传感器第二次课技术-2

1、1传感器与自动检测技术讲课教师：罗勇 -电气信息学院-办公室：行政楼650E-mail：23 传感器作为整个检测系统的前哨，它提取信息的准确与否直接决定着整个检测系统的精度。 一个国家的现代化水平是用其自动化水平来衡量的。而自动化水平是用仪表及传感器的种类和数量多少来衡量的。信息化技术包括传感器技术、通讯技术和计算机技术。传感器技术列为信息技术之首，由此可见一斑。 国内高精度、多功能、集成化、智能化传感器急需开发研制。总 结4作业1 观察生活中的传感器并思考其工作原理 课堂提问51.3 传感器基础知识 1.定义 传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换

2、成可用信号的机械电子装置。如下图所示:物理量电量6（Sensor） 能够感受规定的被测量并按一定规律和精度转换成可用输出信号的器件或装置.（GB7665-87） 它是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。7 输入量是物理量、化学量和生物量。 输出量主要是电量。（电量最便于传输、转换、处理及显示） 输入输出的转换规律（关系）已知，转换精度要满足测控系统的应用要求。89 2.传感器的组成 传感器由敏感器件与辅助器件组成。敏感器件的作用是感受被测物理量（感），并对信号进行转换输出。辅助器件则是对敏感器件输出的电信号进行放大、阻抗匹配，以便于后续仪表接入

3、（传）。如下图的温度电阻。 dV10传感器应用场合（领域）不同，叫法不同。过程控制：变送器。（标准化的传感器）射线检测：发送器、接收器。探头。二、组成11例如：气体压力传感器 由半导体材料制成的物性性传感器基本是敏感元件与转换元件二合一。直接能将被测量转换为电量输出。 压电传感器、光电池。热敏电阻等。膜盒差动电感电桥电路气体压力传感器组成框图PSLU012mVTT0BA热电偶IhfG光电池f+Q压电传感器RRTR0RU0Ui热敏电阻传感器133.传感器的分类1)按被测物理量分类常见的被测物理量机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流

4、速, 流量;声: 声压,噪声.磁: 磁通,磁场.温度: 温度,热量,比热.光： 亮度，色彩14机械式,电气式,光学式，流体式等。2)按工作原理分类:切削力测量应变片 动圈式磁电传感器 15能量转换型和能量控制型.能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计.能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片.3)按敏感元件与被测对象之间的能量关系:16物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.4)按信号变换特征:17人与机器

5、的机能对应关系图外界对象感官传感器人脑微机肢体执行器18传感器技术在日常生活中的应用与日俱增 家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式-红外传感器自动感应灯：亮度检测-光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD扫描仪：文档扫描-线阵CCD红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：电子血压计：血压检测 - 压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪 - 离子传感器1920传感器技术在汽车中的应用日

6、新月异发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等 汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。 底 盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温 车 身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等 21221、稳定性、可靠性 一般用平均无故障时间来衡量稳定性、可靠性。 在计量、工业生产等

7、领域中稳定性、可靠性至关重要。2、静态精度 测静态量，传感器精度应满足系统的精度要求。3、动态性能 测动态量，如响应速度、工作频率、稳定时间等。4、量程测量被测量的范围。一般量程越大，精度越低。 3 传感器的一般要求235、抗干扰能力工业现场环境较恶劣，存在温湿度、电磁等干扰，设计的传感器能克服这些干扰，安全稳定运行。6、体积小、能耗低、成本低结构型传感器向物性型半导体传感器发展。如测人体血压的电子血压计。（uW mW级）24传感器的主要特性参数 1.灵敏度 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值。它是输入与输出特性曲线的斜率，如右图所示，可表示为：一般希望

8、灵敏度s在整个测量范围内保持为常数。这样，可得均匀刻度的标尺，使读数方便，也便于分析和处理测量结果。 25 2. 分辨率 分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小变化值的能力。输入量从某个任意值缓慢增加，直到可以测量到输出的变化为止，此时的输入量就是分辨率。它可以用绝对值，也可以用量程的百分数来表示。它说明了检测仪表响应与分辨输入量微小变化的能力。灵敏度愈高，分辨率愈好。一般模拟式仪表的分辨率规定为最小刻度分格值的一半。数字式仪表的分辨率是最后一位的一个字。 26 3. 线性度与非线性误差 线性度是用实测的检测系统输入输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示的，如下图所示

9、。 线性度可用非线性误差来表示，计算式为： 采取不同的方法选取拟合直线，可以得到不同的线性度。27 4. 迟滞 迟滞特性表明检测系统在正向和反向行程期间，输入输出特性曲线不一致的程度。也就是说，对同样大小的输入量，检测系统在正、反行程中，往往对应两个大小不同的输出量，如右下图所示。通过实验，找出输出量的这种最大差值，并以满量程输出YFS的百分数表示，如下式： 28 5. 重复性 重复性是指传感器在检测同一物理量时每次测量的不一致程度，也叫稳定性。重复性的高低与许多随机因素有关，也与产生迟滞的原因相似，它可用实验的方法来测定。 296 传感器的发展方向 当今，传感器技术的主要发展动向：一是开展基

10、础研究，重点研究传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的智能化。三是向集成化方向发展，传感器集成化的一个方向是具有同样功能的传感器集成化。从而使对一个点的测量变成对一个平面和空间的测量。例如。利用电荷耦合器件形成的固体图像传感器来进行的文字和图形识别。30 1.用物理现象、化学反应和生物效应设计制作各种用途的传感器，这是传感器技术的重要基础工作。 例如，利用某些材料的化学反应制成的能识别气体的“电子鼻”；利用超导技术研制成功的高温超导磁传感器等。31对于半导体硅材料：力、热、光、磁、气体等物理量都会使其性能改变。制成力敏、热敏、光敏、磁敏气敏等敏感元件。基础研究寻找发现具有新原理、新效应的敏感

11、元件和传感元件。没有深入细致的，就没有新传感元件的问世，也就没有新型传感器，组成不了新型测试系统。322.传感器向高精度、一体化、小型化的方向发展。 工业自动化程度越高，对机械制造精度和装配精度要求就越高，相应地测量程度要求也就越高。因此，当今在传感器制造上很重视发展微机械加工技术。33 (1)MEMS技术要求研制微型传感器。如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。（2）研制仿生传感器（3）研制海洋探测用传感器（4）研制成分分析用传感器（5）研制微弱信号检测传感器34 3.发展智能型传感器 智能型传感器是一种带有微处理器并兼有检测和信息处理功能的传感器。智能型传感器被称为第四代传感器，使传感器具备感觉、辨别、判断、自诊断等功能，是传感器发展的主要方向。35a. 研究新一代的智能化传感器及测试系统 如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。它们的特点是传感器与微型计算机有机结合，构成智能传感器。系统功能最大程度地用软件实现。b. 多功能于多参数传感器的研究 如同时检测压力、温度和液位的传感器一逐步走向市场。36传感器实例温度传感器 压力传感器37 液位传感器38目标让学生掌握各种传感器的基本概念、基本工作原理和基本特性，了解该领域的最新发展，加强传感器