大三传感器与检测技术

传感器与检测技术

SensorandDetectionTechnology朱启兵

传感器与检测技术1.课程性质本课程是一门重要的综合性较强的专业课程。重要性（1）科学发展的必然趋势是信息化（2）信息化的基础是信息技术综合性（1）信息的综合性力信息、速度信息、热信息、电信息等。（2）学科的综合性材料力学、电子技术、物理理论、信号处理技术、测试计量技术、误差理论等。传感器与检测技术2.课程目的掌握传感器技术的基本概念和常用的传感器的工作原理、结构、特性及其应用。根据被测量的特点及测量要求，具有选择适当传感器的能力。具有组成自动检测系统的能力。对检测系统中的技术问题具有一定的处理能力。传感器与检测技术3.课程内容

本课程主要介绍工业自动化等领域中常见物理量(压力、应变、位移、加速度、温度等）的传感器测量原理、测量电路原理和信号分析方法。传感器基础智能仪器工程应用传感器原理信号处理传感器与检测技术4.教材与参考资料教材：传感器与检测技术，徐科军等，电子工业出版社参考资料：（1）传感器原理及应用，王化祥等，天津大学出版社（2）非电量电测技术，严钟豪等，机械工业出版社（3）其它参考资料5.考核方式考试70%+平时（15%）+实验（15%）传感器与检测技术第0章绪论一、传感器基本概念与物理定律二、传感器的构成及分类三、传感器技术的地位和作用四、传感器技术的发展趋势传感器与检测技术第0章绪论一、传感器基本概念与物理定律（1）什么叫传感器（Transducer/Sensor)？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（GB7765-87）。

传感器是测量装置，能完成检测任务。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。输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等。主要是电量。输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。

不同领域有不同的名称，定义是不断发展的。第0章绪论一、传感器基本概念与物理定律（2）什么叫传感器技术？传感器技术是一个以传感器为核心，汇聚物理,化学,材料,器件,机械,电子,生物工程等多类型交叉学科，涉及传感检测原理,传感器件设计,传感器开发和应用的综合技术。

第0章绪论一、传感器基本概念与物理定律(3)传感器的物理定律守恒定律：包括能量,动量,电荷量等守恒定律场的定律：包括动力场的运动定律,电磁场的感应定律等,其作用与物体在空间的位置及分布状态有关。

结构型传感器（电感、磁电、电容等），性能受传感器的形状、尺寸影响。物质定律：它是表示各种物质本身内在性质的定律,如虎克定律,欧姆定律等，通常以这种物质所固有的物理常数加以描述。

物性型传感器（压电、压阻、光敏、热敏等）,性能受物质的固有物理常数影响.统计法则：它是把微观系统与宏观系统联系起来的物理法则.这些法则常与传感器的工作状态有关.第0章绪论二、传感器的构成及分类（1）传感器的典型组成及功能框图与被测量成确定关系的有用非电量转换成电参量转换成电量输出具体构成方法与被测对象、转换原理、测试环境等具体要求有关。第0章绪论二、传感器的构成及分类（2）传感器的基本构成形式（6种）（a）自源型特点：①不需要外能源；②其敏感元件具有从被测对象直接吸取能量，并转换成电量的效应；③输出能量较好。例：热电偶，压电器件等

（b）辅助能源型（能量转换型）为转换元件外加辅助能源构成的型式。辅助能源起激励作用,可以是电源也可以是磁源。特点：不需要转换电路就有较大的电量输出。例:某些磁电式和霍尔等电磁感应式传感器。第0章绪论二、传感器的构成及分类（2）传感器的基本构成形式（6种）（c）外源型（能量控制型）特点:①由利用被测量实现阻抗变换的转换元件构成②它必须通过带外电源的变换(测量)电路.才能获得电量输出.例：电阻、电感、电容、热敏、气敏等传感器第0章绪论二、传感器的构成及分类（2）传感器的基本构成形式（6种）（d）补偿型相同敏感元件补偿型差动结构补偿型不同敏感元件补偿型

应变测量差动变压器热敏温度补偿第0章绪论二、传感器的构成及分类（2）传感器的基本构成形式（6种）（d）反馈型第0章绪论二、传感器的构成及分类（3）传感器的分类第0章绪论二、传感器的构成及分类（4）传感器的基本要求(a)足够的容量;(b)灵敏度高，精度适当;(c)响应速度快，可靠性好；(d)适用性和适应性强；(e)经济性。第0章绪论三、传感器技术的地位和作用

工业生产倍增器

科学研究先行官

社会物化法官

军事战斗力（1）产品检验和质量控制的重要手段；（2）在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用；（3）楼宇控制与安全防护；（4）自动化系统中不可缺少的组成部分。第0章绪论三、传感器技术的地位和作用工业生产的倍增器传感技术在现代工业生产中获得了广泛的运用，是带动国民经济增长的一个关键领域。第0章绪论三、传感器技术的地位和作用第0章绪论三、传感器技术的地位和作用烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器第0章绪论三、传感器技术的地位和作用第0章绪论三、传感器技术的地位和作用科学研究的先行官

诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”

俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”

近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人军事战斗力1991年海湾战争精确制导炸弹和导弹占8%2003年伊拉克战争90%第0章绪论三、传感器技术的地位和作用美军研制的未来单兵作战武器---OICW夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标，以便精确的设定引爆时间。第0章绪论三、传感器技术的地位和作用“物化法官”

检查产品质量

监测环境污染

识别指纹假钞

查服违禁药物

侦破刑事案件第0章绪论四、传感器技术的发展趋势相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等新的检测理论、方法和技术手段形成推动实验研究和发展1、传感器水平的提高化学传感器、微生物传感器、仿生传感器（代替视觉、嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温、超高压、超低温和超高真空等极端参数的新型传感器1）新原理、新材料、新工艺新功能传感器2）新领域、新需求新型传感器光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器）3）传感器向着高精度小型化和集成化方向发展微电子技术---多个传感器集成在一个芯片或阵列上②一体化：将传感器和后续的处理电路集成一体③微型化：微米/纳米技术、MEMS技术体积微小、重量轻微(a)多维图像化：点测量平面/空间测量例：电荷耦合器件（CCD）----光敏元阵列数码相机(