传感器分类特点及应用ppt课件

单元一单元一 传感器与检测技术基础传感器与检测技术基础任务一任务一 ：传感器的认知：传感器的认知5/26/20241单元一 传感器与检测技术基础任务一 ：传感器的认知8/4/不带微处理器时不带微处理器时0-1 自动检测技术系统原理框图自动检测技术系统原理框图5/26/20242不带微处理器时0-1 自动检测技术系统原理框图8/4/20 检测（检测（DetectionDetection）定义：）定义：利用各种物理、化学效应，选择合适的利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定的有关信息通过检查与测量的方法，赋予定性或定量结果的过程称为检测技术。性或定量结果的过程称为检测技术。5/26/20243 检测（Detection）定义：8例：曹冲称象例：曹冲称象方法：比较法；方法：比较法；装置：船、石头、小秤；装置：船、石头、小秤；检查检查、测量测量，从而得到：，从而得到：定性定性、定量定量的结果。的结果。5/26/20244例：曹冲称象方法：比较法；装置：船、石头、小秤；检查、测量，检测技术在国民经济中的地位和作用 5/26/20245检测技术在国民经济中的地位和作用 8/4/20235检测技术在卫星中的应用检测技术在卫星中的应用红外扫红外扫描区域描区域人造卫星人造卫星5/26/20246检测技术在卫星中的应用红外扫描区域人造卫星8/4/20236检测技术在海啸预报中的应用检测技术在海啸预报中的应用海浪振动海浪振动检测系统检测系统浮标浮标深海地沟深海地沟5/26/20247检测技术在海啸预报中的应用海浪振动检测系统浮标深海地沟8/4检测技术在飞行器中的应用检测技术在飞行器中的应用5/26/20248检测技术在飞行器中的应用8/4/20238一种典型的一种典型的自动检测系统自动检测系统（检测系统在发电厂的应用）（检测系统在发电厂的应用）一种典型的自动检测系统（检测系统在发电厂的应用）传感器传感器来自外界的信号来自外界的信号电信号电信号二、传感器的作用二、传感器的作用传感器实际上是一种功能块，其作用是传感器实际上是一种功能块，其作用是将来自外界的各种信号转换成电信号。将来自外界的各种信号转换成电信号。作为一种功能块的传感器可狭义的定义为：作为一种功能块的传感器可狭义的定义为：“将外界的输入信号变换为电信号的一类将外界的输入信号变换为电信号的一类元件。元件。5/26/202410传感器来自外界的信号电信号二、传感器的作用传感器实际上是一种传感器在机器人传感器在机器人身上的分布身上的分布 5/26/202411传感器在机器人身上的分布 8/4/202311机器人的手机器人的手5/26/202412机器人的手8/4/202312服务机器人服务机器人机器人伴舞机器人伴舞机器人奏乐机器人奏乐5/26/202413服务机器人机器人伴舞机器人奏乐8/4/202313三、传感器的定义三、传感器的定义根据中华人民共和国国家标准，传感器根据中华人民共和国国家标准，传感器的定义是：的定义是：能感受规定的被测量并按照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一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置或装置。传感器是一种以一定的精确度。传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。便于应用的某种物理量的测量装置。5/26/202414三、传感器的定义根据中华人民共和国国家标准，传感器的定义是：玻璃玻璃温度计不温度计不属于属于本教本教材所讲授材所讲授的传感器的传感器范围。范围。在本教材中是指一个能将被测的非电量变在本教材中是指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。换成电量的器件。5/26/202415 玻璃温度计不属于本教材所讲授的传感器范围。在本 能将温度转换为电压的传感器能将温度转换为电压的传感器热电偶热电偶5/26/202416 能将温度转换为电压的传感器热电偶8/4/20231四、传感器的组成四、传感器的组成 举例：测量压力的电位器式压力传感器举例：测量压力的电位器式压力传感器 1-弹簧管弹簧管 2-电位器电位器图图1-4传感器传感器 组成框图组成框图5/26/202417四、传感器的组成 1-弹簧管 2-电位器压力传感器的压力传感器的外形及内部结构外形及内部结构5/26/202418压力传感器的外形及内部结构8/4/202318弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）敏感元件在传感器中直接感受被测量，敏感元件在传感器中直接感受被测量，并转换成与被测量有确定关系、更易于转换并转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。的非电量。5/26/202419弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件在传感器中直接弹簧管放大图弹簧管放大图 当被测压力当被测压力p增大时，弹簧管撑直，通过齿增大时，弹簧管撑直，通过齿条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生条带动齿轮转动，从而带动电位器的电刷产生角位移。角位移。5/26/202420弹簧管放大图 当被测压力p增大时，弹簧管撑直，其他各种弹性敏感元件其他各种弹性敏感元件 在上图中的各种弹性元件也能将压力转在上图中的各种弹性元件也能将压力转换为角位移或直线位移。换为角位移或直线位移。5/26/202421其他各种弹性敏感元件 在上图中的各种弹性元件也弹性弹性敏感元件（弹簧管）敏感元件（弹簧管）在下图中，弹簧管将压力转换为角位移在下图中，弹簧管将压力转换为角位移5/26/202422弹性敏感元件（弹簧管）在下图中，弹簧管将压力转换为角位被测量通过敏感元件转换后，再经转换元件转被测量通过敏感元件转换后，再经转换元件转换成电参量换成电参量 在右图在右图中，中，电位器电位器为传感元件，为传感元件，它将角位移它将角位移转换为电参转换为电参量量-电阻电阻的变化的变化（R）5/26/202423被测量通过敏感元件转换后，再经转换元件转换成电参量 测量转换电路的作用是将传感元件输出测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。率量。在左图中，当电在左图中，当电位器的两端加上电源位器的两端加上电源后，电位器就组成分后，电位器就组成分压比电路，它的输出压比电路，它的输出量是与压力成一定关量是与压力成一定关系的电压系的电压Uo。5/26/202424 测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量分压比电路的计算公式如下分压比电路的计算公式如下：直直滑滑电电位位器器式式传传感感器器的的输输出出电电压压Uo与与滑滑动动触触点点C的的位位移量移量x成正比：成正比：对圆盘式电位器来说，对圆盘式电位器来说，Uo与滑动臂的旋转角度成正比：与滑动臂的旋转角度成正比：5/26/202425分压比电路的计算公式如下：直滑电位对应的传感器部件对应的传感器部件:5/26/202426对应的传感器部件:8/4/202326五、传感器分类五、传感器分类 传传感感器器的的种种类类名名目目繁繁多多，分分类类不不尽尽相相同。常用的分类方法有：同。常用的分类方法有：）按按被被测测量量分分类类：可可分分为为位位移移、力力、力力矩矩、转转速速、振振动动、加加速速度度、温温度度、压压力力、流量、流速等传感器。流量、流速等传感器。2）按按测测量量原原理理分分类类：可可分分为为电电阻阻、电电容容、电电感感、光光栅栅、热热电电耦耦、超超声声波波、激激光光、红红外、光导纤维等传感器。外、光导纤维等传感器。详细分分类参参阅：http:/ 传感器的种类名目繁多，分1 1在工业生产过程的测量与控制方面的应用在工业生产过程的测量与控制方面的应用 温度、压力、流量、液位和气体成分等参数进行检测温度、压力、流量、液位和气体成分等参数进行检测 工作状态的监控工作状态的监控 诊断设备诊断设备 实现监测自动化实现监测自动化六、传感器技术的应用及发展趋势六、传感器技术的应用及发展趋势5/26/2024281在工业生产过程的测量与控制方面的应用六、传感器技术的应用及2 2传感器在汽车电控系统中的应用传感器在汽车电控系统中的应用 准确地采集汽车工作状态的信息准确地采集汽车工作状态的信息 分布于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统。分布于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统。普通汽车上普通汽车上1010一一2020只，高级豪华只，高级豪华300300只只5/26/2024292传感器在汽车电控系统中的应用8/4/2023293 3在现代医学领域的应用在现代医学领域的应用 拾取生命体征信息拾取生命体征信息 图像处理、临床化学检验、图像处理、临床化学检验、生命体征参数的监护监测、疾病的诊断与治疗生命体征参数的监护监测、疾病的诊断与治疗 现代医学仪器设备中无所不在现代医学仪器设备中无所不在5/26/2024303在现代医学领域的应用8/4/2023304 4在环境监测方面的应用在环境监测方面的应用 环境污染问题环境污染问题 迫切需求：连续、快速、在线监测的仪器迫切需求：连续、快速、在线监测的仪器 生物传感器可对酸雨酸雾样品溶液进行检测，生物传感器可对酸雨酸雾样品溶液进行检测，大大简化了检测方法。大大简化了检测方法。5/26/2024314在环境监测方面的应用8/4/2023315 5在军事方面的应用在军事方面的应用 智能化：武器、作战指挥、控制、监视和通信、智能化：武器、作战指挥、控制、监视和通信、电磁干扰方面电磁干扰方面5/26/2024325在军事方面的应用8/4/202332NMDNMD和和TMDTMD5/26/202433NMD和TMD8/4/2023336 6在家用电器方面的应用在家用电器方面的应用 智能化、自动化、节能、无污染智能化、自动化、节能、无污染 微电脑和各种传感器组成的控制系统微电脑和各种传感器组成的控制系统 空调器，可以实现压缩机的启动、停机、风扇摇头、风门空调器，可以实现压缩机的启动、停机、风扇摇头、风门调节、换气等，从而对温度、湿度和空气浊度进行控制。调节、换气等，从而对温度、湿度和空气浊度进行控制。5/26/2024346在家用电器方面的应用8/4/2023347在学科研究方面的应用在学科研究方面的应用哈勃：哈勃：成像光谱仪成像光谱仪：扫描有光波的天体：扫描有光波的天体高精制导传感器高精制导传感器：用来锁定目标：用来锁定目标高级测量摄像机高级测量摄像机：有着宽视场的高效测量工具：有着宽视场的高效测量工具 5/26/2024357在学科研究方面的应用8/4/2023358.8.在智能建筑领域中的应用在智能建筑领域中的应用 未来建筑的必然趋势未来建筑的必然趋势 涵盖智能自动化、信息化、生态化涵盖智能自动化、信息化、生态化 具有微型集成化、高精度与数字化和智能化特征的智能传具有微型集成化、高精度与数字化和智能化特征的智能传感器感器5/26/2024368.在智能建筑领域中的应用8/4/202336（二）传感器技术的发展趋势（二）传感器技术的发展趋势 1.1.开发新型传感器开发新型传感器 结构型传感器发展较早，一般而言结构复杂、体积偏结构型传感器发展较早，一般而言结构复杂、体积偏大、价格偏高。物性型传感器过去发展不够，目前各国投大、价格偏高。物性型传感器过去发展不够，目前各国投入大量人、物力进行研究。比如：利用核磁共振的吸收效入大量人、物力进行研究。比如：利用核磁共振的吸收效应的磁敏传感器可将灵敏阈提高到地磁强度的千万分之一；应的磁敏传感器可将灵敏阈提高到地磁强度的千万分之一；利用约瑟夫逊效应的热噪声温度传感器，可测百万分之一利用约瑟夫逊效应的热噪声温度传感器，可测百万分之一开的温度。开的温度。2.2.开发新材料开发新材料 (1)(1)半导体敏感材料：传感器材料占主导地位，新的趋势半导体敏感材料：传感器材料占主导地位，新的趋势是金属和非金属材料合成的化合物半导体材料。是金属和非金属材料合成的化合物半导体材料。5/26/202437（二）传感器技术的发展趋势 1.开发新型传感器8/4/(2)(2)陶瓷材料：技术潜力大，压电陶瓷、半导体陶瓷应用最陶瓷材料：技术潜力大，压电陶瓷、半导体陶瓷应用最多。多。(3)(3)磁性材料：正向非晶化、薄膜化。磁性材料：正向非晶化、薄膜化。5/26/202438 (2)陶瓷材料：技术潜力大，压电陶瓷、半导体陶瓷应用 (4)智能材料：形状智能材料：形状记忆体；具有自适体；具有自适应、自、自诊断、自修复断、自修复功能。功能。5/26/202439 (4)智能材料：形状记忆体；具有自适应、自诊断、自 3 3采用新工艺采用新工艺 主要指微机械加工技术，随着集成电路工艺发展起主要指微机械加工技术，随着集成电路工艺发展起来。离子束，分子束，激光束，化学刻蚀等用于微电子来。离子束，分子束，激光束，化学刻蚀等用于微电子加工。加工。5/26/202440 3采用新工艺8/4/2023404 4集成化集成化 (1)(1)同一功能多元件并列化：同一功能多元件并列化：CCDCCD图像传感器图像传感器(2)(2)多功能一体化：传感器、放大、运算、温度补偿做成一体。多功能一体化：传感器、放大、运算、温度补偿做成一体。一体化温度变送器5/26/2024414集成化一体化温度变送器8/4/202341 5 5多功能化多功能化 同时测量多个参数，例如多维力传感器可以同时测同时测量多个参数，例如多维力传感器可以同时测量三个线速度，三个离心加速度和三个角加速度。对数据进行量三个线速度，三个离心加速度和三个角加速度。对数据进行综合处理，反映整体状态，降低成本，减小体积。综合处理，反映整体状态，降低成本，减小体积。5/26/202442 5多功能化8/4/202342 6 6智能化智能化 传感器与微处理器结合。不仅具有检测功能，还传感器与微处理器结合。不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、自诊断、具有信息处理、逻辑判断、自诊断、“思维思维”等人等人工智能。工智能。7 7新一代航天传感器研究新一代航天传感器研究 随着航天技术的发展，航天器上需要的传感器越随着航天技术的发展，航天器上需要的传感器越来越多，航天飞机上安装有来越多，航天飞机上安装有35003500支左右，而且传感支左右，而且传感器的指标要求也高。比如：八五期间，我国对新一器的指标要求也高。比如：八五期间，我国对新一代航天传感器提出的要求是小型化代航天传感器提出的要求是小型化(100g)(100g)、低功耗、低功耗(30mW)(30mW)、高精度、高精度(0.5%)(0.998)(0.998)。5/26/202443 6智能化8/4/202343面部面部 识别技术识别技术5/26/202444面部 识别技术8/4/202344月球车月球车5/26/202445月球车8/4/202345火星车火星车5/26/202446火星车8/4/202346“惠更斯惠更斯”号登陆土卫号登陆土卫六的效果图六的效果图土卫六表面土卫六表面5/26/202447“惠更斯”号登陆土卫六的效果图土卫六表面8/4/202347安全检查安全检查5/26/202448安全检查8/4/2023488 8仿生传感器研究仿生传感器研究 模仿人的感觉器官的传感器，如视觉、听觉、嗅觉、模仿人的感觉器官的传感器，如视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉传感器，用于智能机器人技术。目前只有视觉和味觉、触觉传感器，用于智能机器人技术。目前只有视觉和触觉传感器解决的比较好。触觉传感器解决的比较好。更多资料参阅：更多资料参阅：http:/ 一一 下下,你对你对本课程如何学习本课程如何学习5/26/202450讨论 一 下,你对本课程如何学习8/4/202350