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1、2019/8/23,电子系统设计,福州大学通信工程系,第五讲 信号的获取及 常用非电量的转换方法,传感器,传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流、电容等）的一种组件，起自动控制作用。一般由敏感元件、转换器件、转换电路三个部分组成，如：,转换器件,敏感元件,转换电路,敏感元件是指能直接感受（或响应）被测量的部分，即将被测量通过传感器的敏 感元件转换成与被测量有确定关系的非电量或其它量。 转换器件则将上述非电量转换成电参量。 转换电路的作用是将转换元件输入的电参量经过处理转换成电压、电流或频率等可测电量，以便进
2、行显示、记录、控制和处理的部分。,传感器,传感器的分类,集成化传感器,多环节集成,多参量集成,模拟式,数字式,按被测对象,温度传感器,湿度传感器,光传感器,压力传感器,位移传感器,流量传感器,液位传感器,力传感器,传感器,热电偶传感器 压电传感器 压电式传感器是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器 光电式传感器 霍尔传感器 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,传感器,新型传感器 光纤传感器 红外线传感器 超声波传感器 激光传感器,传感器,传感器静态特性参数指标 灵敏度 灵敏度是指稳态时传感器输出量和输入量之比，或输出量的增量和输入量的增量之比，用表示为 YX 分辨力
3、传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量称为分辨力。 测量范围和量程 在允许误差限内，被测量值的下限到上限之间的范围称为测量范围。 线性度（非线性误差） 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差与满量程输出值的百分比称为线性度或非线性误差。,传感器,传感器静态特性参数指标 迟滞 迟滞是指在相同的工作条件下，传感器的正行程特性与反行程特性的不一致程度。 重复性 重复性是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变化多次所得特性曲线的不一致性。 零漂和温漂 传感器在无输入或输入为另一值时，每隔一定时间，其输入值偏离原示值的最大偏差与满量程的百分比为零漂。而温度每
4、升高1，传感器输出值的最大偏差与满量程的百分比，称为温漂。,传感器参数指标,传感器参数指标,传感器,温度传感器 常用的温度传感器分类,传感器,温度传感器 常用的温度传感器原理 热电偶:将温度转换成电势变化，利用热电效应 将不同材料的导体组成一个回路，如果两个节点温度不同，则回路 中将产生一定的电流（电势）。其大小与材料及结点温度有关。 热电阻：将温度转换成电阻变化 金属导体电阻：RtR0（1（t-t0） Rt:t摄氏度的电阻 R0：0度的电阻 ：热电阻的温度系数 半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数 模拟集成温度传感器 智能化集成传感器,传感器,温度传感器应用热电偶 热电偶温度传感器：热点
5、效应理论基础上 热电偶由两种不同金属结合而成，它受热时会产生微小的电压，电压大小取决于组成热电偶的两种金属材料，铁-康铜(J型)、铜-康铜(T型)和铬-铝(K型)热电偶是最常用的三种。 可以考虑使用专用的 热电偶信号调节器，如 AD594/595，具有冰点 补偿电路。,传感器,温度传感器应用热电偶 热电偶温度传感器,传感器,温度传感器应用热电偶 热电偶温度传感器,传感器,温度传感器应用热电偶 热电偶温度传感器 冷端补偿,传感器,温度传感器应用 金属热敏电阻 金属导体电阻： RtR0（1（t-t0） Rt:t摄氏度的电阻 R0：0度的电阻 ：热电阻的温度系数,传感器,温度传感器应用金属热电阻 铂
6、热电阻：测温复现性好，广泛用于温度的基准、标准的传递 铂热电阻PT100作为温度传感器，其测温范围为200650。它是将铂电阻感温元件、内引线、绝缘材料等用铜管包装成的坚固组合体，具有测温量程宽、精度高、稳定性好、抗震、耐压、安装方便等优点，广泛应用于航空、化工、电力等部门。 铜电阻： 灵敏度高，但易于氧化，一般只用于150度以下低温以及没有水及无侵蚀性的介质中的温度测量 电阻：易于氧化，化学稳定性差，不易提纯，复用性也差，目前用的较少。,传感器,温度传感器 常用的温度传感器原理 半导体热敏：比金属具有更大得电阻温度系数 PTC CTR NTC PTC正温度系数：彩电消磁、各种电器设备的过热保
7、护、发热源的定 温控制，限流元件等 CTR临界温度系数：温度开关 NTC负温度系数：在点温、表面温度、温差、温度场等测量中得到广 泛应用，还广泛应用于自动控制及线路的热补偿电路中，是应用最广泛的热敏电阻,1. 负温度系数热敏电阻器（NTC）,1. 负温度系数热敏电阻器（NTC）,1. 负温度系数热敏电阻器（NTC）,2.正温度系数热敏电阻器（PTC）,传感器,集成温度传感器应用 AD590绝对温度电流传感器 LM35/45摄氏温度电压传感器 AN6701 DS18B20 DS16XX,AD590是电流型温度变换器。这种器件以电流作为输出量指示温度，其典型的电流温度灵敏度是1 A/K。它是二端器
8、件，使用非常方便。,集成温度传感器应用,作为一种高阻电流源，对于它不需严格考虑传输线上电压信号损失和噪声干扰问题，因此特别适合作远距离测量或控制应用。另外，AD590也特别适用多点温度测量系统,集成温度传感器应用,AD590性能特点 线性电流输出：1 A/K。 测温范围宽：55+150。 二端器件：电压输入，电流输出。 激光微调使定标精度达0.5（AD590M）。 线性度极好：在整个测温范围内非线性误差小于0.3（AD590M）。 工作电压范围宽：430 V。 器件本身与外壳绝缘。 成本低。,集成温度传感器应用,集成温度传感器应用,集成温度传感器应用,LM35/45是精密摄氏温度/电压变换器，
9、其输出电压正比于摄氏温度，灵敏度为10 mV/。由于芯片采用曲率补偿电路，其输出电压的线性得到了改善，在45+150范围内最大非线性误差仅为0.2。它的输出阻抗很低，又可采用单电源或双电源工作（电压范围为520 V），所以很容易地读出或控制电路接口。,集成温度传感器应用,性能特点 输出电压与摄氏温度成正比。 精度高，不需校准，在室温下典型值为0.2，全量程范围内典型值为0.4。 工作电压范围宽：520 V。 耗电小，造成自然升温小于0.1。 测温范围宽：45+150。 输出灵敏度：10 mV/。 三端器件，成本低。,LM35/45摄氏温度电压传感器,集成温度传感器应用,LM35/45摄氏温度电
10、压传感器,集成温度传感器应用,LM35/45摄氏温度电压传感器,集成温度传感器应用,传感器,霍尔传感器及其应用 霍尔效应：美国物理学家霍尔(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于1879年在实验中发现，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。 输出电压与电流 磁场有关,传感器,霍尔传感器及其应用,传感器,霍尔传感器及其应用,转速测量,传感器,霍尔传感器及其应用,测量电流,传感器,光电传感器及其应用 反射式 透射式 聚焦式,传感器,光电传感器及其应用 反射式 透射式 聚焦式,传
11、感器,超声波传感器及其应用 TCT402F 发射 TCT402S 接收 RU100M30AP8XH1141 集成,传感器,超声波传感器及其应用 TCT402F 发射 TCT402S 接收,传感器,超声波传感器及其应用 TCT402F 发射 TCT402S 接收,传感器,超声波传感器及其应用 TCT402F 发射 TCT402S 接收,传感器,超声波传感器及其应用 TCT402F 发射 TCT402S 接收,传感器,光传感器 光敏器件 光敏电阻 光敏二极管 光敏三极管 热释电人体红外传感器 一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。 采用热释电人体红外传感器制作的红外探测器，一般用于控制自动门，自动灯及高级光电玩具等。,传感器,其他传感器 MQ303A酒精传感器 M007可燃性气体传感器 对丙烷，丁烷，氢气等可燃性气体，包括天然气，液化气,传感器,传感器选用原则 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 灵敏度的选择 频率响应特性 线性范围 稳定性 精度 自制传感器,