【正文】 主要有以下幾個方面： ① 以傳統(tǒng)傳感器無法解決的問題作為光纖傳感器的主要研究對象。 天電噪聲宇宙射線 人為的干擾源 從干擾信號的頻率范圍來分，可以把干擾源分為 ? 工頻干擾源（ 50Hz及其諧波） ? 低頻干擾源（ 30Hz以下） ? 射頻及視頻干擾源（ 300kHz以上） ? 微波干擾源（ 300MHz~100GHz） 雖然光和電都屬于電磁波，但頻率范圍相差很大。 ? 非侵入性。 因此 ， 測量出光波量變化的大小 ，就可以知道導致這些光波量變化的壓力 、溫度 、 電場 、 磁場等物理量的大小 ． 于是就出現(xiàn)了光纖傳感器技術 。 19902022，光纖光柵（ FBG）傳感技術進入一個研究熱潮。 （ 理想的光載波 ） ? 1966年 ， 高錕和霍克哈姆指出利用光纖進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g途徑 。 CCD的應用 光纖傳感技術 理論與發(fā)展 光纖傳感的關鍵器件 光纖傳感系統(tǒng) ? ―有關光在纖維中的傳輸以用于光學 通信方面”取得了突破性成就 2022年 諾貝爾物理學獎 授予英國華裔科學家 高錕 ? 高錕 光纖之父 1966年，高錕發(fā)表了一篇題為 《 光頻率介質纖維表面波導 》 的論文，開創(chuàng)性地提出光導纖維在通信上應用的基本原理，描述了長路程及高信息量光通信所需絕緣性纖維的結構和材料特性。 CCD的應用 ? CCD在天文學方面有一種奇妙的應用方式，能使固定式的望遠鏡發(fā)揮有如帶追蹤望遠鏡的功能。 CCD/CMOS尺寸越大，感光面積越大，成像效果越好。 用三片 CCD和分光棱鏡組成的 3CCD系統(tǒng)能將入射光分析成紅、藍、綠三種色光，由三片 CCD各自負責其中一種色光的呈像。因此感光面積不再因為傳感器的開口面積而決定，而改由微型鏡片的表面積來決定。 CCD的分類 ? 面陣 CCD的結構要復雜得多，它由很多光敏區(qū)排列成一個方陣，并以一定的形式連接成一個器件，獲取信息量大，能處理復雜的圖像。經由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電荷轉給它相鄰的電容。 ? CCD（ Chargecoupled Device） CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉化為數(shù)字信號。博伊爾 (Willard S. Boyle) 喬治 雙元型紅外傳感器 ? 透鏡組，每個單元對應一個視場 相鄰視場不連續(xù)，形成交替變化 的盲區(qū)和亮區(qū)，使敏感單元溫度 不斷變化。 “電疇” ? 電光效應 :光開關 \光波導 \光顯示器件 ? 聲光效應 :聲光偏轉器 ? 光折變效應 :光調制器件 \光信息存儲器件 ? 非線性光學效應 :光學倍頻 (BBO\LBO)器件 ? 壓電性 :壓電傳感器 \換能器 \SAW\馬達 ? 熱釋電效應 :非致冷紅外焦平面陣列 熱釋電效應 ? 光照鐵電晶體，吸收 產生溫度變化導致材 料自發(fā)極化變化。 熱電型： 利用紅外輻射熱效應，探測器敏感元件吸收輻射溫度升高，電學性質變化。他將太陽光用三棱鏡分解開，在各種不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色光的加熱效應。 “雙光耦推挽式電路” ? 如果輸出有功率要求的話，還得考慮光耦的功率接口設計問題。 解決方法： VFC(電壓頻率轉換 )方式 ? 光耦隔離傳輸數(shù)字量時，要考慮光耦的響應速度問題。 當 │Vgs│↑到一定值時 ，溝道會完全合攏。 FET因其制造工藝簡單 ， 功耗小 ， 溫度特性好 ， 輸入電阻極高等優(yōu)點 ， 得到了廣泛應用 。 1995年，高效聚光砷化鎵太陽電池效率達到 32%。 一、 1839年，法國科學家貝克雷爾發(fā)現(xiàn)“光伏效應” 。 光敏電阻參數(shù) ? 暗電阻：全暗條件下電阻值 ? 亮電阻：受到光照時的電阻值 光敏電阻參數(shù) ? 光電靈敏度：單位光通量入射條件下，光敏電阻輸出的光電流大小。 光電效應傳感器 ? 外光電效應 在光照射下，某些材料中的電子逸出表面而產生光電子發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應，也稱為光電發(fā)射效應。 晶閘管類型 ? 晶閘管有很多類型，比較常用的有普通晶閘管、高頻晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶閘管、無控制晶閘管、光控晶閘管和熱敏晶閘管。 電壓型 PTAT ? 輸出電壓與溫度成 正比，由恒流源、 PTAT及晶體管組成 ? 常用的電壓型溫度傳感器為四端輸出型： 調整輸出溫度系數(shù)為 10mV/K V+， V：基準電壓 Vout：電壓輸出 表示 K Vin：偏置電壓 Vin=， Vout=0 表示 0 oC 電流型 PTAT ? 輸出電流與溫度成 正比，由恒流源、 PTAT組成 AD590 ? AD590工作電壓 430V，測溫范圍 55150度 輸出電流和熱力學溫度嚴格成正比 晶閘管 ? 晶閘管的特點是可以用弱信號控制強信號。 熱電偶結構 ? 電極直徑 ? 長度按實際情況定 ? 電極之間用耐高溫絕緣材料 熱電偶的實用電路 ? 單點溫度測量 熱電偶的實用電路 ? 兩點溫差測量 熱電偶的實用電路 ? 串聯(lián)求和測量 熱電偶的實用電路 ? 并聯(lián)求平均溫度 半導體 PN結溫度傳感器 ? 半導體材料器件的性能參數(shù)，如電阻率、pn結的反向漏電流和正向電壓等都與溫度有密切的關系，利用它們對溫度的敏感性制成半導體溫度敏感器件，實現(xiàn)對溫度的測量和補償功能。 ? 熱電勢足夠大，且熱電勢溫度最好是線性或簡單函數(shù)關系，測量精度高，誤差小。 工程上常以鉑、銅 為標準電勢。 湯姆遜效應 ? 一均勻介質棒兩端溫度不同，導體的高、低溫端有溫度梯度，高溫端自由電子有較高動能向低溫端擴散，形成內建電場，內建電場的產生又使電子由低溫端向高溫端漂移，當擴散和漂移達到動態(tài)平衡時，兩端的電勢差叫湯姆遜電勢。 ? 遷移率與溫度關系： 半導體載流子遷移率與載流子在電場作用下的散射機理有關。 ? 電阻溫度系數(shù)比金屬大很多。 三 傳感器的應用與發(fā)展 ? 傳感器在控制系統(tǒng)的應用 ? 傳感器在測量系統(tǒng)的應用 第一章 溫度傳感器 溫度傳感種類 ? 溫度 電阻：熱電阻、熱敏電阻等 ? 溫度 電勢：熱電偶、 PN結式傳感器 ? 熱輻射：熱釋電探測器、紅外探測器 電阻型溫度傳感器 ? 利用感溫材料，把測量溫度變化轉為測量電阻變化。 ? 1980年以后是以 獨立性 為特征的個人機時代。緒 論 什么是傳感器 物聯(lián)網(wǎng)的概念 傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的地位和作用 一 什么是傳感器 ? ? 廣義的把傳感器歸納為一種能感受外界信息 (力、熱、聲光、電等等 )，并按一定的規(guī)律將其轉換成易處理的電信號的裝置。 ? 1965年以后是以 系統(tǒng)性 為特征的大型機時代。 物的感知? 信息的采集 物的識別? 信息的分類 物的聯(lián)系? 信息的傳遞 物的認識? 信息的分析 傳感器 無線傳感器網(wǎng)絡 GPS RFID 各種網(wǎng)絡媒質 移動云計算、 智能信息處理、 海量數(shù)據(jù)分析 智能家居 智能公交 貨運車載 二 傳感器的基本特性 ? 傳感器輸入和輸出的關系特性 靜態(tài)特性：被測量不隨時間變化（直流 ） 動態(tài)特性：被測量隨時間變化 （交流） 靜態(tài)特性 ? 線性度 靜態(tài)特性 ? 遲滯 靜態(tài)特性 ? 重復性 靜態(tài)特性 ? 分辨率 動態(tài)特性 ? 階躍響應 ? 階躍響應特征參數(shù) 1. 時間常數(shù)： Y（ t）從 0%——63% 2. 上升時間： Y（ t）從 10%——90% 3. 響應時間： Y（ t）從 0到穩(wěn)定 4. 振蕩次數(shù)： N 5. 穩(wěn)態(tài)誤差： Y（ ∞）和實際值差 ? N階 sensor系統(tǒng) 輸入信號：在線性時不變的物理系統(tǒng)內 , 對于復雜激勵的響應可以通過組合其對不同頻率正弦信號的響應來獲?。ā案道锶~級數(shù)展開”） sensor系統(tǒng)：提供傳遞函數(shù) H(s)，產生幅頻特性（濾波）和相頻特性（信號展寬） 輸出信號：可以看成不同輸入頻率信號的增益和相移后組合成的波形。如鉑，銅，鐵，鎳 熱敏電阻 ? 熱敏電阻是用某種金屬氧化物為基體原料，加入一些添加劑，采用陶瓷工藝制成的具有半導體特性的電阻器。 ? 半導體材料電阻率決定于載流子濃度和遷移率。 ? 帕爾帖效應 湯姆遜效應 帕爾帖效應 ? 同溫度的兩種不同 金屬相互接觸，由于 金屬內自由電子密度 不同，在接觸面附近 產生一個穩(wěn)定電勢叫 帕爾帖電勢。 ? 標準電極定律 兩種金屬組成 熱電偶電勢可以用 它們分別與第三種 金屬組成熱電偶電 勢差來表示。 熱電偶的材料 ? 在測量范圍內，熱電性質穩(wěn)定，物理化學性質穩(wěn)定，不易氧化和腐蝕。 熱電偶種類 ? 標準化熱電偶 鉑銠 鉑：高溫精密測量，中性介質測量 鎳鉻 鎳硅、鎳鉻 鎳鋁、鎳鉻 考銅： 熱電勢大，但測溫范圍小 ? 非標準化熱電偶 鐵 康銅、鎢 錸系、銥 銠系：特殊用途，復制性差。 PTAT原理電路 ? Proportional To Absolute Tempe