传感器的绪言

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1、Transducer Technique 在你周围都接触过哪些传感器？ 怎样上好这门课？ 传感器技术绪论 （1）启发式教学 教是为了不教 （2）严谨治学 大学不在于有大楼，而在于有大师 （3）教书育人 千教万教，教人求真，千学万学，学做真人 绪绪 论论 一、人机系统的机能对应关系 认识传感器认识传感器 传感器技术绪论 五、传感器的定义 二、主要应用 三、地位及重要性 四、发展方向 一、人机系统的机能对应关系一、人机系统的机能对应关系 人体系统是如何感知外界信息的？ 人类的五官 传感器技术绪论 传感器计算机执行器 机 器 系 统 外 界 信 息 感 官人 脑肢 体 人 体 系 统 Sensor,

2、 Transducer “ “机电五官机电五官” ” 人机系统机能对应关系 传感器技术绪论 五官与传感器 传感器技术绪论 传感器性能凌驾于人的感官之上： （1）测量人体无法感知的量 （3）测量范围宽、精确高、可靠性好 （2）恶劣环境下工作 温度传感器：-196 1800 压力传感器：0.01psi 10000psi 精度：0.1% 0.01% 可靠度：8 9 级 传感器技术绪论 绪绪 论论 一、人机系统的机能对应关系 认识传感器认识传感器 传感器技术绪论 五、传感器的定义 二、主要应用 三、地位及重要性 四、发展方向 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

3、 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 93

4、93 6161 2626 2121 2424 202014 14 相对需要量相对需要量 传感器技术对国民经济的发展起着重要的作用 二、二、主要应用主要应用 传感器技术绪论 传感器技术绪论 自动检测与自动控制系统汽车与传感器传感器与家用电器 传感器在机器人上的应用医疗及人体医学 传感器与航空及航天 传感器与环境保护传感器与遥感技术军事技术领域 例1：化工产品自动生产过程 1、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 Automatic test and automatic control system 传感器技术绪论 例2：电力机车受电弓特性检测 电力机车： 非自给性牵引方

5、式 Pantograph automatic inspection for electric locomotive 传感器技术绪论 传感器技术绪论 （1）升降弓压力特性检测 传感器技术绪论 （2）升降弓时间测量 传感器技术绪论 传感器技术绪论 2、汽车与传感器 传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量、水温 安全：安全气囊、防盗、防滑、防抱死、电子变速、“黑匣子” 环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置 传感器技术绪论 2. “汽车导航用传感器”,传感器世界 3. “汽车安全系统及其传感器”,传感器世界 参考文献： 1. “汽车安全保障传感器市场”，传感器世界 传感器技术绪论 3、传感器

6、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 传感器技术绪论 家庭自动化蓝图 u 安全监测与报警 u 空调与照明控制 u 太阳光自动跟踪 u 家务劳动自动化 4、传感器在机器人上的应用 单能机器人：生产用自动化机械（加工、组装、检验） 检测臂的位置和角度传感器 隧道凿岩机器人 红旗轿车焊装生产线 120kg 点焊机器人 传感器技术绪论 4、传感器在机器人上的应用 传感器技术绪论 智能机器人：Intelligent Robot 判断能力 视觉传感器、触觉传感器 传感器技术绪论 足球机器人 传感器技术绪论

7、迎宾机器人 泰坦尼克中用于水下探测的“邓肯”号机器人 传感器技术绪论 2004年9月17日，全球现场直播-埃及金字塔世界最古老石棺的 考古挖掘进程，可能揭开古埃及金字塔内部结构之谜。 “不论是谁骚扰了法老的 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”：511 ，地面探测雷达、超声波传感 器（测石头厚度）。 传感器技术绪论 5、传感器在医疗及人体医学上的应用 医用电子学的发展 医用传感器：人体内部温度、血液及 呼吸流量、 肿瘤、心音、 腔内压力、心脑电波 6、传感器与航

8、空及航天 飞行器：控制在预定轨道上 测量速度、加速度、飞行距离 陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感器 周围环境监控、内部设备监控、本身状态监控 传感器技术绪论 7、传感器与环境保护 环境监测仪器 传感器技术绪论 温湿度、露点探头、CO2探头、大气压力传感器 湿度传感器 湿度传感器 Temperature transducer Humidity transducer 传感器技术绪论 Dew point probe Carbon dioxide probe 8、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 船舶：超声波传感器 微波 红外接收传感器 红外线分布差异 矿藏

9、埋藏地区 地 面 Remote sensing technique 传感器技术绪论 9、传感器在军事技术领域的应用 美国高级将领与著名学者访谈录陈伯江 “信息时代的军事革命” 美国参联会副主席欧文斯上将 “改变那种认为军事力量主要是军舰、坦克和飞机的概 念，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 、坦克和飞机，转为重视诸如传感器这类东西的作用。” “陆军、海军、空军都将只不过是历史的产物你也许将 成立一个把所有的传感器放在一起的军种（可称之为传感器 军）用于观察战场” 传感器技术绪论 绪绪 论论 一、人机系统的机能对应关系 认识传

10、感器认识传感器 传感器技术绪论 五、传感器的定义 二、主要应用 三、地位及重要性 四、发展方向 传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的“五官” ，如果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、现代测量与自动控制的首要环节 2、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。 传感器技术绪论 3、现代信息产业的三大支柱 通讯技术、计算机技术、传感器技术 既是现代信息产业的源头，又是信息社会赖以存在和 发展的物质与技术基础。 如果没有高度保真和性

11、能可靠的传感器，没有先进的 传感器技术，信息的准确获得与精密检测就成了一句 空话，通讯技术和计算机技术也就成了无源之水，无 本之木，现代测量与自动化技术随之变成水中之月、 镜中之花。 传感器技术绪论 4、各国政府高度重视 日本科学技术厅把传感器技术列为六大核心技术（计算 机、通讯、激光、半导体、超导和传感器）之一。日本 政府还在21世纪发展技术中将传感器列在前位。 美国将“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。 西欧各国把传感器技术作为优先发展的重点技术。 我国政府在“863计划”及重点科技攻关项目中，均把 传感器列在重要位置。 传感器技术绪论 绪绪 论论 一、

12、人机系统的机能对应关系 认识传感器认识传感器 传感器技术绪论 五、传感器的定义 二、主要应用 三、地位及重要性 四、发展方向 四、发展方向四、发展方向 新理论的探讨、新技术的应用、新材料和新工艺的研究 2、确保传感器的可靠性，延长其使用寿命 1、努力实现传感器的新特性 检测范围宽、高灵敏度、高精度、响应速度快、 互换性好 3、提高集成化和功能化程度 信息处理功能一体化：敏感元件、电路、执行机构 传感器技术绪论 4、微型化 微机电系统 MEMS（Microelectro-mechanical System） 轮廓尺寸在毫米量级、元件尺寸在微米量级、 可运动的微型机电装置。 微型集成传感器：力、压

13、力、加速度、化学传感器 微型执行机构：微型齿轮、电机、泵、阀门、 悬臂梁、光学镜片 借助集成电路的制造技术来制造机械装置 传感器技术绪论 5、新型功能材料的开发 各种新型传感器孕育在新材料之中 半导体材料和新工艺的发展：半导体传感器 压电半导体材料发展：压电集成传感器 高分子压电薄膜的出现：机器人触觉传感器 参考文献： 1.“形状记忆执行材料研究进展”，传感器世界 2. “机器人用传感器材料的进展”，传感器世界 传感器技术绪论 人的感官优于工程传感器 零维探测与多维感知 单功能与多功能 积分与微分 宴会效应选择功能咖啡桌效应学习功能 高桥效应联想功能模糊效应模拟量识别 森林效应全局与部分 非智

14、能型与智能型 传感器技术绪论 高桥清（日），“21世纪新技术革命中的传感器” 绪绪 论论 一、人机系统的机能对应关系 认识传感器认识传感器 传感器技术绪论 五、传感器的定义 二、主要应用 三、地位及重要性 四、发展方向 把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成 某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。 四层含义： （1）传感器是一种测量器件或装置 测速发电机、发电机测速传感器 发电机是不是传感器？ （2）“特定的被测量信息”：非电量 物理量 化学量 生物量 电量 五、传感器的定义五、传感器的定义 传感器技术绪论 （3）“某种可用信号输出” 把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系的电 量输出的器件或装置。 非电量电测技术 把外界信息按一定规律转换成光信号输出的器件。 （4）“转换”：传感器、变换器、变送器、换能器、 转换器、探测器 工业测量 标准输出 信号 能量转换 转换效率 传感器技术绪论 把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成 某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。 传感器技术绪论