传感器分类特点及应用

传感器分类特点及应用第1页/共51页2023/3/192不带微处理器时0-1自动检测技术系统原理框图第2页/共51页2023/3/193

检测（Detection）定义：

利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。第3页/共51页2023/3/194例：曹冲称象方法：比较法；装置：船、石头、小秤；检查、测量，从而得到：定性、定量的结果。第4页/共51页2023/3/195检测技术在国民经济中的地位和作用

第5页/共51页检测技术在卫星中的应用红外扫描区域人造卫星第6页/共51页检测技术在海啸预报中的应用海浪振动检测系统浮标深海地沟第7页/共51页2023/3/198检测技术在飞行器中的应用第8页/共51页一种典型的自动检测系统（检测系统在发电厂的应用）第9页/共51页2023/3/1910传感器来自外界的信号电信号二、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。作为一种功能块的传感器可狭义的定义为：“将外界的输入信号变换为电信号的一类元件。第10页/共51页2023/3/1911传感器在机器人身上的分布

第11页/共51页2023/3/1912机器人的手第12页/共51页2023/3/1913服务机器人机器人伴舞机器人奏乐第13页/共51页2023/3/1914三、传感器的定义根据中华人民共和国国家标准，传感器的定义是：能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。传感器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。第14页/共51页2023/3/1915

玻璃温度计不属于本教材所讲授的传感器范围。

在本教材中是指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。第15页/共51页2023/3/1916

能将温度转换为电压的传感器—热电偶

第16页/共51页2023/3/1917四、传感器的组成举例：测量压力的电位器式压力传感器

1-弹簧管2-电位器图1-4传感器组成框图第17页/共51页2023/3/1918压力传感器的外形及内部结构第18页/共51页2023/3/1919弹性敏感元件（弹簧管）

敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。第19页/共51页2023/3/1920弹簧管放大图

当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。第20页/共51页2023/3/1921其他各种弹性敏感元件

在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为角位移或直线位移。第21页/共51页2023/3/1922弹性敏感元件（弹簧管）

在下图中，弹簧管将压力转换为角位移α第22页/共51页2023/3/1923被测量通过敏感元件转换后，再经转换元件转换成电参量

在右图中，电位器为传感元件，它将角位移转换为电参量-----电阻的变化（ΔR）第23页/共51页2023/3/1924

测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。

在左图中，当电位器的两端加上电源后，电位器就组成分压比电路，它的输出量是与压力成一定关系的电压Uo

。

第24页/共51页2023/3/1925分压比电路的计算公式如下：

直滑电位器式传感器的输出电压Uo与滑动触点C的位移量x成正比：

对圆盘式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转角度成正比：第25页/共51页2023/3/1926对应的传感器部件:第26页/共51页2023/3/1927五、传感器分类

传感器的种类名目繁多，分类不尽相同。常用的分类方法有：１）按被测量分类：可分为位移、力、力矩、转速、振动、加速度、温度、压力、流量、流速等传感器。

2）按测量原理分类：可分为电阻、电容、电感、光栅、热电耦、超声波、激光、红外、光导纤维等传感器。

详细分类参阅：/index.php?u=774776第27页/共51页2023/3/19281在工业生产过程的测量与控制方面的应用温度、压力、流量、液位和气体成分等参数进行检测工作状态的监控诊断设备实现监测自动化六、传感器技术的应用及发展趋势第28页/共51页2023/3/19292传感器在汽车电控系统中的应用准确地采集汽车工作状态的信息分布于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统。普通汽车上10一20只，高级豪华300只．第29页/共51页2023/3/19303在现代医学领域的应用拾取生命体征信息图像处理、临床化学检验、生命体征参数的监护监测、疾病的诊断与治疗现代医学仪器设备中无所不在第30页/共51页2023/3/19314在环境监测方面的应用环境污染问题迫切需求：连续、快速、在线监测的仪器生物传感器．可对酸雨酸雾样品溶液进行检测，大大简化了检测方法。第31页/共51页2023/3/19325在军事方面的应用智能化：武器、作战指挥、控制、监视和通信、电磁干扰方面第32页/共51页2023/3/1933NMD和TMD第33页/共51页2023/3/19346在家用电器方面的应用智能化、自动化、节能、无污染微电脑和各种传感器组成的控制系统空调器，可以实现压缩机的启动、停机、风扇摇头、风门调节、换气等，从而对温度、湿度和空气浊度进行控制。第34页/共51页2023/3/19357在学科研究方面的应用哈勃：成像光谱仪：扫描有光波的天体高精制导传感器：用来锁定目标高级测量摄像机：有着宽视场的高效测量工具第35页/共51页2023/3/19368.在智能建筑领域中的应用未来建筑的必然趋势涵盖智能自动化、信息化、生态化具有微型集成化、高精度与数字化和智能化特征的智能传感器第36页/共51页2023/3/1937（二）传感器技术的发展趋势1.开发新型传感器结构型传感器发展较早，一般而言结构复杂、体积偏大、价格偏高。物性型传感器过去发展不够，目前各国投入大量人、物力进行研究。比如：利用核磁共振的吸收效应的磁敏传感器可将灵敏阈提高到地磁强度的千万分之一；利用约瑟夫逊效应的热噪声温度传感器，可测百万分之一开的温度。

2.开发新材料

(1)半导体敏感材料：传感器材料占主导地位，新的趋势是金属和非金属材料合成的化合物半导体材料。

第37页/共51页2023/3/1938(2)陶瓷材料：技术潜力大，压电陶瓷、半导体陶瓷应用最多。

(3)磁性材料：正向非晶化、薄膜化。第38页/共51页2023/3/1939(4)智能材料：形状记忆体；具有自适应、自诊断、自修复功能。第39页/共51页2023/3/19403采用新工艺主要指微机械加工技术，随着集成电路工艺发展起来。离子束，分子束，激光束，化学刻蚀等用于微电子加工。

第40页/共51页2023/3/19414集成化

(1)同一功能多元件并列化：CCD图像传感器

(2)多功能一体化：传感器、放大、运算、温度补偿做成一体。

一体化温度变送器第41页/共51页2023/3/19425多功能化同时测量多个参数，例如多维力传感器可以同时测量三个线速度，三个离心加速度和三个角加速度。对数据进行综合处理，反映整体状态，降低成本，减小体积。

第42页/共51页2023/3/19436智能化

传感器与微处理器结合。不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、自诊断、“思维”等人工智能。

7新一代航天传感器研究随着航天技术的发展，航天器上需要的传感器越来越多，航天飞机上安装有3500支左右，而且传感器的指标要求也高。比如：八五期间，我国对新一代航天传感器提出的要求是小型化(<100g)、低功耗(<30mW)、高精度(<0.5%)、高可靠性(>0.998)。第43页/共51页2023/3/1944面部识别技术第44页/共51页2023/3/1945月球车第45页/共51页2023/3/1946火星车第46页/共51页2023/3/1947“惠更斯”号登陆土卫六的效果图土卫六表面第47页/共51页2023/3/1948