傳感器技術(shù)與應(yīng)用課件：現(xiàn)代傳感器的應(yīng)用

§9—1

手機(jī)中的傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解手機(jī)中的傳感器的結(jié)構(gòu)及分類。2．熟悉手機(jī)中傳感器的特點和作用。相關(guān)知識一、手機(jī)中的光學(xué)傳感器

手機(jī)中的光學(xué)傳感器主要包含攝像頭、光線感應(yīng)器及距離感應(yīng)傳感器，其中攝像頭主要是用于拍照和攝像，光線感應(yīng)器主要用于根據(jù)環(huán)境光照強(qiáng)度來調(diào)整屏幕的亮度，距離感應(yīng)傳感器主要用于偵測手機(jī)離各種外界實物的距離。1.手機(jī)攝像頭（1）手機(jī)攝像頭的結(jié)構(gòu)手機(jī)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(jī)攝像頭的結(jié)構(gòu)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(jù)感光原理的不同，手機(jī)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(yīng)用的是堆棧式CMOS傳感器。根據(jù)輸出信號的不同，手機(jī)攝像頭可分為：數(shù)字?jǐn)z像頭：Digitalcamera

。模擬攝像頭：Analogcamera

。2.手機(jī)中的光線傳感器光線傳感器也叫作亮度感應(yīng)器（Light-Sensor），在手機(jī)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(jié)構(gòu)示意圖3.手機(jī)中的距離傳感器手機(jī)中的距離傳感器又叫位移傳感器，一般位于手機(jī)聽筒的兩側(cè)或者是在手機(jī)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(jī)中的開關(guān)傳感器手機(jī)中開關(guān)傳感器主要是霍爾元件，如圖-4所示。霍爾傳感器的作用與干簧管傳感器一樣，都是在磁場作用下直接產(chǎn)生通與斷的動作。圖-4手機(jī)中的霍爾傳感器三、手機(jī)中的電場傳感器在手機(jī)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(jié)構(gòu)剖析圖2.電容式觸摸屏電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，雙玻璃設(shè)計能徹底保護(hù)導(dǎo)體層及感應(yīng)器。如圖-6所示。圖-6電容式觸摸屏的結(jié)構(gòu)剖析圖電容式觸摸屏的特點：優(yōu)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(huán)境影響。

（3）成本偏高。四、手機(jī)中的三軸陀螺儀手機(jī)中采用的三軸陀螺儀用途主要體現(xiàn)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(jī)中的聲學(xué)傳感器手機(jī)中的聲學(xué)傳感器也即受話器，俗稱咪頭。目前手機(jī)中用的的咪頭有焊盤咪頭、插針咪頭、焊線咪頭、數(shù)字咪頭、貼片咪頭等，如圖-8所示。圖-8常見的手機(jī)咪頭手機(jī)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(yùn)動產(chǎn)生電流，實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換。電容式話筒也稱為駐極體話筒（ECM），由駐極體和場效應(yīng)管兩個部分組成，如圖-9所示。圖-9電容式咪頭結(jié)構(gòu)圖§9—2

智能樓宇中的傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解和識別智能樓宇中傳感器的結(jié)構(gòu)和分類。2．熟悉智能樓宇中傳感器的特點和作用。相關(guān)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(tǒng)中，用于檢測樓宇的室內(nèi)溫度并調(diào)整空調(diào)的輸出功率，以實現(xiàn)節(jié)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(shù)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(shù)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(shù)字溫濕度傳感器2.溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)（1）模擬型溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)模擬型室內(nèi)溫濕度傳感器主要由塑料外殼、感應(yīng)元件及轉(zhuǎn)換電路板組成，如圖-2所示。塑料外殼感應(yīng)元件轉(zhuǎn)換電路板輸出引線圖-2AMT1001型溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)圖（2）數(shù)字型溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)數(shù)字型溫濕度傳感器內(nèi)部包含溫度和濕度傳感元件和相關(guān)的轉(zhuǎn)換電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框如圖-3所示。圖-3數(shù)字溫濕度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖二、智能樓宇安防系統(tǒng)中的傳感器1.指紋識別傳感器目前市面上應(yīng)用的指紋識別傳感器主要有兩類，即光學(xué)指紋傳感器和半導(dǎo)體指紋傳感器。其中，半導(dǎo)體指紋傳感器又分為溫差感應(yīng)式指紋傳感器、電容感應(yīng)式指紋傳感器和電感式傳感器。智能樓宇門禁系統(tǒng)一般采用光學(xué)指紋識別傳感器。光學(xué)指紋識別傳感器內(nèi)部包含光學(xué)傳感元件、轉(zhuǎn)換電路板等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖-4所示。圖-4光學(xué)指紋識別傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shù)的一種生物識別技術(shù)，由于其保密性好，不易被復(fù)制和剽竊，目前已經(jīng)慢慢用于各種安保系統(tǒng)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(tǒng)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(jī)來實現(xiàn)，如圖-6所示。圖-6虹膜識別門禁系統(tǒng)及一體機(jī)虹膜識別門禁系統(tǒng)可以自動探測在22~40cm距離范圍內(nèi)接近它的人，通過與設(shè)備內(nèi)存儲的虹膜模板數(shù)據(jù)庫相比對實現(xiàn)對于訪問者的身份確定。同時，虹膜認(rèn)證管理軟件將識別的結(jié)果反饋到中央服務(wù)器的管理數(shù)據(jù)庫，如圖-7所示。圖-7虹膜識別系統(tǒng)的設(shè)計框架圖3.監(jiān)控攝像頭監(jiān)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(xué)器件，完成對圖像光學(xué)信號的捕捉；感光元件是一個光電轉(zhuǎn)換器件，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。圖-8和圖-9為兩種常見的監(jiān)控攝像頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖-8吸頂式球型監(jiān)控攝像頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖-9槍型監(jiān)控攝像頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖被攝物體反射光線傳播到鏡頭，經(jīng)鏡頭聚焦到CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積聚相應(yīng)的電荷，經(jīng)周期性放電，產(chǎn)生表示一幅幅畫面的電信號，經(jīng)過濾波、放大處理，通過攝像頭的輸出端子輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合視頻信號，如圖-10所示。圖-10監(jiān)控攝像頭的信號流向圖三、智能樓宇消防系統(tǒng)中的傳感器1.煙火報警器煙火警報器也叫煙霧感應(yīng)器或火災(zāi)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(yáng)聲器，一旦發(fā)生危險可以及時提醒人們。具體內(nèi)容參見“§７-2煙霧傳感器”。2.燃?xì)馓綔y器燃?xì)馓綔y器又稱可燃?xì)怏w探測器，它是對單一或多種可燃?xì)怏w濃度響應(yīng)的探測器。功能：一是燃?xì)鉂舛忍綔y，二是報警，因此其內(nèi)部包含氣體感應(yīng)元件及其應(yīng)用轉(zhuǎn)換電路和報警電路，圖-11為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖-11監(jiān)控攝像頭的信號流向圖四、智能樓宇水控系統(tǒng)中的傳感器為了實現(xiàn)樓宇自控的恒壓供水及排水，大多在樓宇的水控系統(tǒng)中安裝壓力傳感器，以實現(xiàn)樓宇的自動供水和排水。壓力傳感器和變送器內(nèi)部包含CVD傳感器、驅(qū)動電路板、轉(zhuǎn)換電路等部件，如圖-12所示。圖-12壓力傳感器/變送器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖§9—3

汽車中的傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解和識別汽車中傳感器的結(jié)構(gòu)和分類。2．熟悉汽車中常用傳感器的特點和作用。相關(guān)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(zhuǎn)換成電信號送至ECU，從而決定發(fā)動機(jī)的基本噴油量。按照其結(jié)構(gòu)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(bǔ)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(fā)動機(jī)冷卻水的溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斔偷紼CU。溫度傳感器主要有繞線電阻式、熱敏電阻式、擴(kuò)散電阻式、半導(dǎo)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(fā)動機(jī)冷卻水道上，其結(jié)構(gòu)如圖-3所示圖-3水溫傳感器及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)三、曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器發(fā)動機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)常用的曲軸與凸輪軸位置傳感器有霍爾式、磁感應(yīng)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(yīng)式發(fā)動機(jī)曲軸位置傳感器電磁感應(yīng)式發(fā)動機(jī)曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)如圖-5所示，主要由永久性磁鐵、信號線圈、轉(zhuǎn)子等組成。圖-5電磁感應(yīng)式發(fā)動機(jī)曲軸位置傳感器結(jié)構(gòu)2.霍爾式發(fā)動機(jī)曲軸位置傳感器霍爾傳感器可裝在分電器中，也可裝于發(fā)動機(jī)飛輪附近?；魻栃盘栯妷菏墙柚诨魻柊雽?dǎo)體元件，其結(jié)構(gòu)如圖-6所示圖-6霍爾式發(fā)動機(jī)曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)3.光電感應(yīng)式曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器

光電感應(yīng)式發(fā)動機(jī)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(fā)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(yīng)式發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器四、氧傳感器

汽車上應(yīng)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(zhì)和彈簧等組成，其結(jié)構(gòu)如圖-9所示.圖-9氧傳感器的結(jié)構(gòu)五、倒車?yán)走_(dá)倒車?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖-10所示。圖-10倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖六、車速傳感器

車速傳感器把檢測結(jié)果輸入給汽車儀表系統(tǒng)用于顯示車速；或?qū)z測的車速信號輸入到需要車速信號的汽車控制系統(tǒng)的ECU。車速傳感器可分為舌簧開關(guān)式、電磁感應(yīng)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(yīng)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(yīng)轉(zhuǎn)子，結(jié)構(gòu)如圖-12所示。圖-12電磁感應(yīng)式車速傳感器結(jié)構(gòu)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(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域，主要集中在車身操控、安全系統(tǒng)和導(dǎo)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(hù)盒內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖-13所示。圖-13偏心錘式傳感器結(jié)構(gòu)2.水銀式傳感器

水銀式加速傳感器的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)3.中央安全氣囊傳感