§9—1

手機中的傳感器學習目標1．了解手機中的傳感器的結構及分類。2．熟悉手機中傳感器的特點和作用。相關知識一、手機中的光學傳感器

手機中的光學傳感器主要包含攝像頭、光線感應器及距離感應傳感器，其中攝像頭主要是用于拍照和攝像，光線感應器主要用于根據環境光照強度來調整屏幕的亮度，距離感應傳感器主要用于偵測手機離各種外界實物的距離。1.手機攝像頭（1）手機攝像頭的結構手機攝像頭由PCB板、鏡頭、固定器和濾色片、DSP、傳感器等部件組成。如圖-1所示。圖-1手機攝像頭的結構爆炸圖FPC（FlexiblePrintedCircuit）：可撓性印刷電路板。PCB:（PrintedCircuitBoard）印刷電路板。Sensor：圖象傳感器。IR：紅外濾波片。Holder：基座。Lens：鏡頭。根據感光原理的不同，手機攝像頭可分為：CCD（ChargeCoupledDevice）傳感器。CMOS傳感器：前照式、背照式及堆棧式CMOS傳感器。目前主流應用的是堆棧式CMOS傳感器。根據輸出信號的不同，手機攝像頭可分為：數字攝像頭：Digitalcamera

。模擬攝像頭：Analogcamera

。2.手機中的光線傳感器光線傳感器也叫作亮度感應器（Light-Sensor），在手機中使用的光線傳感器件一般是光敏三極管，如圖-2所示。圖-1光敏三極管的芯片結構示意圖3.手機中的距離傳感器手機中的距離傳感器又叫位移傳感器，一般位于手機聽筒的兩側或者是在手機聽筒凹槽中，如圖-3所示。圖-3光線傳感器、距離傳感器器及攝像頭集成塊二、手機中的開關傳感器手機中開關傳感器主要是霍爾元件，如圖-4所示?；魻杺鞲衅鞯淖饔门c干簧管傳感器一樣，都是在磁場作用下直接產生通與斷的動作。圖-4手機中的霍爾傳感器三、手機中的電場傳感器在手機中使用的電場傳感器（touchsensor）即觸摸屏（Touchpanel）,又稱為觸控面板。1.電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏主要由薄膜和玻璃組成，薄膜和玻璃相鄰的一面上均涂有ITO(納米銦錫金屬氧化物)涂層。如圖-5所示。圖-5電阻式觸摸屏的結構剖析圖2.電容式觸摸屏電容式觸摸屏的構造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導體層外加上一塊保護玻璃，雙玻璃設計能徹底保護導體層及感應器。如圖-6所示。圖-6電容式觸摸屏的結構剖析圖電容式觸摸屏的特點：優點：

（1）操作新奇。

（2）不易誤觸。

（3）耐用度高。

缺點：

（1）精度不高。

（2）易受環境影響。

（3）成本偏高。四、手機中的三軸陀螺儀手機中采用的三軸陀螺儀用途主要體現在游戲的操控上。三軸陀螺儀能同時測定6個方向的位置、移動軌跡并加速。如圖-7所示。圖-7三軸陀螺儀五、手機中的聲學傳感器手機中的聲學傳感器也即受話器，俗稱咪頭。目前手機中用的的咪頭有焊盤咪頭、插針咪頭、焊線咪頭、數字咪頭、貼片咪頭等，如圖-8所示。圖-8常見的手機咪頭手機咪頭有電感式話筒和電容式話筒兩種。電感式話筒由線圈、永磁體、振膜組成，工作時振膜振動帶動線圈在磁場下運動產生電流，實現聲電轉換。電容式話筒也稱為駐極體話筒（ECM），由駐極體和場效應管兩個部分組成，如圖-9所示。圖-9電容式咪頭結構圖§9—2

智能樓宇中的傳感器學習目標1．了解和識別智能樓宇中傳感器的結構和分類。2．熟悉智能樓宇中傳感器的特點和作用。相關知識一、智能樓宇中的溫濕度傳感器智能樓宇中的溫濕度傳感器主要用在智能樓宇的恒溫控制系統中，用于檢測樓宇的室內溫度并調整空調的輸出功率，以實現節能、恒溫的目的。1.溫濕度傳感器的分類按照輸出信號的不同，分為模擬型和數字型溫濕度傳感器。表-1為常見的模擬溫濕度傳感器，圖-1為常見的數字溫濕度傳感器。表-1常見的模擬溫濕度傳感器W1型W2型F型D型圖-1常見的數字溫濕度傳感器2.溫濕度傳感器的結構（1）模擬型溫濕度傳感器的結構模擬型室內溫濕度傳感器主要由塑料外殼、感應元件及轉換電路板組成，如圖-2所示。塑料外殼感應元件轉換電路板輸出引線圖-2AMT1001型溫濕度傳感器的結構圖（2）數字型溫濕度傳感器的結構數字型溫濕度傳感器內部包含溫度和濕度傳感元件和相關的轉換電路，其內部結構框如圖-3所示。圖-3數字溫濕度傳感器內部結構框圖二、智能樓宇安防系統中的傳感器1.指紋識別傳感器目前市面上應用的指紋識別傳感器主要有兩類，即光學指紋傳感器和半導體指紋傳感器。其中，半導體指紋傳感器又分為溫差感應式指紋傳感器、電容感應式指紋傳感器和電感式傳感器。智能樓宇門禁系統一般采用光學指紋識別傳感器。光學指紋識別傳感器內部包含光學傳感元件、轉換電路板等，其內部結構如圖-4所示。圖-4光學指紋識別傳感器內部結構圖2.虹膜識別傳感器虹膜識別傳感器是采用虹膜識別技術的一種生物識別技術，由于其保密性好，不易被復制和剽竊，目前已經慢慢用于各種安保系統中，圖-5為幾種常見的虹膜識別傳感器。圖-5幾種常見的虹膜識別傳感器

在有些智能樓宇系統中，也采用虹膜識別門禁，一般采用虹膜識別儀虹膜識別一體機來實現，如圖-6所示。圖-6虹膜識別門禁系統及一體機虹膜識別門禁系統可以自動探測在22~40cm距離范圍內接近它的人，通過與設備內存儲的虹膜模板數據庫相比對實現對于訪問者的身份確定。同時，虹膜認證管理軟件將識別的結果反饋到中央服務器的管理數據庫，如圖-7所示。圖-7虹膜識別系統的設計框架圖3.監控攝像頭監控攝像頭主要由鏡頭與感光元件組成，感光元件位于鏡頭的后方，鏡頭是一個光學器件，完成對圖像光學信號的捕捉；感光元件是一個光電轉換器件，將光信號轉化為電信號。圖-8和圖-9為兩種常見的監控攝像頭的內部結構。圖-8吸頂式球型監控攝像頭的內部結構圖圖-9槍型監控攝像頭內部結構圖被攝物體反射光線傳播到鏡頭，經鏡頭聚焦到CCD芯片上，CCD根據光的強弱積聚相應的電荷，經周期性放電，產生表示一幅幅畫面的電信號，經過濾波、放大處理，通過攝像頭的輸出端子輸出一個標準的復合視頻信號，如圖-10所示。圖-10監控攝像頭的信號流向圖三、智能樓宇消防系統中的傳感器1.煙火報警器煙火警報器也叫煙霧感應器或火災煙霧傳感器，主要由兩部分組成：一是用于檢測煙霧的傳感元件，二是聲音非常響亮的電子揚聲器，一旦發生危險可以及時提醒人們。具體內容參見“§７-2煙霧傳感器”。2.燃氣探測器燃氣探測器又稱可燃氣體探測器，它是對單一或多種可燃氣體濃度響應的探測器。功能：一是燃氣濃度探測，二是報警，因此其內部包含氣體感應元件及其應用轉換電路和報警電路，圖-11為其內部結構圖。圖-11監控攝像頭的信號流向圖四、智能樓宇水控系統中的傳感器為了實現樓宇自控的恒壓供水及排水，大多在樓宇的水控系統中安裝壓力傳感器，以實現樓宇的自動供水和排水。壓力傳感器和變送器內部包含CVD傳感器、驅動電路板、轉換電路等部件，如圖-12所示。圖-12壓力傳感器/變送器內部結構圖§9—3

汽車中的傳感器學習目標1．了解和識別汽車中傳感器的結構和分類。2．熟悉汽車中常用傳感器的特點和作用。相關知識一、空氣流量計空氣流量計主要是將吸入氣缸的空氣量轉換成電信號送至ECU，從而決定發動機的基本噴油量。按照其結構形式的不同可以分為以下幾種，翼片式、熱線式、熱膜式和卡門漩渦式。如圖-1所示為空氣流量傳感器的實物圖。圖-1空氣流量傳感器翼片式空氣流量傳感器為體積流量型，主要由測量翼片、電位計、回位彈簧、補償擋片和接線插頭等組成，如圖-2所示。圖-2葉片式空氣流量計二、溫度傳感器水溫傳感器的作用是將發動機冷卻水的溫度轉變為電信號輸送到ECU。溫度傳感器主要有繞線電阻式、熱敏電阻式、擴散電阻式、半導體晶體管式、金屬心式和熱電偶式等。最常見的水溫傳感器為熱敏電阻式的，安裝在發動機冷卻水道上，其結構如圖-3所示圖-3水溫傳感器及其內部結構三、曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器發動機電控燃油噴射系統常用的曲軸與凸輪軸位置傳感器有霍爾式、磁感應式和光電式三種。圖-4所示為曲軸位置傳感器實物圖。圖-4曲軸位置傳感器傳感器1.電磁感應式發動機曲軸位置傳感器電磁感應式發動機曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器的結構如圖-5所示，主要由永久性磁鐵、信號線圈、轉子等組成。圖-5電磁感應式發動機曲軸位置傳感器結構2.霍爾式發動機曲軸位置傳感器霍爾傳感器可裝在分電器中，也可裝于發動機飛輪附近。霍爾信號電壓是借助于霍爾半導體元件，其結構如圖-6所示圖-6霍爾式發動機曲軸位置傳感器的結構3.光電感應式曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器

光電感應式發動機曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器如圖-7所示，主要由光源、光接收器、遮光盤和控制電路等組成。光源主要有白熾燈泡和發光二極管兩種，光接收器主要有光敏二極管和光敏晶體管兩種。圖-7光電感應式發動機轉速傳感器四、氧傳感器

汽車上應用的氧傳感器有氧化鋯式氧傳感器和氧化鈦式氧傳感器兩種。單引線的為氧化鋯式氧傳感器；雙引線的為氧化鈦式氧傳感器；三根引線的為加熱型氧化鋯式氧傳感器，圖-8所示是氧傳感器的實物圖。圖-8氧傳感器氧傳感器主要由殼體、陶瓷電解質和彈簧等組成，其結構如圖-9所示.圖-9氧傳感器的結構五、倒車雷達倒車雷達由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。汽車倒車雷達系統結構如圖-10所示。圖-10倒車雷達系統結構圖六、車速傳感器

車速傳感器把檢測結果輸入給汽車儀表系統用于顯示車速；或將檢測的車速信號輸入到需要車速信號的汽車控制系統的ECU。車速傳感器可分為舌簧開關式、電磁感應式、光電式、霍爾式、可變磁阻式。如圖-11所示是車速傳感器的實物圖。圖-11車速傳感器

車速傳感器由永久磁鐵和電磁感應線圈組成，它被固定安裝在變速器輸出軸附近的殼體上，輸出軸上的駐車鎖定齒輪為感應轉子，結構如圖-12所示。圖-12電磁感應式車速傳感器結構七、汽車車身加速度傳感器

汽車車身加速度傳感器在廣泛應用于汽車電子領域，主要集中在車身操控、安全系統和導航。1.偏心錘式加速度傳感器

偏心錘式式加速度傳感器一般安裝在保險杠與擋泥板之間，用來感知低速碰撞信號。傳感器安裝在一個密封填充的防振保護盒內，其結構如圖-13所示。圖-13偏心錘式傳感器結構2.水銀式傳感器

水銀式加速傳感器的結構如圖-14所示，它主要由水銀和玻璃管組成。圖-14水銀式加速傳感器結構3.中央安全氣囊傳感