第1章-传感器基础模板

1、2020/7/4,第1章传感器基础知识1、传感器的地位和作用2、传感器的概念3、传感器的分类4、传感器与传感技术5、传感器技术的发展方向6、传感器的接口电路,2020/7/4,一、传感器的地位与作用,工业自动化表、控制系统及其相关测控技术科学仪器及其相关测控技术医疗仪器及其相关测控技术信息技术电测、计算仪器及其相关测控技术各类专用仪器仪表及其相关测控技术相关传感器、元器件、制造工艺和材料及其基础科学技术高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要30100种传感器。,2020/7/4,传感器国民经济运行中有巨大的辐射作用和影响

2、力传感器在科学研究中是先行官传感器在军事上体现出战斗力传感器是当代社会的物化法官传感器是科学探测的重要工具传感器技术是国家科技水平和综合国力的重要体现,2020/7/4,二、传感器的定义与分类,1、定义：能够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。2、含义：测量装置或器件，能完成信号获取任务输入量是被测量输出量是物理量输入和输出有对应关系和精确度,2020/7/4,3、框图：,2020/7/4,4、分类：按测量原理以传感器将非电量转换成电量时依据的物理、化学、生物等学科的原理。按输入信号输入的压力、温度、流量、速度、加速度、湿度等信号。则相应的压力传感器等按结构型和物性

3、型通过机械结构的几何形状和尺寸的变化，将被测量转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测量变化的称为结构型传感器；利用材料本身的金属、半导体、合金、陶瓷物理性质作为敏感材料的物性型传感器按使用材料传感器由金属、半导体、合金、陶瓷、复合材料等构成，则称为金属传感器等。,2020/7/4,尽管此处列出的传感器分类有较大的概括性,但由于传感器的分类不统一,因而这种分类很难完备,例如有的学者将传感器作了如下分类:(1)压力;(2）力/荷重;(3）位移（厚度）;(4）力矩;(5）角度;(6）角速度（转速）;(7）速度;(8）加速度;(9）角加速度;(10）倾斜角;(11）编码器;(12）

4、振动;(13）气体/烟雾;(14）温度;(15）热能;(16）湿度;(17）水份;(18）露点;(19）液位;(20）料位;(21）流量;(22）流速(23）风速;(24)电流;(25）电压;(26）电功率;(27）电频率;(28）接近开关;(29）磁性开关;(30）光电开关;(31）pH值;(32）电阻率;(33）电导率;(34）水溶氧;(35）生物;(36）红外线;(37）紫外线;(38）光纤;(39)离子;(40）激光;(41）超声波;(42）声音/噪声;(43）触觉;(44）图像/颜色;(45）密度/粘度;(46）混浊度。,2020/7/4,三、传感器与传感技术,传感器技术含义：研究传

5、感器材料、设计、工艺、性能和应用的综合技术，以传感器为核心逐渐外延，与测量学、微电子学、物理学、光学、机械学、材料学、计算机科学等多门学科相关，是多技术相互渗透形成的一个新技术学科领域。传感器技术是信息技术的三大支柱之一：传感与控制技术、通信技术、计算机技术。传感器技术是自动控制、自动调节的关键技术之一：实现自动控制系统的关键环节，是决定机电一体化系统功能的实现的不可缺少的关键技术。,2020/7/4,传感器技术,材料学、力学、电学、磁学、微电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科相互交叉的

6、综合性高新技术密集型前沿技术，广泛应用于航空航天、兵器、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林渔业、食品、烟酒制造、建筑、汽车、舰船、机器人、家电、公共安全等领域。,2020/7/4,四、传感技术的特点,传感技术是边缘学科：机理各异，涉及多门学科与技术在理论上以物理学中效应、现象、化学中的反应、生物学中机理作为基础涉及电子、机械制造、化学工艺、生物工程等技术多种高科技高技术的集合产物传感器产品、产业分散面广：传感器品种繁多、被测参数多，应用领域广泛。传感器性能稳定、测试精确：具有高稳定性、高可靠性、高重复性、低迟滞、快响应和良好的环

7、境适应性。传感器功能、工艺要求复杂基础、应用相互依存，产品、市场相互促进,2020/7/4,五、传感器技术的发展方向,传感器的固态化传感器的集成化传感器的多功能化传感器的智能化传感器的高可靠性和宽温度化多传感器的集成与融合化传感器的网络化,2020/7/4,传感器技术的发展十分迅速的原因有如下几点:(1)电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展。(2)政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植。(3)国防、空间技术和民用产品有广大的传感器市场。(4)在许多高新技术领域可获得用于开发传感器的理论和工艺。从市场来看,力、压力、加速度、物位、温度、湿度、水分等传感器将保持较大的需求量。传感器的市场结

8、构如表1.1所示。,2020/7/4,表1.1传感器市场结构,2020/7/4,近年来,由于微电子技术、微机械加工技术、纳米技术的迅速发展,传感器领域的主要技术也将在现有基础上予以延伸和提高:（1）微机械加工技术（MEMT）和纳米技术将得到高速发展。采用MEMT制作的传感器和微系统,具有体积微小、低成本、高可靠性等独特的优点。（2）新型敏感材料将加速开发,微电子、光电子、生物化学、信息处理等各学科的互相交叉、渗透和综合利用,将会研制出一批新颖、先进的传感器。（3）敏感元件与传感器的应用领域将得到新的开拓,二次传感器和传感器系统的应用将大幅度增长。展望未来,传感器将向着小型化、集成化、多功能化、智能化和系统化的方向发展,由微传感器、微执行器及信号和数据处理器总装集成的系统越来越引起人们的广泛关注。传感器市场将会迅速发展,并会加速新一代传感器的开发和产业化。,2020/7/4,六、传感器的接口电路,1.传感器输出信号的特点：传感器的输出形式各样。传感器的输出信号一般较弱，电压。传感器的输出阻抗都比较高，信号输入到测量电路时，产生较大的信号衰减。传感器的输出信号动态范围很宽。传感器的输出与输入的关系不一定是线性的。传感器的输出信号会受温度的影响。,2020/7/4,表1.2传感器的输出信号,2020/7/4,2.典型的传感器接口电路,阻抗匹配器：半