传感器与检测技术基础 第1章 概述

传感器与检测技术基础主讲：杨刚Email:[e-mail]2个问题讨论电子通信类，学习这门课程的意义是什么？为什么要学这门课？日常生活中，都知道或见过哪些不同的传感器？传感器样例气敏传感器压电式压力传感器温度传感器热电偶超声波传感器课程概述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教学考核要求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%第1章概述课程简介1.1.1本课程的地位和作用计算与控制机器或设备传感器与检测执行器信息处理信息应用信息获取被控对象知识领域：　信息获取与处理主要知识模块：　传感器原理与应用　信号检测与估计误差理论与数据处理测控电路虚拟仪器　光电检测技术智能检测及系统　传感器网络技术等等ADCDAC1.1.2本课程内容体系结构按照传感器、检测技术和自动检测系统三大模块。传感器部分主要包括传感器的基本特性、各类传统与新型传感器的工作原理与应用（应变式、电感式、电容式、压电式、磁电式、热电式、光电式、辐射与波式、数字式、智能式传感器；化学传感器、生物传感器、微传感器等）检测技术主要包括参数检测、微弱信号检测、软测量、多传感器数据融合、测量不确定度与回归分析等检测系统主要包括虚拟仪器和自动检测系统等。1.1.3本课程的任务及要求“传感器与检测技术”是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合。“传感器与检测技术”课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基本理论、基本方法，本课程是一门实践性很强的课程，在理论学习的同时，要求学生通过实验和实践熟练掌握各类典型传感器的基本原理和适用场合，掌握常用测量仪器的基本工作原理和工作性能，能合理选用常用电子仪器、测量电路等，能根据测量要求设计各类测量系统，能对测量结果进行误差分析和数据处理等，达到理论与实践的高度统一，突出能力的培养。1.2传感器的定义与组成传感器：能感受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传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量转换成电量传感器功能：检测和转换。敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）的元件转换元件则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响应）信息转换为电信号的部分传感器的组成基本部分敏感元件转换元件信号调节与转换电路辅助电源被测量输出图1.2传感器的组成弱信号1.3传感器的分类按传感器的构成进行分类：物性型和结构型按传感器的输入量（即被测参数）进行分类：位移、速度、温度、压力传感器等按传感器的输出量进行分类：模拟式和数字式按传感器的基本效应分类：物理型、化学型、生物型按传感器的工作原理进行分类：应变式、电容式、电感式、压电式、热电式传感器等按传感器的能量变换关系进行分类：有源（能量控制型）、无源（能量变换型）1.4传感器技术的发展传感器性能的改善开展基础理论研究传感器的集成化传感器的智能化传感器的网络化传感器的微型化1.4.1传感器性能的改善差动技术平均技术补偿与修正技术屏蔽、隔离与干扰抑制稳定性处理1.4.2开展基础理论研究寻找新原理开发新材料采用新工艺探索新功能1.4.3传感器的集成化两种情况：一是具有同样功能的传感器集成化，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，形成一维的线性传感器，从而使一个点的测量变成对一个面和空间的测量。二是不同功能的传感器集成化，即将具有不同功能的传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件，从而使一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数。1.4.4传感器的智能化传感器与微处理器的结合：检测、信息处理、逻辑判断、自诊断等作用：–提高测量精度–增加功能–提高自动化程度1.4.5传感器的网络化主要表现为两个方面一是为了解决现场总线的多样性问题，IEEE1451.2工作组建立了智能传感器接口模块（STIM）标准二是以IEEE802.15.4（Zigbee）为基础的无线传感器网络技术得以迅速发展