《传感器技术及应用（第2版）》课件 第1章 绪论

传感器技术及应用（第2版）第1章绪论《传感器技术及其应用》课程目标掌握传感器的结构、工作原理、工作特性及其应用；掌握信号处理电路的工作原理及接口技术；初步掌握传感器系统的应用、开发的综合技术，能够根据工程需要选择合适的传感器构成各种控制与检测电路；通过文献查询、文献总结和课程报告等形式，了解传感器与检测技术的发展趋势及前沿。2课程性质：专业课总学时：理论**学时+实验**学时传感器简述1.2传感器技术的作用与地位1.11.2无人装备中的传感器简介1.31.4第1章绪论3本章小结1.1传感器技术的作用与地位4国家标准《传感器通用术语》中：能感受（或响应）规定的某种被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。狭义地定义为：“能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置”或“能把非电量转换成电量的器件或装置”。5传感器的定义传感器是一种测量装置，可用于对指定被测非电量进行检测；它能感受某种被测量（传感器的输入）并将其按一定规律转换成便于处理、存储、应用的另一参量（传感器的输出）；传感器的输出量与输入量之间具有对应关系，一般要求满足一定的技术指标，如量程、精确度、灵敏度、线性度等。6传感器的定义包含以下几个方面的含义：传感器通常由敏感元件和转换元件组成：

7传感器的组成：敏感元件：传感器中直接感受被测量的部分，转换器件通常是指将敏感元件的输出转换为便于处理、存储、应用的参量的部分。转换元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成参量。传感器的命名8主题词——传感器。第一级修饰语——被测量，包括修饰被测量的定语。第二级修饰语——转换原理，一般可后续以“式”字。第三级修饰语——特征描述，指必须强调的传感器结构、性能、材料特征、敏感元件及其他必要的性能特征，一般可后续以“型”字。第四级修饰语——主要技术指标（量程、精确度、灵敏度等）。【例1-1-1】传感器，绝对压力，应变式，放大型，1~3000kPa。【例1-1-2】传感器，温度，热电阻式，Pt100，－100~600℃。传感器的作用与地位9“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。[Mendelyeev,DmitryIvanovich]

科学仅仅是在人们懂得了测量才开始的－门捷列夫人通过五官（视、听、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。而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”）。10传感器的作用与地位机器系统与人体结构的对应关系图11五官和皮肤外部世界大脑肌体传感器控制器执行器传感器的作用与地位12传感器的作用与地位现代信息技术的三大支柱：传感器技术、通信技术、计算机技术如果没有高度保真和性能可靠的传感器，没有先进的传感器技术，信息的准确获得与精密检测就成了一句空话，通信技术和计算机技术也就成了无源之水，无本之木，现代测量与自动化技术随之变成水中之月、镜中之花。现阶段，从宇宙探索、海洋开发，到国防建设、工农业生产；从环境保护、灾情预报，到包括生命科学在内的每一项现代科学研究；从生产过程的检测与控制，到人民群众的日常生活等等，几乎都离不开传感器。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。1.2传感器简述13传感器的分类14分类方法传感器的种类说明按传感器输入参量分位移传感器、压力传感器、温度传感器、流量传感器、物位传感器等以传感器被测参量命名按传感器工作原理分电阻式、电容式、电感式、压电式、超声波式、霍尔式等以敏感器的信号转换方式命名按物理现象分结构型传感器依赖结构参数的变化实现信息转换物性型传感器依赖敏感元件物理特性的变化实现信息转换按输出信号分模拟式传感器输出为模拟量数字式传感器输出为数字量按能量关系分能量转换型传感器直接将被测对象的能量转换为输出能量能量控制型传感器由外部供给传感器能量，由被测量大小比例控制传感器的输出能量传感器的应用领域15传感器技术已广泛应用于工业、农业、商业、交通、环境保护、医疗诊断、军事国防、航空航天、自动化生产、现代办公设备、智能楼宇和家用电器等领域。传感器在工业检测和自动控制系统中的应用在汽车中的应用传感器在机器人中的应用传感器在航空航天中的应用传感器在遥感技术中的应用传感器在家用电器中的应用传感器在医学中的应用传感器在环境保护中的应用传感器在军事方面的应用传感器技术的发展趋势16传感器技术涉及多个学科领域，它是利用物理定律和物质的物理、化学和生物特性，将非电参量转换为电参量。所以努力探索新现象、新理论，采用新技术、新工艺、新材料以研发新型传感器，或提高现有传感器的转换效能、转换范围或某些技术性能指标和经济指标，将是传感器总的发展方向。传感器技术大致可分三代：结构型传感器固体型传感器智能型传感器1.3无人装备中的传感器简介1718

1.机器人系统

2.无人驾驶汽车

3.无人机系统无人装备中的传感器传感器检测参数检测器件应用位置位置角度电位器、直线感应同步器角度式电位器、旋转变压器、光电编码器位置移动检测角度变化检测速度速度角速度测速发电机、转速表增量式码盘、测速发电机、转速表速度检测角速度检测加速度加速度应变片加速度传感器、压电式加速度传感器、伺服加速度传感器、压阻式加速度传感器加速度检测视觉平面位置距离形状缺陷摄像机、位置传感器测距仪线图像传感器画图像传感器位置决定、控制移动控制物体识别、判别检查，异常检测触觉接触把握力荷重分布压力多元力力矩滑动限制开关应变计、半导体感压元件弹簧变位测量器导电橡胶、感压高分子材料应变计、半导体感压元件压阻元件、马达电流计光学旋转检测器、光纤动作顺序控制把握力控制张力控制、指压控制姿势、形状判别装配力控制协调控制滑动判定、力控制力觉受力应变片力觉传感器、压电式力觉传感器、差动变压器传感器、电容式力觉传感器感知受力距离与接近觉接近间隔倾斜光电开关、LED、红外、激光光电晶体管、光电二极管电磁线圈、超声波传感器动作顺序控制障碍物躲避轨迹移动控制、探索听觉声音超声波麦克风超声波传感器语言控制（人机接口）导航嗅觉气体成分气体传感器、射线传感器化学成分探测味觉味道离子敏感器、PH计机器人用内、外部传感器分类表1-2内部传感器外部传感器19

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3.无人机系统无人装备中的传感器图1-5无人驾驶系统常见传感器及其位置图无人驾驶汽车首先需要对自身参数进行测量与控制，主要包括转速传感器、加速度传感器、温/湿度传感器等。汽车自动/辅助驾驶系统所用到传感器主要包括微波/毫米波雷达、可见光摄像头、激光雷达、红外传感器、超声波传感器等。20

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2.无人驾驶汽车

3.无人机系统无人装备中的传感器加速度传感器磁传感器倾角传感器电流传感器惯性测量单元发动机进气口流量传感器

图1-6四旋翼无人机系统常用传感器示意图无人机已经广泛应用于气象监