传感器原理及应用-第0章-绪论.

传感器原理PrinciplesofSensors课程类型专业基础课学时共48学时，36学时理论，12学时实验课程时间第1～16周，计划第16周复习考试先修课程高等数学、普通物理学、电路基础、模拟与数字电子技术等课程简介课程内容与计划安排课程简介1、传感器的基本特性2、各类传统与新型传感器的工作原理与应用（1）应变式传感器（2）电感式传感器（3）电容式传感器（4）压电式传感器（5）磁电式传感器（6）超声波传感器（7）微波传感器（8）数字式传感器课程教材1.郁有文等编著，传感器原理及工程应用，西安科技大学出版社，2008课程参考书1.传感器技术，贾伯年等编著，东南大学出版社，20092.传感器与检测技术，胡向东等编著，机械工业出版社，20093.传感器原理及应用，王化祥编著，天津大学出版社，20074.传感技术与应用教程，张洪润等编著，清华大学出版社，20095.传感器原理及应用（项目式教学），于彤编著，机械工业出版社，20086.传感器与测试技术，叶湘滨等编著，国防工业出版社，20077.传感器与检测技术，陈杰、黄鸿编著，高等教育出版社，2003课程简介研究对象传感器技术的基本概念和理论、常用传感器的工作原理和应用技术。课程性质课程属于专业基础课，具有提高相关专业基础理论的认知能力、增强从事传感与检测技术研究与应用工作的适应能力和开发创新能力的作用。课程简介主要考核目标（包括重点及难点）（1）掌握传感器的基本概念和基本特性；（2）掌握常用传感器的工作原理（实验方法）；（3）掌握常用传感器的基本应用（实验技术）；（4）了解应用传感器设计、组建测控系统的基本方法；（5）了解传感器技术的发展前沿和趋势。重点：传感器的工作原理难点：传感器的应用技术；内容涉及知识面广，理论性、综合性和实践性强。课程简介学习目的与要求（1）建立传感器技术的整体概念；（2）掌握传感器技术的基本理论、常用传感器的工作原理和应用技术；（3）获得应用传感器设计、组建测控系统的基本技能；（4）为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基础。课程简介第0章绪论传感器技术概述传感器技术的作用与地位传感器技术的应用传感器技术的发展趋势一、传感器技术概述传感器技术简介“没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，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一个重要分支，与计算机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，人们的一切社会活动都是以信息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。传感器技术简介一、传感器技术概述一、传感器技术概述传感器技术简介传感器—感知（Sensor）传送（Transducer）人体系统：人类有五大感觉器官，即眼、耳、鼻、舌、皮肤。通过这些感觉器官感知外界信息。机器系统：机器系统中，传感器是各种机械和电子设备的感觉器官。感知光、色、温度、压力、声音、湿度、气味及辐射等。传感器技术简介一、传感器技术概述外界信息感官人脑肢体人体系统传感器计算机执行器机器系统人机系统的机能对应关系“机电五官”一、传感器技术概述传感器技术简介空间宇宙：光年粒子：10-13cm时间天体演化：亿年瞬间反应：10-24s温度超高温：5*104~5*108oC超低温：10-6K压力超高压：3*108Pa超低压：10-13Pa磁场超强磁场：25T超弱磁场：10-13T传感器有些性能超过人的感官：（1）测量人体无法感知的量（2）恶劣环境下工作（3）测量范围宽、精确高、可靠性好例如：温度传感器：-196℃~1800℃压力传感器：0.01~10000kPa精度：0.1%~0.01%可靠度：8~9级传感器技术的作用和地位二、传感器技术的作用和地位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（信息传输）计算机技术（信息处理）现代测量与自动控制的首要环节传感器是信息采集系统的首要部件，系统的“五官”。没有传感器对原始信息进行精确、可靠的捕获和转换，一切测量和控制都是不可能实现的。“感官”“神经”“大脑”手工化→机械化→自动化→信息化→……二、传感器技术的作用和地位衡量国家综合实力的重要标志传感器与传感器技术的发展水平是衡量一个国家综合实力的重要标志，也是判断一个国家科学技术现代化程度与生产水平高低的重要依据。日本：传感器技术列为计算机、通讯、激光、半导体、超导和传感器等六大核心技术之一。在21世纪技术预测中将传感器列为首位。美国：传感器及信号处理列为对国家安全和经济发展有重要影响的关键技术之一。欧洲：传感器技术作为优先发展的重点技术。中国：在国家重点科技项目中，传感器也列在重要位置。传感器技术的作用和地位二、传感器技术的作用和地位传感器技术的应用遍及各个领域传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文物保护等极其广泛的领域。毫不夸张地说：几乎每个现代化项目，以至各种复杂工程系统，都离不开各种各样的传感器。传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。传感器技术的作用和地位传感器技术的应用三、传感器技术的应用传感器与家用电器自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院。三、传感器技术的应用汽车与传感器传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量。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”。环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置。汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。传感器技术的应用三、传感器技术的应用自动检测与自动控制系统石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业。造纸木材烘干烟草加工芯片生产化工纺织传感器技术的应用三、传感器技术的应用传感器与机器人单能机器人：生产用的自动机械式（加工、组装、检验）。检测臂的位置传感器和角度传感器。隧道凿岩机器人汽车焊装生产线传感器技术的应用三、传感器技术的应用传感器与机器人智能机器人：判断能力。视觉传感器、触觉传感器。用于水下探测的机器人用于家庭服务的机器人传感器技术的应用三、传感器技术的应用传感器与机器人智能机器人：埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘。法老咒语：“不论是谁骚扰了法老的安宁，死神之翼将在它的头上降临。”小机器人挑战法老咒语，代替科学家勇探胡夫金字塔内部秘道。（02年）“金字塔漫游者”机器人超声波传感器、地面探测雷达系统、精密光纤镜头、导电传感器（测石头厚度）。传感器技术的应用三、传感器技术的应用传感器与搜救光学生命探测仪热红外生命探测仪声波生命探测仪超低频生命探测仪传感器技术的应用三、传感器技术的应用传感器在军事技术领域的应用“……改变那种认为军事力量主要是军舰、坦克和飞机的概念，把我们的注意力放在思考信息和电信技术所能提供的军事力量上来。这场军事革命标志着一种转变，即从重视军舰、坦克和飞机，转为重视诸如传感器这类东西的作用。”“信息时代的军事革命”——美国参联会副主席欧文斯上将特种武器观察、侦察、探测传感器技术的应用三、传感器技术的应用传感器在医学领域的应用4D彩超捕捉到难得一见的胎儿出生前微笑（美联社图片）传感器技术的应用三、传感器技术的应用传感器在医学领域的应用传感器与航空及航天速度、加速度、飞行距离测量：陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感器。医用传感器：人体内部温度、血液、呼吸流量、肿瘤、心音、腔内压力、心脑电波。传感器技术的应用1、开发新材料、新功能2、多功能集成化和微型化3、数字化、智能化和网络化4、仿生传感器传感器技术的发展趋势四、传感器技术的发展趋势1、开发新材料传感器技术的发展趋势四、传感器的发展趋势传感器材料是传感器技术的重要基础。材料科学的进步，人们可任意控制成分，设计制造出用于各种传感器的功能材料。用复杂材料来制造性能更加良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制造各种气体传感器，而陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它研制的传感器与传统的相比有突出的特点。2、多功能集成化和微型化传感器技术的发展趋势四、传感器的发展趋势同一功能的多元件并列化：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。2、多功能集成化和微型化传感器技术的发展趋势四、传感器的发展趋势纳米堆垛全硅谐振式压力传感器3、数字化、智能化和网络化传感器技术的发展趋势四、传感器的发展趋势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。4、仿生传感器传感器技术的发展趋势四、传感器的发展趋势地震前：次声波(地震前兆监测系统)听觉：超声波视觉：红外