传感器与检测技术-0绪论

1、人的感官是天然的传感器人要从外界接收信息，需要依靠五种感觉器官。感官是天然的传感器。如人的“眼，耳，鼻，舌，皮肤”分别具有五觉（视、听、嗅、味、触）之一，接收外界的信息，经过大脑的思维（信息处理），作出相应的动作。机器系统用传感器获得信息用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，则可以说电子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（“电五官”-电子眼、电子耳、电子鼻、电子舌、电子皮肤 ）。机器系统是人体系统的工程模拟物传感器还可以是人类五官的延伸两个系统还可以有交叉对于某些外界信息，容易造成感觉器官不可恢复或难以恢复的损坏，所以不能用人的感觉器官感受。如有毒的气体、过热

2、的物体、核辐射等；人的感觉器官无法定量地感受外界信息人的感觉器官结构损坏，用传感器来替代实现功能。电子棒棒糖电子棒棒糖，或称大脑端口视觉设备，美国威斯康星州米德尔顿市Wicab公司的科学家发明的高科技导盲设备，通过微型摄像机拍到图像转换成低像素的黑、白和灰色图画，然后再在棒棒糖一样的电极感应器上通过电脉冲方式对舌头进行刺激，脉冲刺激信号传给大脑，并在大脑中的“视觉区域”还原成画面，从而让盲人可以通过舌头来“视物”。大脑端口视觉设备比例控制肌电假手/v1.0.0506/v/swf/loader.swf?VideoIDS=XNjA0NDI3MzQw&embedid=NDIuMjI2LjExNS4z

3、NgIxNTExMDY4MzUCd3d3LmpzZHlxZi5jb20CL2xpc3QuYXNw&wd=&vext=pid%3D%26emb%3DNDIuMjI2LjExNS4zNgIxNTExMDY4MzUCd3d3LmpzZHlxZi5jb20CL2xpc3QuYXNw%26bc%3D%26type%3D0什么是传感器？传感器构成法1.2第0章 绪 论传感器的基本概念与物理定律0.10.2传感器的分类及要求0.3传感器的地位及作用 0.4传感器的发展趋势0.40.5第一节 传感器的基本概念通过传感器，计算机可以从外界获取信息。如何定义？第一节 传感器的基本概念国家标准的定义：国标GB/T7

4、665-2005中传感器的定义：“能感受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。”第一节 传感器的基本概念传感器通用术语国家标准GB/T 7665-1987（已被代替）GB/T 7665-2005（现行）标准分享网下载第一节 传感器的基本概念其定义包含以下几个方面的意思：（1）传感器是测量装置，能完成检测任务（2）它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等第一节 传感器的基本概念（3）输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电，但主要是电量。（4）输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。第二节

5、 传感器的构成法通常由敏感元件和转换元件组成敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。第二节 传感器的构成法电路被测量 敏感元件转换元件转换电路注：有的书上不包括虚线后部分第二节 传感器的构成法典型组成：非电量-有用非电量-有用电参量-可用电量第二节 传感器的构成法自源型无需外加能源敏感元件从被测对象直接吸收能量并转换成电量输出能量较弱。热电偶，压电器件也是。第二节 传感器的构成法热电偶是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端)，另一端叫做冷端(也称为补偿端)；冷端与

6、显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。第二节 传感器的构成法辅助能源型传感器输出的能量由被测对象提供由敏感元件加辅助电源的形式构成不需要转换电路就有较大电量输出光电管、光敏二极管、磁电式、霍尔传感器等第二节 传感器的构成法对于一个给定的霍尔器件，当偏置电流I固定时，UH将完全取决于被测的磁场强度B。第二节 传感器的构成法外源型输出能量由外电源提供能量控制型结构电阻应变式、电感式、电容式、气敏、湿敏、光

7、敏、热敏等传感器应变片为敏感元件，电阻值随机械形变的变化而变，电桥将电阻的变化转换成电压的变化第二节 传感器的构成法外源型容易受环境影响需要采取相应的措施进行新路补偿常用补偿思路：相同的敏感元件，一个只受环境影响，一个受输入信号和环境影响应变片相同的敏感元件差动结构补偿，两个相同的敏感元件对被输入量做反向转换。-电容、电感传感器不同敏感元件补偿：置于同一环境中，一个接受输入信号，并已知受环境影响的特性；另一个接受环境影响量，并通过电路向前者提供等效的抵销环境影响的补偿信号。如用热敏元件做温度补偿。第三节 传感器的分类及要求一、传感器的分类传感器种类繁多，目前常用的分类有两种：以被测量来分以传感

8、器的原理来分第三节 传感器的分类及要求被测量类别被 测 量热工量 温度、热量、比热；压力、压差、真空度；流量、流速、风速机械量 位移（线位移、角位移），尺寸、形状；力、力矩、应力；重量、质量；转速、线速度；振动幅度、频率、加速度、噪声 按被测量来分类第三节 传感器的分类及要求被测量类别被 测 量物性和成分量 气体化学成分、液体化学成分；酸碱度（PH值）、盐度、浓度、粘度；密度、比重状态量 颜色、透明度、磨损量、材料内部裂缝或缺陷、气体泄漏、表面质量 第三节 传感器的分类及要求电阻式，光电式（红外式、光导纤维式），电感式，谐振式，电容式，霍尔式（磁式），阻抗式（电涡流式），超声式，磁电式，同位素

9、式，热电式，电化学式，压电式，微波式 按传感器的原理来分类第三节 传感器的分类及要求二、分类目的：明确各类传感器的工作原理、主要性能及其特点、应用。使大家能合理地选择和使用传感器。使学生了解常用传感器地工程设计方法和掌握常用传感器地试验研究方法。了解传感器地发展方向等。第三节 传感器的分类及要求三、传感器的基本要求足够的容量传感器的工作范围或量程足够大；具有一定的过载能力。灵敏度高，精度适当即要求其输出信号与被测信号成确定的关系（通常为线性），且比值要大；传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求。响应速度快，工作稳定，可靠性好。使用性和适应性强体积小，重量轻，动作能量小，对被测对象的状态影

10、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或标准形式，以便与系统对接。使用经济成本低，寿命长，且便于使用、维修和校准。第三节 传感器的分类及要求第四节 传感器的作用和地位一、传感器的作用传感器实际上是一种功能块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。第四节 传感器的作用和地位第四节 传感器的作用和地位为何要转换成电信号？传感器所检测的信号种类越来越多，因而对应传感器的品种也极其繁多。为了对各种各样的信号进行检测、控制，就必须获得尽量简单易于处理的信号，这样的要求电信号能够满足。电信号能够较容易地进行放大、反馈、滤波、微分、存贮、远距离操作等。第四节 传感器的作用和地位二、

11、传感器的重要性作为人脑的一种模拟的电子计算机的发展极为迅速，可是起五种感觉模拟作用的传感器却发展很慢，因而如果不进行传感器的开发，现在的电子计算机将不能适应实际需要。现代社会要求传感器、电子计算机和执行器三者都能相互协调才行。这样，传感器就成了现代科学的中枢神经系统，它日益受到人们的普遍重视，这已成为现代传感器技术的必然趋势。第四节 传感器的作用和地位三、传感器的应用：传感器技术在工业自动化、军事国防和以宇宙开发、海洋开发为代表的尖端科学与工程等重要领域有广泛应用。同时，它正以自己的巨大潜力，向着与人们生活密切相关的方面渗透；生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器、网络家居等方面的传

12、感器已层出不穷，并在日新月异地发展。第四节 传感器的作用和地位在航空航天领域，飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动都需要测量；“阿波罗10号”飞船需要对3295个参数进行检测，其中，温度传感器559个，压力传感器140个，信号传感器501个，遥控传感器142个，专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体。 第四节 传感器的作用和地位现代家用电器中，大多都应用了传感器技术。电视机、空调、风扇的红外遥控系统中使用的红外接收器件、照相机中的自动曝光装置、电冰箱和电饭煲使用的温度传感器、抽油烟机上的气敏传感器、全自动洗衣机中的水位和浊度传感器等。第四节 传感器的作用和地位在现代工业

13、生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或是最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代生产也就失去了基础。 第四节 传感器的作用和地位在基础科学研究中，传感器具有突出的地位。例如，对深化物质认识、开拓新能源新材料等具有重要作用的各种尖端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法获取的信息，没有相应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对研究对象的信息获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测仪器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感

14、器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。第四节 传感器的作用和地位现代家用电器中，大多都应用了传感器技术。电视机、空调、风扇的红外遥控系统中使用的红外接收器件、照相机中的自动曝光装置、电冰箱和电饭煲使用的温度传感器、抽油烟机上的气敏传感器、全自动洗衣机中的水位和浊度传感器等。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或是最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代生产也就失去了基础。 第四节 传感器的作用和地位楼宇自动化系统是智能建筑的重要组成部分。计算机通过中继器路由器网络显示网关控制管理各种设备(

15、空调制冷、给水排水、变配电系统、照明系统、电梯、安全防护、自动识别等等)，实现以上功能使用的传感器有温度传感器、湿度传感器、液位传感器、流量传感器、压差传感器、空气压力传感器、烟雾传感器、气体传感器、红外传感器、玻璃破碎传感器、图像传感器等。第四节 传感器的作用和地位你知不知道智能手机中的传感器都在干什么？第四节 传感器的作用和地位总结：无所不在农轻重，教科文，海陆空，吃穿用，传感器无所不在第五节 传感器的发展新趋势传感器的发展趋势包括:社会对传感器需求的新动向传感器新技术的发展趋势第五节 传感器的发展新趋势第五节 传感器的发展新趋势一、传感器需求的新动向社会需求是传感器技术发展的强大动力。随

16、着现代科学技术，特别是微电子技术和信息产业的飞速发展，以及“电脑”的普及，传感器在新的技术革命中的地位和作用将更为突出，一股竞相开发和应用传感器的热潮已在世界范围内掀起。第五节 传感器的发展新趋势原因:电五官”落后于“电脑”的现状，已成为微型计算机进一步开发和应用的一大障碍许多有竞争力的新产品开发和卓有成效的技术改造，都离不开传感器传感器的应用直接带来了明显的经济效益和社会效益传感器普及于社会各个领域，将造成良好的销售前景第五节 传感器的发展新趋势二、传感器的应用领域和需求量（2010） 第五节 传感器的发展新趋势三、传感器技术的发展趋势传感器的开发方向，大致分为如下四个方面：发现新效应，开发新材料、新功能多功能集成化和微型化数字化、智能化、网络化研究生物器官，开发仿生传感器第五节 传感器的发展新趋势发现新效应，开发新材料、新功能传感器的工作原理是基于各种物理的、化学的、生物的效应和现象；具有这种功能的材料谓之“功能材料”或“敏感材料”。