传感器概述-ppt课件.ppt

1、1 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 （1 1）建立传感器技术的整体概念； （2 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 3）培养学生进一步学习、研究和应用传感器技术的兴趣； （4 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4 41.1 1.1 课程简介课程简介第一章 概述1.1.1 1.1.1 本课程的地位和作用本课程的地位和作用工科最重要的专业课工科最重要的专业课起源于仿生研究起源于仿生研究人体系统：人体系统： 人类有五大感觉器官，即眼、人类有五大感觉器官，即眼、耳、鼻、舌、皮肤。通过这些感耳、鼻、

2、舌、皮肤。通过这些感觉器官感知外界信息。觉器官感知外界信息。机器系统：机器系统： 机器系统中，传感器是各种机器系统中，传感器是各种机械和电子设备的感觉器官。感机械和电子设备的感觉器官。感知光、色、温度、压力、声音、知光、色、温度、压力、声音、湿度、气味及辐射等。湿度、气味及辐射等。7 7眼（视觉）眼（视觉）耳（听觉）耳（听觉）鼻（嗅觉）鼻（嗅觉）皮肤（触觉）皮肤（触觉）舌（味觉）舌（味觉）感知外界信息感知外界信息人体系统和机器系统比较人体系统和机器系统比较大脑大脑肌体肌体2022-5-262022-5-269 9外外部部信信息息行动行动1010传感器是信息采集系统的首要部件，传感器是信息采集系

3、统的首要部件，计算机的计算机的“五官五官”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。量和控制都是不可能实现的。传感器在信息传感器在信息社会的地位？社会的地位？1.1 1.1 课程简介课程简介第一章 概述1.1.2 1.1.2 本课程的内容体系结构本课程的内容体系结构三大模块三大模块传感器原理传感器原理检测技术检测技术检测系统检测系统1313传感原理传感原理检测技术检测技术+ += =检测系统检测系统传感器传感器感受规定的感受规定的被测被测量量并按照一定的并按照一定的规律转换成可用规律转换成可用输出信号的

4、输出信号的器件器件是一门是一门应用科学应用科学，研究自动检测系统中，研究自动检测系统中的的信息提取信息提取、信息转换信息转换、信息处理信息处理的理的理论和技术。论和技术。自动检测系统是自动测量、自动计量、自动检测系统是自动测量、自动计量、自动保护、自动诊断、自动信号处理等自动保护、自动诊断、自动信号处理等诸系统的总称。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被测对象包含的信息进行定性定性了解了解和和定量掌握定量掌握所采取的一系所采取的一系列措施列措施1.1 1.1 课程简介课程简介第一章 概述1.1.3 1.1.3 本课程的任务及要求本课程的任务及要求

5、先修课程：先修课程：高等数学、普通物理学、电路基高等数学、普通物理学、电路基础、模拟与数字电子技术础、模拟与数字电子技术涉及众多基础理论和技术的涉及众多基础理论和技术的综合性技术课程综合性技术课程空调遥控器空调遥控器2.2.温度传感器温度传感器3.3.气体传感器气体传感器4.4.光电传感器光电传感器嫦娥一号卫星搭载嫦娥一号卫星搭载的的CCD立体相机立体相机 嫦娥二号的嫦娥二号的CCD立体相机可以获得立体相机可以获得直径大于直径大于21米的月坑的清晰图像；米的月坑的清晰图像；电冰箱、电饭煲电冰箱、电饭煲煤气灶煤气灶 烟雾传感器烟雾传感器1.1.红外线传感器红外线传感器1.2 1.2 传感器的定义

6、与组成传感器的定义与组成第1节 传感器一种能把特定的一种能把特定的被测信号被测信号按一定规律转换成某种按一定规律转换成某种可可用信号用信号输出的输出的器件或装置器件或装置，以满足信息的传输、处理、以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求记录、显示和控制等要求。5.5.汽车上使用的传感器汽车上使用的传感器1.2 1.2 传感器的定义与组成传感器的定义与组成第1节 传感器“阿波罗阿波罗10”10”：火箭部分火箭部分-2077-2077个传感器个传感器飞船部分飞船部分-1218-1218个传感器个传感器检测参数检测参数-加速度、温度、压力、加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、振动、流量、应

7、变、 声学等声学等1.2 1.2 传感器的定义与组成传感器的定义与组成第1节 传感器国家标准（国家标准（GB7665-87GB7665-87）中传感器的定义：）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。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：传感器功用：一感二传，即感受被测信息，并传送出去。一感二传

8、，即感受被测信息，并传送出去。非电量电测技术非电量电测技术1.2 1.2 传感器的定义与组成传感器的定义与组成第1节 传感器辅助电源辅助电源敏感元件敏感元件转换元件转换元件 信号调理信号调理与转换电路与转换电路电量输出电量输出敏感元件敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。的某一物理量的元件。转换元件转换元件：将敏感元件输出的非电量信号直接转换为电信：将敏感元件输出的非电量信号直接转换为电信号。号。测量电路测量电路：将转换元件输出的电信号进行调理，使之便于：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。显示、处理

9、和传输。1.2 1.2 传感器的定义与组成传感器的定义与组成第1节 传感器基本部分基本部分被测对象被测对象（1 1）只有一个转换元件）只有一个转换元件传感器由一个敏感元件传感器由一个敏感元件( (兼转换元件兼转换元件) )组成，感受被组成，感受被测量时直接输出电量，如测量时直接输出电量，如热电偶热电偶。不同传感器的组成不同传感器的组成热电偶热电偶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 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 B热电势AB（2 2）有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电

10、路。）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压电式加速度传感器不同传感器的组成不同传感器的组成如如压电式加速度传感器压电式加速度传感器质量块是敏感元件，压电片是转换元件质量块是敏感元件，压电片是转换元件。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。分类法 类型 说明 1.3 1.3 传感器的分类传感器的分类输入量分类位移、温度、压力式等 以被测量被测量命名 输出量分类 模拟式数字式 输出量为模拟信号模拟信号输出量为数字信号数字信号 工作原理分基本效应分按能

11、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、电应变电阻式、电感式、电容式及感式、电容式及磁电式磁电式光电式、压电式、光电式、压电式、热电式热电式必须由外部必须由外部提供激励源提供激励源，如电阻、电感、电，如电阻、电感、电容等传感器。容等传

12、感器。传感器将从被测对象获取的信息能量直接转换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，成输出信号能量，不需要外电源不需要外电源。如基于压电。如基于压电效应、热电效应等传感器都属于此类传感器。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、气体、液体、固体分析、PHPH值、浓度值、浓度酶、微生物、抗体、免疫抗原酶、微生物、抗体、免疫抗原252526262727能量能量变换变换型型传感器传感器 能量形式电量能量形式电量（电动势、电荷等）（电动势、电荷等） 测量电路测量电路非电量非电量电量电量电压、电流电压、电流辅助电源辅助电源能量能量控制控制型型传感器传感器 非能量形

13、式电量非能量形式电量（电阻、电容、电感（电阻、电容、电感 测量电路测量电路非电量非电量电量电量电压、电流电压、电流能量转换型传感器能量转换型传感器光电式鼠标光电式鼠标高精度热电偶高精度热电偶压电式无源蜂鸣器压电式无源蜂鸣器发电型传感器发电型传感器光电传感器光电传感器能量转换型传感器能量转换型传感器差动技术差动技术平均技术平均技术补偿与修正技术补偿与修正技术1.4.1 1.4.1 传感器性能的改善传感器性能的改善1.4 1.4 传感器技术的发展传感器技术的发展屏蔽、隔离与干扰抑制屏蔽、隔离与干扰抑制稳定性处理稳定性处理1.4.2 1.4.2 传感器基础理论研究传感器基础理论研究1.4 1.4 传

14、感器技术的发展传感器技术的发展v 新原理新原理 1.4.2 1.4.2 传感器基础理论研究传感器基础理论研究1.4 1.4 传感器技术的发展传感器技术的发展v新型敏感材料新型敏感材料敏感材料是传感器技术的敏感材料是传感器技术的重要基础重要基础。材料科学的进步，人们可任意控制成分，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。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。器是今后的发展方向之一。半导体敏感材料半导体敏感材料化合物半导体材料化合物半导体材料磁性材料磁性材料陶瓷敏感材料陶瓷敏感

15、材料智能材料智能材料气体传感器气体传感器温湿度温湿度传感器传感器纳米堆垛纳米堆垛1 1）微电子）微电子加工技术加工技术2 2）以激光精密加工为主体的超精密机械加工技术）以激光精密加工为主体的超精密机械加工技术3 3）X X射线深层光刻电铸成形技术射线深层光刻电铸成形技术1.4.2 1.4.2 传感器基础理论研究传感器基础理论研究1.4 1.4 传感器技术的发展传感器技术的发展v 新工艺新工艺 v 新功能传感器新功能传感器微型内窥镜，像普通药片一样吞入微型内窥镜，像普通药片一样吞入口中，在人体内的路线与食物一样。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通过它，医生和护士能够

16、观察发现更多的人体内脏器官，探测体外扫更多的人体内脏器官，探测体外扫描设备未曾发现的问题。描设备未曾发现的问题。光纤流速传感器光纤流速传感器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器1.4.2 1.4.2 传感器基础理论研究传感器基础理论研究1.4 1.4 传感器技术的发展传感器技术的发展1.4.3 1.4.3 传感器的集成化传感器的集成化1.4 1.4 传感器技术的发展传感器技术的发展1.1.点的测量变成面和空间的测量点的测量变成面和空间的测量2.2.不同功能传感器的一体化测量不同功能传感器的一体化测量传感器技术与大规模集成电路技术传感器技术与大规模集成电路技术相结合相结合微处理器和传感器微处

17、理器和传感器相结合相结合1.4.4 1.4.4 传感器的智能化传感器的智能化1.4 1.4 传感器技术的发展传感器技术的发展典型的工业用无线传感器网络典型的工业用无线传感器网络1.4.5 1.4.5 传感器的网络化传感器的网络化1.4 1.4 传感器技术的发展传感器技术的发展微型压力传感器微型压力传感器1.4.6 1.4.6 传感器的微型化传感器的微型化1.4 1.4 传感器技术的发展传感器技术的发展粮仓的温湿度检测粮仓的温湿度检测无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮食都是无论是金属粮仓还是土仓，为防止霉变，粮食都是分层存放分层存放，仓内温度和湿度不能过高，为此，需在各层安放仓内温度和湿度不

18、能过高，为此，需在各层安放温湿度传感器温湿度传感器进行检测。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。视各点温湿度情况。通过通风口保持温湿度在要求范围内。l基于单片机的智能输液报警器设计l基于单片机的智能公交车报站器的设计l基于单片机的超声波测距测速语音播报系统l基于单片机的公共场所人流量检测系统设计l基于单片机的智能窗帘的硬件控制设计l基于单片机的GPS定位追踪系统l基于单片机自行车测速里程计设计4040l基于单片机空气质量检测仪设计l基于单片机基的家用自动浇花机l基于单片机的脉搏心率仪设计l基于单片机的移动数据的LED显示屏设计l基于单片机的无线计步器设计l基于单片机的GSM远程家用电器控制系统l基于单片机的无线语音识别智能家居控制系统l基于单片机的波形信号发生器设计4141