传感器课件

传感器与检测技术防灾科技学院防灾仪器系主讲教师:姚振静Sensor&DetectingTechnology2传感器与检测技术教学安排考核方式课程简介传感器与检测技术3传感器与检测技术教学安排学时•总课时：64学时；•理论课：48学时；•实验课：16学时；（单班八次实验，分组，时间）•上课周数：1-16周4传感器与检测技术考核方式•考核方式：要求达到“平时成绩及格线+期末成绩及格线”，即“双及格线”。•平时成绩由考勤（10%）、作业（20%）、期中考试成绩（20%）和读书笔记四部分组成。•读书笔记5000字，内容是课堂听课笔记和与课程内容相关的课外读书笔记，不得用电子版本。•未达到考勤次数的，平时成绩记零分；•无读书笔记或读书笔记达不到要求的，平时成绩记零分。•期末课程考核：闭卷考试。•当“平时成绩+期末课程考核”都及格时，视为课程通过。5传感器与检测技术教材及参考教材•1徐科军主编传感器与检测技术第2版电子工业出版社•2王化祥传感器原理及应用(修订版)天津大学出版社•3王元庆新型传感器原理及应用机械工业出版社•4课件课程简介课程简介6传感器与检测技术电容式传感器电阻式传感器电感式传感器压电式传感器磁电式传感器传感器的工作原理、结构、主要参数、检测电路及其典型应用课程简介光电式传感器霍尔式传感器热电式传感器检测技术相关知识基础课程：《大学物理》、《电路》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》和《概率论》用途：掌握各种传感器工作原理、基本结构及各种应用，熟悉测量的基本知识及误差处理方法，了解传感器的发展趋势及在工业社会科技生活中的广泛应用，为毕业设计及以后工作打下良好基础。7传感器与检测技术实践性强课程特点：存在的一些问题：1.传感器部分没有实物对象、枯燥无味；2.信号检测分析理论部分深奥、难懂。教学方法：理论教学案例教学三者结合实践教学课程简介8传感器与检测技术推荐网站[1]仪表技术与传感器[2]传感器世界[3]中国传感器[4]21IC中国电子网[5]传感器资讯网传感器与检测技术开篇传感器视频：新科技三分钟《传感器》.flv水银体温计10传感器与检测技术红外体温计11传感器与检测技术湿度计12传感器与检测技术最新生命探测仪等相关科技新闻专题：传感器与检测技术机器人视频1：机器人视频2：视频\机器人视频.avi14传感器与检测技术嗅觉传感器视觉传感器超声传感器（触觉）15传感器与检测技术第一章绪论主要内容1.1自动检测技术概述1.2传感器概述1.3测量误差与数据处理1.4传感器的一般特性1.5传感器的标定和校准16传感器与检测技术1.2传感器概述•1.2.1传感器的定义•1.2.2传感器的组成•1.2.3传感器分类1.2传感器概述17传感器与检测技术1.2.1传感器的定义传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。物理量电量18传感器与检测技术1.2.1传感器的定义包含的概念：①传感器是测量装置，能完成检测任务；②输入量是某一被测量，可以是物理量，也可以是化学量、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、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。传感器功用：一感二传，即感受被测信息，并传送出去。19传感器与检测技术1.2.2传感器的组成敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的物理量转换元件敏感元件的输出就是它的输入，转换成电路参量转换电路上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出敏感元件转换元件转换电路被测量电量20传感器与检测技术21传感器与检测技术1.2.2传感器的组成敏感元件转换元件转换电路被测量电量V一个敏感元件（兼转换元件）组成，感受被测量时直接输出电量。22传感器与检测技术压电式加速度传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路。质量块是敏感元件，压电片（块）是转换元件。1.2.2传感器的组成23传感器与检测技术1.2.3传感器分类1、按传感器的工作机理，分为物理型、化学型、生物型等物理型传感器依据机敏材料本身的物性随被测量的变化来实现信号转换的装置。应用于传感器开发的机敏材料主要有电感材料、光纤及磁致伸缩材料、压电材料、电阻应变材料等。压力传感器：弹性膜片，将压力信号转变成为膜片的变形，然后再根据膜片的应变或位移转换成为相应的电信号。24传感器与检测技术1.2.3传感器分类1、按传感器的工作机理，分为物理型、化学型、生物型等化学型传感器对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。（嗅觉和味觉）Co传感器25传感器与检测技术1.2.3传感器分类2、按构成原理，物性型与结构型两大类物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计.结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变.例如:电容式和电感式传感器.26传感器与检测技术1.2.3传感器分类3、根据传感器的能量转换情况，可分为能量转换型传感器和能量控制型传感器能量转换型传感器，又称有源型或发生器型，主要由能量变换元件构成，直接由被测对象输入能量使其工作，它不需要外电源。如基于压电效应、热电效应、光电动势效应等的传感器都属于此类传感器。能量控制型传感器，从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化，必须由外部提供激励源，如电阻、电感、电容等电路参量传感器都属于这一类传感器。基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、霍尔效应等的传感器也属于此类传感器。27传感器与检测技术1.2.3传感器分类5、按照物理原理分类4、按照传感器的用途分类：位移、压力、振动、温度传感器电参量式传感器：电阻式、电感式、电容式等；磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等；压电式传感器：声波传感器、超声波传感器；光电式传感器：一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等；热电式传感器：热电偶、热电阻；波式传感器：超声波式、微波式等；射线式传感器：热辐射式、γ射线式；半导体式传感器：霍耳器件、热敏电阻；其他原理的传感器：差动变压器、振弦式等。28传感器与检测技术1.1自动检测技术概述1.1自动检测技术概述•1.1.1自动检测技术的重要性•1.1.2自动检测系统的组成•1.1.3自动检测技术的发展趋势29传感器与检测技术1.1.2自动检测系统的组成检测系统的组成传感器检测电路输出单元被测量自动检测系统一般可分为信息的获取、转换、处理和输出几部分。信息获取，把被测量转换成电学量的装置信息转换，将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。显示记录，使人们了解被测量的大小或变化的过程30传感器与检测技术传感器：把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量（通常为电量）的检测装置。检测电路：把传感器输出的变量变换成电压或电流信号，使之能在输出单元的指示仪上指示或记录仪上记录；或者能够作为控制系统的检测或反馈信号。“传感器类型”输出单元：指示仪、记录仪（自动检测系统）、累加器（自动计量系统）、报警器（自动保护系统、自动诊断系统）、数据处理电路（部分数据分析系统）等。1.1.2自动检测系统的组成31传感器与检测技术水银体温计红外体温计1.1.2自动检测系统的组成32传感器与检测技术1.1.3自动检测技术的发展趋势宴会效应：选择功能咖啡桌效应：学习功能高桥效应：联想功能…..33传感器与检测技术补充：传感器的发展动向开发新型传感器开发新材料集成化、多功能化智能化开展基础研究，开发传感器的新材料和新工艺；实现传感器的集成化与智能化34传感器与检测技术传感器的工作机理：基于各种效应和定律，探索具有新效应的敏感功能材料，研制出具有新原理的新型物性型传感器件，（高性能、多功能、低成本和小型化）。1．开发新型传感器新型传感器包括：①采用新原理；②填补传感器空白；③仿生传感器等方面。补充：传感器的发展动向2．开发新材料（1）半导体敏感材料（2）陶瓷材料（3）磁性材料（4）智能材料35传感器与检测技术3．集成化、多功能化同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，如CCD图像传感器。多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元件复合在一起，作成集成块。例如一种温、气、湿三功能陶瓷传感器已经研制成功。补充：传感器的发展动向36传感器与检测技术4．智能化对外界信息具有检测、数据处理、逻辑判断、自诊断和自适应能力的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主机互相对话的功能，可以自行选择最佳方案，能将已获得的大量数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。补充：传感器的发展动向37传感器与检测技术补充：传感器的应用1)工业自动化中的应用机械手、机器人中的传感器转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗38传感器与检测技术在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….补充：传感器的应用39传感器与检测技术鼠标:位移传感器摄象头:CCD传感器麦克风:电容传声器2)PC机中的测试技术应用补充：传感器的应用40传感器与检测技术3）在军事和航天领域的应用补充：传感器的应用飞行器测控---检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵火箭测控---检测火箭状况、姿态、轨迹