传感器与检测技术第二版胡向东著第一章概述.

第一章概述下页返回1.1.1本课程的性质和地位1.性质：综合性科学（物理学、电工电子、自动控制等）；信息技术三大支柱之一；实践性强、发展快必修课重要的专业基础课考试课46学时（理论课38学时实验8学时）2.地位：自动控制系统的入口；实现系统各项性能指标（静、动态）的重要保证；衡量自动化水平的重要标志；学习后续课程（自动化仪表及过程控制等）的基础。1.1课程简介1.1.2本课程内容体系结构传感器与检测技术传感器原理与应用检测系统检测技术传感器技术基础(概述、传感器的基本特性)各类典型传感器原理与应用(电阻式、电感式、电容式、压电式、磁敏式、热电式、光电式、辐射与波式、化学传感器、生物传感器)新型传感器(智能传感器、模糊传感器、微传感器、网络传感器等)实现参数检测的基本方法(参数检测、微弱信号检测)新型检测技术(软测量、多传感器数据融合)测量结果的估计与数据处理(测量不确定度与回归分析)虚拟仪器自动检测系统下页上页返回1.1.3本课程的要求一、要求1.掌握各类传感器的基本原理、主要性能及特点；2.结合实际，学会各类传感器的合理选择与应用；3.了解传感器的发展动态；4.对信号调节转换电路（测量电路）具有一定的分析和设计能力；5.对实际应用中出现的技术问题具有一定的处理能力。二、学习方法1.重视实验，侧重实际应用；2.注重归纳、总结，学会类比分析的学习方法。下页上页返回三、参考资料（一）参考书目：1.《传感器基础》赵玉刚邱东主编北大出版社2006.82.《传感器与检测技术》陈杰、黄鸿编高等教育出版社2002.83.《传感检原理及应用》程德福、林君等编机械工业出版社2013.14.《传感器原理及应用》王化祥张淑英编天津大学出版社2002.35.《自动检测与转换技术》梁森等编机械工业出版社2013.1下页上页返回（二）中文核心期刊1.《仪表技术与传感器》沈阳仪器仪表工艺研究所2.《自动化仪表》机械工业部上海工业自动化仪表研究所3.《电测与仪表》哈尔滨市电工仪表研究所4.《仪器仪表学报》中国仪器仪表学会5.《中国测试》中国测试技术研究院（三）相关网站1.中国传感器http：//：//：//下页上页返回下页上页返回1.2传感器的定义与组成1.定义（GB7665-87）：传感器是能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，通常由敏感元件和转换元件组成。–“Asensorisadevicethatreceivesastimulusandrespondswithanelectricalsignal”敏感元件——指传感器中直接感受被测量的部分；转换元件——指传感器能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分；有的二者合二为一，有的转换元件不止一个。图1–1气压传感器1——壳体2——膜盒（敏感元件）3——线圈（转换元件）4——铁芯5——转换电路下页上页返回英文为“sensor”，相似装置亦有不同提法。传感器首先是一种测量器件或装置，它的作用体现在测量上。定义中所谓“可用输出信号”是指便于传输、转换及处理的信号，主要包括气、光和电等信号，而“规定的测量量”一般是指非电量信号。传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系，并且应保证一定的精度。说明：下页上页返回下页上页返回2.传感器的组成信号调理电路：常见有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等作用：把来自传感器的信号进行转换和放大（将各种电信号转换成电压、电流或频率等）；进行信号处理（滤波、线性化、补偿、调制与解调、运算、数字化等）基本部分敏感元件转换元件信号调理电路辅助电源被测量输出图1.2传感器的组成弱信号下页上页返回1.3.传感器的分类(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)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)混浊度下页上页返回常用传感器：烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器下页上页返回下页上页返回1.4传感器技术的发展趋势开展基础理论研究；应用新技术改进性能；开发新材料与新工艺；实现集成化、网络化与智能化。具体方向：小型化、集成化及多功能化（微电子加工技术、微机械加工技术、纳米技术等）；智能化、数字化、网络化；低功耗；新型传感器（利用新材料：化学、生物、仿生、航空航天传感器等）；多点检测、特殊检测；多传感器信息融合技术；广泛应用补偿技术、抗干扰技术、稳定性技术等。下页上页返回应用领域广泛应用于军事国防、航空航天、工农业生产、医疗卫生、家用电器、资源开发、生命科学等领域，应用前景广阔。下页上页返回1、工业自动化中的应用a)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。在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。机械手装配模型机器狗下页上页返回b)物流管理超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器，货品识别。AGV模型下页上页返回c)生产加工过程监测切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。2、流程工业生产过程监控在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监控系统。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。下页上页返回3、产品质量监测在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量机床加工精度测量下页上页返回4、楼宇自动化为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器下页上页返回5、家庭与办公自动化在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度)液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。指纹传感器透光率传感器温湿度传感器温度传感器下页上页返回鼠标:光电位移传感器摄象头:CCD传感器声位笔:超声波传感器麦克风:电容传声器声卡:A/D卡+D/A卡软驱:速度,位置伺服6、PC机中的应用下页上页返回7、其他应用航天农业交通医学下页上页返回传感器市场结构上页返回