《传感器检测技术精.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器检测技术精.ppt（18页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、传感器检测技术第1页，本讲稿共18页第一章第一章 绪绪 论论1.1 1.1 引言引言传感器技术是当今世界令人瞩目、迅猛发展的高新技术之传感器技术是当今世界令人瞩目、迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学发展的一个重要标志，与通信技术、计一，也是当代科学发展的一个重要标志，与通信技术、计算机技术共同构成算机技术共同构成2121实际信息产业的三大支柱。如果说计实际信息产业的三大支柱。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。因此各发达国家都将传感器技术作为本世纪重点技术加以因此各发达国家都将传感器技术作为本世纪重点技术加以发展。随
2、着国内工业自动化、信息化和国防现代化的发展，发展。随着国内工业自动化、信息化和国防现代化的发展，传感器的年需求量持续增长。但是目前国内传感器技术的传感器的年需求量持续增长。但是目前国内传感器技术的创新和新产品开发能力落后于国外先进水平，制约了我国创新和新产品开发能力落后于国外先进水平，制约了我国工业自动化和信息化技术的发展。工业自动化和信息化技术的发展。第2页，本讲稿共18页1.2 传感器技术的发展现状传感器技术的发展现状 国外发展传感器技术主要有两条不同路径，一条是以美国为代国外发展传感器技术主要有两条不同路径，一条是以美国为代表的先军工后民用、先提高后普及的发展方式；另一条是以日本为表的先
3、军工后民用、先提高后普及的发展方式；另一条是以日本为代表的侧重实用化和商品化，先普及后提高，由引进、消化、仿制代表的侧重实用化和商品化，先普及后提高，由引进、消化、仿制到自行改进设计创新的发展方式。前者花钱多，后者花钱少，发展到自行改进设计创新的发展方式。前者花钱多，后者花钱少，发展速度更快。国外在传感器的研究、开发、生产和应用方面发展速度速度更快。国外在传感器的研究、开发、生产和应用方面发展速度很快，主要表现为：很快，主要表现为：v（1 1）十分重视对传感器技术开发；）十分重视对传感器技术开发；v（2 2）重视传感器制作工艺研究；）重视传感器制作工艺研究；v（3 3）重视质量管理与市场分析。
4、）重视质量管理与市场分析。第3页，本讲稿共18页 我国近我国近2020多年来，经过科技攻关，敏感元件与传感器的制造技术多年来，经过科技攻关，敏感元件与传感器的制造技术有了长足的进步，在设计、关键工艺、可靠性、产品开发等方面均有了长足的进步，在设计、关键工艺、可靠性、产品开发等方面均有不同程度的突破与创新，但我国传感器的整体水平与国外发达国有不同程度的突破与创新，但我国传感器的整体水平与国外发达国家相比仍有较大差距，主要表现为：家相比仍有较大差距，主要表现为：v（1 1）核心制造技术严重滞后于国外，国内产品差强人意；）核心制造技术严重滞后于国外，国内产品差强人意；v（2 2）产品品种不全、规格少
5、，新品欠缺；）产品品种不全、规格少，新品欠缺；v（3 3）科技创新差，拥有自主知识产权的产品少；）科技创新差，拥有自主知识产权的产品少；v（4 4）工艺装备落后，产品质量差；）工艺装备落后，产品质量差；v（5 5）人才资源匮乏，产业发展不足；）人才资源匮乏，产业发展不足；v（6 6）统筹规划不足，投资力度不够。）统筹规划不足，投资力度不够。第4页，本讲稿共18页1.3 1.3 传感器的地位和作用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。新技术革传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代，在利用信息的过程中，命的到来，世界开始进入信息时代，在
6、利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。传感器，现代化生产也就失去了
7、基础。第5页，本讲稿共18页1.4 1.4 传感器技术的发展趋势随着科学技术的发展，社会的进步，人们对传感器的要求也随着科学技术的发展，社会的进步，人们对传感器的要求也越来越高，从整体上看，传感器技术的发展趋势有以下几个越来越高，从整体上看，传感器技术的发展趋势有以下几个方面：方面：（1 1）向高精度发展；）向高精度发展；（2 2）向高可靠性、宽温度范围发展；）向高可靠性、宽温度范围发展；（3 3）向微型化发展；）向微型化发展；（4 4）向微功耗及无源化发展；）向微功耗及无源化发展；（5 5）向智能化数字化发展。）向智能化数字化发展。第6页，本讲稿共18页第二章第二章 传感器应用技术理论基础概
8、述传感器应用技术理论基础概述o2.1 传感器的基本概念传感器的基本概念 国国家家标标准准GB7665-87GB7665-87对对传传感感器器下下的的定定义义是是：“能能感感受受规规定定的的被被测测量量并并按按照照一一定定的的规规律律转转换换成成可可用用信信号号的的器器件件或或装装置置，通通常常由由敏敏感感元元件件和和转转换换元元件件组组成成”。传传感感器器是是一一种种检检测测装装置置，能能感感受受到到被被测测量量的的信信息息，并并能能将将检检测测感感受受到到的的信信息息，按按一一定定规规律律变变换换成成为为电电信信号号或或其其他他所所需需形形式式的的信信息息输输出出，以以满满足足信信息息的的传
9、传输输、处处理理、存存储储、显显示示、记记录录和和控控制制等等要要求求。传传感感器器一一般般由由敏敏感感元元件件、转转换换元元件件、调调理理电电路路、辅辅助助电电源源四四部部分分组组成，如下图所示：成，如下图所示：第7页，本讲稿共18页v（1 1）敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成）敏感元件：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。确定关系的某一物理量的元件。v（2 2）转换元件：将敏感元件的输出转换成便于传输和测）转换元件：将敏感元件的输出转换成便于传输和测量的电参量（电阻）或电信号。量的电参量（电阻）或电信号。v（3 3）调理电路：调理电路则对转换原件输出的信号
10、进）调理电路：调理电路则对转换原件输出的信号进行放大、滤波、运算、调制等，以便于实现远距离传输、行放大、滤波、运算、调制等，以便于实现远距离传输、显示、记录和控制。显示、记录和控制。v（4 4）辅助电源：辅助电源为调理电路和转换原件提）辅助电源：辅助电源为调理电路和转换原件提供稳定的工作电源。供稳定的工作电源。第8页，本讲稿共18页2.2 2.2 传感器的特性传感器的性能指标在检测控制系统和科学实验中，需要对各种参传感器的性能指标在检测控制系统和科学实验中，需要对各种参数进行检测和控制，而要达到比较优良的控制性能，则必须要求数进行检测和控制，而要达到比较优良的控制性能，则必须要求传感器能够感测
11、被测量的变化并且不失真地将其转换为相应的电传感器能够感测被测量的变化并且不失真地将其转换为相应的电量，这种要求主要取决于传感器的基本特性。传感器的基本特性量，这种要求主要取决于传感器的基本特性。传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性。静态特性是指检测系统的输入为主要分为静态特性和动态特性。静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。主不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等；要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等；动态特性是指动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之
12、间检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系。的关系。第9页，本讲稿共18页第三章 传感器的分类及工作原理3.1 3.1 传感器的分类 目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：下三种：（1 1）按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温）按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。度、流量、气体成份等传感器。（2 2）按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关）按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（量（“1 1”和和“0 0”或或“开开”和和“关关”）的
13、开关型传感器；输出为）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。（3 3）按传感器的工作原理分类，可分为应变式传感器、电感式传）按传感器的工作原理分类，可分为应变式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、电阻式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、电阻式传感器、热电偶式传感器、超声波式传感器等。感器、热电偶式传感器、超声波式传感器等。第10页，本讲稿共18页3.2 传感器的工作原理传感器的工作原理传感器的工作原理传感器的工作原理 1 1 1 1、应变式传感器的工作原理是在外力作用下，导体
14、或半导、应变式传感器的工作原理是在外力作用下，导体或半导、应变式传感器的工作原理是在外力作用下，导体或半导、应变式传感器的工作原理是在外力作用下，导体或半导体材料产生机械变形，从而引起材料电阻值发生相应的变化。体材料产生机械变形，从而引起材料电阻值发生相应的变化。体材料产生机械变形，从而引起材料电阻值发生相应的变化。体材料产生机械变形，从而引起材料电阻值发生相应的变化。2 2 2 2、电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如
15、位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数流量、振动等转换成线圈自感系数流量、振动等转换成线圈自感系数流量、振动等转换成线圈自感系数L L L L或互感系数或互感系数或互感系数或互感系数M M M M的变化，再由测量的变化，再由测量的变化，再由测量的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量的输出。电路转换为电压或电流的变化量的输出。电路转换为电压或电流的变化量的输出。电路转换为电压或电流的变化量的输出。3 3 3 3、电容式传感器是、电容式传感器是、电容式传感器是、电容式传感器是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容把被测的机械量，如位移、压力等转换
16、为电容把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。量变化的传感器。量变化的传感器。量变化的传感器。4 4、磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应、磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应、磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应、磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。电势输出的传感器。电势输出的传感器。电势输出的传感器。第11页，本讲稿共18页n n5 5、光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器，光电式传感器、光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器，光电式传感器、光电式传感器是将光通量
17、转换为电量的一种传感器，光电式传感器、光电式传感器是将光通量转换为电量的一种传感器，光电式传感器的基础是光电转换元件的光电效应。的基础是光电转换元件的光电效应。的基础是光电转换元件的光电效应。的基础是光电转换元件的光电效应。n n6 6、电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量、电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量、电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量、电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。转换为电阻值变化的传感器。转换为电阻值变化的传感器。转换为电阻值变化的传感器。n n7 7、热电偶式传感器
18、：是由两种不同成分的导体两端接合成回路，当两、热电偶式传感器：是由两种不同成分的导体两端接合成回路，当两、热电偶式传感器：是由两种不同成分的导体两端接合成回路，当两、热电偶式传感器：是由两种不同成分的导体两端接合成回路，当两接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流，如果热电偶的接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流，如果热电偶的接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流，如果热电偶的接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流，如果热电偶的工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电工作端与参比端存
19、有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电工作端与参比端存有温差时，显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。势所对应的温度值。势所对应的温度值。势所对应的温度值。n n8 8、超声波传感器是利用超声波传感器是利用超声波传感器是利用超声波传感器是利用超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波成反射回波成反射回波成反射回波的特性研制而成的传感器。的特性研制而成的传感器。的特性研制而成的传感器。的特性研制而成的传感器。第12页，本讲稿共18页第四章第四章 传感器的选择
20、及应用传感器的选择及应用n n4.1 传感器的选择传感器的选择 在选择传感器时主要考虑以下几个因素：在选择传感器时主要考虑以下几个因素：在选择传感器时主要考虑以下几个因素：在选择传感器时主要考虑以下几个因素：1 1、传感器的类型传感器的类型传感器的类型传感器的类型 2 2 2 2、灵敏度、灵敏度、灵敏度、灵敏度 3 3 3 3、频率响应特性、频率响应特性、频率响应特性、频率响应特性 4 4 4 4、线性范围、线性范围、线性范围、线性范围 5 5 5 5、稳定性、稳定性、稳定性、稳定性 6 6 6 6、精度、精度、精度、精度第13页，本讲稿共18页4.2 传感器的应用1、传感器在电子秤中的应用
21、电子秤的测力装置是力传感器，常用的一种力传感器由一个金电子秤的测力装置是力传感器，常用的一种力传感器由一个金属梁和两个应变片组成。如图所示：属梁和两个应变片组成。如图所示：第14页，本讲稿共18页 在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上在金属梁没有受力的情况下，金属梁处于水平状态，梁的上下应变片的长度没变切相等，两应变片的电阻大小也相等，下应变片的长度没变切相等，两应变片的电阻大小也相等，下应变片的长度没变切相等，两应变片的电阻大小也相等，下应变片的长度没变切相等，两应变片的电
22、阻大小也相等，当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得当给金属梁施加竖直向下的力时，金属梁会向下弯曲，使得金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，金属梁上面的应变片被拉长，电阻变大，两端电压也变大，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小，两端电压也减小，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小，两端电压也减小，而下边的应变片被挤压收缩，电阻变小，两端电压也减小，而下边的应变片
23、被挤压收缩，电阻变小，两端电压也减小，使得两应变片的两端电压存在差值，控制电路就通过这个差使得两应变片的两端电压存在差值，控制电路就通过这个差使得两应变片的两端电压存在差值，控制电路就通过这个差使得两应变片的两端电压存在差值，控制电路就通过这个差值，经过放大电路将差值信号放大，再在显示器上显示出数值，经过放大电路将差值信号放大，再在显示器上显示出数值，经过放大电路将差值信号放大，再在显示器上显示出数值，经过放大电路将差值信号放大，再在显示器上显示出数字，即力字，即力字，即力字，即力F F F F的大小。传感器在称上的应用充分改善了杆式称操作麻的大小。传感器在称上的应用充分改善了杆式称操作麻的大
24、小。传感器在称上的应用充分改善了杆式称操作麻的大小。传感器在称上的应用充分改善了杆式称操作麻烦、误差大、测量范围小的缺点。烦、误差大、测量范围小的缺点。烦、误差大、测量范围小的缺点。烦、误差大、测量范围小的缺点。n n2 2、传感器在电熨斗中的应用传感器在电熨斗中的应用传感器在电熨斗中的应用传感器在电熨斗中的应用 电熨斗中的温度传感器，半导体材料制成的热敏电阻和金属热电熨斗中的温度传感器，半导体材料制成的热敏电阻和金属热电熨斗中的温度传感器，半导体材料制成的热敏电阻和金属热电熨斗中的温度传感器，半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号电阻均可制成温度
25、传感器，它可以把温度信号转换为电信号电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制。进行自动控制。进行自动控制。进行自动控制。如图所示：如图所示：如图所示：如图所示：第15页，本讲稿共18页v电熨斗内部装有双金属片温度传感器，常温下，上下触点是接触的，电熨斗内部装有双金属片温度传感器，常温下，上下触点是接触的，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，但温度过高时，由于双金属片受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电下部金属膨胀小，则双金属片向下弯曲，使触
26、点分离，从而切断电源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，源停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用。这样循环进行，起到自动控制温度的作用。第16页，本讲稿共18页v 传感器在其他领域的应用还有很多，例如：汽传感器在其他领域的应用还有很多，例如：汽车上的速度传感器；手机上的重力传感器；路灯中车上的速度传感器；手机上的重力传感器；路灯中的光敏传感器等等。传感器的种类很多，早已渗透的光敏传感器等等。传感器的种类很多，早已渗透到工业生产、宇宙开发、环境保护、资源调查、生到工业生产、宇宙开发、环境保护、资源调查、生物工程、甚至文
27、物保护等等极其之泛的领域。可以物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以毫不夸张地说，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，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。由此可见，传感器技都离不开各种各样的传感器。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。世界各国都十分重视这一领域的发展。十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。第17页，本讲稿共18页本文是在张老师悉心指导和亲切关怀下，并且在实习本文是在张老师悉心指导和亲切关怀下，并且在实习期间得到公司有关领导的帮助，经过不断的学习和修期间得到公司有关领导的帮助，经过不断的学习和修改完成的。黑龙江建筑技术学院的各位老师给了我很改完成的。黑龙江建筑技术学院的各位老师给了我很大帮助和启示，使我学到更多的知识，但是由于本人大帮助和启示，使我学到更多的知识，但是由于本人能力有限，论述过程中还存在很多的问题，请答辩老能力有限，论述过程中还存在很多的问题，请答辩老师提出宝贵意见。感谢各答辩老师的认真聆听，祝愿师提出宝贵意见。感谢各答辩老师的认真聆听，祝愿您身体健康、吉祥如意！您身体健康、吉祥如意！结束语第18页，本讲稿共18页