第0章_传感器绪论

1、2 老师相关信息老师相关信息主主 讲：张新伟讲：张新伟TELQ：7470696103主主 要要 内内 容容第第1 1章章 概论概论第第2 2章章 传感器的基本特性传感器的基本特性第第3 3章章 电阻应变式传感器电阻应变式传感器第第4 4章章 电容式传感器电容式传感器第第5 5章章 电感式传感器电感式传感器第第6 6章章 磁电式传感器磁电式传感器第第7 7章章 压电式传感器压电式传感器 第第8 8章章 光电式传感器光电式传感器第第9 9章章 半导体传感器半导体传感器4n传感器课程传感器课程 http:/http:/n仪表技术与传感器仪表技术与传感器 http:/www.

2、i-http:/www.i-n传感器世界传感器世界 http:/http:/n中国传感器中国传感器 http:/http:/n传感器技术传感器技术 http:/www.sensor-http:/www.sensor-n21IC21IC中国电子网中国电子网 http:/http:/n传感技术学报网传感技术学报网 http:/http:/n传感器资讯网传感器资讯网 http:/http:/n电子设计应用电子设计应用 http:/http:/参考网站参考网站5参考文献参考文献1 1、传感器传感器（第（第4 4版），强锡富，机械工业出版社，版），强锡富，机械工业出版社， 20032003，测控技术与仪

3、器教学指导委员会推荐用书；，测控技术与仪器教学指导委员会推荐用书；2 2、传感器原理及工程应用传感器原理及工程应用，郁有文，主编，西安电，郁有文，主编，西安电 子科技大学出版社，子科技大学出版社，20122012，教育部规划教材；，教育部规划教材；3 3、传感器与检测技术传感器与检测技术，陈杰、黄鸿编著，高等教育，陈杰、黄鸿编著，高等教育 出版社，出版社，20022002，教育部规划教材；（少学时教材），教育部规划教材；（少学时教材）4 4、传感器原理及应用传感器原理及应用，王化祥、张淑英编著，天津，王化祥、张淑英编著，天津 大学出版社，大学出版社，20032003，教育部规划教材；，教育部规

4、划教材；5 5、传感器与自动检测技术传感器与自动检测技术，余成波、胡新宇、赵勇，余成波、胡新宇、赵勇， 高等教育出版，高等教育出版，20042004年年 6期刊杂志期刊杂志7本课程的任务、目的和要求本课程的任务、目的和要求1 1、任务：、任务：掌握传感器的工作原理、结构、掌握传感器的工作原理、结构、主要性能及特点、主要性能及特点、测量电路及典型应用。测量电路及典型应用。2 2、目的：、目的：（1 1）合理选择和使用传感器。）合理选择和使用传感器。 （2 2）对传感器技术问题有一定的分析和处理能力。）对传感器技术问题有一定的分析和处理能力。（3 3）知晓传感器的工程设计方法和实验研究方法。）知晓

5、传感器的工程设计方法和实验研究方法。（4 4）了解传感器的发展动向。）了解传感器的发展动向。3 3、要求、要求 1 1）复习巩固已学电路、电子等方面的知识；养成课前预）复习巩固已学电路、电子等方面的知识；养成课前预习，课后复习，课堂做笔记的良好习惯。习，课后复习，课堂做笔记的良好习惯。 2 2）多看一些相关参考书及期刊杂志。）多看一些相关参考书及期刊杂志。9 在 抗 击在 抗 击非典非典SARSSARS和和N1H1N1H1的的过程中，过程中，许多公共许多公共场合都使场合都使用了用了非接非接触式红外触式红外测温仪。测温仪。对传感器的初步认识对传感器的初步认识10测温速度小于测温速度小于0.5 s

6、，分辨力达到，分辨力达到0.l 11n力传感器的应用12电子产品13使用使用USBUSB接口的测量硬件及接口的测量硬件及IEEE 1451.4 TEDSIEEE 1451.4 TEDS智能传感器智能传感器 热敏电阻热敏电阻 离子感烟器离子感烟器 明火探测器明火探测器 传感传感器实器实验仪验仪传感传感器实器实验装验装置置14超声波传感器超声波传感器 电感传感器电感传感器 电容传感器电容传感器 红外温度传感器红外温度传感器 磁阻传感器磁阻传感器 热电偶热电偶 气体成分传感器气体成分传感器 流量传感器流量传感器 传感器图片传感器图片1516传感器的引入传感器的引入n 世界是由物质组成的，表征物质特性

7、或其运动世界是由物质组成的，表征物质特性或其运动形式的参数很多，根据物质的形式的参数很多，根据物质的电特性电特性，可分为，可分为电量电量和和非电量非电量两类。两类。n 非电量非电量不能直接不能直接使用一般电工仪表和电子仪器使用一般电工仪表和电子仪器测量，非电量需要转换成与非电量测量，非电量需要转换成与非电量有一定关系有一定关系的电的电量，再进行测量。量，再进行测量。n 实现这种转换技术的器件实现这种转换技术的器件叫叫传感器。传感器。17传感器的引入传感器的引入类比：类比： 人通过五官（眼、耳、鼻、口、手人通过五官（眼、耳、鼻、口、手-视、听、视、听、嗅、味、触）接受外界的信息，经过大脑的思维（

8、信嗅、味、触）接受外界的信息，经过大脑的思维（信息处理），作出相应的动作。息处理），作出相应的动作。 而用计算机控制的而用计算机控制的自动化装置自动化装置来代替人的劳动，则来代替人的劳动，则可以说计算机相当于人的大脑（一般俗称电脑），而可以说计算机相当于人的大脑（一般俗称电脑），而传感器则相当于人的五官部分（传感器则相当于人的五官部分（“电五官电五官” ）。）。18身体与机器人的对应关系身体与机器人的对应关系19传感器的地位传感器的地位传感器技术是传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、材料学、力学、电学、磁学、微电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机微电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机

9、械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智能、术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术自动化技术等众多学科相互交叉的、综合性的、等众多学科相互交叉的、综合性的、高新技术密集型的前沿技术。高新技术密集型的前沿技术。 传感器技术传感器技术与与通信技术、计算机技术通信技术、计算机技术构成信构成信息科学技术的三大支柱。息科学技术的三大支柱。它们分别构成了信息系它们分别构成了信息系统的统的“感官感官”、“神经神经”和和“大脑大脑”；传感器是；传感器是信息采集的首要部件。信息采集的首要部件。20传感器的发展概述传感

10、器的发展概述世界各国对传感器发展的重视世界各国对传感器发展的重视世界性的世界性的“传感器热潮传感器热潮”始于始于2020世纪世纪8080年代初期。随后美、日、英、法、德和独联体年代初期。随后美、日、英、法、德和独联体等发达国家都把传感器技术列为国家重点开发等发达国家都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。关键技术之一。美国美国列出的国家长期安全和经济繁荣至关列出的国家长期安全和经济繁荣至关重要的重要的2222项技术中有项技术中有6 6项与传感器信息处理技项与传感器信息处理技术直接相关。术直接相关。 21n日本日本将传感器技术列为国家重点发展将传感器技术列为国家重点发展的的6 6大核心技术大

11、核心技术之一之一, ,并声称并声称“支配了传感支配了传感器技术就能够支配新时代器技术就能够支配新时代”。日本科学技。日本科学技术厅制定的术厅制定的2020世纪世纪9090年代重点科研项目中年代重点科研项目中有有7070项重点课题项重点课题, ,其中有其中有1818项是与传感器技项是与传感器技术密切相关的。术密切相关的。传感器的发展概述传感器的发展概述22 我国我国也把传感器技术列为国家也把传感器技术列为国家“八五八五”重点攻关项重点攻关项目及中长期科技发展重点新技术之一。目及中长期科技发展重点新技术之一。 20 20世纪世纪8080年代后期我国相继在黑龙江年代后期我国相继在黑龙江( (气敏气敏

12、) )、安徽、安徽( (力敏力敏) )、陕西、陕西( (电压敏电压敏) )组建了三个产业基地与企业集团组建了三个产业基地与企业集团, ,现在又建立了昆山光电传感器基地。现在又建立了昆山光电传感器基地。 “九五九五”国家重点科技攻关项目中又将传感器技术研国家重点科技攻关项目中又将传感器技术研究立项究立项, ,希望在传感器的希望在传感器的关键制造工艺关键制造工艺、新产品开发、科新产品开发、科技成果技成果的工程化等方面提高我国传感器的技术水平的工程化等方面提高我国传感器的技术水平, ,促进促进我国传感器产业的形成我国传感器产业的形成, ,缩小缩小与世界先进水平的与世界先进水平的差距差距。传感器的发展

13、概述传感器的发展概述23n 一个国家的一个国家的现代化水平现代化水平是用其是用其自动化水平自动化水平来来衡量的；而自动化水平是用衡量的；而自动化水平是用仪表及传感器仪表及传感器的种类的种类和数量多少来衡量的。和数量多少来衡量的。n 可以说可以说“没有传感器就没有现代化的科学技没有传感器就没有现代化的科学技术，术， 没有传感器也就没有人类现代化的生活环没有传感器也就没有人类现代化的生活环境和条件境和条件”， 传感器技术已成为科学技术和国传感器技术已成为科学技术和国民经济发展水平的标志之一民经济发展水平的标志之一。传感器的发展概述传感器的发展概述24 传感器技术发展十分迅速的传感器技术发展十分迅速

14、的原因有如下几点原因有如下几点: : (1) (1) 电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展。电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展。 (2) (2) 政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植。政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植。 (3) (3) 国防、空间技术和民用产品有广大的传感器市场。国防、空间技术和民用产品有广大的传感器市场。 (4) (4) 在许多高新技术领域可获得用于开发传感器的理论在许多高新技术领域可获得用于开发传感器的理论和工艺。和工艺。 从市场来看从市场来看, , 力、压力、加速度、物位、温度、湿度、力、压力、加速度、物位、温度、湿度、 水分等传感器将保持较大的

15、需求量。水分等传感器将保持较大的需求量。25表表 1.1传感器市场结构传感器市场结构 26传感器的应用领域传感器的应用领域传感器技术广泛应用于传感器技术广泛应用于航空航天、兵航空航天、兵器、信息产业、机械、电力、能源、交通、器、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林渔业、环保、材料、灾害预测预防、农林渔业、食品、烟酒制造、建筑、汽车、舰船、机食品、烟酒制造、建筑、汽车、舰船、机器人、家电、公共安全器人、家电、公共安全等领域。等领域。27传感器的应用领域传感器的应用领域281、用于自动检测与自动控制

16、系统、用于自动检测与自动控制系统在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备的产线上设备的运行状态运行状态关系到整个生产线流程。通关系到整个生产线流程。通常建立常建立2424小时小时在线监测系统在线监测系统。 石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测和泄露检测2930312、汽车与传感器、汽车与传感器高级轿车需要用传感器对温度、压力、位高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要振动等进行实

17、时准确的测量，一般需要30301 1 0000种传感器。种传感器。323、传感器与家用电器、传感器与家用电器自动电饭锅、吸尘器、空调、电子热水器、风自动电饭锅、吸尘器、空调、电子热水器、风干器、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照干器、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院33 全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器( (洗净度洗净度) ) ，液位传感器，电阻传感器，液位传感器，电阻传

18、感器( (衣物烘干检测衣物烘干检测) )。34指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器35鼠标鼠标: :光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD:CCD传感器传感器36声位笔声位笔: :超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风: :电容传声器电容传声器37声卡声卡:A/D:A/D卡卡 + D/A+ D/A卡卡软驱软驱: :速度速度, ,位置伺服位置伺服384、楼宇控制与安全防护、楼宇控制与安全防护 为使建筑物为使建筑物成为成为安全、健康、舒适、温安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用的经济性和管理

19、的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。温度监测、电梯运行状况。39图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水停车管理、水/ /废水管理和电梯监控。废水管理和电梯监控。止止09-0509-0540烟雾传感器烟雾传感器亮度传感器亮度传感器人体探测器人体探测器41 机械手、机器人中机械手、机器人中的传感器的传感器: : 转动转动/ /移动移动位置传感器、力传感位置传感器、力传感器、视觉传感

20、器、听器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传热觉传感器、嗅觉传感器等等感器等等。 5、传感器在机器人上的应用、传感器在机器人上的应用42 “纳米纳米 机器人可以用于医疗事业、以帮助人类识别机器人可以用于医疗事业、以帮助人类识别并杀死癌细胞以达到治疗癌症的目的、还可以帮助人并杀死癌细胞以达到治疗癌症的目的、还可以帮助人们完成外科手术、清理动脉血管垃圾、及组成计算机们完成外科手术、清理动脉血管垃圾、及组成计算机新硬件等新硬件等. . 43机器人服务员机器人服务员44n电脑机器人电脑机器人由电脑作为控制核心的类人工机由电脑作为

21、控制核心的类人工机械结构体械结构体 45沙漠机器人沙漠机器人46(Automated Guided Vehicle，简称简称AGV)，指装备有电磁或光，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，如，以及各种移载功能的运输车，如，工业应用中不需驾驶员的搬运车。工业应用中不需驾驶员的搬运车。它里面所包含的传感器有：它里面所包含的传感器有： 超超声波测距传感器、判断建筑物内声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传人和物所在位置；红外线色彩传感器（运动轨迹）和感器（运动轨迹）

22、和AGVAGV小车位小车位置识别；条形码传感器，货品识置识别；条形码传感器，货品识别。别。香港理工香港理工AGVAGV模型模型AGVAGV自动送货车自动送货车47AGV自动送货车自动送货车486、传感器在生物医学上的应用、传感器在生物医学上的应用医学医学49对人体的健康状况进行诊断需要进行多对人体的健康状况进行诊断需要进行多种生理参数的测量。种生理参数的测量。 国内已经成功地开发出了用于测量国内已经成功地开发出了用于测量近红外近红外组织血氧参数组织血氧参数的检测仪器。的检测仪器。 人类基因组计划的研究也大大促进了对酶、人类基因组计划的研究也大大促进了对酶、免疫、微生物、细胞、免疫、微生物、细胞

23、、DNADNA、RNARNA、蛋白质、蛋白质、嗅觉、味觉和体液组份以及血气、血压、血嗅觉、味觉和体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏等传感器的研究。流量、脉搏等传感器的研究。507、传感器与航空航天、传感器与航空航天51飞行器：控制在预定轨道上飞行器：控制在预定轨道上速度、加速度、飞行距离测量、速度、加速度、飞行距离测量、周围环境、内周围环境、内部设备监控、本身状态参数的测量。部设备监控、本身状态参数的测量。陀螺仪、阳光传陀螺仪、阳光传感器、星光传感感器、星光传感器、地磁传感器器、地磁传感器528、传感器与环境保护、传感器与环境保护为为保护环境和维持生态平衡，实现可持续保护环境和维持生态平衡，

24、实现可持续发展，必须进行大气监测和江河湖海水质检测，发展，必须进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于需要大量用于污水流量、污水流量、PHPH值、电导、浊度、值、电导、浊度、CODCOD、BODBOD、TPTP、TNTN、矿物油、氰化物、氨氮、矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子总氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、浓度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、烟尘、烟气、SOSO2 2、NONO、O O3 3、COCO等参数测量的传等参数测量的传感器，这些传感器中大多数亟待开发。感器，这些传感器中大多数亟待开发

25、。53NOX NO + NO2dust sootH2SH2OHC C-totalCO2 COO2 HCN HCl HF NH3 SO2 烟尘浊度测量烟尘浊度测量549、传感器在军事中的应用、传感器在军事中的应用先进的科学技术先进的科学技术总是最先被应用于总是最先被应用于战争战争。 以坦克、飞机、军舰为标志的作战平台以坦克、飞机、军舰为标志的作战平台是传统的主战兵器，各类传感器只不过是配是传统的主战兵器，各类传感器只不过是配属的保障设施。属的保障设施。5556海湾战争中，伊拉克在科威特战区部署了海湾战争中，伊拉克在科威特战区部署了42804280辆坦克，多国部队只有辆坦克，多国部队只有38003

26、800辆坦克。辆坦克。 但结果是伊拉克的坦克但结果是伊拉克的坦克8989被毁，而多国部被毁，而多国部队的坦克仅损失队的坦克仅损失2020辆。辆。 这种悬殊的损毁比，就是由于双方信息优势这种悬殊的损毁比，就是由于双方信息优势及精确制导武器方面的明显差距造成的及精确制导武器方面的明显差距造成的。57 高技术常规武器高技术常规武器成为比成为比核武器核武器更可靠的更可靠的手段手段.如：如： 打了不用管打了不用管的的制导炮弹制导炮弹能像导弹那样能像导弹那样捕捉和跟踪目标，射程远，威力大，价格低，捕捉和跟踪目标，射程远，威力大，价格低，命中率高，具有子母弹的打击能力，以及破命中率高，具有子母弹的打击能力，

27、以及破甲弹、动能弹的攻击方式。甲弹、动能弹的攻击方式。58 农业将是知识密集、技术密集的产业，设施农业可以有效农业将是知识密集、技术密集的产业，设施农业可以有效提高农业生产效益和增强抗灾能力提高农业生产效益和增强抗灾能力，借助温室及其配套装置，借助温室及其配套装置来调节和控制作物生产环境条件，摆脱自然制约，以达到高来调节和控制作物生产环境条件，摆脱自然制约，以达到高产、高效、优质。产、高效、优质。10、传感器与农业、传感器与农业农业农业59 信息获取手段信息获取手段是实现高水平设施农业的关键技术之一，是实现高水平设施农业的关键技术之一，设施农业用传感器的品种较多，设施农业用传感器的品种较多，主

28、要用于温度、湿度、土主要用于温度、湿度、土壤干燥度、壤干燥度、COCO2 2、光照度、土壤养分等参数的测量、光照度、土壤养分等参数的测量。 信息获取技术信息获取技术还在农田和果园生产、农业生物学研究、还在农田和果园生产、农业生物学研究、农药残留量检测等方面得到了广泛的应用。农药残留量检测等方面得到了广泛的应用。 10、传感器与农业、传感器与农业农业农业60传感器的定义传感器的定义根据中华人民共和国国家标准（根据中华人民共和国国家标准（GB7665-87GB7665-87） 传感器传感器是能是能感受感受规定的被测量并规定的被测量并按照一按照一定的规律定的规律将其将其转换转换成可用输出信号的器件或

29、成可用输出信号的器件或装置。装置。 在有些学科领域在有些学科领域, , 传感器传感器又称为又称为敏感元敏感元件、检测器、转换器、件、检测器、转换器、等。等。书上有两个广义和狭义的定义，自己去书上有两个广义和狭义的定义，自己去看和理解。看和理解。61其包含以下几个方面的意思其包含以下几个方面的意思：1 1）传感器是）传感器是测量装置测量装置，能完成检测任务，能完成检测任务2 2）它的）它的输入量输入量是某一被测量，可能是物理量，是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等。也可能是化学量、生物量等。3 3）输出量）输出量是某种是某种物理量物理量，这种量要便于，这种量要便于传输、传输、转换

30、、处理、显示转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、等，这种量可以是气、光、电，但电，但主要是电量。主要是电量。4 4）输入输出）输入输出有有对应对应关系关系，且应有一定的精确度。，且应有一定的精确度。62传感器的组成传感器的组成传感器由传感器由敏感元件、转换元件敏感元件、转换元件和和基本电路基本电路组成。组成。敏感敏感元件元件辅助电路辅助电路转换转换元件元件 被测被测非电量非电量有用有用非电量非电量有有 用用电电 量量信号调节信号调节转换电路转换电路电电 量量 传感器组成框图传感器组成框图63传感器的组成传感器的组成敏感元件敏感元件：直接感受被测非电量并按一定规律直接感受被测非电量并按一定规

31、律转换成与被测量有确定关系的其它量的元件。转换成与被测量有确定关系的其它量的元件。转换（传感）元件转换（传感）元件：又称变换器。能将敏感元又称变换器。能将敏感元件感受到的非电量件感受到的非电量直接直接转换成电量的器件转换成电量的器件。它它是传感器的核心部分。是传感器的核心部分。敏感敏感元件元件辅助电路辅助电路转换转换元件元件 被测被测非电量非电量有用有用非电量非电量有有 用用电电 量量信号调节信号调节转换电路转换电路电电 量量64 压 力 作 用 膜片形变（应变） 应变片电阻改变 敏感元件敏感元件转换（传感）元件转换（传感）元件压力传感器示例压力传感器示例65传感器的组成传感器的组成信号调节与

32、转换电路信号调节与转换电路：能把传感元件输出的电：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。用电信号的电路。辅助电路：辅助电路：通常包括电源等。通常包括电源等。敏感敏感元件元件辅助电路辅助电路转换转换元件元件 被测被测非电量非电量有用有用非电量非电量有有 用用电电 量量信号调节信号调节转换电路转换电路电电 量量66 有些传感器有些传感器很简单很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换，仅由一个敏感元件（兼作转换元件）组成，它感受被测量时直接输出电量；如，热电偶。元件）组成，它感受被测量时直接输出电量；如，热电偶。 有些传感器由有

33、些传感器由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成，没有转换电组成，没有转换电路。路。 有些传感器，有些传感器，转换元件转换元件不止一个，要经过若干次转换。不止一个，要经过若干次转换。传感器的组成传感器的组成-特殊传感器特殊传感器敏感敏感元件元件辅助电路辅助电路转换转换元件元件 被测被测非电量非电量有用有用非电量非电量有有 用电用电 量量信号调节信号调节转换电路转换电路电电 量量67n可以预料可以预料，n 当人类跨入当人类跨入光子时代光子时代后，光信息成为后，光信息成为更便于快速、高效地更便于快速、高效地处理和传输处理和传输的可用信的可用信号时，传感器的号时，传感器的概念概念将随之发展成为将随

34、之发展成为能把外界信息转换成能把外界信息转换成光信号光信号输出的器件。输出的器件。 68传感器的优势：传感器的优势：n 传感器的传感器的任务任务就是就是感知与测量感知与测量。n 随着现代技术的发展，创造了多种多样的随着现代技术的发展，创造了多种多样的工程传感器。工程传感器。n 工程传感器可以工程传感器可以轻而易举轻而易举地测量人体所无地测量人体所无法感知的量，如紫外线、红外线、超声波、磁法感知的量，如紫外线、红外线、超声波、磁场等。场等。n 从这个意义上讲从这个意义上讲，工程传感器超过人的感，工程传感器超过人的感官能力。有些量虽然人的感官和工程传感器都官能力。有些量虽然人的感官和工程传感器都能

35、检测，但工程传感器测量得更快、更精确。能检测，但工程传感器测量得更快、更精确。69传感器的优势：传感器的优势：n 例例1 1：虽然人眼和光传感器都能检测虽然人眼和光传感器都能检测可见光可见光，进行物体识别与测距，但是人眼的视觉残留约为进行物体识别与测距，但是人眼的视觉残留约为0 01s1s，而光晶体管的响应时间可短到，而光晶体管的响应时间可短到nsns以下；以下；n 例例2 2：人眼的人眼的角分辨率角分辨率为为11，而光栅测距的，而光栅测距的精确度可达精确度可达1 1“；激光定位激光定位的精度在月球距离的精度在月球距离3 310104 4kmkm范围内可达范围内可达10cm10cm以下；以下；

36、n 例例3 3：工程传感器可以把人所工程传感器可以把人所不能不能看到的物体看到的物体通过数据处理变为视觉图像。通过数据处理变为视觉图像。CTCT技术技术就是一个例就是一个例子，它把人体的内部形貌用子，它把人体的内部形貌用断层图像断层图像显示出来。显示出来。其他的例子还有其他的例子还有遥感技术遥感技术。70传感器的缺陷：传感器的缺陷：n 但是但是目前工程传感器在以下几方面还远比不上人类目前工程传感器在以下几方面还远比不上人类的感官：的感官：n多维信息感知、多维信息感知、n多方面功能信息的感知功能、多方面功能信息的感知功能、n对信息变化的微分功能、对信息变化的微分功能、n信息的选择功能、信息的选择

37、功能、n学习功能、学习功能、n对信息的联想功能、对信息的联想功能、n对模糊量的处理能力以及处理全局和局部关系的能力对模糊量的处理能力以及处理全局和局部关系的能力。这正是今后传感器这正是今后传感器智能化智能化的一些发展方向。的一些发展方向。71传感器的分类传感器的分类按工作机理按工作机理：物理型、化学型、生物型：物理型、化学型、生物型按构成原理按构成原理：结构型、物性型和复合型。：结构型、物性型和复合型。 结构型结构型：利用物理学中：利用物理学中场的定律场的定律构成的，构成的，包括力场的运动定律，电磁场的电磁定包括力场的运动定律，电磁场的电磁定律等，传感器的性能与它的结构材料律等，传感器的性能与

38、它的结构材料没没有有多大关系。多大关系。 物性型：物性型：利用利用物质定律物质定律构成，如欧姆定构成，如欧姆定律等，其性能随材料的不同而异。律等，其性能随材料的不同而异。72传感器的分类传感器的分类按能量转换情况：按能量转换情况：能量能量转换型转换型传感器和能量传感器和能量控制控制型型传感器。传感器。能量能量转换型转换型传感器：传感器：将非电能量转换为电能量，将非电能量转换为电能量，也称换能器，通常配合有电压测量电路和放大器。也称换能器，通常配合有电压测量电路和放大器。如：压电式、热电式、电磁式传感器等。如：压电式、热电式、电磁式传感器等。 能量能量控制型控制型传感器传感器：被测非电量仅对传感

39、器中的：被测非电量仅对传感器中的能量起能量起控制或调节控制或调节作用。所以必须具有辅助能源作用。所以必须具有辅助能源(电能电能)。如：电阻式、电容式、电感式传感器等。如：电阻式、电容式、电感式传感器等。73传感器的分类传感器的分类按敏感材料按敏感材料：根据制造传感器所使用的材料进行根据制造传感器所使用的材料进行分类。可分为分类。可分为半导体传感器、陶瓷传感器半导体传感器、陶瓷传感器等。等。按物理原理：按物理原理： 电参量式传感器电参量式传感器：电阻式、电容式、电感式等；：电阻式、电容式、电感式等； 磁电式传感器磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等 压电式传感

40、器、光电式、气电式、热电式、波式、压电式传感器、光电式、气电式、热电式、波式、射线式等。射线式等。74传感器的一般要求传感器的一般要求：足够的容量足够的容量传感器的工作范围或量程足够传感器的工作范围或量程足够大；具有一定的过载能力。大；具有一定的过载能力。灵敏度高，精度适当灵敏度高，精度适当即要求其输出信号与即要求其输出信号与被测信号成确定的关系（通常为被测信号成确定的关系（通常为线性线性），且比），且比值要大；传感器的静态响应与动态响应的准确值要大；传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求。度能满足要求。75响应速度快，工作稳定，可靠性好。响应速度快，工作稳定，可靠性好。使用性和适应性强

41、使用性和适应性强体积小，重量轻，动作能体积小，重量轻，动作能量小，对被测对象的状态影响小；内部噪声小而量小，对被测对象的状态影响小；内部噪声小而又不易受外界干扰的影响；其输出力求采用通用又不易受外界干扰的影响；其输出力求采用通用或标准形式，以便与系统对接。或标准形式，以便与系统对接。使用经济使用经济成本低，寿命长，且便于使用、维成本低，寿命长，且便于使用、维修和校准。修和校准。76传感器发展趋势传感器发展趋势采用新材料和探究新理论来发展新型传感器采用新材料和探究新理论来发展新型传感器发展数字式和智能型传感器发展数字式和智能型传感器 智能传感器是一种智能传感器是一种带微处理器带微处理器的传感器，

42、具有的传感器，具有信息的采集、记忆、诊断、综合和处理等功能。信息的采集、记忆、诊断、综合和处理等功能。智能型传感器大致分为如下三种：智能型传感器大致分为如下三种：具有具有判断力判断力的敏感装置的敏感装置具有具有学习能力学习能力的敏感装置的敏感装置具有具有创造能力创造能力的敏感装置的敏感装置77传感器发展趋势传感器发展趋势采用新技术、新工艺；采用新技术、新工艺；向小型化、集成化方向发展；向小型化、集成化方向发展； 将敏感元件和放大电路、运算电路、温将敏感元件和放大电路、运算电路、温度和线性补偿电路等利用度和线性补偿电路等利用ICIC技术制作在同一技术制作在同一芯片上或制成混合式传感器芯片上或制成

43、混合式传感器发展发展“仿生传感器仿生传感器” 生物传感器开发研制高性能的敏感元件开发研制高性能的敏感元件78n传感器信息融合技术传感器信息融合技术n纳米技术纳米技术 先进的纳米级技术的研究可能导致先进的纳米级技术的研究可能导致纳米机械装置纳米机械装置和传感器的产生和传感器的产生, ,而纳米技术的发展而纳米技术的发展, ,可能导致许多领可能导致许多领域产生突破性进展。域产生突破性进展。n 纳米材料是由纳米级的纳米材料是由纳米级的超细微粒超细微粒经压制烧结而成经压制烧结而成的的, ,被认为是完全纯净、结构上没有缺陷的、具有抗紫被认为是完全纯净、结构上没有缺陷的、具有抗紫外线、抗红外线、抗可见光、抗

44、电磁干扰等外线、抗红外线、抗可见光、抗电磁干扰等奇异功能奇异功能。 纳米电子技术和纳米制造技术的发展纳米电子技术和纳米制造技术的发展, ,促进了纳米传感促进了纳米传感器的诞生器的诞生, ,它必将极大地丰富传感器的理论它必将极大地丰富传感器的理论, ,推动传感推动传感器的制造水平器的制造水平, ,拓宽传感器的应用领域。拓宽传感器的应用领域。 79 无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮食都是分层存放，仓内温度和湿度不能过高，为食都是分层存放，仓内温度和湿度不能过高，为此，需在各层安放温、湿度传感器进行检测。装此，需在各层安放温、湿度传感器进行检测。装有温、湿

45、度探头的粮仓示意图如下。有温、湿度探头的粮仓示意图如下。 将各层探头输出接至将各层探头输出接至温、湿度巡检仪温、湿度巡检仪上，通上，通过巡检仪监视器监视各点温、湿度情况。通过通过巡检仪监视器监视各点温、湿度情况。通过通风口保持温、湿度在要求范围内。风口保持温、湿度在要求范围内。例例 粮仓温度、湿度检测粮仓温度、湿度检测80装有温湿度探头的粮仓示意图装有温湿度探头的粮仓示意图通风口探头通风口通风口81传感器的图形符号与命名方法传感器的图形符号与命名方法 传感器的命名方法及代号传感器的命名方法及代号中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准GB766687GB766687规定了传感器的命名方法及

46、代号，并将其规定了传感器的命名方法及代号，并将其作为统一传感器命名及代号的作为统一传感器命名及代号的依据依据，本标，本标准适用于传感器的准适用于传感器的生产、科学研究、教学生产、科学研究、教学以及其它相关领域以及其它相关领域。 821. 1. 传感器的命名方法传感器的命名方法 n一种传感器产品的名称，应由一种传感器产品的名称，应由主题词主题词加加四级修饰语四级修饰语构成：构成：(1) (1) 主题词主题词 传感器；传感器；(2) (2) 第一级修饰语第一级修饰语 被测量被测量，包括修饰被测量的定语，包括修饰被测量的定语(3) (3) 第二级修饰语第二级修饰语 转换原理转换原理一般可后续以一般可

47、后续以“式式”(4) (4) 第三级修饰语第三级修饰语 特征描述特征描述，指，指必须必须强调传感器的结强调传感器的结构、性能、材料特征、敏感元件以及其它必要的性能特构、性能、材料特征、敏感元件以及其它必要的性能特征，一般可后续以征，一般可后续以“型型”字；字；(5) (5) 第四级修饰语第四级修饰语 主要技术指标主要技术指标( (量程、精确度、灵敏量程、精确度、灵敏度范围等度范围等) )。 83n2. 2. 传感器命名的应用传感器命名的应用应用的场合不同，命名方法也不完全相同应用的场合不同，命名方法也不完全相同，譬如：，譬如： (1) (1) 题目中的用法题目中的用法。本命名法在有关传感器的统。本命名法在有关传感器的统计表格、图书索引、检索以及计算机汉字处理等特殊计表格、图书索引、检索以及计算机汉字处理等特殊场合，应采用上述场合，应采用上述所规定的顺序所规定的顺序。如，传感器、色压、。如，传感器、色压、应变应变 计计 式、放大式、放大 型型 、0 03500 kPa3500 kPa。(2) (2) 正文中的用法正文中的用法。作为产品名称，在技术文件、。作为产品名称，在技