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1、计算机科学学院 传感器原理及应用 深圳大学 物理科学与技术学院 传感器原理与技术 杜宇 duyu 26538886 计算机科学学院 传感器原理及应用 学时 共54学时 课程时间 第115周理论教学，后三周期末验收 考试要求 PPT，期末论文 平时考勤：50%，期末考核：50% 课程简介 平时 计算机科学学院 传感器原理及应用 课程内容与计划安排 课程简介 1、传感器基础知识 2、传感器的基本特性 3、各类传统与新型传感器的工作原理与应用 （1）电阻式传感器 （2）变磁阻式传感器 （3）电容式传感器 （4）磁电式传感器 （5）压电式传感器 （6）热电式传感器 （7）光电式传感器 等等 计算机科学
2、学院 传感器原理及应用 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 计算机科学学院 传感器原理及应用 第一章 传感器基础知识 1.2 传感器技术简介 传感器技术概述 传感器技术的地位和作用 传感器技术的应用 传感器技术的发展趋势 计算机科学学院 传感器原理及应用 一、传感器技术概述 传感器技术简介 “没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所 公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样
3、，源 源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们 认识自然、改造自然的有力工具。 传感器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，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。 传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术。 计算机科学学院 传感器原理及应用 一、传感器技术概述 传感器技术简介 传感器 感觉，感知；传 送 （Sensor、Transducer） 人体系统： 人类有五
4、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。 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 一、传感器技术概述 外外 界界 信信 息息 感感 官官人人 脑脑肢肢 体体 人人 体体 系系 统统 传感器传感器计算机计算机执行器执行器 机机 器器 系系 统统 人机系统的机能对应关系人机系统的机能对应关系 “ “机电五官机电五官” ” 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器有些性能超过人的感官：传感器有些性能超过人的感官： （1 1）测量人体无法感知的
5、量）测量人体无法感知的量 （3 3）测量范围宽、精确高、可靠性好）测量范围宽、精确高、可靠性好 （2 2）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作 例如：例如： 温度传感器：温度传感器：-196-196 1800 1800 压力传感器：压力传感器：0.01 10000kPa0.01 10000kPa 精度：精度：0.1% 0.01%0.1% 0.01% 可靠度：可靠度：8 9 8 9 级级 一、传感器技术概述 传感器技术简介 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 二、传感器技术的作用和地位 n n 现代信息技术的三大支柱之一现代信息技术的三大支柱之一 传感器技术（信息采集）传感器技术（信息采
6、集） 通信技术通信技术 （信息传输）（信息传输） 计算机技术（信息处理）计算机技术（信息处理） 在信息系统中分别起到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。 n n 现代测量与自动控制的首要环节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。 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 二、传感器技术的作用和地位 n n 衡量国家综合实力的重要标志衡量国家综合实力的重要标志 传感器与传感器技术的发展水平是衡量一
7、个国家综合实力 的重要标志，也是判断一个国家科学技术现代化程度与生产水 平高低的重要依据。 日本：传感器技术列为计算机、通讯、激光、半导体、超导和传 感器等六大核心技术之一。在21世纪技术将传感器列为首位。 美国：传感器及信号处理列为对国家安全和经济发展有重要影响 的关键技术之一。 欧洲：传感器技术作为优先发展的重点技术。 中国：在国家重点科技项目中，传感器也列在重要位置。 计算机科学学院 传感器原理及应用 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 二、传感器技术的作用和地位 n n 传感器技术的应用遍及各个领域传感器技术的应用遍及各个领域 传感器已渗透到传感器已渗透到宇宙开发、海洋探
8、测、军事国防、环宇宙开发、海洋探测、军事国防、环 境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文 物保护物保护等极其广泛的领域。等极其广泛的领域。 毫不夸张地说：毫不夸张地说：几乎每个现代化项目，以至各种复杂几乎每个现代化项目，以至各种复杂 工程系统，都离不开各种各样的传感器。工程系统，都离不开各种各样的传感器。 传感器技术在传感器技术在发展经济、推动社会进步发展经济、推动社会进步方面的重要作方面的重要作 用，是十分明显的。用，是十分明显的。 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 三、传感器技术的应用 前景看好是通讯电子
9、市场 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 三、传感器技术的应用 n n 汽车与传感器汽车与传感器 传统：传统：行驶速度、行驶速度、 距离、发动机旋转速度距离、发动机旋转速度 、燃料剩余量。、燃料剩余量。 安全：安全：安全气囊系安全气囊系 统、防盗装置、防滑控统、防盗装置、防滑控 制系统、防抱死装置、制系统、防抱死装置、 电子变速控制装置、汽电子变速控制装置、汽 车车“ “黑匣子黑匣子” ”。 环保：环保：排气循环装排气循环装 置、电子燃料喷射装置置、电子燃料喷射装置 。 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 三、传感器技术的应用 n n 自动检测与自动控制系统自动检测
10、与自动控制系统 石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业。石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业。 造纸 木材烘干 烟草加工芯片生产 化工 纺织 计算机科学学院 传感器原理及应用 在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位. 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 三、传感器技术的应用 n n 传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用 单能机器人：单能机器人：生产用的自动机械式（加工、组装、检验）。生产用的自动机械式（加工、组装、检验）。 检测臂的位置和角度传感器。检测臂的位置和角度传感器。 隧道凿岩机器人隧道凿岩机器人 汽车焊装生产线汽车焊装生产线 计算机科学学院 传感器原理及应用
11、传感器技术简介 三、传感器技术的应用 n n 传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用 智能机器人：智能机器人：判断能力。视觉传感器、触觉传感器。 用于水下探测的机器人用于水下探测的机器人用于家庭服务的机器人用于家庭服务的机器人 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 三、传感器技术的应用 n n 传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用 智能机器人：智能机器人：埃及金字塔 世界最古老石棺的考古挖掘。 法老咒语：法老咒语：“ “不论是谁骚扰了法老的不论是谁骚扰了法老的 安宁，死神之翼将在它的头上降临。安宁，死神之翼将在它的头上降临。” ” 小机器人挑战法老咒语，代替科小机器人
12、挑战法老咒语，代替科 学家勇探胡夫金字塔内部秘道。学家勇探胡夫金字塔内部秘道。 “金字塔漫游者”机器人 摄像头，力度传感器，地面探测雷达、 超声波传感器（测石头厚度）。 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 三、传感器技术的应用 n n 传感器与家用电器传感器与家用电器 自动电饭锅自动电饭锅、空调器空调器、洗衣机、洗衣机、电子电子热水器、风干器、电熨热水器、风干器、电熨 斗、电风扇斗、电风扇、吸尘器吸尘器、洗碗机、洗碗机、电冰箱、电冰箱、照相机、电视机照相机、电视机、录、录 像机、家庭影院。像机、家庭影院。 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 三、传感器技术的应用 n
13、 n 传感器与遥感技术传感器与遥感技术 飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波。飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波。 船舶：超声波传感器，声呐传感器。船舶：超声波传感器，声呐传感器。 微波微波 红外接收传感器红外接收传感器 红外线分布差异红外线分布差异 矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区 地地 面面 (空中来探测地面物体性质) 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 三、传感器技术的应用 n n 传感器在军事技术领域的应用传感器在军事技术领域的应用 “ “改变那种认为军事力量改变那种认为军事力量 主要是军舰、坦克和飞机的概念主要是军舰、坦克和飞机的概念 ，把我们的注
14、意力放在思考信息，把我们的注意力放在思考信息 和电信技术所能提供的军事力量和电信技术所能提供的军事力量 上来。这场军事革命标志着一种上来。这场军事革命标志着一种 转变，即从重视军舰、坦克和飞转变，即从重视军舰、坦克和飞 机，转为重视诸如传感器这类东机，转为重视诸如传感器这类东 西的作用。西的作用。” ” “ “信息时代的军事革命信息时代的军事革命” ” 美国参联会副主席欧文斯上将美国参联会副主席欧文斯上将 特种武器观察、侦察、探测特种武器观察、侦察、探测 计算机科学学院 传感器原理及应用 美军研制的未来单兵作战武器 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20
15、mm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，以精确的设定引爆时间。 计算机科学学院 传感器原理及应用 美国国家导弹防御计划-NMD 1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5.卫星红外线监测系统 监测系统: 探测和发现敌 人导弹的发射并追踪导 弹的飞行轨道； 拦截器：能识别真假弹 头，敌友方 计算机科学学院 传感器原理及应用 飞行器测控 - 检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵 火箭测控 - 检测火箭状况、姿态、轨迹 计算机科学学院 传感器原理及应用 传感器技术简介 三、传感器技术的应用 n n 传感器在医疗及人体医学上的应用
16、传感器在医疗及人体医学上的应用 医用传感器：人体内部温度、血液、呼吸流量、医用传感器：人体内部温度、血液、呼吸流量、 肿瘤、心音肿瘤、心音 、腔内压力、心脑电波。、腔内压力、心脑电波。 n n 传感器与航空及航天传感器与航空及航天 飞行器：控制在预定轨道上。飞行器：控制在预定轨道上。 速度、加速度、飞行距离测量：陀螺仪、阳光传感器、星光速度、加速度、飞行距离测量：陀螺仪、阳光传感器、星光 传感器、地磁传感器。传感器、地磁传感器。 周围环境、内部设备监控、本身状态。周围环境、内部设备监控、本身状态。 计算机科学学院 传感器原理及应用 新型M2A微型内窥镜， 可以像药丸一样服下 微型内窥镜微型内窥镜-“装在药丸里的相机” M
