传感器原理及应用-概述讲解

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1、传感器原理及应用 第一章 传感器技术概述 1.1 课程简介 1.2 传感器技术简介 1.3 传感器的发展趋势 1.4 传感器的定义、组成和分类 传感器原理及应用 了解了解传感器的地位与作用；传感器的地位与作用； 掌握掌握传感器的定义、组成；传感器的定义、组成； 了解了解传感器的发展趋势；传感器的发展趋势； 了解了解传感器的分类、符号。传感器的分类、符号。 本章要求本章要求 第一章 传感器技术概述 传感器原理及应用 课程地位和作用 1.1 课程简介 传感器原理及应用 研究对象 传感器技术的基本概念和理论、常用传感器的工作 原理和应用技术。 课程性质 课程属于专业必修课，在专业人才培养中具有提高

2、学生相关专业基础理论的认知能力、增强学生从事传感与检 测技术研究与应用工作的适应能力和开发创新能力的作用。 1.1 课程简介 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）获得应用传感器设计、组建测控系统的基本技 能； （4）培养学生进一步学习、研究和应用传感器技术 的兴趣； （5）为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要 的基础。 1.1 课程简介 传感器原理及应用 主要考核目标（包括重点及难点） （1）掌握传感器的基本概念和基本特性； （2）掌握常用传感器的工作原理（实验方法）； （3）掌握常用

3、传感器的基本应用（实验技术）； （4）了解应用传感器设计、组建测控系统的基本方法 ； （5）了解传感器技术的发展前沿和趋势。 重点：重点：传感器的工作原理传感器的工作原理 难点：难点：传感器的应用技术；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。内容涉及知识面广，理论性、综合性和实践性强。 1.1 课程简介 传感器原理及应用 一、传感器技术概述 1.2 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，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

4、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。 传感器原理及应用 一、传感器技术概述 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 一、传感器技术概述 传感器 感觉，感知；传 送 （Sensor、Transducer） 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。

5、感 知光、色、温度、压力、声音、 湿度、气味及辐射等。 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 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” ” 1.2 传感器技术简介 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

6、 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 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 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” ”、

7、“ “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。 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 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

8、之一。在21世纪技术预测中将传感器列为首位。 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。 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 中国：在国家重点科技项目中，传感器也列在重要位置。 传感器原理及应用 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、海洋探测、军事国防、环境保宇宙开发、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、甚至文物保护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文物保 护护等极其广泛的领

9、域。等极其广泛的领域。 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用，方面的重要作用， 是十分明显的。是十分明显的。 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 传感器原理及应用 三、传感器技术的应用 信信 息息 处处 理理 电电 信信 电电 话话 科科 技技 测测 试试 设设 备备 控控 制制 交交 通通 控控 制制 输输 电电 系系 统统 机机 床床 机机 器器 人人 家家 用用 电电 器器 照照 相相 机机 汽汽 车车 飞飞 机机 船船 舶舶 气气 象象 海海 洋洋 环环 境境 污污 染染 医医 疗疗 防防 火火 光光 能能 利利 用用 热热 能能 利

10、利 用用 土土 木木 建建 筑筑 农农 林林 机机 械械 能能 利利 用用 货货 币币 金金 融融 食食 品品 111111 5555 110110103 103 4747 3636 5959 8181 6161 2727 7878 3434 31 31 3131 4747 111111 7070 7676 9393 6161 2626 2121 2424 2020 1414 需要量需要量 传感器技术的应用领域传感器技术的应用领域 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 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与自动控制系统 石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业。石油、

11、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 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 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 。 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用

12、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 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 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 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 三

13、、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 511，地面探测雷达、超声波 传感器（测石头厚度）。 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 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 收获机器人

14、：收获机器人：黄瓜等果蔬 的采摘。 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 六脚爬虫 履带坦克车 人行机器人 足球机器人足球机器人 步行 机器人 机械手机械手 传感器原理及应用 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、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨 斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录 像机、家庭影院。像机、家庭影院。 1.2 传感器技术简介 传感器原理及应用 今天越来越多的传感器和微控制系统今天越来越多的传感器和微控制系统

15、 广泛地应用于家用电器中广泛地应用于家用电器中 ，目前构成家用，目前构成家用 电器总生产成本的几个因素有：电器总生产成本的几个因素有： 机体结构占总成本的机体结构占总成本的2525 50%50% ； 电子器件和电源约占电子器件和电源约占30%30% ； 执行器（电机、压缩机等）约占执行器（电机、压缩机等）约占20%20%； 传感器占传感器占15%15% 20%20%以上。以上。 1.2 传感器技术简介 n n 传感器与家用电器传感器与家用电器 传感器原理及应用 一台洗衣机的基本功能主要有： 搅动； 进水、出水； 温度控制； 时间控制； 洗涤剂分配； 水和泡沫监控； 烘干（湿度控制）； 编排次序（程序设计）； 操作面板、显示技术（PC接口） n n 传感器与家用电器传感器与家用电器 传感