专题十三 光纤传感器和集成传感器（教案）-浙江省职教高考《传感器及应用》第2版 讲练测

专题十三 电涡流式传感器和电容式传感器（讲义）-《传感器及应用》第2版 专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 描述光纤传感器的结构，并解释其原理及工作分类。 2. 列举并比较光纤传感器的各种分类类型，包括吸收型、散射型和干涉型。 3. 解释光纤传感器的特点，包括高灵敏度、远程测量、不受电磁干扰等方面。 4. 举例说明光纤传感器在实际应用中的场景，包括液体测量、颗粒浓度测量和精密测量等领域。 5. 介绍大规模集成电路对传感器的影响，并讨论集成传感器的特点，例如高集成度、低功耗和多功能等。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 1.光纤的结构 光纤一般为圆柱形结构，由纤芯、包层和保护层组成。纤芯由石英玻璃或塑料拉成，位于光纤中心，直径为5～75μm。纤芯外是包层中掺微量杂质，其折射率略低于纤芯折射率。包层外面涂有涂料(即保护层)，其作用是保护光纤不受损害，增强机械强度，保护层折射率远远大于包层材料折射率。 2．光纤传感器的原理及分类 光纤传感器是以光学量转换为基础，以光信号为变换和传输的载体，利用光导纤维输送光信号的一种传感器。光纤传感器主要由光源、光导纤维(简称光纤)、光检测器和附加装置等组成。 按光纤的作用，光纤传感器可分为功能型和传光型两种。功能型光纤传感器是利用光纤本身的特性随被测量发生变化的一种光纤传感器。传光型光纤传感器是利用其他敏感元件来感受被测量变化的一种光纤传感器，它仅起传输光信号的作用，所以也称为非功能型光纤传感器。 3.光纤传感器的特点 ①不受电磁场的干扰。信息在传输过程中抗电磁干扰能力很强，使其特别适合于电力系统。 ②绝缘性能高。光纤是不导电的非金属材料，其外层的涂覆材料硅胶也不导电。 ③防爆性能好，耐腐蚀。由于在光纤内部传输的是能量很小的光信息，因此光纤传感器的安全性能好。 ④导光性能好。对传输距离较短的光纤传感器来说，其传输损耗可忽略不计。 ⑤光纤细而柔软，可制成非常小巧的光纤传感器用于测量特殊对象及场合的参数。 4.光纤传感器的应用举例 光纤压力传感器在工业中具有广泛的应用前景。它与其他类型的压力传感器相比，除抗电磁干扰、响应速度快、尺寸小、质量小及耐热性好等优点外，还特别适合于防爆要求的场合使用。 5.大规模集成电路对传感器的影响 1) 传感器向固体化、半导体化和集成化方向的发展 计算机往往要直接接收从传感器输出的信号，这就要求传感器的输出直接是电学量。原来占主导地位的结构型传感器就显得不能适应，促使了传感器向固体化、半导体化和集成化方向的发展。 2) 传感器制造工艺的革新 目前的集成电路技术可提供高精度的细微加工技术、高密度的器件集成、制造工艺的严格一致性和高可靠性。这些技术和工艺为传感器制造工艺的革新提供了有力的手段。 3) 集成传感器的形成 集成电路的发展为制造传感器提供了许多成熟的材料。利用硅材料制作的半导体传感器，可以把一些集成电路与传感器制作在一起，构成所谓的传感器集成电路或简称为集成传感器。 6.集成传感器的特点 (1)成本低 由于硅集成电路工艺已十分完善，利用这种技术无疑会使产品的成本降低。 (2)小型化 以硅技术为基础的微电子学，其主要特点之一就是微小型化。集成传感器意味着多个相同或本不相同的器件集成在一起，将原先的许多外引线都改为在芯片内部连接，显然可使体积大大缩小。 (3)改善性能 集成传感器可以把温度补偿、信号放大及处理等电路做在同一块芯片上，这样就使环境温度变化和电源波动等外界因素对输出信号的影响减至最小。 (4)提高可靠性 由于集成化的结果，使外引线变为内引线，器件的焊点大大减少，可靠性得以提高。 (5)增加接口灵活性 根据需要可以在传感器芯片上设计阻抗变换电路、电平变换电路等，以适应不同的要求，便于与外电路连接。 7.集成传感器 1) 各种调节电路和补偿电路与传感器集成 2) 信号放大和阻抗变换电路与传感器集成 3) 信号数字化电路与传感器集成 4) 多传感器的集成 5) 信号发送和接收电路与传感器集成 [真题练讲] 1.(2017年浙江省统一考试) 光纤传感器的原理是利用光在光纤中的传输特性进行测量。以下哪项是光纤传感器的关键原理之一？ A. 光电效应原理 B. 光学全息原理 C. 光度学原理 D. 光学干涉原理 解析：D。光纤传感器的关键原理之一是光学干涉原理，通过测量光纤中的干涉现象来实现对物理量的测量。 2.(2016年山东省统一考试) 集成传感器的特点是将多个传感器单元集成在一起，具有多种功能。以下关于集成传感器的说法，哪个是正确的？ A. 集成传感器的唯一优势是体积小巧。 B. 集成传感器只能实现单一功能，无法多功能输出。 C. 集成传感器的发展主要受科技创新的推动。 D. 集成传感器的集成度不高，需要使用多个外部元件。 解析：C。集成传感器不仅具