吴功宜-物联网工程导论第3章传感器与无线传感器网络课件.ppt

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1、1吴功宜吴英编著《物联网工程导论》第3章传感器、传感网与无线传感器网络技术的发展2第3章知识点结构33.1传感器概述3.1.1感知能力与传感器的发展1.人的感知能力眼、耳、鼻、舌、皮肤是人类感知外部物理世界的重要感官随着人类对外部世界的改造，对未知领域与空间的拓展，人类需要的信息来源、种类、数量、精度不断增加，对信息获取的手段也提出了更高的要求，而传感器是能够满足人类对各种信息感知需求的主要工具42．传感器的基本概念传感器（sensor）是由敏感元件和转换元件组成的一种检测装置，能感受到被测量，并能将检测和感受到的信息，按一定规律变换成为电信号

2、（电压、电流、频率或相位）输出，以满足感知信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。传感器结构与工作原理示意图53.1.2传感器的分类传感器分类的基本方法：根据传感器功能分类根据传感器工作原理分类根据传感器感知的对象分类根据传感器的应用领域分类6常用物理传感器与化学传感器73.1.3物理传感器1.物理传感器物理传感器的原理是利用力、热、声、光、电、磁、射线等物理效应，将被测信号量的微小变化转换成电信号物理传感器可以进一步分为：力传感器、热传感器、声传感器、光传感器、电传感器、磁传感器与射线传感器等7类8（1）力传感器力传感器是能感受外力并

3、将其转换成可用输出信号的传感器。力传感器的种类繁多，常用的力与压力传感器有电阻应变式、半导体应变式、压阻式、电感式、电容式、谐振式压力传感器，以及光纤压力传感器等用金属应变丝作为敏感元件的压力传感器原理示意图9不同用途的力传感器10（2）温度传感器（3）声传感器11（4）光传感器图像传感器光纤传感器12分布式光纤传感系统分布式光纤传感系统利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，实现分布、自动、实时、连续、精确的测量。分布式光纤传感系统应用领域包括：—智能电网的电力电缆表面温度检测、事故点定位—发电厂和变

4、电站的温度监测、故障点检测和报警—水库大坝、河堤安全与渗漏监测—桥梁与高层建筑结构安全性监测—公路、地铁、隧道地质状况的监测分布光纤温度传感系统可以在易燃、易爆的环境下同时测量上万个点，可以对每个温度测量点进行实时测量与定位13（5）电传感器电传感器可以分为：电阻式、电容式、电感式传感器电阻式传感器利用变阻器将非电量转换成电阻信号的原理制成的。电阻式传感器主要用于位移、压力、应变、力矩、气流流速、液面与液体流量等参数的测量电容式是利用改变电容器的几何尺寸或介质参数，来使电容量变化的原理制成的。电容式传感器主要用于压力、位移、液面、厚度、水分含量

5、等参数的测量电感式是利用改变电感磁路的几何尺寸或磁体位置，来使电感或互感量变化的原理制成的，主要用于压力、位移、力、振动、加速度等参数的测量。14（6）磁传感器磁传感器是最古老的传感器，指南针是磁传感器的最早的一种应用磁传感器将磁信号转化成为电信号输出磁电式传感器目前已经被高性能磁敏感材料的新型磁传感器所替代15（7）射线传感器射线传感器是将射线强度转换出可输出的电信号的传感器射线传感器可以分为：X射线传感器、γ射线传感器、β射线传感器、辐射剂量传感器射线传感器已经在环境保护、医疗卫生、科学研究与安全保护领域广泛使用163.1.4化学传感器化学

6、传感器可以将化学吸附、电化学反应过程中被测信号的微小变化转换成电信号的一类传感器按传感方式的不同，可分为：—接触式化学传感器—非接触式化学传感器按结构形式的不同，可以分为：—分离型化学传感器—组装一体化化学传感器按检测对象的不同，可以分为：—气体传感器—离子传感器—湿度传感器173.1.5生物传感器生物传感器是由生物敏感元件和信号传导器组成生物敏感元件可以是生物体、组织、细胞、酶、核酸或有机物分子不同的生物元件对于光强度、热量、声强度、压力有不同的感应特性18生物传感器的分类3.1.6传感器性能指标线性度灵敏度分辨率迟滞重复性漂移测量范围精度1

7、93.2智能传感器与无线传感器的发展3.2.1智能传感器的发展智能传感器的特点：自学习、自诊断与自补偿能力复合感知能力灵活的通信能力智能传感器的发展为传感器技术的研究提出了很多富有挑战性的课题203.2.2微机电系统对智能传感器发展的影响微机电系统的基本概念微机电系统（MEMS）是指集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统MEMS为传感器微型化、智能化与网络化的实现提供了技术支持，也为智能传感器应用与产业发展拓展了新的空间MEMS是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的新兴学科，它

8、以微电子及机械加工技术为依托，研究涉及微电子学、机械学、力学、自动控制科学、材料科学等多个学科21用MEMS技术制造的微型传感器223.2.3无线传感