传感器概述--课件

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,*,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,*,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,1,机械工程,测试技术,1机械工程测试技术,1,课程类型,专业基础课,学时学分,共32学时,课程时间,16周理论教学,课程简介,课程类型课程简介,2,学习目的与要求,（1）建立传感器技术的整体概念；,（2）掌握传感器技术的基本理论、常用传感器的工作原理和应用技术；,（3）培养学生进一步学习、研究和应用传感器技术的兴趣；,（4）为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基础。,课程简介,重点：,传感器的工作原理,难点：,传感器的应用技术；内容涉及知识面广，理论性、综合性和实践性强。,学习目的与要求课程简介重点：传感器的工作原理,3,上篇,传 感 器 原 理,4,上篇传 感 器 原 理4,4,1.1,课程简介,第一章 概述,1.1.1 本课程的地位和作用,工科最重要的专业课,起源于仿生研究,1.1 课程简介第一章 概述1.1.1 本课程的地位和作用工,5,人体系统：,人类有五大感觉器官，即眼、耳、鼻、舌、皮肤。通过这些感觉器官感知外界信息。,机器系统：,机器系统中，传感器是各种机械和电子设备的感觉器官。感知光、色、温度、压力、声音、湿度、气味及辐射等。,人体系统：,6,7,眼（视觉）,耳（听觉）,鼻（嗅觉）,皮肤（触觉）,舌（味觉）,感知外界信息,人体系统和机器系统比较,大脑,肌体,7眼（视觉）感知外界信息人体系统和机器系统比较大脑肌体,7,外,界,信,息,感 官,人 脑,肢 体,人 体 系 统,传感器,计算机,执行器,机 器 系 统,人机系统的机能对应关系,“,电五官”,外感 官人 脑肢 体人 体 系 统传感器计算机执行器机,8,2024/11/20,9,外,部,信,息,行动,2023/7/309外行动,9,10,10,10,现代信息技术的三大支柱,现代测量与自动控制的首要环节,传感器是信息采集系统的首要部件，,计算机的“五官”,没有传感器对原始信息进行精确、可靠的捕获和转换，一切测量和控制都是不可能实现的。,传感器在信息,社会的地位？,传感器技术,通信技术,计算机技术,信息传输,信息采集,信息处理,现代信息技术的三大支柱现代测量与自动控制的首要环节传感器在,11,1.1,课程简介,第一章 概述,1.1.2 本课程的内容体系结构,三大模块,传感器原理,检测技术,检测系统,1.1 课程简介第一章 概述1.1.2 本课程的内容体系结构,12,13,传感原理,检测技术,+,=,检测系统,传感器,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,是一门,应用科学,，研究自动检测系统中,的,信息提取,、,信息转换,、,信息处理,的理,论和技术。,自动检测系统是自动测量、自动计量、,自动保护、自动诊断、自动信号处理等,诸系统的总称。,从待测对象那获得,反映,待测对象的特征与状态的信号,被测对象包含的信息进行,定性了解,和,定量掌握,所采取的一系列措施,13传感原理检测技术+=检测系统传感器感受规定的被测是一门应,13,1.1,课程简介,第一章 概述,1.1.3 本课程的任务及要求,先修课程：,高等数学、普通物理学、电路基础、模拟与数字电子技术,涉及众多基础理论和技术的,综合性技术课程,1.1 课程简介第一章 概述1.1.3 本课程的任务及要求先,14,空调遥控器,2.温度传感器,3.气体传感器,4.光电传感器,嫦娥一号卫星搭载,的,CCD,立体相机,嫦娥二号的CCD立体相机可以获得直径大于21米的月坑的清晰图像；,电冰箱、电饭煲,煤气灶 烟雾传感器,1.红外线传感器,1.2,传感器的定义与组成,第,1,节 传感器,一种能把特定的,被测信号,按一定规律转换成某种,可用信号,输出的,器件或装置,，以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求,。,空调遥控器2.温度传感器3.气体传感器4.光电传感器嫦娥一号,15,传统：,行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量。,安全：,安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱死装置、电子变速控制装置、汽车“黑匣子”。,环保：,排气循环装置、电子燃料喷射装置。,5.汽车上使用的传感器,1.2,传感器的定义与组成,第,1,节 传感器,传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量。5.汽车,16,“阿波罗10”：,火箭部分-2077个传感器,飞船部分-1218个传感器,检测参数-加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学等,1.2,传感器的定义与组成,第,1,节 传感器,“阿波罗10”：火箭部分-2077个传感器飞船部分-,17,国家标准（GB7665-87）中传感器的定义：,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的器件或装置。,传感器是测量,装置，,能完成检测任务；,输入量是某一被测量，物理量、化学量、生物量等；,输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，,主要是电物理量,；,输出与输入有对应关系，且应有一定的精确程度。,传感器功用：,一感二传，即感受被测信息，并传送出去。,非电量电测技术,1.2,传感器的定义与组成,第,1,节 传感器,国家标准（GB7665-87）中传感器的定义：能够感受规定的,18,辅助电源,敏感元件,转换元件,信号调理,与转换电路,电量输出,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。,转换元件,：将敏感元件输出的非电量信号直接转换为电信号。,测量电路,：将转换元件输出的电信号进行调理，使之便于显示、处理和传输。,1.2,传感器的定义与组成,第,1,节 传感器,基本部分,被测对象,辅助电源敏感元件转换元件 信号调理电量输出敏感元件：直接感受,19,（1）只有一个转换元件,传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，感受被测量时直接输出电量，如,热电偶,。,不同传感器的组成,T,B,A,T,热电偶,（1）只有一个转换元件不同传感器的组成TBAT热电偶,20,先看一个实验,热电偶工作原理演示,结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。,热电极A,右端：自由端（参考端、冷端）,左端：测量端（工作端、热端）,热电极B,热电势,A,B,先看一个实验热电偶工作原理演示 结论：当两个结点温度不相,21,（2）有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路。,压电式加速度传感器,不同传感器的组成,如,压电式加速度传感器,质量块是敏感元件，压电片是转换元件,。,（2）有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路。压电,22,石英晶体的压电效应演示,当力的方向改变时，电荷的极性随之改变，输出电压的频率与动态力的频率相同；当动态力变为静态力时，电荷将由于表面漏电而很快泄漏、消失。,石英晶体的压电效应演示 当力的方向改,23,1.3,传感器的分类,输入量分类,位移、温度、压力式等,以,被测量,命名,输出量分类,模拟式,数字式,输出量为,模拟信号,输出量为,数字信号,工作原理分,基本效应分,按能量关系分,所蕴含的技术特征,电阻、电感、电容、压电等,以传感器对信号的转换的,工作原理,命名,物性型,结构型,化学型,生物型,以其敏感元件,物理特性变化实现,信号转换,以其转换元件,结构参数变化实现,信号转换,能量控制型有源型参量型,能量转换型无源型发电型,传感器的输出量由外源供给，但受被测量控制,传感器的输出量直接由被测量能量转换而得,普通型,新型,传统技术的传感器,智能传感器、模糊传感器、微传感器、网络传感器,应变电阻式、电感式、电容式及磁电式,光电式、压电式、热电式,必须由外部,提供激励源,，如电阻、电感、电容等传感器。,传感器将从被测对象获取的信息能量直接转换成输出信号能量，,不需要外电源,。如基于压电效应、热电效应等传感器都属于此类传感器。,气体、液体、固体分析、PH值、浓度,酶、微生物、抗体、免疫抗原,1.3 传感器的分类输入量分类位移、温度、压力式等 以被测,24,25,25,25,26,26,26,27,能量,变换,型,传感器,能量形式电量,（电动势、电荷等）,测量电路,非电量,电量,电压、电流,辅助电源,能量,控制,型,传感器,非能量形式电量,（电阻、电容、电感,测量电路,非电量,电量,电压、电流,27能量变换型 能量形式电量 测量电路非电量电量电压、电,27,能量转换型传感器,光电式鼠标,高精度热电偶,压电式无源蜂鸣器,能量转换型传感器光电式鼠标高精度热电偶压电式无源蜂鸣器,28,发电型传感器,光电传感器,能量转换型传感器,发电型传感器光电传感器能量转换型传感器,29,差动技术,平均技术,补偿与修正技术,1.4.1,传感器性能的改善,1.4 传感器技术的发展,屏蔽、隔离与干扰抑制,稳定性处理,差动技术平均技术补偿与修正技术1.4.1 传感器性能的改善1,30,1.4.2,传感器基础理论研究,1.4 传感器技术的发展,新原理,有些性能超过人的感官,测量,人体无法感知,的量,恶劣环境,下工作,测量范围宽、精确高、可靠性好,陀螺仪角速度传感器,可穿戴仿生触觉传感器,1.4.2 传感器基础理论研究1.4 传感器技术的发展,31,1.4.2,传感器基础理论研究,1.4 传感器技术的发展,新型敏感材料,敏感材料是传感器技术的,重要基础,。,材料科学的进步，人们可任意控制成分，设计制造出用于各种传感器的功能材料。,用复杂材料来制造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。,半导体敏感材料,化合物半导体材料,磁性材料,陶瓷敏感材料,智能材料,气体传感器,温湿度传感器,1.4.2 传感器基础理论研究1.4 传感器技术的发展新型,32,纳米堆垛,1）微电子,加工技术,2）以激光精密加工为主体的超精密机械加工技术,3）X射线深层光刻电铸成形技术,1.4.2,传感器基础理论研究,1.4 传感器技术的发展,新工艺,纳米堆垛1）微电子加工技术1.4.2 传感器基础理论研究1.,33,新功能传感器,用于家庭服务的机器人,微型内窥镜，像普通药片一样吞入口中，在人体内的路线与食物一样。通过它，医生和护士能够观察发现更多的人体内脏器官，探测体外扫描设备未曾发现的问题。,光纤流速传感器,生物酶血样分析传感器,1.4.2,传感器基础理论研究,1.4 传感器技术的发展,新功能传感器用于家庭服务的机器人微型内窥镜，像普通药片一样,34,1.4.3,传感器的集成化,1.4 传感器技术的发展,1.点的测量变成面和空间的测量,2.不同功能传感器的一体化测量,1.4.3 传感器的集成化1.4 传感器技术的发展1.点的,35,传感器技术与大规模集成电路技术,相结合,微处理器和传感器,相结合,1.4.4,传感器的智能化,1.4 传感器技术的发展,传感器技术与大规模集成电路技术相结合1.4.4 传感器的智能,36,典型的工业用无线传感器网络,1.4.5,传感器的网络化,1.4 传感器技术的发展,典型的工业用无线传感器网络1.4.5 传感器的网络化1.4,37,微型压力传感器,1.4.6,传感器的微型化,1.4 传感器技术的发展,微型压力传感器1.4.6 传感器的微型化1.4 传感器技术,38,粮仓的温湿度检测,无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮食都是,分层存放,，仓内温度和湿度不能过高，为此，需在各层安放,温湿度传感器,进行检测。,将各层探头输出接至温湿度巡检仪上，通过各巡检仪监视器监视各点温湿度情况。通过通风口保持温湿度在要求范围内。,粮仓的温湿度检测无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮食都是,39,基于单片机的智能输液报警器设计,基于单片机的智能公交车报站器的设计,基于单片机的超声波测距测速语音播报系统,基于单片机的公共场所人流量检测系统设计,基于单片机的智能窗帘的硬件控制设计,基于单片机的GPS定位追踪系统,基于单片机自行车测速里程计设计,40,基于单片机的智能输液报警器设计