传感器技术及应用.ppt

1、传感器技术与应用、课程地位与作用、课程介绍、一、传感器技术概述、传感器技术介绍、“没有传感器就没有现代科学技术”的观点为世界所公认。 以传感器为核心的检测系统就像神经和感觉一样，不断向人类提供宏观和微观世界的各种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。 传感器技术作为信息科学的重要分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一起构成了信息技术的完整学科。 在人类进入信息时代的今天，人们所有的社会活动都以信息获取和信息转换为中心，传感器作为信息获取和信息转换的重要手段，是信息科学的前沿阵地，是实现信息化的基础技术之一。 传感器技术概述、一、传感器技术概述、一、传感器技术概述、传感器技术概述、

2、传感器感觉、传感器(Sensor，Transducer )人体系统：人有五个感觉器官：眼睛、耳朵、鼻子、舌头、皮肤。 通过这些感觉器官来感知外界的信息。 机械系统：在机械系统中，传感器是各种机械和电子设备的感觉器官。 感知光、颜色、温度、压力、声音、湿度、气味、辐射等。 传感器技术概述、一、传感器技术概述、外界信息、人机系统的功能对应关系、传感器的性能超过人的感觉：例如温度传感器：-196 1800压力传感器：0.01 10000kPa精度：0.1% 0.01%可靠二、传感器现代信息技术的三大支柱之一传感器技术(信息采集)通信技术(信息传递)计算机技术(信息处理)在信息系统中分别起到“感觉”、

3、“神经”和“大脑”的作用。 现代测量与自动控制的第一环节传感器是信息采集系统的第一部件，计算机的“五官”。 没有将原始信息转换为准确可靠的捕捉的传感器，就无法实现所有的测量和控制。传感器技术概述、二、传感器技术的作用和地位、评价国家综合实力的重要标志传感器和传感器技术的发展水平是评价国家综合实力的重要标志，也是判断国家科技现代化水平和生产水平高低的重要依据。 日本：传感器技术是计算机、通信、激光、半导体、超导和传感器等六大核心技术之一。 在21世纪的技术预测中把传感器列为首位。 美国：传感器和信号处理是影响国家安全和经济发展的重要技术之一。 欧洲：传感器技术作为优先发展的重点技术。 中国：在国

4、家重点科技项目中，传感器也被列为重要位置。 传感器技术介绍，二、传感器技术的作用和地位，传感器技术的应用使各领域的传感器渗透到宇宙开发、海洋勘探、军事防卫、环境保护、资源调查、医学诊断观、生物工程、商检质量检查，以及文物保护等极为广泛的领域。 毫不夸张地说，大多数现代化工程，甚至是各种复杂的工程系统，都离不开各种传感器。 显然，传感器技术在发展经济、推动社会进步中发挥了重要作用。传感器技术介绍、二、传感器技术的作用和地位、4D彩超是罕见胎儿的出生前笑容(AP通信照片)、传感器技术介绍、三、传感器技术应用、传感器技术介绍、三、传感器技术应用、自动检测和自动控制系统石油化工、造纸、木材干燥、烟草传

5、感器技术概述，三，传感器技术的应用，汽车和传感器传统：行驶速度、距离、发动机转速、燃料剩馀量。安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱死装置、电子变速控制装置、汽车“黑匣子”。 环境保护：排气循环装置、电子燃料喷射装置。 传感器技术概要、三、传感器技术的应用、传感器在机器人上的应用单能机器人：生产用的机器人式(加工、组装、检查)。 检测机械臂的位置和角度传感器。隧道凿岩机器人、汽车焊线、传感器技术概述、三、传感器技术的应用、传感器在机器人上的应用智能机器人：判断能力。 视觉传感器、触觉传感器。 水下探测机器人、家庭服务机器人、传感器技术概述、三、传感器技术的应用、传感器在机器人上的应用

6、智能机器人：考古发掘埃及金字塔世界最古老的石棺。 法老的咒语：“无论谁骚扰法老的安宁，死神的翅膀都会降落在它的头上。 小机器人挑战法老的咒语，代替科学家勇敢地探索胡夫金字塔内部的秘道。 金字塔漫游者机器人511，地面探测雷达，超声波传感器(测量石头的厚度)。 传感器技术概述，三，传感器技术的应用，传感器和家电自动电饭煲，吸尘器，空调，电子热水器，风干器，熨斗，电风扇，洗衣机，洗碗机，照相机，冰箱，电视，录像机，家庭影院。传感器技术概述、三、传感器技术的应用、传感器和遥感技术飞机和宇宙飞机：近紫外线、可见光、远红外线、微波。 船舶：超声波传感器。 红外线接收传感器、传感器技术概述、三、传感器技术

7、的应用、传感器在军事技术领域的应用“注意军事力量主要改变被认为是军舰、坦克、飞机的概念，考虑信息通信技术能够提供的军事力量。 这场军事革命从重视军舰、坦克和飞机转变为重视传感器等的作用。 “信息时代的军事革命”美国联合会副主席欧文斯说，特殊武器观察、侦察、探测、传感器技术概述、三、传感器技术的应用、传感器的医疗以及人体医学的应用医疗传感器：人体内部温度、血液、呼吸流量、肿瘤、心音、腔内压力、心传感器和航天器：预定轨道上速度、加速度、飞行距离的测量：陀螺仪、太阳光传感器、星光传感器、地磁传感器。 周围环境、内部设备监视器、自身状态。 传感器技术概述、三、传感器技术的应用、传感器技术的应用，使各领

8、域的传感器渗透到宇宙开发、海洋探测、军事防卫、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质量检查甚至文物保护等极其广泛的领域。 毫不夸张地说，大多数现代化工程，甚至是各种复杂的工程系统，都离不开各种传感器。 显然，传感器技术在发展经济、推动社会进步中发挥了重要作用。 传感技术的发展可分为两个方面：提高和改善传感器的技术性能寻找新原理、新材料、新工艺、新功能等。 另一方面，改善传感器性能的技术路径1、差动技术差动技术是传感器普遍采用的技术。 其应用显着减小温度变化、电源变动、干扰等对传感器精度的影响，抵消共模误差，减小非线性误差等。 由于许多传感器采用了差动技术，所以灵敏度也可以增加。 传感器

9、技术的发展趋势，2、平均技术作用：传感器普遍采用平均技术产生平均效应。原理：若用多个传感器单元同时感应测定，则输出为这些单元的输出的平均值，将每个单元可能引起的误差视为随机误差并遵循正态分布，根据误差理论，n个传感器单元数的总误差在传感器中使用平均技术时，传感器误差变小传感器技术的发展趋势，3，补偿和补偿技术补偿和补偿技术的运用大致对应于两种情况：对于传感器自身的特性，发现传感器的工作条件或对于外界环境，对于传感器特性发现误差的变化规律，或者测量其大小和方向，用适当的方法进行补偿或补偿。 对传感器的工作条件和外界环境进行误差补偿也是提高传感器精度的有力技术措施。 很多传感器对温度敏感，温度变化

10、引起的误差相当大。 为了解决这个问题，可以根据需要控制温度，使用恒温装置，但是费用过高，现场不允许的情况很多。 往往也可以在传感器内引入温度误差补偿。 找到此时温度对测量值的影响规律，导入温度补偿措施。 补偿和修正可以由电子电路(硬件)解决，也可以由使用微型计算机的软件实现。 传感器技术的发展趋势，4、屏蔽、隔离和干扰抑制传感器大多在现场工作，现场条件往往难以充分预测，有时甚差。 各种外在因素影响传感器的精度和各相关性能。 为了减小测量误差，保证其本来的性能，需要设法减弱或消除外在因素对传感器的影响。 基本方法可以减小传感器对影响因素的灵敏度，降低外在因素实际作用于传感器的程度，对电磁干扰可以

11、采用屏蔽、隔离定措施，可以采用滤光器等方法加以抑制。 对温度、湿度、机械振动、气压、声压、辐射甚至气流等，可以采用绝热、密封、防振等隔离措施，转换为电量后分离或抑制干扰信号，减小其影响。 传感器技术的发展趋势，在使用传感器的时候，测定要求高的情况下，根据需要追加的调整元件，后续电路的主要部件的劣化处理也对应。 提高传感器性能的稳定性对策：对材料、元器件或整个传感器进行必要的稳定性处理。 例如，永久磁铁材料的时间劣化、温度劣化、机械劣化及交流稳定磁处理、电气部件的劣化筛选等。 传感器性能变得不稳定的原因：随着时间的经过和环境条件的变化，构成传感器的各种材料和部件性能发生变化。 5稳定性处理传感器

12、作为长期测量和反复使用的器件，稳定性特别重要。 在这些困难的情况下或无法定期标定的情况下，具有超过精度指标的重要性。传感器技术的发展趋势、新型传感器开发新材料新技术的采用集成化、多功能化智能化、二、开发传感器的发展趋势开展基础研究，发现新现象，实现传感器新材料和开发新技术的传感器的集成化和智能化、传感器技术的发展趋势， 开发新型传感器的重要途径：由于传感器的工作机理基于各种效应和规律，进一步探索具有新效应的敏感功能材料，从而开发具有新原理的新型物性传感器器件是发展高性能、多功能、低成本和小型传感器的重要途径结构型传感器：发展迅速，现在越来越成熟。 结构型传感器被认为结构复杂、体积大、价格高。

13、物性型传感器：几乎相反，有很多吸引人的优点，过去的发展也不够。 世界各国向物性型传感器投入大量人力物资加强研究，成为值得关注的发展动向。 1、开发新型传感器新型传感器的主要三个方面：采用新原理填补传感器空白的仿生传感器。传感器技术的发展趋势，2、新材料传感器材料的开发是传感器技术的重要基础。 随着材料科学的进步，人们可以任意控制成分，修订制造各种传感器用的功能材料。 用复杂的材料制造性能更好的传感器是今后的发展方向之一。 (1)半导体敏感材料(2)陶瓷材料(3)磁性材料(4)智能材料、半导体氧化物可以制造各种气体传感器，但是陶瓷传感器的工作温度远远高于半导体，光纤的应用是传感器材料的重大突破，

14、使用它开发的传感器一直以来有机材料作为传感器材料的研究，引起国内外学者的极大关注。 传感器技术的发展趋势，3、新技术的采用在新型传感器的发展中，新技术的采用是不可或缺的。 新工艺的意义范围很广，这里主要指与新传感器的发展特别密切相关的微加工技术。 微机械加工技术：近年来随着集成电路工艺的发展，它是一种用于离子束、电子束、分子束、激光束和化学蚀刻等微电子加工的技术，目前正在越来越多的传感器领域中使用。 例如，利用半导体技术制造压阻式传感器，利用薄膜工艺制造快速响应的气体感湿感传感器，日本横河公司利用各向异性蚀刻技术进行高精度的三维加工，在硅片上构成孔、槽角锥、半球等各种开头，制作全硅谐振式压力传

15、感器传感器技术的发展趋势，纳米堆叠，同一功能的多元件并行化：同一类型的单一传感器元件在集成过程中并列在同一平面上，如CCD图像传感器。 多功能一体化：传感器与放大、运算及温度补偿等环节一体化，组装在一个器件中。 除了能够将功能不同的多个传感器元件一体化，同时进行多个残奥仪表的测量以外，还能够综合地处理、评价这些残奥仪表的测量结果，能够反映被测量系统整体的状态。 4 .集成、多功能允许同时测量多个不同的测量残奥仪表，并形成集成块，其中，复合多个不同的传感器元件。 例如，温气湿的三功能陶瓷传感器开发成功了。 传感器技术的发展趋势，5，智能化是一种对外界信息具有检测、数据处理、逻辑判断、自适应诊断和

16、自适应能力的集成一体化多功能传感器，该传感器具有与本体交互的功能，自主选择最佳方案，对得到的大量数据进行分割处理，实现远距离、高速、高精度的传输等智能传感器是传感器技术和大规模集成电路技术的结合，其实现取决于传感器技术和半导体集成化工艺水平的提高和发展。 此类传感器具有多功能、高性能、小型、大批量生产和易于使用等优点，是传感器的重要发展方向之一。 例如： DS18B20，适用于下一代微处理器的智能温度传感器。 北京航空航天大学出版社，筷子传感器技术的发展趋势，教材，传感器技术和应用，樱尚春编筷子传感器技术和应用，信息技术，信息获取信息处理，传感器技术和应用，信息技术， 信息获取信息传递信息处理

17、1-1传感器的作用和功能1-2传感器的分类1-3传感器技术的特征1-4传感器技术的发展1-5传感器技术相关的一些基本概念1-6本教材的特征和主要内容，传感器是“感觉”这个词传感器技术是现代高科技(电气五官) 所定义的传感器传感器通常由传感器和转换设备组成，其中，该设备或装置能够接收预定测量并根据一定规则将其转换为可用的信号输出。我国经常同等使用“传感器”和“传感器元件”，1、传感器定义、1-1传感器的作用和功能、传感器是什么？压力膜盒位移杆位移刷位移电位计电压，如何获取信息，实现输入、输出、测量的过程：利用输入输出的关系，根据输出电压计算输入(被测量)，传感器是如何获取信息的？ “感测元素”(Sensing element )直接感测或响应测量的部分。 有时把传感器元件称为传感器。 转换元件可以将传感器元件的感测或响应的测量转换成适于发射或测量的电信号部分。