现代传感器与智能仪器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,科技讲座,:,现代传感器与智能仪器,(,一,),现代传感器与智能仪器（一）,白秋果,1,一、传感器技术在信息系统中的作用和地位,二、传感器的基本概念,三、传感器技术的种类和应用,四、传感器技术的发展趋势,2,一、传感器技术在信息系统中的作用和地位,信息技术,传感,技术,微电子,技术,通信,技术,计算机,技术,自动控,制技术,材料,科学,信息技术,3,信息系统,传感器,通信系统,计算机,信息系统的构成,现代信息技术的三大支柱，构成信息系统的感官、神经和大脑，实现信息的获取、传递、转换、处理与控制。,4,二、传感器的基本概念,传感器：能感受规定的 被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。（,GB/T7665-1987,）,传感器基本组成：,敏感,元件,转换与,测量元件,辅助电源,被测量,输出信号,5,光纤光栅位移传感器,光纤光栅温度传感器,光纤光栅压力位移传感器,6,微差压传感器变送器,无线传感器,GSC200,智能型速度传感器,GPRP,光纤光栅应变传,7,传感器的基本特性：,1,、传感器的静态特性：衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。,2,、传感器的动态特性：影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性等，动态特性还与传感器输入量的变化形式有关。,8,三、传感器技术的种类和应用,传感器的种类,按使用的材料分类：半导体传感器、陶瓷传感器、复合材料传感器、金属材料传感器、高分子材料传感器、超导材料传感器、光纤材料传感器、纳米材料传感器等。,9,按,检测信息,分类：温度、湿度、压力、位移、速度、光电传感器、红外、超声、射线、力敏、热敏、光敏、气敏、离子,按输出信号分类：模拟式传感器、数字式传感器,按构成分类：结构型传感器、物性型传感器,10,按外界信息及变换效应分类：物理传感器、化学传感器、生物传感器,按功能分类：单一功能、多功能、智能化、传感器网络,按与被测量关系分类：接触式、非接触式,11,传感器技术的应用,传感器已经渗透的各个行业的各个角落。,如：,在航天、航空、兵器、船舶、交通、冶金、机械、电子、化工、轻工、能源、环保、煤碳、石油、医疗卫生、生物工程、宇宙开发等领域以及农、林、牧、渔业,，甚至人们日常生活的各个方面，几乎无处不使用传感器，无处不需要传感器技术。,12,在工业生产过程的测量与控制方面的应用,对温度、压力、流量、液位和气体成分等参数进行检测从而实现对工作状态的监控、设备诊断、传感器与微机、通讯等的结合渗透，使巧业监测自动化更具有准确、效率高等优点。,传感器在汽车电控系统中的应用,在环境监测方面的应用,13,在现代医学领域的应用,图像处理、临床化学检验、生命体征参数的监护监测、呼吸、神经、心血管疾病的诊断与治疗等方面,在军事方面的应用,促进了武器、作战指挥、控制、监视和通信方面的智能化,14,在家用电器方面的应用,在科学研究方面的应用,在智能建筑领域中的应用,15,四、传感器技术的发展趋势,1.,基本趋势,传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。,新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,，它不仅促进传统产业的改造，而且可导致建立新型工业，是,21,世纪新的经济增长点。,16,新材料、新原理、新效应、新工艺、新方法,将使传感器技术产生革命性的发展,开发新材料、研究新工艺、利用新概念和新原理、新设计方法,研究传感器的高精度、微型化、集成化、智能化、网络化、以及多传感器的融合和集成。,新型,传感器,微型化、,数字化、,智能化、,多功能化、,系统化、,网络化,17,新型材料的开发和利用将对传感器的发展带来新的变化，如：半导体材料、陶瓷材料，光导纤维、纳米材料、超导材料等,利用新的效应开发新型传感器。一些新的物理效应、化学效应、生物效应等。利用这些新的效应可开发出相应的新型传感器，从而为提高传感器性能和拓展传感器的应用范围提供新的可能。,18,3.,新工艺、新技术的应用将对新型传感器带来革命性的发展。如,微机电系统（,MEMS,）制造技术、计算机技术、信息处理技术、生物技术等的发展。,19,2.,传感器的,微型化,(Micro),微型化是建立在,微电子机械系统（,MEMS,）技术和计算机辅助设计（,CAD,）,基础上的。,MEMS,是指可批量制作的集微型机构、微型传感器、微型执行器、微电信号处理和控制电路为一体的自动化、智能化微型器件或系统。,20,目前开发并进入实用阶段的微型传感器如位移、速度,/,加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、,PH,值、离子浓度及生物分子浓度等。,常用的,MEMS,主要有：微机械加工技术、硅基微加工技术（表面微加工技术和体微加工技术）、,LIGA,（,X,光深层光刻、微电铸和微复制技术）,21,3,传感器的多维化,多个传感器单元做在一起，就可以研究一维、二维以至三维空间的测量。,22,(3),利用同一个传感器的不同效应可以获得不同的信息。,4,传感器的多功能化,(1),由若干种各不相同的敏感元件组成，可以用来同时测量多种参数。,(2),容易对系统误差进行补偿和校正,23,5,.,智能化,(Smart),智能化传感器将数据的采集、存储、处理等一体化。特点为：,（,1,）,能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断。,（,2,）,有自诊断和自校准功能,24,（,3,）智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量,（,4,）智能化传感器既能够很方便地实时处理、存储所探测到的大量数据。,(5),可以进行通信，与计算机进行通信联络和交换信息,（,6,）,可以用于构成传感器网络,25,6,无线网络化,(,wirelessnetworked,),无线传感器网络,是由具有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的,自组织分布式网络系统，,是能根据环境自主完成指定任务的,”,智能,”,系统。,26,WSN,的基本结构示意图,27,28,