机电一体化 课件 3.1 认识传感器

3机电一体化检测传感技术任务3.1认识传感器

1传感器的组成2传感器的分类任务3.1认识传感器

人类为了进一步认识和改造自然,依靠自身的感觉器官显得很不够用。于是,一系列代替、补充、延伸人的感觉器官功能的各种手段就应运而生,从而出现了各种用途的传感器。传感器广泛应用在智能手机，汽车，安全系统、咖啡壶等日常物品中、同时也是物联网（IoT：InternetofThings），医疗，核能，国防，航空，机器人技术和人工智能，农业，环境监测和深海应用的组成部分。任务3.1认识传感器

传感器技术是机电一体化技术中的一个核心技术。在机电一体化中,需要传感器来感知获得被控对象状态、特征等物理量（如位置、速度、加速度等），保证对系统的运行作出精确的控制。因此，传感器技术的提升能够推动机电一体化系统的各项工作水平的提升，对提升系统的工作质量和效率有着十分重要的意义。传感器检测作用与信息传递过程与人脑识别外界事物过程相类似，是机电一体化系统必不可少的组成部分，是机与电有机结合的纽带。任务3.1认识传感器

传感器为机械与电气领域之间提供了必要的接口，其本质上一定是机电化的产品。

本节介绍传感器的组成及工作原理，并对其分类做简要说明。任务3.1认识传感器

学习目标课程内容3.1传感器组成与分类知识目标

掌握传感器的组成、分类。能力目标能识别不同种类的传感器学习建议：理论教学

建议1课时任务3.1认识传感器

传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。任务3.1认识传感器

传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成如图所示。1.传感器的组成敏感元件转换元件

被测量电量基本转换电路

图3-1传感器组成框图任务3.1认识传感器

电阻应变式称重传感器基本原理：弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在它表面的电阻应变片也随同产生变形。电阻应变片变形后，其阻值发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，从而完成了将外力变换为电信号的过程。图3-2电子秤结构图a）商品电子称荷重传感器机构b）台式商品电子称机构c）工业电子秤商品荷重传感器任务3.1认识传感器

1.传感器的组成a）商品电子称荷重传感器机构2.传感器各组成部分的作用测量转换电路---把转换元件产生的电参数量转换成电量。常用的转换电路有电桥电路、脉冲调制电路、谐振电路等，它们将电阻、电容和电感等电参量的变化，转换成模拟或数字信号如电压、电流、频率等。电子秤中常用的电桥电路就是测量转换电路。敏感元件---电子秤中的铝合金梁，能感受因物体重量变化而引起梁应变。转换元件---贴在电子秤中铝合金梁上的应变片：能感受物体重量发生应变，引起应变电阻丝拉伸或缩短，把应变转换成电阻变化。任务3.1认识传感器

测量转换电路任务3.1认识传感器

有些传感器（如热电偶）只有敏感元件，感受被测量时直接输出电动势。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，无需基本转换电路，如压电式加速度传感器。有些传感器由敏感元件和基本转换电路组成，如电容式位移传感器有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换才能输出电量。大多数传感器是开环系统，但也有个别的是带反馈的闭环系统。传感器的组成说明任务3.1认识传感器

按被测物理量分：如：力，压力，位移，温度，角度传感器等；

按照传感器的工作原理分：如：应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等；

按照传感器转换能量的方式分：（1）能量转换型：如：压电式、热电偶、光电式传感器等；（2）能量控制型：如：电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等；3.传感器的分类

目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下几种：任务3.1认识传感器

4、按照传感器工作机理分：（1）结构型：如：电感式、电容式传感器等；（2）物性型：如：压电式、光电式、各种半导体式传感器等结构性主要通过机械结构的几何形状或尺寸的变化将外界被测量转换为相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测量信号。目前应用最为普遍。

物性型利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量。它是以半导体、电介质等作为敏感材料的固态器件。任务3.1认识传感器

3.传感器的分类按照传感器输出信号的形式分：（1）模拟型：传感器输出为模拟电压量；（2）数字型：传感器输出为数字量，如：编码器式传感器。（3）开关型：只有“1”和“0”两个值，或开和关两个状态，

如：限位开关。根据能量转换原理可分为：（1）有源传感器：有源传感器将非电量转换为电能量，如电动势、电荷式传感器等；（2）无源传感器：无源程序传感器不起能量转换作用，只是将被测非电量转换为电参数的量，如电阻式、电感式及电容光焕发式传感器等。任务3.1认识传感器

3.传感器的分类在机电一体化系统中，常用传感器有：测量机械运动行程的有：光电式或电感式接近开关、霍尔开关等；测量机械运动位移的有：光电编码器、光栅尺、旋转变压器；测量机械运动速度的有：测速电机、光电编码器等。任务3.1认识传感器

德国任务3.1认识传感器

德国任务3.1认识传感器

德国任务3.1认识传感器

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SONY索尼位移传感器DK50PR5任务3.1认识传感器

任务3.1认识传感器

任务3.1认识传感器

智能传感器可能由一系列模拟和数字模块组成，每个模块都提供特定的功能。数据处理和模数转换（ADC：analog-to-digitalconverter）功能有助于提高传感器的可靠性和测量精度。因此，通过集成新技术，传感器行业发生了巨大的转变。传感器发展趋势：正走向智能化传感器是一种接收信号或刺激并对其作出响应的输入设备。最新的传感器具有更多功能，包括用户友好性，可访问性和灵活性等，使传感器更加智能化。普通传感器仍在许多应用中使用。但是微机电系统（MEMS：Micro-Electro-MechanicalSystem）的创新和进步正在将传感器技术提升到一个全新的水平。普通传感器的功能已通过多种方式扩展，现在提供了许多其他属性。最新的传感器变得越来越智能，提供更高的精度，灵活性和易于集成到分布式系统中的能力。智能传感器使用标准总线或无线网络接口相互通信，或与微控制器（MCU：MicroControllerUnit）通信。网络接口使数据传输更加容易，同时也扩展了系统。制造商可以诊断传感器故障，并指导用户通过计算机网络进行远程故障排除。任务3.1认识传感器

2020年最新的传感器，包括用于物联网和可穿戴设备的传感器，它们将很快改变电子行业。例如近期发明的：检测病人蛋白质水平的无声心脏病检测器、警告纠正乘员坐姿错误的椅子，传感器起着至关重要的作用根据行业报告，与计算机和通信设备市场相比，传感器正在成为最大和增长最快的市场。任务3.1认识传感器

中国传感器企业仍然任重而道远

今天活跃在传感器国际市场上的仍然是德国、日本、美国、俄国等老牌工业国家的产品。在这些国家里，传感器的应用范围很广，许多厂家的生产都实现了规模化，有些企业的年生产能力能达到几千万只甚至几亿只。任务3.1认识传感器

相比之下，中国传感器的应用范围较窄，更多的仍然停留在航天航空以及工业测量与控制上。据有关资料显示，我国最大的传感器公司的年产值也仅有55000只。而且，高、精、尖传感器和新型传感器的市场，几乎全被国外品牌或合资企业垄断了。任务3.1认识传感器

中国传感器企业仍然任重而道远

但现在我国传感器面临着历史上的最好时刻，市场需求量大，国家政策支持，一方面许多国内企业在努力开发自己的新技术，企业管理模式大大改进，另一方面来自国际的AMA德国传感器协会还参会进行支持。传感器的质量、价格、功能都是将来国内企业要重点提高的方面。将来国内传感器还要走好从工业过程检测向功能独立的设备仪器转