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1、传感器实习报告非电量电测技术实验报告系部名称电子工程系班级学号7姓名吕驰课程名称传感器实习指导老师黄刚日期：2021年12月18日一、传感器的现状与发展趋势传感器英文名称：transducer/sensor是一种检测装置，能感遭到被测量的信息，并能将检测感遭到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以知足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。1.传感器的发展历史及现状传感器技术的发展历史传感器技术是20世纪的中期才刚刚问世的，在那时与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段并没
2、有投入到实际生产与广泛应用转化率比拟低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事科技航空航天领域的试验研究。然而，随着各国机械工业、电子、计算自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。我国从20世纪60年代开场传感技术的研究与开发，经过从“六五到“九五的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改良等方面获得长足的进步，初步构成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中获得了一批可喜的为世界瞩目的发明专利与工况监控系
3、统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器信号处理和识别系统仍然依靠进口。同时，我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未构成产品的改良与革新速度慢生产与应用系统的创新与改良少。传感器的分类传感器可从不同角度分类。从被测量不同,分为几何机械量(例如尺寸、角度、外表参数、位移、速度、加速度、角位移、角速度等),热工量(例如温度、压力、流量、密度、黏度、质量等),光学量(强度、功率、波长、频率、相位、速度、脉宽、延迟、折射率、束散角等),声学量,生物参数,医学量(生理参数)等。从传感器的输出不同,可分为模拟信号(连续波和脉冲波),数字信号,电压和电流等传感器。传感
4、器技术的国内外研究应用现状21世纪是迈向信息化社会的崭新阶段。其中，光电信息学与生物学的迅猛发展已成为这一时期科学技术发展的重要标志。并最有时机寻求更大的突破与飞跃传感器技术作为一种与当代科学密切相关的新兴学科，在人类迈向新世纪，步入信息化社会的关键阶段想要寻求空前迅速的发展，很大程度上取决于传感器在这两个前沿领域中的深化研究与广泛应用。光电传感器的研究应用现状光电式传感器(PhotoelectricSensor)是以光为测量媒介，以光电器件为转换元件的传感器，它具有非接触、响应快、性能可靠等卓越特性。近年来，随着各种新型光电器件的不断涌现，十分是激光技术和图像技术的迅猛发展，光电传感器已成为
5、各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件。在传感器领域的扮演着重要角色，在非接触测量领域占据绝对统治地位。目前，光电式传感器已在国民经济和科学技术各个领域得到广泛的应用，并发挥着越来越重要的作用。其中，光电器件是将光能转换为电能的一种传感器件，并负责把光信号、红外、可见及紫外光辐射，转变成为电信号、光电器件响应快构造简单，使用方便而且有较高的可靠性，因而在自动检测、计算机和控制系统中应用广泛。光电式传感器既能够测量光信号，可以以测量其他非光信号，它能够实现对直接引起光源变化的被测量进行测量，可以以对使光路产生变化的被测量进行测量，量电路对光电器件输出的电信号进行放大或转换。光电传感器在当前科研
6、领域的运用范围很广，影响力宏大，尤其是基于光电传感器技术原理研发和制造出的新型光电传感器已成为当今传感器市场的主流，在国外，光电传感器技术已广泛地运用到各国军事技术、航空航天、检测技术以及车辆工程等众多领域。例如，军事上，国外激光制导技术迅猛发展，使导弹发射的精度和射中目的的准确性大幅度提高，美国在航空航天领域，研制出了新型高精度高耐性红外测温传感器，使其在恶劣的环境中仍能高精度测量出运行中的飞行器各部分温度。国外的城市交通管理也大多运用电子红外光电传感器进行路段事故检测和故障排解的指挥。同时，国外现有汽车中常装载有新型光电传感器如激光防撞雷达、红外夜视装置、测量发动机燃料特性、压力变化并用于
7、导航的光纤陀螺等。目前我国的光电式传感器在当代研究实力和影响范围上虽不及日本和欧美一些国。但却在研究的种类和样式上获得重大的突破，总体上可分为光电式数字转速表、光电式物位传感器、视觉传感器以及细丝类物件的在线检测。同时，基于光电传感器技术的科技设备已在我国被广泛地应用于多种军事领域，其中较为广泛的应属紫外告警系统，它为探测来袭导弹提供了一个极其有效的手段。生物传感器的研究现状生物传感器技术是指用生物活性材料作为感受器，通过其生化效应来检测被测量的传感器。生物传感器的原理主要由两大部分组成，生物功能物质的分子识别部分和转换部分。前者的作用是识别被测物质，当生物传感器的敏感膜与被测物接触时，敏感膜
8、上的某种生化活性物质就会从诸多化合物中挑选合适于本人的分子并与之产生作用，使其具有选择识别的能力，转换部分是由于细胞膜受体与外界发生了共价结合，通过细胞膜的通透性改变诱发了一系列的电化学经过而这种变换得以把生物功能物质的分子识别转换为电信号构成了生物传感器。生物传感器的研制和开发在全球学术界都具有宏大的影响力。在国外，当代生物传感器已被具体划分为酶传感器、细胞传感器、免疫传感器、基因传感器等。酶传感器方面，由于酶的纯化困难，加之固化技术影响酶的活性当代生物传感技术中采用多酶体系，利用即对不同化合物采用不同类型的酶进行最大活性的催化反响，并运用多酶的反应调节可大大节省原材料并提高工作效率固定化底
9、物电极，即便玻璃电极附近的，变化与酶的活性在一定范围内呈线性关系酶的电化学固定化即制作厚度小，酶含量可控的酶层细胞传感器以活细胞作为探测单元能定性定量地测量和分析未知物质的信息，并可连续检测和分析细胞在外界刺激下的生理功能免疫传感器是利用抗体对抗原的识别并能与抗原结合的功能构成的生物传感器。根据生物敏感膜产生电位的不同，可分为标记和非标记免疫传感器。当代基因传感器技术主要应用于基因固定的载体外表修饰和基因探针固定化技术、界面杂交技术、杂交信号转换和检测技术等。在我国，生物传感器技术还处在大规模的研究阶段。然而，结合国内外相关技术研制的生物传感器在我国当前的工业、农业、环境监测及生物医学等诸多领
10、域还是有着广泛和重要的应用。在生物医学方面，一些有临床诊断意义的基质如血糖、乳酸、谷氨酰胺等可借助于生物传感器来检测在环境监测领域，生物传感器在测定环境污染指标即水质受有机物污染的程度方面起到了重要的作用。为保证地区的淡水、饮用水质量，有效治理被污染水源等做出了奉献，微生物传感器用于测定空气和水中的含量和浓度，在发酵工业、整治大气污染等方面发挥成效。生物传感器还可探测除草剂含量应用于植物学研究和整治农药污染。在食品工业中，生物传感器用于食品鲜度滋味和熟度的测定，在食品生产和加工经过中起到重要作用，同时，还可测定食品中的细菌和毒素含量，及时避免人们误食此类食品危害健康。2.传感器技术的发展趋势目
11、前的传感器，无论在数量上、质量上和功能上，远远不能适应社会多方面发展的需要。当前，人们在充分利用先进的电子技术条件，研究和采用适宜的外部电路以及最大限度地提高现有传感器的性能价格比的同时，正在寻求传感器技术发展的新途径。十分是电子设计自动化EDA、计算机辅助制造CAM、计算机辅助测试CAT、数字信号处理DSP、专用集成电路ASIC及外表贴装技术SMT等技术的发展，极大地加速了传感器技术的发展,由于传感器具有频率响应、阶跃响应等动态特性以及诸如漂移重复性、准确度、灵敏度、分辨率、线性度等静态特性，所以外界因素的改变与动乱必然会造成传感器本身特性的不稳定，进而给其实际应用造成较大影响，这就要求我们
12、针对传感器的工作原理和构造，在不同场合对传感器规定相应的基本要求，以最大程度优化其性能参数与指标，如高灵敏度、抗干扰的稳定性、线性、容易调节、高精度、无迟滞性、工作寿命长、可重复性、抗老化、高响应速率、抗环境影响、互换性、低成本、宽测量范围、小尺寸、重量轻和高强度等。同时，根据对国内外传感器技术的研究现状分析以及对传感器各性能参数的理想化要求，当代传感器技术的发展趋势能够从四个方面：一是开发新材料、新工艺和开发新型传感器；二是实现传感器的多功能、高精度、集成化和智能化；三是实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化；四是通过传感器与其它学科的穿插整合实现无线网络化。利用新材料开发新型传感器随着光导
13、纤维、纳米材料超导材料等相继问世，人工智能材料给我们带来了福音，它具有能够感悟环境条件的变化传统传感器的功能，识别、判定处理器功能，发出指令和自采取行动执引器功能，利用这样具有新效应的敏感功能材料使研制具有新原理的新型传感器成为可能。集成化多功能传感器的开发集成化是指传感器同一功能的多元件并列以及功能上的一体化前一种集成化使传感器的检测参数实现“点、线、面、体多维图像化甚至能加上时序控制等软件，变单参数检测为多参数检测；后一种集成化使传感器由单一的信号转换功能，扩展为兼有放大、运算、补偿等多功能的传感器。在实际运用中，常做到硬件与软件两方面的集成，它包括：传感器阵列的集成、多功能和多传感参数的
14、复合传感器；传感系统硬件的集成；硬件与软件的集成；数据集成与融合等。而多功能是指“一器多能即一个传感器能够检测两个或两个以上的参数，这样可大大节省工程成本并使项目复杂度降低，提高了工作效率运用集成化多功能理论研制出的传感器能够应用到更广泛的领域，并发挥出愈加强大的功能效用，利用集成化多功能原理，当代传感技术已制成带温度补偿的集成压力传感器频率输出型集成压力传感器、霍尔集成传感器、半导体集成色敏传感器、多维化集成气敏传感器等。在智能化传感技术方面，以微处理器为核心单元，具有检测、判定和信息处理等功能；硬件上由微处理器系统对整个传感器电路、接口信号转换进行处理调整；软件上进行非线性特性校正，误差的
15、自动校准和数字滤波处理，进而构成传感技术的智能化系统。实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化利用集成电路微小型化的经历，从传感技术硬件系统的微小型化中提高其可靠性、质量、处理速度和生产率，降低成本，节约资源与能源，减少对环境的污染。这种充分利用已有微细加工技术与装置的做法已经获得宏大的效益，极大地加强了市场竞争力。传感器与多学科穿插融合，推动无线传感器网络的发展无线传感器网络是由大量具有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网络系统利用微传感器与微机械、通信自动控制、人工智能等多学科的综合技术，实现传感器的无线网络化使其能根据环境自主完成指定任务由此可见，当代传感器技术具有宏大的
16、应用潜力，拥有广泛的开发空间。面对当前各项技术尚未完善的局面，我们有理由相信，传感器技术的发展道路上充满机遇。在不久的将来，传感器技术会得到更快速的发展，并应用到更广泛的领域，成为人类生产生活中不可或缺的科技产品。传感器的虚拟化和网络化自20世纪90年代以来，一种全新概念“虚拟化正获得愈来愈广泛的应用。虚拟传感器是传感器、计算机和软件这三者的有机结合，构成软硬结合、实虚共体的新一代传感器这种传感器是基于计算机平台并且完全通过软件开发而成，利用软件来建立传感器模型、标定参数及标定模型，以实现最佳性能指标。如美国BK公司近期已开发一种基于软件设置的TEDS型虚拟传感器，其主要特点是每只传感器都有唯
17、一的产品序列号并附带一张软盘，软盘上存储着该传感器进行标定的有关数据。使用时，传感器通过数据收集器接至计算机，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，再从软盘上读出有关数据，然后自动完成对传感器的检查、传感器参数的读取、传感器设置和记录工作。此外，专供开发虚拟传感器产品的软件工具也已面市了。网络传感器是包含数字化传感器、网络接口和处理单元的新一代智能传感器。这里讲的网络已不限于传感器总线，还应包括现场总线、局域网和因特网。数字传感器首先将被测参数转换成数字量，再送给微处理器做数据处理，最后将测量结果传输给网络，以便实现各传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换及资源分享。研究生
18、物感官，开发仿生传感器大自然是生物传感器的优秀设计师，它通过漫长的岁月，不仅造就了集多种感官于一身的人类本身，而且还设计了许很多多的功能奇特、性能高超的生物传感器。如狗的嗅觉灵敏阈为人的10倍、鸟的视觉视力为人的850倍、蝙蝠、海豚的听觉主动型生物雷达超声波传感器、蛇的接近觉分辩率达的红外测温传感器等等。这些生物的感官性能,是当今传感器技术所望尘莫及的。研究它们的机理,开发仿生传感器包括视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉传感器等也是引人瞩目的方向。目前只要视觉与触觉传感器得到了比拟好的发展。3.我国传感器发展应采取的措施当前，我国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器
19、向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。我国在传感器生产产业化经过中，应该兼顾引进国外技术和自主创新两方面。在引进国外先进技术中，能够提高本人的技术，同时也知足了国内市场的需求，构成了传感器生产产业规模。今后国内传感器产业发展应采取下面措施：(1)加大科技投入,保证传感器技术及其产业的可持续发展。从战略发展考虑，国家应加大科技投入力度同时，国家在执行投资倾斜政策时，要注意支持传感器行业的骨干企业和特色企业，通过技术改造提高档次、扩大规模；重点支持具有发展潜力的地区构成生产基地，培育出传感器产业新的经济增长点。(2)加大自主创新，提升自主知识产权比例。21世纪传感器发展的
20、总趋势是微型化、集成化、多功能化、智能化、网络化，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,尤其是微机械加工与微米/纳米技术。我国应在现有技术基础上，在广泛吸收、消化、跟踪国外先进技术的同时，加大技术创新，努力发展专用技术、特色技术、自主知识产权技术要以提高企业本身的创新与开发能力为突破口,采取以企业为主体、高等院校和科研院所广泛介入，利益分享、风险共担的产、学、研联合的机制,组织协同攻关，占领技术制高点,加强企业核心竟争力，并逐步实现自主开发、自我发展的良性循环，创造出具有自主知识产权的名牌产品。(3)加快科技人才开发。传感器产业要生存、要发展、要振兴、要介入国内外市场竞争并立于不败
21、之地，从某种意义上讲是人，或者讲是高科技人才在起决定性作用。在此情况下，应大力开展人力资源开发，加快培养与造就科技人才，培养新一代的传感器专家。(4)建立有利干传感器技术快速转化的高效运行机制。以抓改革、抓创新、抓质量、抓市场、抓管理为主要任务，以传感器产业发展上规模、上档次、争份倾、创利润为主要目的，建立有利于传感器技术与经济严密结合、促进其科技成果快速转化的高效运行机制，基本构成传感器产学研科技经济一体化的发展形式，努力实现传感器产业从速度数量型向质量效益型转变，以到达技术经济双升级，创新创业双赢的成效。二、传感器的应用领域随着电子计算机、生产自动化、当代信息、军事、交通、化学、环保、能源
22、、海洋开发、遥感、宇航等科学技术的发展，对传感器的需求量与日俱增，其应用的领域已渗入到国民经济的各个部门以及人们的日常文化生活之中。能够讲，从太空到海洋，从各种复杂的工程系统到人们日常生活的衣食住行，都离不开各种各样的传感器，传感技术对国民经济的发展日益起着宏大的作用。现就传感器在一些主要领城中的应用进行扼要介绍。1传感器在工业检测和自动控制系统中的应用。传感器在工业自动化生产中占有极其重要的地位。在石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业中，传感器在各自的工作岗位上担负着相当于人们感觉器官的作用，它们每时每刻地按需要完成对各种信息的检测，再把大量测得的信息通过自动控制、计算机处理等进行反应，用
23、以进行生产经过、质量、工艺管理与安全方面的控制。在自动控制系统中，电子计算机与传感器有机地结合在实现控制的高度自动化方面起到了关键的作用。2传感器在汽车上的应用。目前，传感器在汽车上的应用及燃料剽余量等有关参数的测量。已不只局限于对行驶速度、行驶距离、发动机旋转速度以由于汽车交通事故的不断增加和汽车对环境的危害，传感器在一些新的设施，如汽车安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱死装置、电子变速控制装置、排气循环装置、电子燃料喷射装置及汽车“黑匣子等都得到了实际应用。能够预测，随着汽车电于技术和汽车安全技术的发展，传感器在汽车领域的应用将会更为广泛。3传感器在家用电器上的应用。当代家用电器中
24、普遍应用着传感器。传感器在电子炉灶、自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、热风取暖器、风干器、报警器、电樊斗、电风扇、游戏机、电子驱蚊器、洗衣机、洗碗机、照像机、电冰箱、彩色电视机、录像机、录音机、收音机、电唱机及家庭影院等方面得到了广泛的应用。随着人们生活水平的不断提高，对提高家用电器产品的功能及自动化程度的要求极为强烈。为知足这些要求，首先要使用能检测模拟量的高精度传感器，以获取正确的控制信息，再由微型计算机进行控制，使家用电器的使用愈加方便、安全、可靠，并减少能源消耗，为更多的家庭创造一个舒适的生活环境。目前，家庭自动化的蓝图正在设计之中，将来的家庭将由做为中央控制装置的微型计算机，通
25、过各种传感器代替人监视家庭的各种状态，并通过控制设备进行着各种控制。家庭自动化的主要内容包括：安全监视与报警、空调及照明控制、耗能控制、太阳光自动跟踪、家务劳动自动化及人身健康管理等。家庭自动化的实现，可使人们有更多的时间用于学习、教育或休息娱乐。4传感器在机器人上的应用。目前，在劳动强度大或危险作业的场所，已逐步使用机器人取代人的工作。一些高速度、高精度的工作，由机器人来承当也是非常适宜的。但这些祝器人多数是用来进行加工、组装、检验等工作，屑于生产用的自动机械式的单能机器人。在这些机器人身上仅采用了检测臂的位置和角度的传感器。要使机器人和人的功能更为接近，以便从事更高级的工作，要求机器人能有
26、判定能力，这就要给机器人安装物体检口传感器，十分是视觉传感器和触觉传感器，使机器人通过视觉对物体进行识别和检测，通过触觉对物体产生压觉、力觉、滑动感觉和重量感觉。这类机器人被称为智能机器人，它不仅能够从事特殊的作业，而且一般的生产、事务和家务，全部可由智能机器人去处理。5传感器在医疗及人体医学上的应用随着医用电子学的发展，仅凭医生的经历和感觉进行诊断的时代将会结束。如今，应用医用传感器能够对人体的外表和内部温度、血压及腔内压力、血液及呼吸流量、肿瘤、血液的分析、脉波及心音、心脑电波等进行高难碗度的诊断。显然，传感器对促进医疗技术的高度发展起着非常重要的作用。为增进全国人民的健废水平，我国医疗制
27、度的改革，将把医疗服务对象扩大到全民。以往的医疗工作仅局限于以治疗疾病为中心，今后，医疗工作将在疾病的早期诊断、早期治疗、远距离诊断及人工器官的研制等广泛的范围内发挥作用，而传感器在这些方面将会得到越来越多的应用。6传感器与环境保护目前，环球的大气污染、水质污浊及噪声已严重地毁坏了地球的生态平衡和我们赖以生存的环境，这一现状已引起了世界各国的重视。为保护环境，利用传感器制成的各种环境监测仪器正在发挥着积极的作用。7传感器与航空及航天在航空及航天的飞行器上广泛地应用着各种各样的传感器。为了解飞机或火箭的飞行轨迹，并把它们控制在预定的轨道上，就要使用传感器进行速度、加速度和飞行距离的测量。要了解飞
28、行器飞行的方向，就必须把握它的飞行姿态，飞行姿态能够使用红外水平线传感器陀螺仪、阳光传感器、星光传感器及地磁传感器等进行测量。此外，对飞行器周围的环境、飞行器本身的状态及内部设备的监控也都要通过传感器进行检测。8传感器与遥感技术所谓遥感技术；简单地讲就是从飞机、人造卫星、宇宙飞船及船舶上对远距离的广大区域的被2Il物体及其状态进行大规模探测的一门技术。在飞机及航天飞行器上装用的传感器是近紫外线、可见光、远红外线及微波等传感器。在船舶上向水下观测时多采用超声波传感器。例如，要探测一些矿产资源埋藏在什么地区，就能够利用人造卫星上的红外接受传感器特地面发出的红外线的量进行测量，然后由人造卫星通过微波
29、再发送到地面站，经地面站计算机处理，便可根据红外线分布的差异判定出埋有矿藏的地区。遥感技术目前已在农林业、土地利用、海洋资源、矿产资源、水利资源、地质、气象、军事及公害等领域得到了应用。三、位移法测量薄凸透镜的焦距1、实验目的透镜的焦距是测量光学系统的重要参数，怎样利用最简便而实用的方法快速地测出薄透镜的焦距是工程上的重要问题。通过实验把握位移法测量薄凸透镜的焦距的方法为调整光学系统服务。2、实验仪器与器材GDS-或型光电实验平台主机系统；LED远心照明光源及其夹持装置各一个；被测凸透镜焦距f=50mm与f=70mm各一个；中心定位夹持器一个；物屏与接收屏各一个；500mm长钢板尺一个；二维调
30、整底座一个；通用磁性表座2个；3、基础知识对于凸透镜，当物与像之间的距离L大于4倍焦距时，透镜在其间的移动将会在像屏上出现两次明晰图像，一次为放大的图像，一次为缩小的图像。设物点位置为A，两次实验透镜的位置分别为O1、O2，分别测出两次成像情况下透镜距离物点的距离AO1与AO2，透镜距离像屏距离BO1与BO2。根据光学的可逆性原理，两次成像应该是对称的，即存在AO1=BO2，AO2=BO1设透镜两次移动的距离为l，则l=AO1AO2Ll=AO1+BO2=2AO1=2BO2，故有：AO1=BO2而BO1=LAO1=L+l/2。根据凸透镜的牛顿公式f/l+f,/l,=1(3-1式中l为物距AO1或
31、AO2，l,为像距BO1或BO2。能够推出f=(L2-l2)/4L(3-2由式3-2能够看出透镜的焦距f与物像间的距离L与透镜两次移动的距离l有关,测量出L与l的值便能够计算出它的焦距f。使焦距的测量精度有所提高。4、实验内容与步骤1实验内容测量已知薄透镜的焦距，验证测量公式3-2测量未知焦距的透镜；2组装实验装置从光电综合实验平台配件箱中将物屏、像屏、远心照明光源与被测透镜及其相关支架取出，在光学平台的台面上用通用磁性表座将它们安顿到光学台面上。先将它们靠拢，用目测的方法将其调成“共轴，然后将物屏与像屏分开足够的距离应大于4f，测量并记录分开距离L。用远心照明光源作为光源照亮物屏，物屏能够用硫酸纸或平台提供的类似于硫酸纸的塑料片，