0任务九、新型传感器的应用任务九、新型传感器的应用 教学要求教学要求 1了解各种新型传感器。 2了解各种新型传感器的结构、工作原理和特性。 3熟悉各种新型传感器的应用。 教学手段教学手段 多媒体课件、实物演示 教学重点教学重点 各种新型传感器的原理及应用 教学课时教学课时 3 学时 教学内容：教学内容： 一、 仿生传感器 人类已制造出：仿视觉传感器，仿听觉传感器，仿嗅觉传感器，以及 DNA 芯片等仿生 传感器，这些传感器能自动捕获信息、处理信息，模仿人类的行为。最典型的代表就是机 器人所用的传感器。 机器人传感器一般分为机器人外部传感器和机器人内部传感器。 （一）机器人内部传感器概述1机器人用位置检测传感器机器人用位置检测传感器主要有微型限位开关、光电断路器和电磁式接近开关等。2机器人用位移检测传感器机器人用位移检测传感器主要有直线电位器、可调变压器、磁性传感器和磁尺等。3机器人用角位移检测传感器机器人用角位移检测传感器主要有旋转式电位器、旋转式可调变压器、鉴相器、 光电编码器等。 4机器人用速度检测传感器机器人用速度检测传感器常用的有测速电机及脉冲发生器两类，它不仅可以测试 速度，还可以测试动态响应补偿。 5机器人用加速度检测传感器机器人用加速度检测传感器主要有差动变压器型和应变仪型。 6机器人用力检测传感器 （二） 机器人外部传感器表 5-1 机器人传感器分类类别检测内容应用目的传感器件明暗觉是否有光，亮度多少判断有无对象，并得到定量结果光敏管、光电断续器色觉对象的色彩及浓度利用颜色识别对象的场合彩色摄影机、滤色器、彩色 CCD位置觉物体的位置、角度、距离物体空间位置，判断物体移动光敏阵列、CCD 等形状觉物体的外形提取物体轮廓及固有特征，识别物体光敏阵列、CCD 等接触觉与对象是否接触，接触的位置决定对象位置，识别对象形态，控制速度，安全保障，异常停止，寻径光电传感器、微动开关、薄膜接点、压敏高分子材料压觉对物体的压力、握力、压控制握力，识别握持物，测压电元件、导电橡胶、压敏高分1力分布量物体弹性子材料力觉机器人有关部件（如手指）所受外力及转矩控制手腕移动，伺服控制，正确完成作业应变片、导电橡胶接近觉与对象物是否接近，接近距离，对象面的倾斜控制位置，寻径，安全保障，异常停止光传感器、气压传感器、超声波传感器、电涡流传感器霍尔传感器、滑觉垂直于握持面方向物体的位移，旋转重力引起的变形修正握力，防止打滑，判断物体重量及表面状态球形接点式、光电式旋转传感器角编码器、振动检测器、1视觉传感器视觉检测主要利用图象信号输入设备，将视觉信号转换成电信号。信号取出方法有： MOS 型和 CCD 型。 2听觉传感器 语音识别实质上是通过模式识别技术识别未知的输入声音。实现这种技术的大规模集 成电路的声音识别电路早已问世，其典型代表：TMS320C25FNL。 3接触觉传感器 接触觉传感器可检测机器人是否接触目标或环境，用于寻找物体或感知碰撞。 4接近觉传感器 接近觉是一种粗略的距离感觉，接近觉传感器的主要作用是在接触对象之前获得必要 的信息，用来探测在一定距离范围内是否有物体接近、物体的接近距离和对象的表面形状 及倾斜等状态。在机器人中，主要用于对物体的抓取和躲避。接近觉一般用非接触式测量 元件，如霍尔效应传感器、电磁式接近开关和光学接近传感器。 5嗅觉传感器 嗅觉传感器中开发应用最广泛的是电子鼻，它由传感器阵列构成，阵列中的每个传感 器覆盖着不同的具有选择性吸附化学物质能力的导电聚合物。吸附作用将改变材料的电导 率，从而产生一个能测量的电信号。 二、 光纤传感器 光纤传感器是 20 世纪 70 年代中期发展起来的一种新技术， 它是伴随着光纤及光通 信技术的发展而逐步形成的。 光纤传感器和传统的各类传感器相比有一定的优点，如不受电磁干扰，体积小，重量 轻，可绕曲，灵敏度高，耐腐蚀， 高绝缘强度，防爆性好，集传感与传输于一体，能与数 字通信系统兼容等。 （一）光纤结构 光导纤维简称光纤，它是一种特殊结构的光学纤维，由纤芯、包层和护层组成。 （二）光纤传感器的工作原理 众所周知，光在空间是直线传播的。在光纤中，光的传输限制在光纤中，并随着光纤 能传送很远的距离，光纤的传输是基于光的全内反射。 光纤传感器原理实际上是研究光在调制区内，外界信号（温度、压力、应变、位移、 振动、电场等）与光的相互作用，即研究光被外界参数的调制原理。 外界信号可能引起光 的强度、 波长、频率、相位、偏振态等光学性质的变化，从而形成不同的调制。 光纤传感器一般分为两大类：一类是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感 器，称为功能型（Functional Fiber， 缩写为 FF）传感器，又称为传感型传感器；另一 类是光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化，2这类传感器称为非功能型（Non Functional Fiber， 缩写为 NFF）传感器，又称为传光型 传感器。 （三）光纤传感器的特点 (1)抗电磁干扰,电绝缘,耐腐蚀。 (2)灵敏度高。 (3)重量轻,体积小,可弯曲。 (4)测量对象广泛。 (5)对被测介质影响小。 （四）光纤传感器的应用举例 1. 光纤加速度传感器 2. 光纤温度传感器 光纤温度传感器是目前仅次于加速度、压力传感器而被广泛使用的光纤传感器。根据 工作原理它可分为相位调制型、光强调制型和偏振光型等。 3. 光纤旋涡流量传感器 光纤旋涡流量传感器是将一根多模光纤垂直地装入管道，当液体或气体流经与其垂直 的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，振动的频率与流速有关。 三、 微型传感器（一）电容式微型传感器 电容式微型传感器是利用蚀刻法制成的硅传感器，它的优点是耗能少、灵敏度高以及 输出信号受温度影响小，常用于压力、流量和加速度的测量。 1.电容式微型压力传感器 2.电容式微型流量传感器 （二）电感式微型传感器 主要应用是微型磁通门式磁强计. （三）压阻式微型传感器 原理：半导体材料的压阻效应，利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同一硅 片上，工艺一致性好，灵敏度相等，漂移抵消，迟滞、蠕变非常小，动态响应快。 （四）热敏电阻式微型传感器 主要用来测量气体的流量和流速。 四、 集成传感器集成传感器是将传感元件、测量电路以及各种补偿元件等集成在一块芯片上，它体积 小，重量轻，功能强，性能好。（一）集成温度传感器 集成温度传感器是将温度传感器、放大电路、温度补偿等功能集成在同一块极小的芯 片上而制成的，可以完成温度测量及信号输出功能的专用 IC。按输出的信号可以分为模拟 集成温度传感器和数字集成温度传感器。 1AD590 传感器性能特点 2AD590 的测温误差 3AD590 的应用 （二） 智能压力传感器 智能压力传感器也称为数字式压力测量仪，它是把敏感元件和信号处理电路集成在一 起，并把被测压力以数字的形式输出或显示的仪器。 1压力传感器的基本结构和特性 2温度补偿：温度补偿的方法较多，最简单的方法是在传感器和电源之间串联电阻。33传感器放大电路：在测量电路中使用放大器将传感器的输出电压进行放大以驱动后 续的电路。 4A/D 转换器 5电路装调及压力连接 6校准：电路的校准包括零点校准和满量程校准两个方面。 五、 新型传感器研发的重点领域 新型传感器研发的重点领域主要有以下几个方面： 1基于 MEMS 技术的新型传感器 2生物、医学研究急需的新型传感器 3新型环保化学传感器 4工业过程控制和汽车传感器