1、第5章 特殊傳感器 5.1 顏色與圖像傳感器 5.2 輻射傳感器 5.3 新型傳感器 第5章 特殊傳感器 5.1 顏色與圖像傳感器 5.1 顏色與圖像傳感器第5章 特殊傳感器 雙結光電二極管的P+-N結為淺結,N-P結為深結。當光線照射時，P+、N、P三個區域及其間的勢壘區均有光子吸收，但吸收效率不同。 5.1.1 色敏光電傳感器 5.1 顏色與圖像傳感器第5章 特殊傳感器 雙結光電二極管 在不同波長的光照射下，深結的短路電流ISD2與淺結的短路電流ISD1的比值，確定它與入射單色光波長的關系。 第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.1 色敏光電傳感器 在不同波長的光照射下，深結

2、的短路電流ISD2與淺結的短路電 具體使用時，應首先對該色敏器件進行標定，根據標定曲線，實測出某一單色光的短路電流比值，即可確定該單色光的波長。 第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.1 色敏光電傳感器 具體使用時，應首先對該色敏器件進行標定，根據標定曲線，實測5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光固態圖像傳感器 第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光固態圖像傳感器 第第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光固態圖像傳感器 第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光 光敏元件聚集光電荷，進行光積分。轉移柵上的電壓，控制各光敏

3、元件中所積累的光電荷并行地轉移到移位寄存器中。 第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光固態圖像傳感器 光敏元件聚集光電荷，進行光積分。轉移柵上的電壓，控制 行掃描電路將光敏元件內的信息轉移到水平（行）方向上，由垂直方向的寄存器將信息轉移到輸出二極管，輸出信號由信號處理電路轉換為視頻圖像信號。結構簡單，但易模糊。 第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光固態圖像傳感器 行掃描電路將光敏元件內的信息轉移到水平（行）方向上， 增加了具有公共水平方向電極的不透光的信息存儲區。每次總是將存儲區最底部一行的電荷信號移到水平讀出器，該行電荷在讀出移位寄存器中向右移動以視

4、頻信號輸出。單元密度高且電極簡單。 第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光固態圖像傳感器 增加了具有公共水平方向電極的不透光的信息存儲區。每次 感光元件與存儲元件相隔排列。感光區光敏元件積分結束時，轉移控制柵打開，電荷信號進入存儲區。 第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光固態圖像傳感器 感光元件與存儲元件相隔排列。感光區光敏元件積分結束時 具有操作簡單、感光單元面積減小、圖像清晰等優點，是目前用得最多的一種結構形式。第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光固態圖像傳感器 具有操作簡單、感光單元面積減小、圖像清晰等優點，是目第5章 特殊

5、傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光固態圖像傳感器 第5章 特殊傳感器5.1 顏色與圖像傳感器 5.1.2 光5.2 輻射傳感器 5.2.1 紅外輻射傳感器 根據熱電效應和光子效應將紅外輻射量變化轉換成電量變化。 第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.1 紅外輻射傳感器 根 根據熱電效應和光子效應將紅外輻射量變化轉換成電量變化。 第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.1 紅外輻射傳感器 根據熱電效應和光子效應將紅外輻射量變化轉換成電量變化紅外線探頭與信號處理電路板 第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.1 紅外輻射傳感器紅外線探頭與信號處理電路板 紅外測溫儀

6、紅外熱像儀紅外人體探測儀第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.1 紅外輻射傳感器紅外測溫儀 5.2 輻射傳感器 5.2.2 聲音傳感器 聲音傳感器的工作原理與壓力傳感器相同，所不同的是其靈敏度較高，響應速度很快。 拾振裝置一般是彈性膜片或彈性懸臂梁，用來敏感聲波引起的振動，將振動轉化成大小隨聲波振幅變化的壓力或位移。 駐極體麥克風自學 第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.2 聲音傳感器 聲音傳感5.2 輻射傳感器 5.2.3 超聲波傳感器 超聲波頻率范圍在1041012Hz，其中常用的頻率在1043106Hz之間。 超聲波與聲波一樣，它在介質中的傳播速度與介質的密度和彈性特性

7、有關。 超聲波與其它波一樣，也具有反射和折射特性。 第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.3 超聲波傳感器 超聲波頻 橫波：質點振動方向垂直于傳播方向。橫波只能在固體中傳播。 縱波：質點振動方向與傳播方向一致。縱波能在固體、液體和氣體中傳播。 表面波：質點振動介于縱波與橫波之間、沿介質表面傳播。表面波隨深度的增加而衰減很快。 第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.3 超聲波傳感器 橫波：質點振動方向垂直于傳播方向。橫波只能在固體中傳播。 超聲波傳感器一般由超聲波發射器（超聲波探頭）、超聲波接收器和信號處理電路等組成。 超聲波發射器主要有壓電式、電磁式和磁致伸縮式等，其中壓電式最

8、為常見。第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.3 超聲波傳感器 超聲波傳感器一般由超聲波發射器（超聲波探頭）、超聲波接收器 壓電式超聲波發射器利用壓電晶體在交變電流作用下產生振蕩的原理制成，包括振蕩電路和探頭。接收器就是壓電傳感器，一般采用壓電晶體。 第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.3 超聲波傳感器 壓電式超聲波發射器利用壓電晶體在交變電流作用下產生振蕩的原 通過測量接收到反射回波的時間，來進行距離、厚度等物理量的測量； 根據反射回波的變化，來進行無損探傷； 利用不同介質傳播特性的不同，來完成內部形態和運動等的探測任務，如A超、B超和心電圖等。 第5章 特殊傳感器5.2

9、輻射傳感器 5.2.3 超聲波傳感器 通過測量接收到反射回波的時間，來進行距離、厚度等物理量的測信號處理和計算 當液體流動時，逆向超聲波在液體中的傳播時間增大而同向減小，兩者之差就反映了液體的流速。在液體管道截面積一致的情況下，就可以得到液體的流量。 T2R2T1R1流量、流速的測量第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.3 超聲波傳感器 信號處理和計算 當液體流動時，逆向超聲波在液體中的傳播時間增超聲波測厚儀 超聲波距離傳感器 超聲波液位計 超聲波探傷儀 第5章 特殊傳感器5.2 輻射傳感器 5.2.3 超聲波傳感器 超聲波測厚儀 5.3 新型傳感器 5.3.1 光纖傳感器 纖芯是由一

10、種玻璃或塑料制成，包層用對光的折射率不同的另一種玻璃或塑料制成，光纖的導光能力則取決于纖芯和包層的性質。 光纖傳感器一般采用激光束作為光源，分為傳光型和傳感型兩大類。 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.1 光纖傳感器 纖芯是由一傳光型光纖傳感器第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.1 光纖傳感器 傳光型光纖傳感器第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5傳感型光纖傳感器第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.1 光纖傳感器 傳感型光纖傳感器第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5 傳光型光纖傳感器中，光纖只作為光的傳播通道，光的傳播不連續；待測參數靠調制器進行變換。它對

11、光纖的要求較低，但要用其它敏感器件作調制器，且需要進行多次光耦合。 傳感型光纖傳感器中，光纖不僅傳光，其光學特性（光強、相位、偏振態等）還隨外界因素（彎曲、相變等）變化。它不需進行多次光耦合，但一般要采用特制的光纖。 兩種傳感器的特點第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.1 光纖傳感器 傳光型光纖傳感器中，光纖只作為光的傳播通道，光的傳播不連續光纖麥克風 光纖加速度表 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.1 光纖傳感器 光纖麥克風 光纖加速度表 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳光纖光柵傳感器 高速公路光纖光柵稱重儀 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.1 光纖傳感器

12、 光纖光柵傳感器 5.3 新型傳感器 5.3.2 激光探測器 激光具有良好的方向性、單色性和相干性。 激光探測器具有測量精度高、范圍大、檢測時間短以及非接觸式等優點，主要用來測量長度、位移、速度、振動等參數。 激光探測器利用激光作為光源，配以光電元件，來實現對待測物理量的測量。 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.2 激光探測器 激光具有良 激光探測器利用光波的多普勒效應測量流速。 散射光的頻率相對于入射光會產生正比于流體速度的偏移。第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.2 激光探測器 激光探測器利用光波的多普勒效應測量流速。 散射光的頻率相激光測距儀第5章 特殊傳感器5.3

13、 新型傳感器 5.3.2 激光探測器 激光測距儀第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.5.3 新型傳感器 5.3.3 生物分子傳感器 生物傳感器：用固定化生物體成分（如酶、抗原、抗體、激素等）或生物體本身（細胞、細胞體、組織等）作為敏感元件的傳感器。 生物傳感器通常將生物物質固定在高分子膜等固體載體上，采用電化學反應測量、熱測量、光測量等方法測量出待測的生物分子作用所產生相應的變化（電位、熱、光等）。 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.3 生物分子傳感器 生物傳第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.3 生物分子傳感器 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.3

14、 生物分密接型酶傳感器 分離型 酶傳感器 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.3 生物分子傳感器 密接型分離型 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.生物傳感器芯片 把一種新研制的生物傳感器芯片和活神經細胞連接起來，讀取神經細胞產生的電信號。第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.3 生物分子傳感器 生物傳感器芯片 把一種新研制的生物傳感器芯片和壓電生物傳感器芯片第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.3 生物分子傳感器 壓電生物傳感器芯片第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 UPT生物傳感器第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.3 生物分子傳感器 UPT生物

15、傳感器第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 55.3 新型傳感器 5.3.4 超導傳感器 超導體電阻幾乎為零，其中存在兩類電子：正常電子和超導電子對。 正常電子隧道效應：當絕緣層厚度在幾百埃以下時，如果在絕緣層兩端施加電壓，則正常電子將穿過絕緣層，電路中出現電流。 正常電子隧道效應除了可以用于放大、振蕩、檢波、混頻、微波外，還可用于亞毫米波幅的量子探測等。 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.4 超導傳感器 超導體電阻幾 直流約瑟夫遜效應：超導隧道結的絕緣層很?。s為10）時，超導電子也能通過絕緣層，在隧道結中有電流流過而不產生電壓降。 交流約瑟夫遜效應：超導隧道結兩端加一直流電壓，

16、在隧道結與超導體之間將有高頻交流電流通過，其頻率與所加直流電壓成正比，比例常數為483.6MHz/V,這種高頻電流能向外輻射電磁波或吸收電磁波。 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.4 超導傳感器 直流約瑟夫遜效應：超導隧道結的絕緣層很?。s為10）時， 利用這種效應可制作高速開關電路、電磁波的探測裝置、超導量子干涉器件。 超導量子干涉器件與有關電路結合在一起，可構成高靈敏度的磁通或磁場的探測儀，或稱為超導量子磁強計。 隨著常溫超導材料的研究的深入，超導傳感器有望得到更為廣泛的使用。 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.4 超導傳感器 利用這種效應可制作高速開關電路、電磁波

17、的探測裝置、超導量子5.3 新型傳感器 5.3.5 智能傳感器 智能傳感器需要具備的條件：由傳感器本身消除異常值和例外值，提供比傳統傳感器更全面、更真實的信息；具有信號處理（溫度補償、線性化等）功能； 隨機整定和自適應； 具有一定程度的存儲、識別和自診斷功能； 內含特定算法并可根據需要改變。 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.5 智能傳感器 智能傳感器需 實現智能傳感器的主要途徑： 傳感器與信號處理裝置的集成和傳感器的功能集成； 基于新的檢測原理和結構； 多振動智能傳感器在一個硅片上制成多個微型振動傳感器和信號處理器，對較大頻率范圍的振動進行綜合測量和分析。 第5章 特殊傳感器5.3 新型傳感器 5.3.5 智能傳感器 實現智能傳感器的主