現(xiàn)形式多功能傳感器的實現(xiàn)形式 幾種不同的敏感元件組合在一起幾種不同的敏感元件組合在一起 同一敏感元件的不同效應同一敏感元件的不同效應 同一敏感元件在不同的激勵下所表現(xiàn)出不同的特同一敏感元件在不同的激勵下所表現(xiàn)出不同的特性性物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛63物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛多功能多功能傳感器傳感器產(chǎn)品產(chǎn)品 HCS01多功能傳感器多功能傳感器一個三軸加速度傳感器一個氣壓傳感器

17、兩個磁阻傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛64物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.3.2 6.3.2 MEMSMEMS傳感器傳感器 1 1MEMSMEMS的的特點特點 2 2MEMSMEMS的的組成組成 3 3MEMSMEMS的的應用應用 4 4MEMSMEMS傳感器的工作原理傳感器的工作原理物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛65物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛MEMSMEMS 微機電系統(tǒng)微機電系統(tǒng)Micro Electro Mechanical System 特征尺度介于特征尺度介于1m和和1nm之間之間 既有電子部件，又有機械部件既有電子部件，又有機械部件物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛66物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛1 1MEMSMEMS的的特點特點 微型化微型化

18、 批量生產(chǎn)批量生產(chǎn) 集成化集成化 方便擴展方便擴展 多學科交叉多學科交叉物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛67物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛2 2MEMSMEMS的的組成組成 微傳感器微傳感器 微執(zhí)行器微執(zhí)行器 信號處理和控制電路信號處理和控制電路 通信接口通信接口 電源等部件電源等部件物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛68物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛MEMSMEMS系統(tǒng)組成及信號流圖系統(tǒng)組成及信號流圖物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛69物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛3 3MEMSMEMS的的應用應用 MEMS傳感器傳感器速度加速度壓力溫度濕度氣體磁、光、聲生物化學等物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛70物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛電腦體感電腦體感控制器控制器 基于基于MEMS技術實現(xiàn)的電腦體感控

19、制器技術實現(xiàn)的電腦體感控制器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛71物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛MEMSMEMS傳感器傳感器 微壓力傳感器微壓力傳感器 微加速度傳感器微加速度傳感器 微陀螺微陀螺 微流量傳感器微流量傳感器 微氣體傳感器微氣體傳感器 微溫度傳感器微溫度傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛72物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛4 4MEMSMEMS傳感器的工作傳感器的工作原理原理 微壓力傳感器微壓力傳感器MEMS硅壓阻式壓力傳感器MEMS硅電容式壓力傳感器物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛73物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛MEMSMEMS硅壓阻式硅壓阻式壓力傳感器壓力傳感器原理原理物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛74物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛MEMSMEMS硅壓阻式壓力傳感器結構圖硅壓阻式壓力傳感器結構圖 應力杯應力杯物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛75物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛硅壓阻式壓力傳感器產(chǎn)品硅壓阻式壓力傳感器產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛76物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛MEMSMEMS硅電容式壓力傳感器硅電容式壓力傳感器 結構模型結構模型 產(chǎn)品產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛77物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛6.3.3 6.3.3 智能智能傳感器傳感器 1 1智能傳感器的智能傳感器的特征特征 2 2智能傳感器的組成和工作原理智能傳感器的組成和工作原理物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛78物聯(lián)網(wǎng)概論-韓毅剛1 1智能傳感器的智能傳感器的特征特征 A/D模塊模塊 自己的指令