傳感器及其工作原理教學

傳感器及其工作原理教學本課程將介紹傳感器的基本概念，種類以及工作原理，并探討其在各個領域中的應用。什么是傳感器傳感器是一種能夠感知自身所處環(huán)境并將感知到的信息轉(zhuǎn)換成可識別的信號的裝置，用來從外界獲取所需的信息。定義傳感器用于感知和測量某個物理量，如位置、速度、壓力等信息。特點小巧、靈敏、可靠、低功耗、對環(huán)境要求不高。應用廣泛應用于自動控制、安防監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療設備等領域。傳感器的種類傳感器按其檢測的物理量分類，可以分為多種類型，例如電阻型傳感器、磁感應型傳感器、光電型傳感器、紅外線型傳感器等。電阻型傳感器利用電阻的變化來測量物理量。如應變電阻、溫度電阻等。磁感應型傳感器利用變化的磁場來測量物理量。如霍爾傳感器、磁場感應傳感器等。光電型傳感器利用光的物理特性檢測物理量。如光電傳感器、光電開關等。紅外線型傳感器利用紅外線的物理特性檢測物理量。如人體紅外傳感器、溫度紅外傳感器等。傳感器的工作原理傳感器的工作原理是將感知環(huán)境的物理量轉(zhuǎn)換成電信號。其工作原理可以是電溫變換、磁電變換、光-電變換等。1電溫變換利用物理量（如溫度）對電阻值的影響，實現(xiàn)電流、電壓、電阻等信號的變換。2磁電變換依靠磁介質(zhì)的電磁特性，在外加磁場的作用下，實現(xiàn)磁場信號到電信號的轉(zhuǎn)換。3光-電變換利用物理量（如光強）對電阻值的影響，實現(xiàn)光電信號的變換。電阻型傳感器電阻型傳感器是一種將物理量轉(zhuǎn)換為電阻變化來進行測量的傳感器，通過改變電阻值的大小來實現(xiàn)物理量的測量。1按應變分如應變片傳感器、壓力傳感器。2按溫度分如熱電偶、熱敏電阻、熱電阻。3按濕度分如濕度傳感器。磁感應型傳感器磁感應型傳感器是依靠磁介質(zhì)的電磁特性，在外加磁場的作用下，實現(xiàn)磁場信號到電信號的轉(zhuǎn)換的傳感器?；魻杺鞲衅饕曰魻栃獮榛A，實現(xiàn)磁場信號到電信號的轉(zhuǎn)換。磁場感應傳感器以磁電效應為基礎，利用磁場對磁電介質(zhì)電磁化程度的影響，實現(xiàn)電信號的變換。磁電流計傳感器基于傳感器中的磁電流計，利用磁場對電路感應電磁力的牽引作用，實現(xiàn)測量磁場。光電型傳感器光電型傳感器是利用光的物理特性，在外界光線的作用下，實現(xiàn)物理量到電信號的轉(zhuǎn)換。光電傳感器實現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)換，包括平面光耦、光電二極管等。光電開關采用光電傳感器的原理，可以用來檢測物體的存在或人員通過。光電傳感器組合利用不同的光電傳感器組合在一起，可以實現(xiàn)更復雜的物理量測量，如顏色、形狀等。紅外線型傳感器紅外線型傳感器是利用紅外線的物理特性進行測量的傳感器。1人體紅外感應器利用人體的紅外線輻射，實現(xiàn)智能家居、安防監(jiān)控等。2溫度紅外傳感器利用物體的紅外輻射溫度變化，實現(xiàn)非接觸式測溫。3紅外遙控器利用載有控制信號的紅外光來控制電器的開關。激光型傳感器激光型傳感器是利用激光束的物理特性，實現(xiàn)測量物理量的傳感器。1激光三角法測距傳感器利用光電轉(zhuǎn)換原理，把激光輻射反射后的信號轉(zhuǎn)換成距離信息。2激光光柵位移傳感器利用激光線中的光柵位移原理，將物體的位移轉(zhuǎn)換為光強或光頻的變化，實現(xiàn)測移和測角。超聲波型傳感器超聲波型傳感器是利用聲波在空氣中的傳播特性，實現(xiàn)物理量的測量。超聲波液位計通過聲波的反彈，實現(xiàn)定量測量液位的高度。超聲波流量計利用聲波的多普勒效應，實現(xiàn)流體的流量和流速的測量。超聲波距離傳感器基于聲波的反射原理，可以對前方障礙物的距離進行探測，廣泛應用于機器人、車載雷達等領域。壓電型傳感器壓電型傳感器是依據(jù)壓電現(xiàn)象制造的傳感器，屬于固體電物理學中的一類。1壓電振蕩器利用壓電晶體的振蕩特性，實現(xiàn)振動的測量。2壓電加速計利用壓電晶體的壓電效應，實現(xiàn)加速度的測量。3無損探傷儀利用壓電晶體的壓電效應，可以探測材料內(nèi)部的缺陷，如裂紋和氣泡等。溫度傳感器溫度傳感器主要是用來測量各種不同溫度環(huán)境的溫度，按照探測原理可以分為多種。熱電偶利用兩個不同金屬接觸處產(chǎn)生的溫差電勢來測量溫度。熱敏電阻利用電阻隨溫度變化而變化的原理來測量溫度。鉑電阻利用鉑電阻的阻值隨溫度線性變化的原理來測量溫度。光學傳感器光學傳感器是利用光學原理進行測量的傳感器，主要分為兩類，一類是單點測量，如接觸式自動對焦傳感器，一類是面陣測量，如CCD傳感器。1柴爾德線陣傳感器利用一組單獨的光電二極管陣列，來探測靜止的或者移動的物體。2面陣傳感器將一片光感元件構成固定大小的像素陣列，能夠同時測量圖像中的許多點。3光掃描傳感器通過利用控制激光束的掃描來實現(xiàn)物體表面的三維測量。流量傳感器流量傳感器是一直流量作為測量基準的傳感器。1熱式流量計測量液體的熱導率來判斷流量大小，適合測量液體。2渦街流量計利用流體通過渦街時發(fā)生的振動來進行測量，適用于高粘度介質(zhì)的流體。3電磁式流量計利用導體在磁場中運動時，感應出的電動勢來進行測量，適用于導電的液體或氣體。氣體傳感器氣體傳感器主要用來對氣體的成分、濃度、壓力、流速等參數(shù)進行測量。氣體傳感器利用傳感元件對氣體成分的選擇性測量其濃度。煙霧傳感器利用熱電偶原理或光電效應來對煙霧中的微粒進行測量。氧氣傳感器利用氧化物的還原性來測定氧氣濃度。液位傳感器液位傳感器是利用物體浮沉的原理來測定液面的高度。1浮球液位傳感器浮球液位開關是將浮球與接點機械連接，通過浮于液體內(nèi)的浮球致動磁性開關中磁潔片的移動，來實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換。2超聲波液位計利用超聲波測量液體高度，精度高，不會被雜質(zhì)干擾。3廣角動態(tài)液位傳感器使用電容測量原理，結合圖像分析技術，實現(xiàn)對大型倉儲液位的監(jiān)測。接近傳感器接近傳感器是一種用于接近對象，測量距離和檢測對象存在的傳感器?？拷焦怆婇_關利用物體與光路之間的遮擋關系，實現(xiàn)物體的檢測、計數(shù)或計數(shù)長度等若干監(jiān)測和控制操作。微型感應器利用感應原理，探測金屬物體的存在以及位置和方向等。磁性接近傳感器利用磁性敏感元件，彈簧、閉合接觸器等元件，監(jiān)測物體的開關狀態(tài)。攝像頭傳感器攝像頭傳感器主要是利用攝像機采集圖像信息，進行圖像特征提取、識別分類等技術，實現(xiàn)對不同物體、不同情況的自動識別、控制及顏色識別等應用。1模擬攝像頭將圖像信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過特定的處理芯片進行圖像識別。2數(shù)字攝像頭將圖像直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，對圖像的處理能力更加強大。3智能攝像頭具有遠程監(jiān)控、語音交互、自動跟蹤、行為識別、人臉識別等多種功能。聲波傳感器聲波傳感器是利用聲波的特性進行物理量測量的傳感器。1聲波距離傳感器通過發(fā)出超聲波信號，并測量信號反彈時間來判斷距離。2聲波流量計利用多徑流量計的思想，通過不同角度和不同位置下的聲波穿過流體來實現(xiàn)流速和流量的測量。3聲波溫度計利用超聲波在不同溫度下的傳播速度來測量溫度。加速度傳感器加速度傳感器是一種可以測量加速度大小和方向的傳感器，通常指微機電系統(tǒng)加速度傳感器。測量原理利用受力對象受到的加速度作用在微型加速度計振蕩片上，振蕩片會發(fā)生彎曲形變，彎曲形變被微機電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電信號。應用廣泛應用于移動設備、自動化控制等領域。型號區(qū)分按測量范圍、測量方向、輸出方式等特性進行分類。光柵傳感器光柵傳感器是利用光柵孔徑的覆蓋特性產(chǎn)生衍射和干涉，實現(xiàn)物理量檢測的傳感器。1光柵編碼器通過在轉(zhuǎn)動的軸上放置光柵片，利用光柵孔徑和光探測器的配合來測量角度或線性位移。2波長測量儀器利用光干涉產(chǎn)生波長變化，進行精密測量。3雙光柵傳感器通常采用一主一從的結構，由主光柵發(fā)出光信號，通過從光柵反射后的光信號來實現(xiàn)位移測量