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传感器与检测技术主讲：周春艳课程概述必修课52理论＋8实验主要内容–概述–传感器的特性–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–光电式传感器–热电式传感器教学基本要求了解测量与传感技术的基本知识掌握各类传感器的基本特性和工作原理、典型测量电路了解各类传感器的典型应用考核：综合出勤、学习态度、课堂表现、作业等–平时占30%、期末考试占70%–缺作业达到三次，或随机抽点名缺勤三次以上无平时成绩答疑及联系方式采取课后答疑和预约答疑的方式办公室：七号楼207室电话：[phone]Email:[e-mail]•传感器课程•仪表技术与传感器•传感器世界•中国传感器•传感器技术•21IC中国电子网•传感技术学报网•传感器资讯网•电子设计应用、《传感器》（第4版），强锡富，机械工业出版社，2003，测控技术与仪器教学指导委员会推荐用书；2、《传感器原理及工程应用》，郁有文，主编，西安电子科技大学出版社，2003，教育部规划教材；3、《传感器与检测技术》，陈杰、黄鸿编著，高等教育出版社，2002，教育部规划教材4、《传感器原理及应用》，王化祥、张淑英编著，天津大学出版社，2003，教育部规划教材；5、《传感器与自动检测技术》，余成波、胡新宇、赵勇，高等教育出版，2004年期刊杂志超声传感器电感传感器电容传感器红外温度传感器磁阻传感器热电偶气体成分传感器流量传感器传感器图片学习传感器的重要性传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制系统之首。因此，传感器成为感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息，都要通过传感器获取并通过它转换为容易传输与处理的电信号。所以，80年代以来，世界各国都将传感器技术列为重点发展的高技术，倍受重视。传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术，广泛应用于航空航天、兵器、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林渔业、食品、烟酒制造、汽车、舰船、机器人、家电、公共安全等领域。传感器技术与通信技术、计算机技术构成信息科学技术的三大支柱。21世纪是人类全面进入信息电子化的时代，随着人类探知领域和空间的拓展，使得人们需要获得的自然信息的种类日益增加，需要信息传递的速度加快，信息处理能力增强，因此要求与此相对应的信息获取技术即传感技术必须跟上信息化发展的需要。传感器的主要应用信息处理电信电话科技测试设备控制交通控制输电系统机床机器人家用电器照相机汽车飞机船舶气象海洋环境污染医疗防火光能利用热能利用土木建筑农林机械能利用货币金融食品111551101034736598161277834313147111707693612621242014需要量在电力、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小时在线监测系统。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。1、自动检测与自动控制系统此方法可用于纸币的水印检测在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂时，必须对其性能质量检测。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2、汽车与传感器高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要30～100种传感器。3、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PC机中的测试技术应用楼宇控制与安全防护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人体探测器机械手、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。4、传感器在机器人上的应用密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗机器人服务员沙漠机器人AGV自动送货车超声波测距传感器、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。香港理工AGV模型2003年9月，全球现场直播埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘进程，可能揭开古埃及金字塔内部结构之谜。一个小机器人通过了埃及最大的金字塔内一条狭窄的通道，试图揭开4600年前的秘密。它的探秘之行以发现了又一道封闭的石门而告终。图坦卡蒙的咒语“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。“金字塔漫游者”五大绝技1、超声波传感器。可用来测量岩石厚度2、世界上最小的地面探测雷达系统。可以精确地测算出岩石的密度并画出厚度结构图3、力度测量仪。它可以检测“南通道”尽头那块封住出口的岩石能否被移开，并使用另外一个先进工具在岩石和通道壁之间寻找缝隙以便让光纤照相机通过4、由视觉纤维构成的精密光纤镜头，可从石门下方的凹槽伸进通道内部进行摄像，工作人员通过连接到机器人身上的一条塑料外套包裹的控制线路操纵“金字塔漫游者”的活动。5、导电传感器。用于测试“阻路石”上的铜把手，以检测上面是否带有某种电路装置。5、传感器在生物医学上的应用对人体的健康状况进行诊断需要进行多种生理参数的测量。国内已经成功地开发出了用于测量近红外组织血氧参数的检测仪器。人类基因组计划的研究也大大促进了对酶、免疫、微生物、细胞、DNA、RNA、蛋白质、嗅觉、味觉和体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏等传感器的研究。医学光纤流速传感器荧光材料制作的电子鼻传感器生物酶血样分析传感器热/光电量6、传感器与航空及航天飞行器：控制在预定轨道上速度、加速度、飞行距离测量周围环境、内部设备监控、本身状态陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感器航天7、传感器与环境保护保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于污水流量、PH值、电导、浊度、COD、BOD、TP、TN、矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、SO2、NO、O3、CO等参数测量的传感器，这些传感器中大多数亟待开发。NOXNO+NO2dustsootH2SH2OHCC-totalCO2COO2HCNHClHFNH3SO2烟尘浊度测量8、传感器与遥感技术飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波船舶：超声波传感器微波红外接收传感器红外线分布差异矿藏埋藏地区地面21世纪的农业将是知识密集、技术密集的产业，设施农业可以有效提高农业生产效益和增强抗灾能力，借助温室及其配套装置来调节和控制作物生产环境条件，摆脱自然制约，以达到高产、高效、优质。信息获取手段是实现高水平设施农业的关键技术之一，设施农业用传感器的品种较多，主要用于温度、湿度、土壤干燥度、CO2、光照度、土壤养分等参数的测量。信息获取技术还在农田和果园生产、农业生物学研究、农药残留量检测等方面得到了广泛的应用。9、传感器与农业农业第0章传感器与检测技术概念传感器1、传感器的定义国家标准（GB7665-87）中传感器（Transducer/Sensor）的定义：能够感受规定的被测量（主要是非电量）并按照一定规律转换成可用输出信号（主要是电量）的器件或装置。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，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电量，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。传感器名称：发送器、传送器、变送器、检测器、探头传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。2、传感器的组成辅助电源敏感元件转换元件信号调节转换电路被测量电量敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。（能够灵敏地感受被测量并作出响应的元件。）如金属或半导体应变片，能感受压力的大小而引起形变，形变程度就是对压力大小的响应。铂电阻能感受温度的升降而改变其阻值，阻值的变化就是对温度升降的响应，所以铂电阻就是一种温度敏感元件，而金属或半导体应变片，就是一种压力敏感元件。转换元件：上面介绍的敏感元件，其中有许多可兼做转换元件。转换元件实际上就是将敏感元件感受的被测量转换成电路参数的元件。（敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。）如果敏感元件本身就能直接将被测量变成电路参数，那么，该敏感元件就是具有了敏感和转换两个功能。如热敏电阻，它不仅能直接感受温度的变化，而且能将温度变化转换成电阻的变化，也就是将非电路参数（温度）直接变成了电路参数（电阻）。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成容易传输、处理、记录和显示的形式。例：应变式力传感器弹性膜片—敏感元件，将力转换为弹性膜片的变形应变片—传感元件，将弹性膜片的变形转换成电阻值的变化3、传感器的分类分类方法说明举例按输入量分类传感器以被测物理量分类，也即按用途分类，便于用户选择。位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等按工作原理分类（变换原理）传感器以工作原理命名，便于生产厂家专业生产。应变式、电容式、电感式、压电式、热电式等按物理现象分类（信号变换特征）结构型传感器依赖其结构参数变化实现信息转换电容式传感器：利用电容极板间隙或面积的变化C物性型传感器依赖其敏感元件物理特性的变化实现信息转换压电式传感器：压电效应，力电荷热电偶：热电效应按能量关系分类能量控制型由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量电容传感器：需外部供电，使x(t)C电流或电压能量转换型传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量温度计：吸收被测物的能量磁电式：线圈切割磁力线感应电势按输出信号分类模拟式输出量为模拟量数字式输出量为数字量4、传感器的地位和作用传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。传感器是获取信息的主要途径与手段。没有传感器，现代化生产就失去了基础。传感器是边缘学科开发的先驱。可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步等方面起着重要作用。传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。现代信息技术的三大支柱是传感器技术（感官）、通信技术