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1、第1章 传感器第1页，共105页，编辑于2022年，星期一2n在掌握测量基本原理的基础上，认识什么是传感器。在掌握测量基本原理的基础上，认识什么是传感器。n了解各种传感器如何将非电量转换为电量，掌握相应的测量转换、信号处了解各种传感器如何将非电量转换为电量，掌握相应的测量转换、信号处理电应用。理电应用。n了解常规机械量，包括力、压力、位移、温度、振动和流量等的测量原理了解常规机械量，包括力、压力、位移、温度、振动和流量等的测量原理和方法。和方法。本课程是集机、电于一体，软、硬件相结合的自动化、智能化系统。本课程是集机、电于一体，软、硬件相结合的自动化、智能化系统。教学基本要求教学基本要求涉及内
2、容涉及内容物理学、电工与电子技术、控制工程、计算机技术、概率论与统计分析等课物理学、电工与电子技术、控制工程、计算机技术、概率论与统计分析等课程。程。学习方法学习方法本课程涉及的学科面广，需要有较广泛的基础和专业知识。学好这门课的本课程涉及的学科面广，需要有较广泛的基础和专业知识。学好这门课的关键在于理论联系实际，要举一反三、富于联想，善于借鉴，关心和观察关键在于理论联系实际，要举一反三、富于联想，善于借鉴，关心和观察周围的各种机械、电气等设备。周围的各种机械、电气等设备。第2页，共105页，编辑于2022年，星期一3总学时：总学时：40学时，讲授学时，讲授40学时学时考试方法：闭卷考试方法：
3、闭卷成绩评定：平时成绩评定：平时20分，期未考试分，期未考试80分分课程概述课程概述课程概述课程概述第3页，共105页，编辑于2022年，星期一4n主要内容主要内容第第1章章 传感与检测技术的理论基础传感与检测技术的理论基础第第2章章 电阻式传感器电阻式传感器第第3章章 电感式传感器电感式传感器第第4章章 电容式传感器电容式传感器第第5章章 压电式传感器压电式传感器第第6章章 霍尔式传感器霍尔式传感器第第7章章 光电式传感器光电式传感器第第8章章 热电式传感器热电式传感器第第9章章 数字式传感器数字式传感器第第10章章 新型传感器新型传感器第第11章章 检测技术的综合应用检测技术的综合应用第4
4、页，共105页，编辑于2022年，星期一5 1.1 1.1 检测技术的基本概念检测技术的基本概念 1.2 1.2 检测系统的组成原理检测系统的组成原理 1.3 1.3 传感器的作用和地位传感器的作用和地位 1.4 1.4 传感器现状和国内外发展趋势传感器现状和国内外发展趋势 1.5 1.5 测量概论测量概论 1.6 1.6 传感器概念传感器概念 1.7 1.7 传感器的特性传感器的特性 第1章传感器与检测技术的理论基础 第5页，共105页，编辑于2022年，星期一61 1、测测量量：以以确确定定被被被被测测测测量量量量的的的的值值值值或或获获获获取取取取测测测测量量量量结结结结果果果果为为为为
5、目目目目的的的的一一一一系系系系列操作。列操作。列操作。列操作。2、检检检检测测测测技技技技术术术术：利利利利用用用用传传感感器器把把把把被被被被测测测测信信信信息息息息检检检检取取取取出出出出来来来来，并并并并转转转转换换换换成成成成测测测测量量量量仪仪仪仪表表表表或或或或仪仪仪仪器器器器所所所所能能能能接接接接收收收收的的的的信信信信号号号号，再再再再进进进进行行行行测测测测量量量量以以以以确确确确定定定定量值的过程。（包含了测量过程、非电量电测技术）量值的过程。（包含了测量过程、非电量电测技术）量值的过程。（包含了测量过程、非电量电测技术）量值的过程。（包含了测量过程、非电量电测技术）主
6、主主主要要要要研研研研究究究究各各各各种种种种物物物物理理理理量量量量测测测测量量量量原原原原理理理理（传传感感器器）和和测测量量信信号号分分析处理方法析处理方法（信号处理信号处理）。1.11.1检测技术的基本概念检测技术的基本概念第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第6页，共105页，编辑于2022年，星期一71.2检测系统的组成原理检测系统的组成原理q q实际上被测对象涉及各个领域。最初的测量对象是实际上被测对象涉及各个领域。最初的测量对象是实际上被测对象涉及各个领域。最初的测量对象是实际上被测对象涉及各个领域。最初的测量对象是长度、体长度、体长度、体长度、体
7、积、质量和时间积、质量和时间积、质量和时间积、质量和时间。18181818世纪以来科学技术取得飞速发展，被世纪以来科学技术取得飞速发展，被世纪以来科学技术取得飞速发展，被世纪以来科学技术取得飞速发展，被测对象迅速扩大。测对象迅速扩大。测对象迅速扩大。测对象迅速扩大。力学领域有力学领域有力学领域有力学领域有速度、加速度、力、功和能量速度、加速度、力、功和能量速度、加速度、力、功和能量速度、加速度、力、功和能量等；等；等；等；电磁学领域中有电磁学领域中有电磁学领域中有电磁学领域中有电流、电压、电阻、电容、磁场电流、电压、电阻、电容、磁场电流、电压、电阻、电容、磁场电流、电压、电阻、电容、磁场；化学
8、领域中有化学领域中有化学领域中有化学领域中有浓度、成分、浓度、成分、浓度、成分、浓度、成分、pHpHpHpH值值值值等；等；等；等；工业领域中有工业领域中有工业领域中有工业领域中有流量、压力、温度、黏度流量、压力、温度、黏度流量、压力、温度、黏度流量、压力、温度、黏度等被测量。等被测量。等被测量。等被测量。现在的被测对象更为广泛，有人体心电、脑电波等体表电位测现在的被测对象更为广泛，有人体心电、脑电波等体表电位测现在的被测对象更为广泛，有人体心电、脑电波等体表电位测现在的被测对象更为广泛，有人体心电、脑电波等体表电位测量，生物断面测量；工业领域的光泽、触觉等品质测量。量，生物断面测量；工业领域
9、的光泽、触觉等品质测量。量，生物断面测量；工业领域的光泽、触觉等品质测量。量，生物断面测量；工业领域的光泽、触觉等品质测量。第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第7页，共105页，编辑于2022年，星期一81.21.2检测系统的组成原理q 就被测对象而言工业上需要检测的量有就被测对象而言工业上需要检测的量有就被测对象而言工业上需要检测的量有就被测对象而言工业上需要检测的量有电量电量电量电量和和和和非电量非电量非电量非电量两大类。两大类。两大类。两大类。非电量早期多用非电量的方法测量，例如：用尺测量长度；用液体热非电量早期多用非电量的方法测量，例如：用尺测量长度；用
10、液体热非电量早期多用非电量的方法测量，例如：用尺测量长度；用液体热非电量早期多用非电量的方法测量，例如：用尺测量长度；用液体热膨胀的温度计测温度；天平测量物重。膨胀的温度计测温度；天平测量物重。膨胀的温度计测温度；天平测量物重。膨胀的温度计测温度；天平测量物重。传统的测量传统的测量传统的测量传统的测量可以完成从可以完成从可以完成从可以完成从非电量非电量非电量非电量到到到到非电量非电量非电量非电量的转换，但无法实现现的转换，但无法实现现的转换，但无法实现现的转换，但无法实现现代智能仪器仪表的自动测量，无法完成过程控制的自动检测与控代智能仪器仪表的自动测量，无法完成过程控制的自动检测与控代智能仪器
11、仪表的自动测量，无法完成过程控制的自动检测与控代智能仪器仪表的自动测量，无法完成过程控制的自动检测与控制。制。制。制。随着科学技术的发展，对测量的精确度、速度提出新的要求，尤其对随着科学技术的发展，对测量的精确度、速度提出新的要求，尤其对随着科学技术的发展，对测量的精确度、速度提出新的要求，尤其对随着科学技术的发展，对测量的精确度、速度提出新的要求，尤其对动态变化的物理过程和物理量远距离测量，用非电方法无法实现，必须动态变化的物理过程和物理量远距离测量，用非电方法无法实现，必须动态变化的物理过程和物理量远距离测量，用非电方法无法实现，必须动态变化的物理过程和物理量远距离测量，用非电方法无法实现
12、，必须采用电测法采用电测法采用电测法采用电测法 第1章传感器与检测技术的理论基础第8页，共105页，编辑于2022年，星期一91.21.2检测系统的组成原理检测系统的组成原理q q另一方面，测量仪器的输出信号必须转化为电压、电流或数另一方面，测量仪器的输出信号必须转化为电压、电流或数另一方面，测量仪器的输出信号必须转化为电压、电流或数另一方面，测量仪器的输出信号必须转化为电压、电流或数 字量中的一种。由于传感器的种类很多，传感器的输出有各字量中的一种。由于传感器的种类很多，传感器的输出有各字量中的一种。由于传感器的种类很多，传感器的输出有各字量中的一种。由于传感器的种类很多，传感器的输出有各
13、种形式，如热电偶输出为直流电压；热敏电阻、应变计、半种形式，如热电偶输出为直流电压；热敏电阻、应变计、半种形式，如热电偶输出为直流电压；热敏电阻、应变计、半种形式，如热电偶输出为直流电压；热敏电阻、应变计、半 导体气体传感器输出为电阻，导体气体传感器输出为电阻，导体气体传感器输出为电阻，导体气体传感器输出为电阻，。信号处理就是通过信号转换、放大、解调、信号处理就是通过信号转换、放大、解调、信号处理就是通过信号转换、放大、解调、信号处理就是通过信号转换、放大、解调、A/DA/DA/DA/D转换得到所转换得到所转换得到所转换得到所 希望的输出信号过程。这是检测系统中使用的共同技术。希望的输出信号过
14、程。这是检测系统中使用的共同技术。希望的输出信号过程。这是检测系统中使用的共同技术。希望的输出信号过程。这是检测系统中使用的共同技术。普通电测仪表基本组成普通电测仪表基本组成传感器传感器非电量非电量电量电量测量电路测量电路A/DA/D转换转换数字显示数字显示第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第9页，共105页，编辑于2022年，星期一101.21.2检测系统的组成原理检测系统的组成原理检测系统的基本结构框图检测系统的基本结构框图第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础传传感感器器信信号号调调节节显示器显示器数据处理装置数据处理装置执行机
15、构执行机构第10页，共105页，编辑于2022年，星期一111.21.2检测系统的组成原理检测系统的组成原理第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础传感器传感器 在被测对象和测试系统之间架起了一道桥梁，它能 直接感受被测量，并将其转换成为电量。信号调理电路信号调理电路 在系统中起着中间转换电路的作用。常用的 信号调理电路有电桥电路、放大电路、调制和解 调电路和滤波电路等。数据处理装置数据处理装置 对信号调理电路输出的电信号进行进一步的计 算和分析。如频谱分析、相关分析、谱密度分析。第11页，共105页，编辑于2022年，星期一121.21.2检测系统的组成原理检测系统
16、的组成原理第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础显示器显示器 目前常用的显示器有4类：模拟显示、数字 显示、图像显示及记录仪。执行机构执行机构 通常指各种继电器、电磁铁、电磁阀门、电 磁调节阀、伺服电动机等。第12页，共105页，编辑于2022年，星期一131.31.3传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位构成现代信息技术的三大支柱是构成现代信息技术的三大支柱是：传感器技术传感器技术传感器技术传感器技术（信息采集）；（信息采集）；（信息采集）；（信息采集）；通信技术通信技术通信技术通信技术 （信息传输）；（信息传输）；（信息传输）；（信息传输）；计算机技术计算
17、机技术计算机技术计算机技术（信息处理）；（信息处理）；（信息处理）；（信息处理）；它们在信息系统中分别起到它们在信息系统中分别起到它们在信息系统中分别起到它们在信息系统中分别起到 “感官感官感官感官”、“神经神经神经神经”和和和和“大脑大脑大脑大脑”的作用。的作用。的作用。的作用。在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的 信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。信息，而传感器是获取信
18、息的主要途径和手段。第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第13页，共105页，编辑于2022年，星期一141.31.3传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位传传传传感感感感器器器器广广广广泛泛泛泛用用用用于于于于工工工工业业业业、农农农农业业业业、商商商商业业业业、交交交交通通通通、环环环环境境境境监监监监测测测测、医医医医疗疗疗疗诊诊诊诊断断断断、军军军军事事事事科科科科研研研研、航航航航空空空空航航航航天天天天、现现现现代代代代办办办办公公公公设设设设备备备备、智智智智能能能能楼楼楼楼宇宇宇宇和和和和家家家家用用用用电电电电器器器器等等等等领领领领域域域
19、域。是是是是构构构构建建建建现现现现代信息系统的重要组成部分。代信息系统的重要组成部分。代信息系统的重要组成部分。代信息系统的重要组成部分。第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第14页，共105页，编辑于2022年，星期一151.31.3传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位 工业生产工业生产工业生产工业生产 在电力、冶金、石化、化工等在电力、冶金、石化、化工等在电力、冶金、石化、化工等在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运流程工业中，生产线上设备运流程工业中，生产线上设备运流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。行状态关系到整个
20、生产线流程。行状态关系到整个生产线流程。行状态关系到整个生产线流程。通常建立通常建立通常建立通常建立24242424小时在线监测系统。小时在线监测系统。小时在线监测系统。小时在线监测系统。第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第15页，共105页，编辑于2022年，星期一161.31.31.31.3传传感器技感器技感器技感器技术术的作用和地位的作用和地位的作用和地位的作用和地位 机器人机器人机器人机器人 视觉视觉视觉视觉:平面、立体平面、立体平面、立体平面、立体 非视觉非视觉非视觉非视觉:触觉、滑觉、触觉、滑觉、触觉、滑觉、触觉、滑觉、热觉、力觉、热觉、力觉、热觉、
21、力觉、热觉、力觉、接近觉、接近觉、接近觉、接近觉、第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第16页，共105页，编辑于2022年，星期一17超声波测距传感器、判断超声波测距传感器、判断超声波测距传感器、判断超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置建筑物内人和物所在位置建筑物内人和物所在位置建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动；红外线色彩传感器运动；红外线色彩传感器运动；红外线色彩传感器运动轨迹和轨迹和轨迹和轨迹和AGVAGVAGVAGV小车位置识小车位置识小车位置识小车位置识别；条形码传感器，货别；条形码传感器，货别；条形码传感器，货别；条形码传感器，货品
22、识别。品识别。品识别。品识别。AGVAGV自动送货车自动送货车 第17页，共105页，编辑于2022年，星期一第18页，共105页，编辑于2022年，星期一第19页，共105页，编辑于2022年，星期一第20页，共105页，编辑于2022年，星期一211.31.31.31.3传传感器技感器技感器技感器技术术的作用和地位的作用和地位的作用和地位的作用和地位超声波测流量超声波测流量超声波测流量超声波测流量红外测温红外测温红外测温红外测温电子汽车衡电子汽车衡电子汽车衡电子汽车衡计量测试计量测试 第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第21页，共105页，编辑于2022年，
23、星期一221.31.31.31.3传传感器技感器技感器技感器技术术的作用和地位的作用和地位的作用和地位的作用和地位 医疗诊断医疗诊断医疗诊断医疗诊断 第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第22页，共105页，编辑于2022年，星期一231.31.31.31.3传传感器技感器技感器技感器技术术的作用和地位的作用和地位的作用和地位的作用和地位家用电器家用电器液化气烟雾报警器液化气烟雾报警器液化气烟雾报警器液化气烟雾报警器智能洗衣机智能洗衣机智能洗衣机智能洗衣机遥控器遥控器遥控器遥控器第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第23页，共105页
24、，编辑于2022年，星期一241.31.31.31.3传传感器技感器技感器技感器技术术的作用和地位的作用和地位的作用和地位的作用和地位 智能建筑智能建筑 给排水系统给排水系统给排水系统给排水系统泵系统泵系统泵系统泵系统锅炉系统锅炉系统锅炉系统锅炉系统环境控制环境控制环境控制环境控制电力监测电力监测电力监测电力监测能量计费能量计费能量计费能量计费消防系统消防系统消防系统消防系统保安系统保安系统保安系统保安系统照明系统照明系统照明系统照明系统DDCDDCDDCDDC第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第24页，共105页，编辑于2022年，星期一251.31.31.3
25、1.3传传感器技感器技感器技感器技术术的作用和地位的作用和地位的作用和地位的作用和地位 智能建筑智能建筑智能建筑智能建筑 门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统门禁系统打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统指纹门禁指纹门禁指纹门禁指纹门禁第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第25页，共105页，编辑于2022年，星期一261.31.3传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位 最最最最 新新新新 湿湿湿湿 度度度度 测测测测 量量量量 应应应应 用用用用 领领领领 域域域域 纺纺
26、 织织 品品精确的 烟草烘干烟草烘干木材烘干木材烘干 芯片生产要求最高的湿度稳定性芯片生产要求最高的湿度稳定性纸纸 品品专为您的需求所设计的专为您的需求所设计的 湿度传感器湿度传感器第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第26页，共105页，编辑于2022年，星期一271.31.3传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位上海卢浦大桥上海卢浦大桥通车应力试验通车应力试验第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第27页，共105页，编辑于2022年，星期一28 汽车与传感器汽车与传感器汽车与传感器汽车与传感器 高级轿车需要用传感器对温度、压
27、力、位置、距离、转速、加速度、高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、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，一般需要湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要30303030100100100100种传感器。种传感器。种传感器。种传感器。1.31.3传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位第
28、第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第28页，共105页，编辑于2022年，星期一29鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD:CCD传感器传感器PCPCPCPC机中的测试技术应用机中的测试技术应用机中的测试技术应用机中的测试技术应用1.31.3传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第29页，共105页，编辑于2022年，星期一30声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器（能把人们在纸上自由书写的笔迹即
29、时输入到电脑或投影显示设备中）第30页，共105页，编辑于2022年，星期一311.31.3传感器技术的作用和地位传感器技术的作用和地位传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国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、生物工防、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工防、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工防、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工 程、商检质检、甚至文物保护等等极其广泛的程、商检质检、甚至文物保护等等极其广泛的程、商检质检、甚至文物保护等等极其广泛的程、商检质检、甚至文
30、物保护等等极其广泛的 领域。可以毫不夸张地说：几乎每个现代化项领域。可以毫不夸张地说：几乎每个现代化项领域。可以毫不夸张地说：几乎每个现代化项领域。可以毫不夸张地说：几乎每个现代化项 目，以至各种复杂工程系统，都离不开各种各目，以至各种复杂工程系统，都离不开各种各目，以至各种复杂工程系统，都离不开各种各目，以至各种复杂工程系统，都离不开各种各 样的传感器。样的传感器。样的传感器。样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会由此可见，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。世界各进步
31、方面的重要作用，是十分明显的。世界各进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各 国十分重视这一领域的发展。国十分重视这一领域的发展。国十分重视这一领域的发展。国十分重视这一领域的发展。第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第31页，共105页，编辑于2022年，星期一321.41.4传感器现状和国内外发展趋势传感器现状和国内外发展趋势v 传感器现状传感器现状传感器现状传感器现状 据统计目前全世界约有据统计目前全世界约有据统计目前全世界约有据统计目前全世界约有40404040个国家从事传感器的个国家从事传感器的个国家从事传感器的个
32、国家从事传感器的 研制、生产和开发，研发机构研制、生产和开发，研发机构研制、生产和开发，研发机构研制、生产和开发，研发机构6000600060006000余家。余家。余家。余家。其中以美、日、俄等国实力较强，美、日、俄等其中以美、日、俄等国实力较强，美、日、俄等其中以美、日、俄等国实力较强，美、日、俄等其中以美、日、俄等国实力较强，美、日、俄等 国建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类国建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类国建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类国建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类 的传感器产业，产品的传感器产业，产品的传感器产业，产品的传感器产业，产品20000
33、200002000020000多种，大企业的年生多种，大企业的年生多种，大企业的年生多种，大企业的年生 产能力达到几千万支到几亿支。产能力达到几千万支到几亿支。产能力达到几千万支到几亿支。产能力达到几千万支到几亿支。1998199819981998年全世界传感器市场销售额已达年全世界传感器市场销售额已达年全世界传感器市场销售额已达年全世界传感器市场销售额已达325325325325亿元，亿元，亿元，亿元，预计预计预计预计2006200620062006年销售额将增至年销售额将增至年销售额将增至年销售额将增至506506506506亿美元。亿美元。亿美元。亿美元。第第1 1章传感器与检测技术的理
34、论基础章传感器与检测技术的理论基础第32页，共105页，编辑于2022年，星期一331.41.4传感器现状和国内外发展趋势传感器现状和国内外发展趋势 我国的传感器技术及产业在国家我国的传感器技术及产业在国家我国的传感器技术及产业在国家我国的传感器技术及产业在国家“大力加强传感器大力加强传感器大力加强传感器大力加强传感器 的开发和在国民经济中的普遍应用的开发和在国民经济中的普遍应用的开发和在国民经济中的普遍应用的开发和在国民经济中的普遍应用”等一系列政策等一系列政策等一系列政策等一系列政策 导向和资金的支持下，近年来也取得了较快发展。导向和资金的支持下，近年来也取得了较快发展。导向和资金的支持下
35、，近年来也取得了较快发展。导向和资金的支持下，近年来也取得了较快发展。目前有目前有目前有目前有1680168016801680多家传感器研发机构，产品约多家传感器研发机构，产品约多家传感器研发机构，产品约多家传感器研发机构，产品约6000600060006000种，种，种，种，年产量年产量年产量年产量13.213.213.213.2亿多支，其中约有亿多支，其中约有亿多支，其中约有亿多支，其中约有1 1 1 12 2 2 2产品销往国外。产品销往国外。产品销往国外。产品销往国外。预计到预计到预计到预计到“十五十五十五十五”期末，敏感元器件与传感器年总产量期末，敏感元器件与传感器年总产量期末，敏感
36、元器件与传感器年总产量期末，敏感元器件与传感器年总产量 可望达到可望达到可望达到可望达到20202020亿支，销售总额将达约亿支，销售总额将达约亿支，销售总额将达约亿支，销售总额将达约120120120120亿元。亿元。亿元。亿元。第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第33页，共105页，编辑于2022年，星期一341.41.4传感器现状和国内外发展趋势传感器现状和国内外发展趋势传感器产业在科技投入传感器产业在科技投入传感器产业在科技投入传感器产业在科技投入(经费、高级人才资源经费、高级人才资源经费、高级人才资源经费、高级人才资源)、产业环境以及、产业环境以及、产
37、业环境以及、产业环境以及科技实力科技实力科技实力科技实力(专利件数、新品开发周期、关键材料与零组件、量产能力专利件数、新品开发周期、关键材料与零组件、量产能力专利件数、新品开发周期、关键材料与零组件、量产能力专利件数、新品开发周期、关键材料与零组件、量产能力)三大方面的综合竞争能力远低于美国、日本、欧洲等发达国家。三大方面的综合竞争能力远低于美国、日本、欧洲等发达国家。三大方面的综合竞争能力远低于美国、日本、欧洲等发达国家。三大方面的综合竞争能力远低于美国、日本、欧洲等发达国家。许多自动化方面的专家呼吁：目前系统越来越复杂，自动化已经陷许多自动化方面的专家呼吁：目前系统越来越复杂，自动化已经陷
38、许多自动化方面的专家呼吁：目前系统越来越复杂，自动化已经陷许多自动化方面的专家呼吁：目前系统越来越复杂，自动化已经陷入低谷，其主要原因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在入低谷，其主要原因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在入低谷，其主要原因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在入低谷，其主要原因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在感知信息方面的落后；另一方面也表现为传感器自身在智能化和网感知信息方面的落后；另一方面也表现为传感器自身在智能化和网感知信息方面的落后；另一方面也表现为传感器自身在智能化和网感知信息方面的落后；另一方面也表现为传感器自身在智能化和网络方面的落后。络方面
39、的落后。络方面的落后。络方面的落后。第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第34页，共105页，编辑于2022年，星期一351.41.4传感器现状和国内外发展趋势传感器现状和国内外发展趋势目前传感器总的发展趋势是：目前传感器总的发展趋势是：目前传感器总的发展趋势是：目前传感器总的发展趋势是：（1 1 1 1）不不不不断断断断提提提提高高高高检检检检测测测测系系系系统统统统的的的的测测测测量量量量精精精精度度度度、量量量量程程程程范范范范围围围围、延延延延长使用寿命、提高可靠性长使用寿命、提高可靠性长使用寿命、提高可靠性长使用寿命、提高可靠性 （2 2 2 2）应用新
40、技术和新的物理，扩大检测领域应用新技术和新的物理，扩大检测领域应用新技术和新的物理，扩大检测领域应用新技术和新的物理，扩大检测领域 （3 3 3 3）发展集成化、功能化的传感器）发展集成化、功能化的传感器）发展集成化、功能化的传感器）发展集成化、功能化的传感器 （4 4 4 4）采用计算机技术，使检测技术智能化）采用计算机技术，使检测技术智能化）采用计算机技术，使检测技术智能化）采用计算机技术，使检测技术智能化 （5 5 5 5）发展网络化传感器及检测系统）发展网络化传感器及检测系统）发展网络化传感器及检测系统）发展网络化传感器及检测系统 第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技
41、术的理论基础第35页，共105页，编辑于2022年，星期一36光纤流速传感器光纤流速传感器荧光材荧光材料制作料制作的电子的电子鼻传感鼻传感器器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器热热/光光电量电量第36页，共105页，编辑于2022年，星期一371.51.5测量概论测量概论 一、概念一、概念一、概念一、概念测测测测量量量量 是是是是借借借借助助助助专专专专门门门门的的的的技技技技术术术术和和和和仪仪仪仪表表表表设设设设备备备备，采采采采用用用用一一一一定定定定的的的的方方方方法法法法取取取取得得得得某某某某一客观事物一客观事物一客观事物一客观事物定量定量定量定量数据资料的实践过程数据资料的
42、实践过程数据资料的实践过程数据资料的实践过程。二、测量方法分类二、测量方法分类二、测量方法分类二、测量方法分类1 1、根据测量的手段分类、根据测量的手段分类、根据测量的手段分类、根据测量的手段分类直接测量、间接测量和组合测量直接测量、间接测量和组合测量直接测量、间接测量和组合测量直接测量、间接测量和组合测量2 2、按测量方式分类、按测量方式分类、按测量方式分类、按测量方式分类偏差式测量、零位式测量和微差式测量等。偏差式测量、零位式测量和微差式测量等。偏差式测量、零位式测量和微差式测量等。偏差式测量、零位式测量和微差式测量等。3 3、按被测量是否随时间变化分类、按被测量是否随时间变化分类、按被测
43、量是否随时间变化分类、按被测量是否随时间变化分类静态测量、动态测量静态测量、动态测量静态测量、动态测量静态测量、动态测量第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第37页，共105页，编辑于2022年，星期一381.51.5测量概论测量概论 三、测量误差三、测量误差三、测量误差三、测量误差1、测量误差的表示方法、测量误差的表示方法第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础1 1）绝对误差：）绝对误差：=X XL LX X：测量值：测量值L L：真值：真值某采购员分别在三家商店购买某采购员分别在三家商店购买100kg大米、大米、10kg苹果、苹果、
44、1kg青菜，发现青菜，发现均缺少约均缺少约0.5kg，但该采购员对卖青菜的商店意见最大，是何原因？，但该采购员对卖青菜的商店意见最大，是何原因？第38页，共105页，编辑于2022年，星期一391.51.5测量概论测量概论 第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础2）实际相对误差）实际相对误差3）引用误差）引用误差示值相对误差示值相对误差第39页，共105页，编辑于2022年，星期一401.51.5测量概论测量概论 注意：注意：注意：注意：仪表的精度等级是根据最大引用误差来决定的。仪表的精度等级是根据最大引用误差来决定的。仪表的精度等级是根据最大引用误差来决定的。仪表
45、的精度等级是根据最大引用误差来决定的。我我我我国国国国的的的的模模模模拟拟拟拟表表表表有有有有下下下下列列列列七七七七种种种种等等等等级级级级，精精精精度度度度等等等等级级级级的的的的数数数数值值值值越越越越小小小小，仪仪仪仪就就就就越越越越昂昂昂昂贵。贵。贵。贵。第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础第40页，共105页，编辑于2022年，星期一例：某指针式万用表某指针式万用表的面板如图所示，问：的面板如图所示，问：用它来测量用它来测量直流直流、交流交流（）电压时，可能产电压时，可能产生的满度相对误差分生的满度相对误差分别为多少？别为多少？第41页，共105页，编
46、辑于2022年，星期一例：例：用指针式万用表的用指针式万用表的10V量程测量一只量程测量一只1.5V干电池干电池的电压，示值如图所示，的电压，示值如图所示，问：选择该量程合理吗？问：选择该量程合理吗？第42页，共105页，编辑于2022年，星期一 用用2.5V量程测量同量程测量同一只一只1.5V干电池的电干电池的电压，与上图比较，问压，与上图比较，问示值相对误差哪一个示值相对误差哪一个大？大？第43页，共105页，编辑于2022年，星期一 用用2.5V量程测量同量程测量同一只一只1.5V干电池的电压，干电池的电压，与上图比较，问示值相与上图比较，问示值相对误差哪一个大？对误差哪一个大？第44页
47、，共105页，编辑于2022年，星期一1、某压力表准确度为某压力表准确度为2.5级，量程为级，量程为0-1.5MPa，求：，求：1）可能出现的最大满度相对误差可能出现的最大满度相对误差。2）可能出现的最大）可能出现的最大绝对误差绝对误差为多少为多少KPa？3）测量结果显示为）测量结果显示为0.70MPa时，可能出现的最大示值相对误差时，可能出现的最大示值相对误差?例题：例题：2、现有准确度为、现有准确度为0.5级的级的0-300C的和准的和准确度为确度为1.0级的级的0-100C的两个温度计，要测量的两个温度计，要测量80C的的温度，试问采用哪一个温度计好？温度，试问采用哪一个温度计好？第45
48、页，共105页，编辑于2022年，星期一461.51.5测量概论测量概论 四、测量误差的性质四、测量误差的性质四、测量误差的性质四、测量误差的性质第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础1、粗大误差、粗大误差 明显偏离真值的误差称为明显偏离真值的误差称为粗大误差粗大误差，也叫过失误差。粗大，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大
49、误差明显超过正常条件下的误造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。差。当发现粗大误差时，应予以剔除。第46页，共105页，编辑于2022年，星期一471.51.5测量概论测量概论 第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础2、系统误差、系统误差 系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程度。系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法系统误差是有规律性的，因此
50、可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。表的有关部件予以消除。第47页，共105页，编辑于2022年，星期一481.51.5测量概论测量概论 第第1 1章传感器与检测技术的理论基础章传感器与检测技术的理论基础3、随机误差、随机误差在在同同一一条条件件下下，多多次次测测量量同同一一被被测测量量，有有时时会会发发现现测测量量值值时时大大时时小小，误误差差的的绝绝对对值值及及正正、负负以以不不可可预预见见的的方方式式变变化化，该该误误差差称称为为随随机机误误差差，也也称称偶偶然然误误差差，它它反反映映了了