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1、会计学1王介生检测技术王介生检测技术(jsh)概述概述第一页，共48页。第第1章章概述(i sh)第2页/共48页第二页，共48页。检测技术作为信息科学的一个重要分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一检测技术作为信息科学的一个重要分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一检测技术作为信息科学的一个重要分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一检测技术作为信息科学的一个重要分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术等一起构成了信息技术的完整学科。在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会活动都是以信起构成了信息技术的完整学科。在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会活动都是以信起构
2、成了信息技术的完整学科。在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会活动都是以信起构成了信息技术的完整学科。在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会活动都是以信息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与信息转换的重要手段(shudun)(shudun)(shudun)(shudun)，是信息，是信息，是信息，是信息科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。
3、科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。科学最前端的一个阵地，是实现信息化的基础技术之一。自动控制系统示意框图传感器被测对象控制器被测量可用信号信号处理显示记录第3页/共48页第三页，共48页。1.11.1课程课程课程课程(kchng)(kchng)简介简介简介简介1.1.1 1.1.1 本课程本课程本课程本课程(kchng)(kchng)的地位和作用的地位和作用的地位和作用的地位和作用 传感器与检测技术是工科电器信息传感器与检测技术是工科电器信息(xnx)类专业重要的专类专业重要的专业课，有很广泛的适应面。业课，有很广泛的适应面。第4页/共48页第四页，共48页。课程旨在培养学生在
4、电子信息、计算机应用、精密仪器、测量与控制等多领域中，课程旨在培养学生在电子信息、计算机应用、精密仪器、测量与控制等多领域中，具备生产过程具备生产过程(guchng)中各种电量、非电量参量的检测、显示、控制及系统的产品中各种电量、非电量参量的检测、显示、控制及系统的产品设计制造、科技开发、应用研究等方面的能力。设计制造、科技开发、应用研究等方面的能力。本课程定位于为教学研究型大学的自动化、测控技术与仪器和电器自动化专业的本本课程定位于为教学研究型大学的自动化、测控技术与仪器和电器自动化专业的本科学生提供传感器与检测技术方面的基础知识和基本技能的培训。科学生提供传感器与检测技术方面的基础知识和基
5、本技能的培训。1.11.1课程课程课程课程(kchng)(kchng)简介简介简介简介第5页/共48页第五页，共48页。1.1.2 1.1.2 本课程内容体系结构本课程内容体系结构本课程内容体系结构本课程内容体系结构n n按照传感器、检测技术和自动检测系统三大模块进行讲解。按照传感器、检测技术和自动检测系统三大模块进行讲解。按照传感器、检测技术和自动检测系统三大模块进行讲解。按照传感器、检测技术和自动检测系统三大模块进行讲解。n n传感器部分主要包括传感器部分主要包括传感器部分主要包括传感器部分主要包括(boku)(boku)(boku)(boku)传感器的基本特性、各类传统与新型传感传感器的
6、基本特性、各类传统与新型传感传感器的基本特性、各类传统与新型传感传感器的基本特性、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
7、感器、微传感器等）物传感器、微传感器等）物传感器、微传感器等）物传感器、微传感器等）n n检测技术主要包括检测技术主要包括检测技术主要包括检测技术主要包括(boku)(boku)(boku)(boku)参数检测、微弱信号检测、软测量、多传感参数检测、微弱信号检测、软测量、多传感参数检测、微弱信号检测、软测量、多传感参数检测、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器数据融合、测量不确定度与回归分析等器数据融合、测量不确定度与回归分析等器数据融合、测量不确定度与回归分析等n n检测系统主要包括检测系统主要包括检测系统主要包括检测系统主要包括(boku)(boku)(bok
8、u)(boku)虚拟仪器和自动检测系统等。虚拟仪器和自动检测系统等。虚拟仪器和自动检测系统等。虚拟仪器和自动检测系统等。第6页/共48页第六页，共48页。1.1.3 1.1.3 本课程本课程本课程本课程(kchng)(kchng)的任务及要求的任务及要求的任务及要求的任务及要求n n“传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术”是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、光是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、光是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、光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、精密机械设计电检测技术、控制技术、计算机
9、技术、数据处理技术、精密机械设计电检测技术、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、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、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、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。机、电于一体，软硬件相结合。机、电于一体，软硬件相结合。机、电于一体，软硬件相结合。n n“传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术”课程着重培养学生掌握传
10、感器与检测技术基本课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基本课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基本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时，要求学生通过实验和实践熟练掌握各类典型
11、传感器的基本原理和适用场合，掌握常用适用场合，掌握常用适用场合，掌握常用适用场合，掌握常用(chn yn)(chn yn)(chn yn)(chn yn)测量仪器的基本工作原理和工作性测量仪器的基本工作原理和工作性测量仪器的基本工作原理和工作性测量仪器的基本工作原理和工作性能，能合理选用常用能，能合理选用常用能，能合理选用常用能，能合理选用常用(chn yn)(chn yn)(chn yn)(chn yn)电子仪器、测量电路等，能根据测电子仪器、测量电路等，能根据测电子仪器、测量电路等，能根据测电子仪器、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，量要求设
12、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，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，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。达到理论与实践的高度统一，突出能力的培养。达到理论与实践的高度统一，突出能力的培养。达到理论与实践的高度统一，突出能力的培养。第7页/共48页第七页，共48页。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（信息采集）；传感器技术（信息采集）；通信技术（信息传输）；通信技术（信息传输）；计算机技术（信息处理）；计算机技术（信息处理）；它们在信息系统中分别
13、起到它们在信息系统中分别起到 “感官感官”、“神经神经”和和“大脑大脑”的作用。的作用。在利用在利用(lyng)(lyng)信息的过程中首先要解决获取准确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可靠的信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。段。1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用(zuyng)(zuyng)第8页/共48页第八页，共48页。目前传感器涉及的领域：现代大工业生产、基础学科研究、宇宙开发、海洋探测、军事国防(gufng)、环境保护、资源调查、医学诊断、智能建筑、汽车、家用电器、生物工程、商检质检、公共安全、甚至文物保护等等极其广泛的领域。1、
14、现代、现代(xindi)大大工业生产工业生产质量质量(zhling)监控；自监控；自动检测；动检测；过程控制的五大参量检测过程控制的五大参量检测：流量、压力、温度、液：流量、压力、温度、液位、成分。位、成分。1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用第9页/共48页第九页，共48页。超高温、超高压、超低温、超高真空超高温、超高压、超低温、超高真空(zhnkng)、超强磁场检测。、超强磁场检测。3、航空航天宇宙飞船、航空航天宇宙飞船(yzhufichun)飞行(fixng)的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动测量；“阿波罗10”飞船对3295个参数进行检测，其中：温度传感器温度传感器
15、559559个个压力传感器压力传感器140140个个信号传感器信号传感器501501个个遥控传感器遥控传感器142142个个专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体2、基础学科研究、基础学科研究1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用第10页/共48页第十页，共48页。1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用(zuyng)(zuyng)神州神州(Shnzhu)飞飞船：船：185185台（套）仪器台（套）仪器(yq)(yq)装置装置检测参数检测参数-加速度、温度、加速度、温度、压力、压力、振动、流量、应变、振动、流量、应变、声学、声学、第11页/共
16、48页第十一页，共48页。1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用(zuyng)(zuyng)4、军事、军事(jnsh)上的应上的应用用美军研制美军研制(ynzh)的未来单兵作战武器的未来单兵作战武器-OICW 夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。在发射激光测距仪：可精确的定位目标。在发射2020毫米高爆弹时，激光测距仪可将毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间。间。第12页/共48页第十二页，共48页。1.2 1
17、.2 传感器的作用传感器的作用(zuyng)(zuyng)美国美国(mi u)国家导弹防御计划国家导弹防御计划-NMD1.地基拦截器地基拦截器2.早期预警系统早期预警系统3.前沿部署前沿部署(如雷达）如雷达）4.管理与控制系统管理与控制系统5.卫星红外线监测系统卫星红外线监测系统 监测系统监测系统:探测探测(tnc)和和发现敌人导弹的发射并追踪发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；导弹的飞行轨道；拦截器：能识别真假拦截器：能识别真假弹头，敌友方弹头，敌友方第13页/共48页第十三页，共48页。5、汽车、汽车(qch)工业工业 汽车传感器：汽车电子控制系统汽车传感器：汽车电子控制系统(kn z
18、h x tn)的信息源，关键部件，核心的信息源，关键部件，核心技术内容技术内容 普通普通(ptng)(ptng)轿车：约安装几十到近百只传感器，轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。发动机：发动机：向发动机的电子控制单元（向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等底底 盘：盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死
19、系控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系 统等、车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、统等、车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温油温 1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用第14页/共48页第十四页，共48页。1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用(zuyng)(zuyng)车车 身：提高身：提高(t go)汽车的安全性、可靠性和舒适性等汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等 第15页/共48页第十五页，共48页。1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用(zuy
20、ng)(zuyng)6、智能建筑、智能建筑包括包括(boku)三大基本要素有：三大基本要素有：楼宇自动化系统楼宇自动化系统(xtng)BAS（BuidingAutomatingSystem）通讯自动化系统通讯自动化系统CAS(CommunicationAutomatingSystem)办公自动化系统办公自动化系统OAS(OfficeAutomatingSystem)控制管理各种机电设备控制管理各种机电设备空调制冷；给水排水、变配电系统、照明空调制冷；给水排水、变配电系统、照明系统、电梯等等，实现以上功能使用的传感器有：温度、湿度、液系统、电梯等等，实现以上功能使用的传感器有：温度、湿度、液位、
21、流量、压差、空气压力。位、流量、压差、空气压力。第16页/共48页第十六页，共48页。1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用(zuyng)(zuyng)安全安全(nqun)防护；防盗、防火、防燃防护；防盗、防火、防燃气泄露气泄露CCD（电子眼）监视器、烟雾（电子眼）监视器、烟雾(ynw)传感器、气体传感器、红外传感传感器、气体传感器、红外传感器、玻璃破碎传感器器、玻璃破碎传感器远程抄收与管理系统；水、电、气、热量通过传感器设置远程自动化抄表远程抄收与管理系统；水、电、气、热量通过传感器设置远程自动化抄表巡更系统巡更系统保安管理保安管理第17页/共48页第十七页，共48页。1.2 1.2 传感
22、器的作用传感器的作用(zuyng)(zuyng)数码相机数码相机(sh m xin j)(sh m xin j)、数码摄像机：自动对焦、数码摄像机：自动对焦-红外红外测距传感器测距传感器自动感应灯：亮度检测自动感应灯：亮度检测(jin c)-(jin c)-光敏电阻光敏电阻空调、冰箱、电饭煲空调、冰箱、电饭煲：温度检测：温度检测-热敏电阻、热电偶热敏电阻、热电偶电话、麦克风电话、麦克风：话音转换：话音转换-驻极电容传感器驻极电容传感器遥控接收遥控接收：红外检测：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管7、现代家用电器、现代家用电器 全自动洗衣机全自动洗衣机中水位、浊度传感器中水位
23、、浊度传感器抽油烟机抽油烟机上的气敏传感器上的气敏传感器第18页/共48页第十八页，共48页。1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用(zuyng)(zuyng)数字数字(shz)(shz)体温计：接触式体温计：接触式-热敏电阻，非接触式热敏电阻，非接触式-红外传感器红外传感器9、办公、办公(bn gng)商务商务扫描仪扫描仪：文档扫描：文档扫描-线阵线阵CCDCCD红外传输数据：红外传输数据：红外检测红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管10、医疗卫生、医疗卫生电子血压计电子血压计：血压检测：血压检测 -压力传感器压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪血糖测试仪、胆固醇检测仪 -
24、离子传感器离子传感器第19页/共48页第十九页，共48页。1.3 1.3 传感器的定义传感器的定义传感器的定义传感器的定义(dngy)(dngy)与组成与组成与组成与组成1.3.1传感器的定义传感器的定义(dngy)定性定性 人通过感官感觉外界对象的刺激，通过大脑对感受的信息进行判断、处理，肢体作出相应的反映。人通过感官感觉外界对象的刺激，通过大脑对感受的信息进行判断、处理，肢体作出相应的反映。定量定量 传感器相当于人的感官，称传感器相当于人的感官，称“电五官电五官”，外界信息由它提取，并转换，外界信息由它提取，并转换(zhunhun)为系统易于处理的电信号，微机对电信号进行处为系统易于处理的
25、电信号，微机对电信号进行处理，发出控制信号给执行器，执行器对外界对象进行控制。理，发出控制信号给执行器，执行器对外界对象进行控制。外界对象感官传感器人脑微机肢体执行器第20页/共48页第二十页，共48页。1.3 1.3 传感器的定义传感器的定义传感器的定义传感器的定义(dngy)(dngy)与组成与组成与组成与组成我们对传感器作如下我们对传感器作如下(rxi)定义：定义：广义广义(gungy)：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。转换成某种可用信号输出的器件和装置。狭义：狭义：能把外
26、界非电信息转换成电信号输出的器件。能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。我国国家标准（我国国家标准（GB/T76652005）对传感器的定义是：）对传感器的定义是：“能够感受规定的被测量并按照能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号一定规律转换成可用输出信号的器件和装置的器件和装置,通通常由常由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成组成”。第21页/共48页第二十一页，共48页。1.3 1.3 传感器的定义传感器的定义传感器的定义传感器的定义(dngy)(dngy)与组成与组成与组成与组成被测量被测量(cling)：物理量、化学量、生物量：物理量、化学量、生物量 可用信号：便于
27、处理可用信号：便于处理(chl)和传输的非噪声信号和传输的非噪声信号（电信号、光信号（电信号、光信号）规律：规律：确定规律，可以重复（线性、非线性、周期）确定规律，可以重复（线性、非线性、周期）传感器：传感器：传传-传递信息；感传递信息；感-感受被测量；器感受被测量；器-器件器件例：热敏电阻例：热敏电阻-温度变化温度变化-电阻变化电阻变化RR=f(T)第22页/共48页第二十二页，共48页。1.3 1.3 传感器的定义传感器的定义传感器的定义传感器的定义(dngy)(dngy)与组成与组成与组成与组成表明表明(biomng)传感器有以下含义：传感器有以下含义：按使用按使用(shyng)的场合不
28、同又称为：的场合不同又称为：变换器、换能器、探测器变换器、换能器、探测器输入量可能是物理量，也可能是化学量等输入量可能是物理量，也可能是化学量等输出量是某种物理量，主要是电物理量输出量是某种物理量，主要是电物理量输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度传感器能完成检测任务；传感器能完成检测任务；非电量非电量电量电量（电阻、电压、电流、频率、电感、电容、电量）（电阻、电压、电流、频率、电感、电容、电量）第23页/共48页第二十三页，共48页。1.3 1.3 传感器的定义传感器的定义传感器的定义传感器的定义(dngy)(dngy)与组成与组成与组成与组成n
29、n传感器：能感受被测量并按照一定规律转换传感器：能感受被测量并按照一定规律转换传感器：能感受被测量并按照一定规律转换传感器：能感受被测量并按照一定规律转换(zhu(zhu nhun)nhun)成可用输成可用输成可用输成可用输出信号的器件或装置出信号的器件或装置出信号的器件或装置出信号的器件或装置n n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，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，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，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，将非电量转换将非电量转换将非电量转换将非电量转换(zhu(zhu
30、nhun)nhun)成电量成电量成电量成电量n n传感器功能：检测和转换传感器功能：检测和转换传感器功能：检测和转换传感器功能：检测和转换(zhu(zhu nhun)nhun)。n n敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）的元件的元件的元件的元件n n转换转换转换转换(zhu(zhu nhun)nhun)元件则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响元件则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响元件则是指传感器中能将敏
31、感元件的感受（或响元件则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响应）信息转换应）信息转换应）信息转换应）信息转换(zhu(zhu nhun)nhun)为电信号的部分为电信号的部分为电信号的部分为电信号的部分从传感器的定义中，可以归纳从传感器的定义中，可以归纳(gun)出以下出以下信息：信息：第24页/共48页第二十四页，共48页。1.3 1.3 传感器的定义传感器的定义传感器的定义传感器的定义(dngy)(dngy)与组成与组成与组成与组成1.3.2 传感器的组成传感器的组成(zchn)转换转换(zhunhun)电路：电路：敏感元件敏感元件：感受被测量变化，并输出相对应的电信号感受被测量变化，并输
32、出相对应的电信号例例：电阻应变片（应变：电阻应变片（应变-电阻）电阻）又称又称“转换元件转换元件”或或 “变换元件变换元件”把转换元件输出的电信号变换成为便于记录、显示、处理和把转换元件输出的电信号变换成为便于记录、显示、处理和控制的可用信号的电路，又称为控制的可用信号的电路，又称为“信号调理电路信号调理电路”或或“测量测量电路电路”例例：电桥、放大器、振荡器、阻抗变换器、脉冲调宽电路等。：电桥、放大器、振荡器、阻抗变换器、脉冲调宽电路等。第25页/共48页第二十五页，共48页。1.4 1.4 1.4 1.4 传感器的分类传感器的分类传感器的分类传感器的分类(fn li)(fn li)(fn
33、li)(fn li)n n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、压力传感器等传感器等传感器等传感器等 n n按传感器的输出量进行分类按传感器的输出量进行分类按传感器的输出量进行分类按传感器的输出量进行分类 ：模拟式和数字式：模拟式和数字式：模拟式和数字式：模拟式和数字式 n n按传感器的基本效应分类：物理型、化学型、生物型按传感器的基本效应分类：物理型、化学型、生物型按传感器的基本效应分类：
34、物理型、化学型、生物型按传感器的基本效应分类：物理型、化学型、生物型n n按传感器的工作原理进行分类按传感器的工作原理进行分类按传感器的工作原理进行分类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：应变式、电容式、电感式、压电式、热：应变式、电容式、电感式、压电式、热：应变式、电容式、电感式、压电式、热电式传感器等电式传感器等电式传感器等电式传感器等 n n按传感器的构成进行分类：物性型和结构型按传感器的构成进行分类：物性型和结构型按传感器的构成进行分类：物性型和结构型按传感器的构成进行分类：物性型和结构型 n n按传感器的能量变换关系按传感器的能量变换关系按传感器的能量变
35、换关系按传感器的能量变换关系(gun x)(gun x)进行分类：有源（能量控制型）、无进行分类：有源（能量控制型）、无进行分类：有源（能量控制型）、无进行分类：有源（能量控制型）、无源（能量变换型）源（能量变换型）源（能量变换型）源（能量变换型）第26页/共48页第二十六页，共48页。结构型与物性(w xn)型 结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出的。对于传感器，这些方程式就是许多传感器在工作时的数学模型。这类传感器的特点是传感器的工作原理(yunl)是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特
36、性变化为基础。物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等。物质定律是表示物质某种客观性质的法则。这种法则，大多数是以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异。如，光电管，它利用了物质法则中的外光电效应。显然，其特性与涂覆在电极上的材料有着密切的关系。又如，所有半导体传感器，以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金(hjn)等性能变化的传感器，都属于物性型传感器。第27页/共48页第二十七页，共48页。能量(nngling)控制型和能量(nngling)转换型 能量控制型传感器，在信息(xnx)变化过程
37、中，传感器将从被测对象获取的信息(xnx)能量用于调制或控制外部激励源，使外部激励源的部分能量载运信息(xnx)而形成输出信号，这类传感器必须由外部提供激励源，如电阻、电感、电容等电路参量传感器都属于这一类传感器。基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等的传感器也属于此类传感器。能量转换型传感器，又称无源型或发生器型，传感器将从被测对象(duxing)获取的信息能量直接转换成输出信号能量，主要由能量变换元件构成，它不需要外电源。如基于压电效应、热电效应、光电动势效应等的传感器都属于此类传感器。第28页/共48页第二十八页，共48页。1.5 1.5 1.5 1.5 传感器技术传
38、感器技术传感器技术传感器技术(jsh)(jsh)(jsh)(jsh)的发展的发展的发展的发展 我国的传感器技术(jsh)及产业在国家“大力加强传感器的开发和在国民经济中的普遍应用”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。目前有1688家传感器研发机构，产品约6000种，年产量13.2亿多支，其中约12产品销往国外。预计到“十五”期末，敏感元器件与传感器年总产量可望达到20亿支，销售总额将达约120亿元。传感器技术大体传感器技术大体(dt)可分三代：可分三代：第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。所谓结构
39、型传感器，则是通过传感器本身结构参数的变化来实所谓结构型传感器，则是通过传感器本身结构参数的变化来实现信号转换的。例如，电容式传感器，是通过极板间距离发生变化现信号转换的。例如，电容式传感器，是通过极板间距离发生变化而引起电容量的变化；而引起电容量的变化；第29页/共48页第二十九页，共48页。1.5 1.5 1.5 1.5 传感器技术传感器技术传感器技术传感器技术(jsh)(jsh)(jsh)(jsh)的发展的发展的发展的发展第二代是上第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用磁
40、性材料等固体元件构成，是利用(lyng)材料某些特性制成。如：利用材料某些特性制成。如：利用(lyng)热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。感器。第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测与检测(jinc)技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。现代传感器利用新的材料、新的集成加工工艺使传感器技术越来越成熟，现代传感器利用新的材料、新的集成加工工艺
41、使传感器技术越来越成熟，传感器种类越来越多，除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料外，光纤以及传感器种类越来越多，除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料外，光纤以及超导材料的发展为传感器的发展提供了物质基础。未来还会有更新的材料，超导材料的发展为传感器的发展提供了物质基础。未来还会有更新的材料，如纳米材料，更有利于传感器的小型化。目前，现代传感器正从传统的分立如纳米材料，更有利于传感器的小型化。目前，现代传感器正从传统的分立式，朝着集成化、智能化、数字化、系统化、多功能化与网络化并向着微功式，朝着集成化、智能化、数字化、系统化、多功能化与网络化并向着微功耗、高精度、高可靠性、高信噪比、宽量程的方向发展
42、。耗、高精度、高可靠性、高信噪比、宽量程的方向发展。第30页/共48页第三十页，共48页。1.5 1.5 1.5 1.5 传感器技术传感器技术传感器技术传感器技术(jsh)(jsh)(jsh)(jsh)的发展的发展的发展的发展 现代传感器是具有全集成化、智能化、高精度、高性能、高可靠性和低现代传感器是具有全集成化、智能化、高精度、高性能、高可靠性和低价格等显著优点。只有通过计算机与传感器的协调发展价格等显著优点。只有通过计算机与传感器的协调发展(fzhn)，现代科学技，现代科学技术才能有所突破。可以说传感器技术已成为现代技术进步的重要因素之一。术才能有所突破。可以说传感器技术已成为现代技术进步
43、的重要因素之一。（为什么？）（为什么？）新材料、新工艺、新技术、高精度、高性能、高灵敏度、高可靠新材料、新工艺、新技术、高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命微（小）型化、集成化、数字化、多功能性、高稳定性、长寿命微（小）型化、集成化、数字化、多功能化、智能化、网络化、光机电一体化、无维护化、智能化、网络化、光机电一体化、无维护目前目前(mqin)传感器技术的研究和发展主要集中在以下几个方向传感器技术的研究和发展主要集中在以下几个方向上：上：传感器性能的改善传感器性能的改善传感器性能的改善传感器性能的改善 开展基础理论研究开展基础理论研究开展基础理论研究开展基础理论研究传感器的集
44、成化传感器的集成化传感器的集成化传感器的集成化 传感器的智能化传感器的智能化传感器的智能化传感器的智能化传感器的网络化传感器的网络化传感器的网络化传感器的网络化 传感器的微型化传感器的微型化传感器的微型化传感器的微型化第31页/共48页第三十一页，共48页。1.5.1 1.5.1 传感器性能传感器性能传感器性能传感器性能(xngnng)(xngnng)的改善的改善的改善的改善n n差动技术差动技术差动技术差动技术 n n平均技术平均技术平均技术平均技术 n n补偿与修正补偿与修正补偿与修正补偿与修正(xizhng)(xizhng)技术技术技术技术 n n屏蔽、隔离与干扰抑制屏蔽、隔离与干扰抑制
45、屏蔽、隔离与干扰抑制屏蔽、隔离与干扰抑制n n稳定性处理稳定性处理稳定性处理稳定性处理1.5 1.5 传感器技术传感器技术(jsh)(jsh)的发展的发展第32页/共48页第三十二页，共48页。1.5 1.5 传感器技术传感器技术(jsh)(jsh)的发展的发展1、改善传感器的性能、改善传感器的性能(xngnng)的技术途径的技术途径（1）差动技术）差动技术 差差动动技技术术是是传传感感器器中中普普遍遍采采用用的的技技术术。它它的的应应用用可可显显著著地地减减小小温温度度变变化化、电电源源波波动动、外外界界干干扰扰等等对对传传感感器器精精度度的的影影响响，抵抵消消了了共共模模误误差差，减减小小
46、非非线线性性误误差差等等。不不少少传传感感器器由由于采用了差动技术，还可使灵敏度增大。于采用了差动技术，还可使灵敏度增大。（2 2）平均技术）平均技术 在在传传感感器器中中普普遍遍(pbin)(pbin)采采用用平平均均技技术术可可产产生生平平均均效效应应，其其原原理理是是利利用用若若干干个个传传感感单单元元同同时时感感受受被被测测量量，其其输输出出则则是是这这些些单单元元输输出出的的平平均均值值，若若将将每每个个单单元元可可能能带带来来的的误误差差均均可可看看作作随随机机误误差差且且服服从从正正态态分分布布，根根据据误误差差理理论论，总总的的误误差差将将减小为减小为=/n=/n式中式中 n
47、n传感单元数。传感单元数。可见，在传感器中利用平均技术不仅可使传感器误差减小，且可增大信号量，即增大传感器灵敏度。第33页/共48页第三十三页，共48页。（3 3）补偿与修正技术）补偿与修正技术 补偿与修正技术的运用大致针对两种情况：补偿与修正技术的运用大致针对两种情况：针对传感器本身特性针对传感器本身特性 针对传感器的工作条件或外界环境针对传感器的工作条件或外界环境 对对于于传传感感器器特特性性，找找出出误误差差的的变变化化规规律律，或或者者测测出出其其大大小小和和方方向向，采采用用(ciyng)(ciyng)适适当当的方法加以补偿或修正。的方法加以补偿或修正。针针对对传传感感器器工工作作条
48、条件件或或外外界界环环境境进进行行误误差差补补偿偿，也也是是提提高高传传感感器器精精度度的的有有力力技技术术措措施施。不不少少传传感感器器对对温温度度敏敏感感，由由于于温温度度变变化化引引起起的的误误差差十十分分可可观观。为为了了解解决决这这个个问问题题，必必要要时时可可以以控控制制温温度度，搞搞恒恒温温装装置置，但但往往往往费费用用太太高高，或或使使用用现现场场不不允允许许。而而在在传传感感器器内内引引入入温温度度误误差差补补偿偿又又常常常常是是可可行行的的。这这时时应应找找出出温温度度对对测测量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。补偿与修正，可以利用(
49、lyng)电子线路（硬件）来解决，也可以采用微型计算机通过软件来实现。第34页/共48页第三十四页，共48页。（4 4）屏蔽、隔离与干扰抑制）屏蔽、隔离与干扰抑制(yzh)(yzh)传传感感器器大大都都要要在在现现场场工工作作，现现场场的的条条件件往往往往是是难难以以充充分分预预料料的的，有有时时是是极极其其恶恶劣劣的的。各各种种外外界界因因素素要要影影响响传传感感器器的的精精度度与与各各有有关关性性能能。为为了了减减小小测测量量误误差差，保保证证其其原原有有性性能能，就就应应设设法法削削弱弱或或消消除除外外界界因因素素对对传传感感器器的的影影响响。其其方方法有：法有：u 减小传感器对影响因素
50、的灵敏度u 降低外界因素对传感器实际作用(zuyng)的程度 对于电磁干扰，可以采用屏蔽、隔离措施，也可用滤波等方法抑制。对于如温度、湿度、机械振动、气压、声压、辐射、甚至气流等，可采用相应的隔离措施，如隔热、密封、隔振等，或者在变换成为(chngwi)电量后对干扰信号进行分离或抑制，减小其影响。第35页/共48页第三十五页，共48页。（5）稳稳定定性性处处理理(chl)在使用传感器时，若测量要求(yoqi)较高，必要时也应对附加的调整元件、后续电路的关键元器件进行老化处理。提高传感器性能的稳定性措施：对材料、元器件或传感器整体(zhngt)进行必要的稳定性处理。如永磁材料的时间老化、温度老化