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1、传感器原理,教材与参考书,教材： 传感器原理，田裕鹏等编著，科学出版社 参考书： 传感器原理与应用.黄贤武,郑筱霞主编，电子科技大学出版社,1995年。 传感器原理及应用.王化祥,张淑英主编，天津大学出版社,1999年 。,课 程 概 述,理论实验,教学基本要求,学会传感器的基础知识。 掌握各类传感器的基本特性和工作原理、典型测量电路。 了解各类传感器的典型应用。,第1章 绪论,1.1 传感器的定义及其作用,1.2 传感器的组成与分类,1.3 传感器的发展,1.4 本教材的主要内容及特点,传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制系统之首。因此，传感器成为感知、获取与检测信息的窗口，
2、一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息，都要通过传感器获取并通过它转换为容易传输与处理的电信号。所以，80年代以来，世界各国都将传感器技术列为重点发展的高技术，倍受重视。,1.1 传感器的作用,现代信息技术的三大基础是：信息的获取、传输和处理，即：传感器技术与通信技术、计算机技术构成信息科学技术的三大支柱。21世纪是人类全面进入信息电子化的时代，随着人类探知领域和空间的拓展，使得人们需要获得的自然信息的种类日益增加，需要信息传递的速度加快，信息处理能力增强，因此要求与此相对应的信息获取技术即传感技术必须跟上信息化发展的需要。,传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微电子学、光学、声学、化学、
3、生物学、精密机械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术，广泛应用于航空航天、兵器、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林渔业、食品、烟酒制造、汽车、舰船、机器人、家电、公共安全等领域。,传感器的主要应用,在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。,1、自动检测与自动控制系统,石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。,在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂时
4、，必须对其性能质量检测。,图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。,汽车扭距测量,机床加工精度测量,2、汽车与传感器,高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要301 00种传感器。,3、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、家庭影院等。,全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度) 液
5、位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。,指纹传感器,透光率传感器,楼宇控制与安全防护,为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。,图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。,烟雾传感器,亮度传感器,人体探测器,机械手、机器人中的传感器： 转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。,4、传感器在机器人上的应用,密歇根大学的机械手装配模型
6、,AGV自动送货车,超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器，货品识别。,香港理工AGV模型,5、传感器在生物医学上的应用,对人体的健康状况进行 诊断需要进行多种生理 参数的测量。国内已经成功地开 发出了用于测量近红外 组织血氧参数的检测仪 器。人类基因组计划的研究也大大促进了对酶、免疫、微生物、细胞、DNA、RNA、蛋白质、嗅觉、味觉和体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏等传感器的研究。,医学,6、传感器与航空及航天,陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感器,航天,7、传感器与环境保护,保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须
7、进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于污水流量、PH值、电导、浊度、COD、BOD、TP、TN、矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、SO2、NO、O3、CO等参数测量的传感器，这些传感器中大多数亟待开发。,烟尘浊度测量,8、传感器在军事技术领域的应用,先进的科学技术总是最先被应用于战争。以坦克、飞机、军舰为标志的作战平台是传统的主战兵器，各类传感器不过是配属的保障设施。,而当前由信息技术发展推动的军事革命把重点从作战平台转向如何观察战场、怎样传递所观察到的战场情况、怎样运用那些性能优越的精确武器的问题上来，从
8、重视军舰、坦克和飞机转为重视信息获取技术和信息获取装置的作用，传感器、通信以及精确制导武器等已在战争中至关重要的作用。,1.2 传感器的基本知识,传感器 - 被测信息按照一定的规律转换成某种可用信号的输出器件/装置,物理量、化学量、生物量/其他,便于处理和传输的信号,人的五官：,眼睛 耳朵 鼻子 舌头 皮肤,视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉,什么是传感器？,能感受或者响应规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号输出的器件或装置叫做传感器，也叫变换器、换能器或探测器。,1.2.1 传感器的定义,30,1.2.2 传感器的组成,图1-1 传感器组成框图,敏感元件：直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其它量的元件。,转换元件：是传感器的核心。能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件。,敏感元件,转换元件,压力传感器示例,相应的电子线路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。,常用的电路有电桥、放大器、变阻器、振荡器等。,辅助电路通常包括电源等。,1按工作机理分类：根据物理和化学等学科的原理、规律和效应进行分类,2按被测量分类：根据输出物理量的性质进行分类。,3按敏感材料分类：根据制造传感器所使用的材料进行分类。可分为半导体传感器、陶瓷传感器等。,1.2.3 传感器的分类,
