传感器技术0绪论.ppt

1、传感器技术,传感器技术课程 主讲人：何光宏,Email: ,网络课程：,何光宏,1、参考教材： 何光宏 传感器技术讲义 贾伯年 传感器技术第三版 2、成绩评定： 平时成绩(40%)+考试成绩（60%）,传感器的定义和组成,1.2,第0章 绪 论,传感器的分类及要求,3,传感器开发的新趋势,4,讨论,1 传感器的作用和重要性,讨论,1 传感器的作用和重要性,生活中有哪些地方使用了传感器？起什么作用？,传感器在系统控制、航空航天、国防、生活生产中有广泛而重要的应用 传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是测量和控制的首要环节。,一、传感器的作用,一、传感器的作用,感知、获取与检测,一、传感器

2、的作用 传感器实际上是一种功能模块，其作用是,一、传感器的作用 传感器实际上是一种功能模块，其作用是感知、获取与检测,一、传感器的作用 传感器实际上是一种功能模块，其作用是感知、获取与检测来自外界的各种信号，,一、传感器的作用 传感器实际上是一种功能模块，其作用是感知、获取与检测来自外界的各种信号，并将其转换,一、传感器的作用 传感器实际上是一种功能模块，其作用是感知、获取与检测来自外界的各种信号，并将其转换成可用的信号。,讨论,一、传感器的作用,和人体系统比较，传感器的作用相当于人体的哪些器官？,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

3、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” ）。,二、传感器的重要性 传感器技术在工业自动化、军事国防和以宇宙开发、海洋开发为代表的尖端科学与工程等重要领域有广泛应用。,温室环境检测系统,伽马x谱仪,激光高度计,太阳风离子探测器,太阳高能粒子探测仪,微波探测仪,日常生活中的应用：生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器、网络家居等方面的传感器已层出不穷，并在日新月异地发展。,汽车仪表盘,大气质量检测系统,冰箱,冰箱温控器,2 传感器的定义和组成,一、传感器的定义 定义（GB/T7665-2005）：

4、 传感器(Transducer/Sensor)是能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，通常由敏感元件和转换元件组成。,一、传感器的定义 敏感元件,一、传感器的定义 敏感元件 传感器中能直接感受和响应被测量的部分；,一、传感器的定义 敏感元件 传感器中能直接感受和响应被测量的部分；,检测！,一、传感器的定义 转换元件,一、传感器的定义 转换元件 传感器中能将敏感元件的感受或响应的被测量转换成适于传输和测量的电信号部分。,一、传感器的定义 转换元件 传感器中能将敏感元件的感受或响应的被测量转换成适于传输和测量的电信号部分。,转换！,含义 1）传感器是测量装置，能完成检测

5、和转换任务 2）它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等 3）输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等。 4）输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。,二、传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路三部分组成：,二、传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路三部分组成：,基本部分！,敏感元件（Sensitive element）：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件（Transduction element）：将敏感元件输出的被测量转换成适于传输和测量的电信号。 信号调理电路：将转换电路参数

6、接入转换电路，便可转换成电量输出。,敏感元件（Sensitive element）：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件（Transduction element）：将敏感元件输出的被测量转换成适于传输和测量的电信号。 信号调理电路：将转换电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。,传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。,补充说明,有些传感器很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换元件）组成，它感受被测量时直接输出电量。如热电偶、压电传感器、光电传感器等。,补充说明,有些传感器很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换元件）组成，它感受被测量时直接输出电量。如热

7、电偶、压电传感器、光电传感器等。 有些传感器，转换元件不止一个，要经过若干次转换。,补充说明,三、传感器的一般要求,思考： 如果让你设计一个温度检测系统，你对传感器有哪些主要要求？,？,三、传感器的一般要求 足够的容量 传感器的工作范围或量程足够大；具有一定的过载能力。 灵敏度高，精度适当 即要求其输出信号与被测信号成确定的关系（通常为线性），且比值要大；传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求。,响应速度快，工作稳定，可靠性好。 适用性和适应性强 体积小，重量轻，动作能量小，对被测对象的状态影响小；内部噪声小而又不易受外界干扰的影响；其输出力求采用通用或标准形式，以便与系统对接。 使用经

8、济 成本低，寿命长，且便于使用、维修和校准。,传感器可以按用途、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系等分类， 但应用较普遍的是按用途和工作原理的分类方式。,3 传感器的分类,1）按照传感器的用途分类 以传感器的被测量命名。如位移传感器、压力传感器、振动传感器、速度传感器、加速度传感器、温度传感器等,方便传感器选型！,2）按照测量的工作原理分类 根据传感器所赖以工作的原理（物理定律、物理效应、化学原理等）进行分类。,2）按照测量的工作原理分类 根据传感器所赖以工作的原理（物理定律、物理效应、化学原理等）进行分类。,电阻式传感器 电感式传感器 电容式传感器 磁电式传感器 压电式传感器 光电式传

9、感器 气电式传感器 热电式传感器 波式传感器 射线式传感器 半导体式传感器：霍耳器件、热敏电阻,3）按基本效应分类 分为物理传感器、化学传感器和生物传感器,3）按基本效应分类 分为物理传感器、化学传感器和生物传感器,物理传感器：,3）按基本效应分类 分为物理传感器、化学传感器和生物传感器,物理传感器：依靠被测量与敏感元件本身的物理特性变化之间的关系进行工作的传感器。按构成可细分为物性型传感器和结构性传感器。,物理传感器,物性型传感器,结构性传感器,物理传感器,物性型传感器：,物理传感器,物性型传感器： 依靠敏感元件材料本身的物理特性变化实现信号转换。,物理传感器,例如：光电管利用外光电效应；

10、热电偶温度传感器利用热电效应； 压电传感器利用压电效应； 水银温度计利用热胀冷缩效应 ； 应变式传感器利用应变电阻效应；,物性型传感器： 依靠敏感元件材料本身的物理特性变化实现信号转换。,物理传感器,物性型传感器,结构型传感器：,物理传感器,物性型传感器,结构型传感器：以传感器中敏感元件结构参数变化引起场的变化实现信号转换，主要体现为机械结构的几何尺寸、位置和形状的变化。,物理传感器,物性型传感器,结构型传感器：以传感器中敏感元件结构参数变化引起场的变化实现信号转换，主要体现为机械结构的几何尺寸、位置和形状的变化。,例如：变极距型电容传感器 变面积型电容传感器,3）按基本效应分类 分为物理传感

11、器、化学传感器和生物传感器,物理传感器,化学传感器：,3）按基本效应分类 分为物理传感器、化学传感器和生物传感器,物理传感器,化学传感器： 依靠传感器敏感元件材料本身的电化学反应进行测量。,3）按基本效应分类 分为物理传感器、化学传感器和生物传感器,物理传感器,化学传感器： 依靠传感器敏感元件材料本身的电化学反应进行测量。,例： 气敏传感器 湿度传感器,3）按基本效应分类 分为物理传感器、化学传感器和生物传感器,物理传感器,化学传感器,生物传感器：,3）按基本效应分类 分为物理传感器、化学传感器和生物传感器,物理传感器,化学传感器,生物传感器： 利用生物活性物质选择性的识别实现对生物化学物质的

12、测量。,3）按基本效应分类 分为物理传感器、化学传感器和生物传感器,物理传感器,化学传感器,生物传感器： 利用生物活性物质选择性的识别实现对生物化学物质的测量。,例如，酶传感器，免疫传感器,4）根据能量转换情况 能量控制型传感器 能量转换型传感器,能量控制型传感器,能量控制型传感器 用由被测对象获取的信号能量控制或调制外部电源提供给传感器输出端的能量，并输出与被测量相对应的电压（或电流）信号。,能量控制型传感器 用由被测对象获取的信号能量控制或调制外部电源提供给传感器输出端的能量，并输出与被测量相对应的电压（或电流）信号。 特点：传感器的输出能量必须由外部电源供给！有一定能量放大作用,能量控制

13、型传感器 用由被测对象获取的信号能量控制或调制外部电源提供给传感器输出端的能量，并输出与被测量相对应的电压（或电流）信号。 特点：传感器的输出能量必须由外部电源供给！有一定能量放大作用 如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、霍尔式传感器等,能量转换型传感器，又称有源型 传感器输出端的能量由被测对象获取的信息能量直接转换而来。 特点：不需要外电源；无信号放大作用 例如：热电偶传感器，光电池，压电传感器等,能量转换型传感器，又称有源型 传感器输出端的能量由被测对象获取的信息能量直接转换而来。 特点：不需要外电源；无信号放大作用,能量转换型传感器，又称有源型 传感器输出端的能量由被测对象获取的

14、信息能量直接转换而来。 特点：不需要外电源；无信号放大作用 例如：热电偶传感器，光电池，压电传感器等,5）根据传感器输出信号 模拟传感器 数字传感器,5）根据传感器输出信号 模拟传感器：传感器输出连续形式的模拟信号；,5）根据传感器输出信号 模拟传感器：传感器输出连续形式的模拟信号； 数字传感器：传感器输出离散形式的数字信号,4 传感器现状及发展趋势,一、传感器的现状 传感器技术的发展落后于芯片技术的发展 作为人脑的一种模拟的电子计算机的发展极为迅速，可是起五种感觉模拟作用的传感器却发展很慢！ 传感器的应用日益广泛 如：物联网技术 人们日益重视传感器的研发与应用,二、传感器的发展趋 从应用角度 从研发角度,1）传感器应用趋势 社会需求是传感器技术发展的强大动力。随着现代科学技术，特别是微电子技术和信息产业的飞速发展，以及“电脑”的普及，传感器在新的技术革命中的地位和作用更为突出，一股竞相开发和应用传感器的热潮已在世界范围内掀起。,传感器的应用领域和需求量,许多有竞争力的新产品开发和卓有成效的技术改造，都离不开传感器 传感器的应用直接带来了明显的经济效益和社会效益 传感器普及于社会各个领域，将造成良好的销售前景 物联网技术的出现,二、传