第1讲 绪论.ppt

1、传感器基础,主讲人：康朝海,课程介绍,课程类型：选修课学时数：32成绩评定：平时+考试教材：黄贤武，传感器原理及应用，高等教育出版社，2006年3月；参考教材：1刘迎春，传感器原理设计与应用，国防科技大学出版社，1997年8月2苏铁力，传感器及其接口技术，中国石化出版社，1998年7月。,主要内容：1.1什么是传感器1.2传感器的作用和地位1.3传感器现状和国内外发展趋势1.4检测系统的组成原理1.5传感器的定义、组成和分类方法1.6本课程的特点和研究内容,传感器原理及应用,第1讲传感器概述,传感器原理,检测技术,压磁传感器,压电传感器,光电光导传感器,磁电式传感器,气敏传感器,湿敏传感器,辐

2、射式传感器,其他传感器,多传感器融合,检测电路,现代检测系统,课程主要内容,1.1什么是传感器,眼（视觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）舌（味觉）,感知外界信息大脑肌体,人体系统和机器系统比较,传感器,外界信息,感官,大脑,肌体,计算机,执行机构,从广义的角度来说，信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。,1.1什么是传感器,对于各种各样的被测量，有各种各样的传感器。下面请看几个传感器应用实例:,1.1什么是传感器,应用实例-多种气体检测系统,1.2传感器技术的作用和地位,传感器技术（信息采集）；通信技术（信息传输）；计算机技术（信息处理）；,构成现代信息技术的三大支柱是：,“感官”、“神经

3、”和“大脑”的作用。,它们在信息系统中分别起到：,在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。,1.2传感器技术的作用和地位,在基础学科研究中，传感器更有突出的地位。宏观上的茫茫宇宙、微观上的粒子世界、长时间的天体演化、短的瞬间反应。超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、弱磁场等极端技术研究。传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。现代工业生产尤其是自动化生产过程中，需要用各种传感器监视和控制生产过程的各个参数，传感器是自动控制系统的关键基础器件，直接影响到自动化技术的水平。,1.2传感器技术的作用和地位,目前传感器技术已经在越来越多的领域得到

4、应用，传感器对观测和自动化技术所起的作用远比家用电器所起到的作用大的多。这几乎是无可争议的事实。传感器广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研、航空航天、现代办公设备、智能楼宇和家用电器等领域。是构建现代信息系统的重要组成部分。,工业生产,机器人,视觉:平面、立体非视觉:触觉、滑觉、热觉、力觉、接近觉、,超声波测流量,红外测温,医疗诊断,智能建筑,给排水系统,泵系统,锅炉系统,环境控制,电力监测,能量计费,消防系统,保安系统,照明系统,DDC,智能建筑,门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统,指纹门禁,烟气测量,1.2传感器技术的作用和地位,传感器具有以下作用和功能（1

5、）测量与数据采集（2）检测与控制（3）诊断与监测（4）辅助观测仪器（5）资源探测（6）环境保护（7）医疗卫生（8）家用电器,1.2传感器技术的作用和地位,未来世界是个充满传感器的世界，还会有：智能房屋（自动识别主人，太阳能提供能源）智能衣服（自动调节温度）智能公路（自动记录公路的压力、温度、车流量）智能汽车（无人驾驶、卫星定位）智能,智能化水质检验,目前传感器总的发展趋势是：（1）发展、利用新效应；（2）开发新材料；（3）提高传感器性能和检测范围；（4）微型化与微功耗；（5）集成化与多功能化；（6）传感器的智能化；（7）传感器的数字化和网络化。,1.3传感器现状和国内外发展趋势,自动控制系统框

6、图,1.4检测系统的组成,普通电测仪表基本组成,典型微机测试系统,自动检测系统实例,一、传感器的定义,国家标准（GB7665-87）中传感器（Transducer/Sensor）的定义：,能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。,一感二传,1.5传感器的定义和组成,电容式压力传感器,压电式加速度传感器,电位器式压力传感器,几个例子,二、传感器的组成,敏感元件、转换元件、基本转换电路,1壳体2膜盒（敏感元件）3电感线圈（转换元件）4磁芯5转换电路,回顾,提问,学习标准,五、传感器分类,工作机理：物理型、化学型、生物型,物理型传感器：物理基础的基本定律。场的定律、物质定律

7、、守恒定律和统计定律,构成原理,结构型:物理学中场的定律物性型:物质定律,能量转换,能量控制型能量转换型,信号（数字、模拟）,用途：位移、压力、振动、温度,第2讲传感器基本特性,主要内容2.1传感器静态特性2.2传感器动态特性,传感器的输出输入作用图,传感器,外界影响,冲振,电磁场,输入,线性,滞后,灵敏度,误差因素,分辨力,稳定性(零漂),温漂,各种干扰稳定性,输出,供电,温度,重复性,一、静态特性技术指标,线性度灵敏度重复性分辨率迟滞稳定性漂移,输出量,输入量,零点输出,理论灵敏度,非线性项系数,1、线性度,直线拟合线性化非线性误差或线性度,最大非线性误差,1、线性度,满量程输出,直线拟合

8、线性化,出发点获得最小的非线性误差,拟合方法：理论拟合；过零旋转拟合；端点连线拟合；端点连线平移拟合；最小二乘拟合；,理论拟合,拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。方法十分简单，但一般说较大,过零旋转拟合,曲线过零的传感器。拟合时，使,端点连线拟合,把输出曲线两端点的连线作为拟合直线,端点连线平移拟合,在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离为原先的一半,y,L1,L2,L3,最小二乘拟合方法,最小二乘拟合,原理:,2、灵敏度,3、重复性,4、分辨率,分辨率：传感器的分辨率是指在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量。,有时也用该值相对满量程输入值的百分数表示：,5、稳定性,闪烁探测器8小时长期稳定性测量散点图,6、漂移,传感器的漂移是指在外界的干扰下，输出量发生与输入量无关的变化，包括零点漂移和灵敏度漂移等。,零点漂移,灵敏度漂移,时间漂移、温度漂移,7、迟滞（回差滞环）现象,例：一电子秤增加砝码10g50g100g200g电桥输出0.5mv2mv