现代传感与检测技术绪论.ppt

现代传感与检测技术 （课程编号：ME405 ）,王伟,北京石油化工学院机械学院,Email: ,现代传感与检测技术,教 学 方 式,1、课堂讲授 2、实践操作 3、专题作业,现代传感与检测技术,成 绩 评 定,1、期末考试（50%） 2、小论文（30%） 3、专题作业（20%）,现代传感与检测技术,教 材,现代传感技术基础及应用 赵学增编著 清华大学出版社 2010,现代传感与检测技术,参 考 书,传感器与现代检测技术陶红艳 清华大学 出版社 2009 现代传感器技术及应用秦志强 电子工业出版社 2010 现代传感器技术周旭 国防工业出版社 2007 传感器与现代检测技术余成波 清华大学出版社 2009 现代传感器技术与应用基础曾光宇 北京理工大学出版社 2006 现代传感器应用技术王俊峰 机械工业出版社 2006 现代传感技术与系统曾周末 机械工业出版社 2009,现代传感与检测技术,主要内容,传感器的概述 传感器的基本特性 传统传感器 现代传感器 传感器的误差补偿及抗干扰技术,现代传感与检测技术,主要内容,常见缺陷的分类描述 超声检测 声发射检测 涡流检测,第一章 绪论,能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。,1、传感器的定义,电量或非电量，一般指非电量,将一种形态的信息变换成另一种形态的信息。,便于传输、处理的信号,一、传感器 （Sensor transducer）,第一章 绪论,2、传感器的基本组成,敏感元件、转换元件、转换电路、辅助电源,第一章 绪论,2、传感器的基本组成（续）,敏感元件：直接感受被测量，以确定的关系输出某一物理量（包括电学量） 。,转换元件：将敏感元件输出的非电量物理量转换为电学量（包括电路参数量）。,转换电路：将转换元件输出的信号变为易于传输、转换、处理和显示的形式（一般为电压或电流信号）。,第一章 绪论,2、传感器的基本组成（续）,辅助电源：提供传感器正常工作所需要的电源部分，它有内部供电和外部供电两部分。 。,电阻应变片测力传感器,热电偶传感器,第一章 绪论,第一章 绪论,3、传感器的分类,按基本效应分类,（1）物理传感器 基于物理效应（光、电、声等效应）。,光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等.,第一章 绪论,（2）化学传感器 基于化学效应（化学吸附、选择性化学反应等效应）。,pH计、气体分析仪 、色谱仪等。,（3）生物传感器 基于酶、抗体、激素等分子识别功能。,酶传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器、免疫传感器等。,第一章 绪论,应变式、电容式、电感式、光电式、压电式、热电式等。,3、传感器的分类（续）,按工作原理分类,半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器、金属传感器、高分子材料传感器、复合材料传感器,按敏感材料分类,第一章 绪论,力学量传感器、热量传感器、磁传感器、光传感器、放射线传感器、气体成分传感器、液体成分传感器、离子传感器和真空传感器。,3、传感器的分类（续）,按被测量分类,第一章 绪论,（1）能量控制型 变换的能量由外部电源供给，而外界的变化(即传感器输入量的变化)只起到控制的作用。,按能量关系分类,3、传感器的分类（续）,电阻应变片传感器、电容传感器、电感传感器等。,第一章 绪论,（2）能量转换型 由传感器输入量的变化直接引起能量的变化。,磁电式传感器、压电式传感器、热电式传感器等 。,（3）能量传递型 在某种能量发生器与接收器进行能量传递过程中实现敏感检测功能的 。,核辐射检测器、激光等 。,第一章 绪论,3、传感器的分类（续）,（1）结构型传感器 依靠传感器结构参数的变化实现信号变换的。,按场的定律还是物质的定律分类,（2）物性型传感器 依靠传感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。,（3）复合型传感器 两者组合兼有两者特征的传感器。,第一章 绪论,3、传感器的分类（续）,（1）有源传感器 敏感元件工作不需要外加电源的。,按是否依靠外加能源分类,（2）无源传感器 敏感元件工作需要外加电源的。,第一章 绪论,3、传感器的分类（续）,（1）模拟传感器,按输出时模拟量还是数字量分类,（2）数字传感器,第一章 绪论,3、传感器的应用,在机械加工、石油、化工、电力、钢铁等工业生产中需要检测各种工艺参数信息，通过电子计算机或控制器对生产过程进行自动控制。,传感器在工业检测和自动控制系统中的应用,第一章 绪论,3、传感器的应用（续）,传感器不仅测量汽车的行驶速度、行驶距离、发动机转速和燃料消耗量等相关参数，而且在新型汽车的安全气囊、防盗抢、电子变速控制、防滑、电子燃料喷射等装置中都起到了非常重要的作用。,传感器在汽车领域中应用,第一章 绪论,3、传感器的应用（续）,现代家用电器中，空调、电冰箱、洗衣机、电热水器、照相机、安全报警器、厨房用具等都用到了各种各样的传感器。,传感器在家用电器领域的应用,第一章 绪论,3、传感器的应用（续）,各种医疗仪器和设备应用传感器对人体温度、血压、心脑电波及肿瘤等进行准确的监测和诊断，以及是对治疗和康复效果进行观察检测。,传感器在医疗仪器和设备中的应用,第一章 绪论,3、传感器的应用（续）,各种功能的机器人上都采用了许多传感器，如位置传感器、速度传感器、触觉传感器、视觉传感器、嗅觉传感器等。,传感器在机器人中的应用,第一章 绪论,3、传感器的应用（续）,监测大气、水质及噪声污染的传感器广泛应用于资源和环境保护工作中。,传感器在资源和环境保护中的应用,飞机、火箭等飞行器上，要使用多种先进的传感器对飞行速度、飞行加速度、飞行方向、飞行距离和飞行姿态进行及时准确的测量。,传感器在航空航天中的应用,第一章 绪论,3、传感器的应用（续）,在飞机及卫星等飞行器上利用紫外、红外光电传感器及微波传感器探测气象、海洋和地质等情况。,传感器在遥感中的应用,利用红外探测传感器可以观测地形、地貌及敌方的各种军事目标，利用雷达可以搜索、跟踪飞行目标，其他还有红外制导、红外夜视传感器的使用等。,传感器在军事方面的应用,第一章 绪论,4、传感器的发展,（1）开展基础研究：寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等,发展方向,发现新现象 发现新的物理现象、化学反应和生物效应。各种新现象、反应和效应的发现可极大地扩大传感器的检测极限和应用领域,第一章 绪论,开发新材料 随着物理学和材料科学的发展，人们已经在很大程度上能够根据对材料功能的要求来设计材料的成分，并通过对生产过程的控制，制造出各种所需材料。,第一章 绪论,采用微细加工技术 微细加工技术除全面继承氧化、光刻、扩散、淀积等微电子技术外，还发展了平面电子工艺技术、各向异性腐蚀、固相结合工艺和机械切断技术。利用这些技术对硅材料进行三维形状的加工，能制造出各式各样的新型传感器。,第一章 绪论,智能化 “电五官”与“电脑”的结合，就是传感器的智能化。智能化传感器不仅具有信号检测、转换功能，同时还具有记忆、存储、解拆、统计处理及自诊断、自校淮、自适应地等功能。,第一章 绪论,仿生传感器 人体感觉器官由非常复杂的细胞组成并与人脑联接紧密，配合协调。研究人体感觉器官，开发能够模仿人体嗅觉、味觉、触觉等感觉的仿生传感器，用工程传感器要完全替代人的五官 。,第一章 绪论,（2）提高与改善传感器的技术性能，扩大应用范围,稳定性处理 为提高传感器产品性能的稳定性，应对材料、元器件进行时效处理、冰冷处理、时间老化处理、温度老化处理、机械老化及交流稳磁处理，电器元件必须进行电老化筛选处理。,第一章 绪论,补偿和修正技术 根据传感器的特性找出误差的来源和变化规律，可采用补偿和修正技术进行补偿和修正。对于系统误差，由于补偿和修正的技术手段比较完善，因此通过补偿和修不技术大多数情况下可以满足性能指标。,平均技术 采用平均技术可产生平均效应，仪器误差减小并增加传感器的灵敏度。,第一章 绪论,屏蔽、隔离与抗干扰 因外部环境而产生的随机误差和干扰，可通过屏蔽、隔离技术减小。采用屏蔽、隔离、滤波等方法能有效地消除或减小电磁波干扰。采用有效的隔离技术进行分离和抑制，对温度、湿度、气压、声压、辐射、气流等干扰，其效果都是很明显的。,第一章 绪论,差动技术 差动技术对抑制共模信号干扰、具有很好的效果，是目前传感器普遍采用的技术。,第一章 绪论,4、传感器的发展（续）,（1）向高精度发展：灵敏度高、