1、第5章 新型傳感器?教學要求1熟悉各種新型傳感器的類型。2了解各種新型傳感器的結構、工作原理和特性。3. 熟悉各種新型傳感器的應用。?教學課時8學時?教學內容：5.1仿生傳感器人類已制造出：仿視覺傳感器，仿聽覺傳感器，仿嗅覺傳感器，以及DNA芯片等仿生傳感器，這些傳感器能自動捕獲信息、處理信息，模仿人類的行為。最典型的代表就是機器人所用的傳感器。機器人傳感器一般分為機器人外部傳感器和機器人內部傳感器。5.1.1機器人內部傳感器概述1 機器人用位置檢測傳感器機器人用位置檢測傳感器主要有微型限位開關、光電斷路器和電磁式接近開關等。2 機器人用位移檢測傳感器機器人用位移檢測傳感器主要有直線電位器、可

2、調變壓器、磁性傳感器和磁尺等。3機器人用角位移檢測傳感器機器人用角位移檢測傳感器主要有旋轉式電位器、旋轉式可調變壓器、鑒相器、光 電編碼器等。4 機器人用速度檢測傳感器機器人用速度檢測傳感器常用的有測速電機及脈沖發生器兩類，它不僅可以測試速 度，還可以測試動態響應補償。5 機器人用加速度檢測傳感器機器人用加速度檢測傳感器主要有差動變壓器型和應變儀型。6 機器人用力檢測傳感器5.1.2機器人外部傳感器表5-1機器人傳感器分類類別檢測內容應用目的傳感器件明暗覺是否有光，亮度多少判斷有無對象，并得到定量結 果光敏管、光電斷續器色覺對象的色彩及濃度利用顏色識別對象的場合彩色攝影機、濾色器、彩色 CCD

3、位置覺物體的位置、角度、距離物體空間位置，判斷物體移動光敏陣列、CCD等形狀覺物體的外形提取物體輪廓及固有特征，識別物體光敏陣列、CCD等接觸覺與對象是否接觸，接觸的位 置決定對象位置，識別對象形 態，控制速度，安全保障，異常停止，尋徑光電傳感器、微動開關、薄膜接點、壓敏高分子材料壓覺對物體的壓力、握力、壓力分布控制握力，識別握持物，測量物體彈性壓電元件、導電橡膠、壓敏高分子材料力覺機器人有關部件（如手指）所受外力及轉矩控制手腕移動，伺服控制，正 確完成作業應變片、導電橡膠接近覺與對象物是否接近，接近距控制位置，尋徑，安全保障，光傳感器、氣壓傳感器、超聲波傳離，對象面的傾斜異常停止感器、電渦流

4、傳感器霍爾傳感器、滑覺垂直于握持面方向物體的位移，旋轉重力引起的變形修正握力，防止打滑，判斷物體重量及表面狀態球形接點式、光電式旋轉傳感器角編碼器、振動檢測器、1 視覺傳感器視覺檢測主要利用圖象信號輸入設備，將視覺信號轉換成電信號。信號取出方法有:MOS型和CCD型。從功能上說，固態圖像傳感器能把接收到的光像分成許多小單元，并將它們轉換成電信號，它的核心部分是電荷耦合器件，簡稱CCDCCD是美國貝爾實驗室于 1969年發明的，與電腦晶片 CMOS技 術相似，也可作電腦記憶體及邏輯運作晶片。CCD是 一種特殊的半導體材料，由大量獨立的感光二極管組成，一般這些感光二極管按照矩陣形式排列（富士公司的

5、Super CCD除外）。CCD的感光能力比PMT低，但近年來 CCD技術有了長足的進步，又由于CCD的體積小、造價低，所以廣泛應用于掃描儀、數碼相機及數碼攝像機中。目前大 多數數碼相機采用的視覺傳感器都是CCDCCD傳感器又叫電荷耦合器，它是一種特殊的半導體材料，由大量獨立的感光二極管組 成，一般按照矩陣形式排列，相當于傳統相機的膠卷。2 聽覺傳感器語音識別實質上是通過模式識別技術識別未知的輸入聲音。實現這種技術的大規模集 成電路的聲音識別電路早已問世，其典型代表：TMS320C25FNL3 接觸覺傳感器接觸覺傳感器可檢測機器人是否接觸目標或環境，用于尋找物體或感知碰撞。4 接近覺傳感器接近

6、覺是一種粗略的距離感覺，接近覺傳感器的主要作用是在接觸對象之前獲得必要 的信息，用來探測在一定距離范圍內是否有物體接近、物體的接近距離和對象的表面形狀及傾斜等狀態。在機器人中，主要用于對物體的抓取和躲避。接近覺一般用非接觸式測量元件， 如霍爾效應傳感器、電磁式接近開關和光學接近傳感器。5 嗅覺傳感器嗅覺傳感器中開發應用最廣泛的是電子鼻，它由傳感器陣列構成，陣列中的每個傳感 器覆蓋著不同的具有選擇性吸附化學物質能力的導電聚合物。吸附作用將改變材料的電導 率，從而產生一個能測量的電信號。5.2光纖傳感器光纖傳感器是20世紀70年代中期發展起來的一種新技術，它是伴隨著光纖及光通信技術的發展而逐步形成

7、的。光纖傳感器和傳統的各類傳感器相比有一定的優點，如不受電磁干擾，體積小，重量 輕，可繞曲，靈敏度高，耐腐蝕，高絕緣強度，防爆性好，集傳感與傳輸于一體，能與數字通信系統兼容等。5.2.1光纖結構光導纖維簡稱光纖，它是一種特殊結構的光學纖維，由纖芯、包層和護層組成。5.2.2光纖傳感器的工作原理眾所周知，光在空間是直線傳播的。在光纖中，光的傳輸限制在光纖中，并隨著光纖 能傳送很遠的距離，光纖的傳輸是基于光的全內反射。光纖傳感器原理實際上是研究光在調制區內，外界信號（溫度、壓力、應變、位移、振動、電場等）與光的相互作用，即研究光被外界參數的調制原理。外界信號可能引起光的強度、 波長、頻率、相位、偏

8、振態等光學性質的變化，從而形成不同的調制。光纖傳感器一般分為兩大類：一類是利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感 器，稱為功能型(Functional Fiber，縮寫為FF)傳感器，又稱為傳感型傳感器；另一類 是光纖僅僅起傳輸光的作用，它在光纖端面或中間加裝其它敏感元件感受被測量的變化，這類傳感器稱為非功能型(Non Functional Fiber，縮寫為 NFF)傳感器，又稱為傳光型傳感器。5.2.3光纖傳感器的特點(1) 抗電磁干擾，電絕緣，耐腐蝕。(2) 靈敏度高。(3) 重量輕，體積小，可彎曲。(4) 測量對象廣泛。(5) 對被測介質影響小。光纖溫度傳感器是目前僅次于加速度、壓

9、力傳感器而被廣泛使用的光纖傳感器。根據工作原理它可分為相位調制型、光強調制型和偏振光型等。3.光纖旋渦流量傳感器光纖旋渦流量傳感器是將一根多模光纖垂直地裝入管道，當液體或氣體流經與其垂直 的光纖時，光纖受到流體渦流的作用而振動，振動的頻率與流速有關。5.3微型傳感器5.3.1電容式微型傳感器電容式微型傳感器是利用蝕刻法制成的硅傳感器，它的優點是耗能少、靈敏度高以及 輸出信號受溫度影響小，常用于壓力、流量和加速度的測量。1. 電容式微型壓力傳感器2. 電容式微型流量傳感器5.3.2電感式微型傳感器主要應用是微型磁通門式磁強計.5.3.3壓阻式微型傳感器原理：半導體材料的壓阻效應，利用擴散工藝制作

10、的四個半導體應變電阻處于同一硅 片上，工藝一致性好，靈敏度相等，漂移抵消，遲滯、蠕變非常小，動態響應快。5.3.4熱敏電阻式微型傳感器主要用來測量氣體的流量和流速。5.4集成傳感器集成傳感器是將傳感元件、測量電路以及各種補償元件等集成在一塊芯片上，它體積小，重量輕，功能強，性能好。5.4.1集成溫度傳感器集成溫度傳感器是將溫度傳感器、 放大電路、溫度補償等功能集成在同一塊極小的芯片 上而制成的，可以完成溫度測量及信號輸出功能的專用IC。按輸出的信號可以分為模擬集成溫度傳感器和數字集成溫度傳感器。1. AD590傳感器性能特點2. AD590的測溫誤差3. AD590的應用5.4.2智能壓力傳感器智能壓力傳感器也稱為數字式壓力測量儀，它是把敏感元件和信號處理電路集成在一 起，并把被測壓力以數字的形式輸出或顯示的儀器。1壓力傳感器的基本結構和特性2溫度補償：溫度補償的方法較多，最簡單的方法是在傳感器和電源之間串聯電阻。3傳感器放大電路：在測量電路中使用放大器將