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1、第1讲传感器技术基础第1页，共48页，编辑于2022年，星期一基础知识定义、分类发展趋势选用原则综合实训传感器原理检测技术变磁阻式传感器电阻式传感器电容式传感器磁电式传感器压电式传感器热电式传感器光电式传感器光纤传感器数字式传感器化学传感器生物传感器课程主要内容课程主要内容传感器的工作原理、结构、主要传感器的工作原理、结构、主要参数、检测电路及其典型应用参数、检测电路及其典型应用传感器技术第2页，共48页，编辑于2022年，星期一电阻式远传压力表感应式流量表称重传感器CCD传感器第3页，共48页，编辑于2022年，星期一质子旋进式磁敏传感器压阻式液位传感器光敏传感器温度传感器第4页，共48页，
2、编辑于2022年，星期一风力参数传感器地震检波器反射式光敏传感器磁、气、力敏传感器超声传感器第5页，共48页，编辑于2022年，星期一课程目标（一）总目标掌握传感器的结构组成和基本原理，具备构建测试电路的基本技能了解传感器在生产实践中的应用以及传感器的应用技术和发展趋势，学习科学探索方法，养成自主学习能力第6页，共48页，编辑于2022年，星期一（二）具体目标了解传感器的概念，种类和结构组成，了解传感器的最新发展动向和水平。理解常用传感器的工作原理及相应的测量转换电路，信号处理电路。理解各种传感器特点及在工业中的应用了解检测技术中常用的误差处理，弹性元件及抗干扰技术等相关知识。第7页，共48页
3、，编辑于2022年，星期一目目 录录第第0章章 绪论绪论第第1章章 传感器技术基础传感器技术基础第第2章章 电阻式传感器电阻式传感器第第3章章 变磁阻式传感器变磁阻式传感器第第4章章 电容式传感器电容式传感器第第5章章 磁电式传感器磁电式传感器第第6章章 压电式传感器压电式传感器第第7章章 热电式传感器热电式传感器第第8 8章章 光电式传感器光电式传感器第第9 9章章 光纤传感器光纤传感器第第1010章数字式传感器章数字式传感器第第1111章化学传感器章化学传感器第第1212章生物传感器章生物传感器第第1313章传感器检测技术章传感器检测技术第第1414章传感器新技术章传感器新技术第8页，共4
4、8页，编辑于2022年，星期一测量电路测量电路传感器传感器电源电源指示仪指示仪记录仪记录仪伺服控制伺服控制开环自动测控系统框图开环自动测控系统框图 被测量被测量第9页，共48页，编辑于2022年，星期一调节元件调节元件给定元件给定元件信息处理信息处理检测电路检测电路执行元件执行元件传感器传感器对象对象输出输出显示显示记录记录闭环自动测控系统框图闭环自动测控系统框图 第10页，共48页，编辑于2022年，星期一第0章绪论教学目标教学目标：要求掌握传感器的概念，了解传感器的结构组成、作用及分类1.什么是传感器2.传感器的物质定律3.传感器的构成和分类4.传感器有什么作用5.传感器的发展趋势第11页
5、，共48页，编辑于2022年，星期一.传感器定义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置广义：凡是利用一定的物质（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等进行能量转换和信息转换，并且输入和输出严格一一对应的器件和装置均可称为传感器1.什么是传感器第12页，共48页，编辑于2022年，星期一2.传感器的物理定律（1）守恒定律（2）场的定律（3）物质定律（4）统计法则第13页，共48页，编辑于2022年，星期一敏感元件敏感元件转换元件转换元件辅助电源辅助电源接口电路接口电路传感器组成框图传
6、感器组成框图被测非被测非电量电量可用电可用电量量有用非电有用非电量量有用电参有用电参量量3.传感器的结构与分类第14页，共48页，编辑于2022年，星期一举例:测量压力的电位器式压力传感器第15页，共48页，编辑于2022年，星期一自源型（热电偶、压电器件）辅助能源型（光电管、光敏二极管、磁电式和霍尔等电磁感应式传感器）外源型（电阻应变式、电感、电容式位移传感器以及气敏、湿敏、光敏、热敏等传感器）相同敏感元件的补偿型（应变式、固体压阻式）差动结构补偿型（差动电阻式、差动电容式、差动电感式传感器）不同敏感元件的补偿型（热敏元件的温度补偿等)反馈型（力平衡式压力、称重、加速度传感器）第16页，共4
7、8页，编辑于2022年，星期一4.传感器的地位和作用第17页，共48页，编辑于2022年，星期一图1、1989年研制的SBA-30型乳酸分析仪图2、1992年研制的SBA-40型谷氨酸-葡萄糖双功能分析仪图3、1994年研制的SBA-50型单电极生物传感分析仪图4、2000年研制的SBA-60型生物传感器在线分析系统(四电极)图5、2003年研制的SBA-70型血糖乳酸自动分析仪第18页，共48页，编辑于2022年，星期一第19页，共48页，编辑于2022年，星期一第20页，共48页，编辑于2022年，星期一第21页，共48页，编辑于2022年，星期一SUGV在粗糙地形运动,站立或者低头监测车
8、辆下方爆炸物UAV重41磅,便携式设计:可延伸探头能提供白天和夜晚的照片未来作战系统第22页，共48页，编辑于2022年，星期一第23页，共48页，编辑于2022年，星期一5.传感器的发展趋势发现新效应，开发新材料、新功能传感器的多功能集成化和微型化传感器的数字化、智能化和网络化研究生物感官，开发仿生传感器第24页，共48页，编辑于2022年，星期一第1章传感器技术基础教学目标教学目标：了解传感器的数学模型和性能指标，以及改善性能指标的技术途径。了解传感器的正确使用及标定和校准。1.传感器的数学模型2.传感器的静态特性和动态特性3.改善传感器性能的技术指标4.传感器的正确使用5.传感器的标定与
9、校准第25页，共48页，编辑于2022年，星期一1.传感器的数学模型静态模型静态模型y=a0+a1x+a2x2+anxn动态模型动态模型1.微分方程2.传递函数第26页，共48页，编辑于2022年，星期一2.传感器的特性与指标静态特性（1）线性度第27页，共48页，编辑于2022年，星期一（2)回差（滞后性）第28页，共48页，编辑于2022年，星期一(3)重复性第29页，共48页，编辑于2022年，星期一(4)灵敏度第30页，共48页，编辑于2022年，星期一(5)分辨力（分辨率）(6)阈值(7)稳定性(8)漂移(9)静态误差第31页，共48页，编辑于2022年，星期一动态特性（1）频率响应
10、特性例子：下图为一弹簧阻尼器组成的机械压力传感器，分析该传感器的频率响应。第32页，共48页，编辑于2022年，星期一第33页，共48页，编辑于2022年，星期一可见：可见：在时间常数在时间常数很小时，输出位移能真实地反应输入作很小时，输出位移能真实地反应输入作用力的变化规律，与作用力频率无关。用力的变化规律，与作用力频率无关。第34页，共48页，编辑于2022年，星期一阶跃响应特性第35页，共48页，编辑于2022年，星期一(1)最大超调量最大超调量(2)延迟时间延迟时间(3)上升时间上升时间(4)峰值时间峰值时间(5)响应时间响应时间 第36页，共48页，编辑于2022年，星期一3.改善传
11、感器性能的技术途径结构、材料与参数的合理选择差动技术平均技术稳定性处理屏蔽、隔离与干扰抑制零示法、微差法与闭环技术补偿、校正与有源化集成化、智能化与信息融合第37页，共48页，编辑于2022年，星期一4.传感器的正确使用要认真阅读所选传感器的使用说明书正确选择测试点并进行安装保证被测信号的有效、高效传输传感器测量系统必须有良好的接地，且有抗干扰措施对非接触式传感器，必须与使用前在现场进行标定必须定期校准第38页，共48页，编辑于2022年，星期一5.传感器的标定与校准静态标定动态标定第39页，共48页，编辑于2022年，星期一第2章电阻式传感器2.1电阻应变计的基本原理和结构2.1.1导电材料
12、的应变电阻效应把导体的机械应变转换为电阻应变以便于进行电测1.金属材料的应变电阻效应第40页，共48页，编辑于2022年，星期一2.半导体材料的应变电阻效应综合上面两式可得导电丝材的应变电阻效应为第41页，共48页，编辑于2022年，星期一2.1.2电阻应变计的结构与类型1.应变计的结构敏感栅基底引线盖层粘结剂第42页，共48页，编辑于2022年，星期一2.应变计的类型见书上36-37页第43页，共48页，编辑于2022年，星期一2.2电阻应变计的主要特性2.2.1静态特性应变计感受试件不随时间变化或变化缓慢的应变时的输出特性。1.灵敏系数（K）K为应变计的灵敏系数不等于其敏感栅整长应变丝的灵
13、敏系数K0,K0K第44页，共48页，编辑于2022年，星期一2.横向效应及横向效应系数横向效应及横向效应系数应变-电阻转换公式（1）在标定条件下，有则第45页，共48页，编辑于2022年，星期一由上式可见，在单向应力、双向应变情况下，横向应变总是起着抵消纵向应变的作用。横向效应：应变计这种即敏感纵向应变，又同时受横向应变影响而使灵敏系数及相对电阻比都减小的现象，称为横向效应，其大小用横向效应系数H（百分数）来表示第46页，共48页，编辑于2022年，星期一横向效应引起较大测量误差可见，要消减横向效应产生的误差，有效的办法是减小H第47页，共48页，编辑于2022年，星期一3.机械滞后4.蠕变和零漂5.应变极限第48页，共48页，编辑于2022年，星期一