感测技术基础

传感器技术绪论•什么是感测技术？•为什么要学习感测技术？•怎样学好感测技术？什么是感测技术？感测技术实质上就是信息采集技术。传感器定义：将非电量转换为与之有确定对应关系电量的器件或装置。类型：敏感器1）定义：将被测非电量转换为与之有确定对应关系可用非电量的器件或装置2）应用：在被测非电量不是传感器能转换的非电量（即可用非电量）时电容式重量传感器测量电路（传感器接口电路）作用：把传感器转换出来的电量进行变换和处理，使之成为便于显示、记录、传输或处理的可用电信号（如电压、电流、频率等）电测法的优越性：1.便于采用电子技术，扩展仪器测量的幅值范围(量程)和频率范围(频带)。2.可实现远距离的自动测量。3.可实现测量结果的数字显示。4.便于应用计算机，实现测量的微机化、智能化、网络化。测量仪表与系统的组成原理非电量电量传感器测量电路模拟电路(a)非电量电量传感器测量电路数字显示器(b)A/D转换器普通电测仪表的基本组成典型的微机化测试系统组成框图为什么要学习感测技术？•地位和作用–科学研究的手段–信息产业的源头–自动控制的前提图0-1–生产、生活、国防现代化的基础为什么要学习感测技术？安全防护医疗保健生物工程海洋开发航空航天军事国防感测技术为什么要学习感测技术？•对我们专业学习的作用–完善知识结构的需要–应用广泛，学好后就业面广信息技术三大支柱信息采集技术（感测技术）信息传输技术（通信技术）信息处理技术（计算机技术）物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。大家很熟悉的传感器应用实例Android智能手机内置多种传感器Android智能手机自推出以来，其内置传感器逐渐增多，传感器所能实现的功能也日益多样化，极大的满足了用户对智能手机功能的需求，从依赖于重力传感器的各种游戏，到依靠距离传感器实现的通话灭屏，再到指南针功能下的电子罗盘等等，小小的一个Android智能手机以各种传感器为依托实现了许多有趣的功能。Android智能手机内置传感器在GN205上共有9个传感器1.Orientationsensor2.MagneticFieldsensor3.3—axisAccelerometer4.ProximitySensor5.LightSensor6.GyroscopeSensor7.GravitySensor8.LinearAccelerationSensor9.RotationVectorSensor方向传感器手机方向传感器是指安装在手机上用以检测手机本身处于何种方向状态的部件，它不是通常理解的指南针的功能。手机方向检测功能可以检测手机处于正竖、倒竖、左横、右横，仰、俯状态。具有方向检测功能的手机具有使用更方便、更具人性化的特点。例如，手机旋转后，屏幕图像可以自动跟着旋转并切换长宽比例，文字或菜单也可以同时旋转，使你阅读方便。Orientationsensor=方向传感器距离传感器工作原理：通过发射特别短的光脉冲，并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间来计算与物体之间的距离。距离传感器是通过测时间来实现测距离的。应用:这个传感器在手机上的应用是当我们打电话时，手机屏幕会自动熄灭，当你脸离开，屏幕灯会自动开启，并且自动解锁。这个对于待机手机较短的智能手机来说是相当实用的。现在很多智能手机都装备的这个传感器。sensor陀螺仪原理：陀螺仪测量的物理量是偏转，倾斜时的转动角速度。在手机上，仅用加速度计没办法测量或重构出完整的3D动作，测不到转动的动作，陀螺仪则可以对转动，偏转的动作做很好的测量，这样就可以精确分析判断出使用者的实际动作。而后根据动作，可以对手机做相应的操作！目前手机中采用的三轴陀螺仪用途主要体现在游戏的操控上，有了三轴陀螺仪，我们在玩现代战争等第一人称射击游戏时，可以完全摒弃以前通过方向按键来控制游戏的操控方式，我们只需要通过移动手机相应的位置，既可以达到改变方向的目的，使游戏体验更加真实、操作更加灵活。利用三轴陀螺仪进行体感控制的游戏1.动作感应的GUI：通过小幅度的倾斜，偏转手机，实现菜单，目录的选择和操作的执行；2.拍照时的图像稳定，防止手的抖动对拍照质量的影响；3.GPS的惯性导航：当汽车行驶到隧道或城市高大建筑物附近，没有GPS讯号时，可以通过陀螺仪来测量汽车的偏航或直线运动位移，从而继续导航；4.通过动作感应控制游戏。陀螺仪在手机上的应用：光线传感器，也就是感光器，是能够根据周围光亮明暗程度来调节屏幕明暗的装置。就是在光线强的地方手机屏幕会变暗，达到节电并更好观看屏幕的效果，在光线暗的地方自动将屏幕变亮。可以在工具设置中设置自动调节屏幕亮度。这个传感器也主要起到节省手机电力的作用，毕竟现在的智能手机的待机时间都很令人头痛，能节省就节省吧。Lightsensor=光线传感器光线传感器光线传感器电子罗盘电子罗盘是利用地磁场来定北极的一种方法。古代称为罗经，现代利用先进加工工艺生产的磁阻传感器为罗盘的数字化提供了有力的帮助。现在一般有用磁阻传感器和磁通门加工而成的电子罗盘。这个就是电子版指南针，配合GPS和地图时非常好用。电子罗盘，也叫数字指南针。电子罗盘在智能手机上的应用重力传感器手机重力感应技术：利用压电效应实现，简单来说是测量内部一片重物(重物和压电片做成一体)重力正交两个方向的分力大小，来判定水平方向。通过对力敏感的传感器，感受手机在变换姿势时，重心的变化，使手机光标变化位置从而实现选择的功能。手机重力感应指的是手机内置重力摇杆芯片，支持摇晃切换所需的界面和功能，甩歌甩屏，翻转静音，甩动切换视频等。重力传感器在智能手机游戏中的应用控制赛车运动方向控制小球滚落方向磁场传感器MagneticFieldsensor=磁场传感器磁力传感器简称为M-sensor，返回x、y、z三轴的环境磁场数据。该数值的单位是微特斯拉（micro-Tesla），用UT表示。单位也可以是高斯（Gauss），1Tesla=10000Gauss。硬件上一般没有独立的磁场传感器，磁场数据由电子罗盘传感器提供（E-compass）。电子罗盘传感器同时提供方向传感器数据。25线性加速度传感器线性加速度传感器简称LA-sensor。线性加速度传感器是加速度传感器减去重力影响获取的数据。加速度传感器、重力传感器和线性加速度传感器的计算公式如下：加速度=重力+线性加速度RV-sensor输出三个数据：x*sin(theta/2)、y*sin(theta/2)、z*sin(theta/2)，RV的方向与轴旋转的方向相同。RV的三个数值，与cos(theta/2)组成一个四元组。RV的数据没有单位，使用的坐标系与加速度相同。GV、LA和RV的数值没有物理传感器可以直接给出，需要G-sensor、O-sensor和Gyro-sensor经过算法计算后得出。旋转矢量传感器RotationVectorSensor=旋转矢量传感器旋转矢量传感器简称RV-sensor。旋转矢量代表设备的方向，是一个将坐标轴和角度混合计算得到的数据。霍尔传感器•在滑盖手机中，霍尔传感器件在上盖对应的方向有一个磁铁，用磁铁来控制霍尔传感器传感信号的输出，当合上滑盖的时候，霍尔传感器输出低电平做为中断信号到CPU，强制手机退出正在运行的程序（例如正在通话的电话），并且锁定键盘、关闭LCD背景灯，当打开滑盖的时候，霍尔传感器输出1.8V高电平，手机解锁、背景灯发光、接通正在打入的电话。当磁铁靠近霍尔传感器的时候输出低电平0V，当磁铁离开的时候输出高电平1.8V。供电电压手机触摸屏手机摄像头1、手机摄像头镜头。2、手机摄像头的图像传感器3、手机摄像头的FPC接口。4、手机主板上的DSP芯片和CPU对图像信号进行处理。5、LCD将摄像头捕捉的图像显示在屏幕上。怎样学好感测技术？•1.学习好模拟/数字电路。•2.利用好网络资源。•3.适当做些习题。•4.重视实验课。怎样学好感测技术？建议教材和参考书•[1]郁有文.《传感器原理设计与应用》（第四版）.2019.国防科技大学出版社•[2]孙传友.《感测技术基础》（第三版）.2019.电子工业出版社•[3]徐科军.《传感器与检测技术》（第三版）.2019.电子工业出版社