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1、认识传感器任务1 部署透明工厂信息采集系统 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展传感器概念及作用 传感器是一种能把特定被测量的信息按一定规律转换成某种可用信号并输出的器件或装置，可以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要求。 传感器通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 它是由敏感元件和转换元件构成的一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能检测感受到的信息； 能按一定规律将被测的量转换成电信号输出，以满足
2、信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求； 传感器的输出与输入之间存在确定的关系。对传感器的要求：高精度；信号（或能量）无失真转换；反映被测的量的原始特征。（1）传感器概念 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展传感器概念及作用 自动控制系统中，若将计算机比作人的大脑，那么传感器则可以比喻成人的感觉、感官，感受外部信息，将其转换为电信号，通信系统如同人的神经，传递信息，计算机CPU就像人的大脑处理信息，发出指令，最后通过执行机构如机械手、风扇、继电器等执行指令。（2）传感器作用传感器（感官）通信系统（神经）计算机CPU（大脑）执行机
3、构（肢体）图1-1-5 自动控制系统 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展测量电路转换元件敏感元件被测物理量（重量、距离、速度、流量、浓度、温度等）非电量信号变形、位移、面积等电量信号R、C、L、Q电信号u、i、f图1-1-6 传感器的组成框图传感器组成 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展 由于传感器应用领域广泛且品种、规格繁多，因此传感器分类相当复杂，目前，传感器主要有4种分类方法，如表1-1-1所示。分类方法型式说明构成基本效应物理型、化学型、生物型以转换 中的物理、化学效
4、应等命名工作原理应变 式、电容式、电感式、压电 式、热电 式、光电式等以转换 元件对信号的转换作用原理命名被测量位移、压力、温度，速度、气体、液位等传感器以被测名称命名能量关系能量转换 型压电 式、热电 式（热电 偶）、电磁式等传感器输出直接由被测量的能量转换 而得，能量控制型电阻式、电容式、电感式等传感器输出的能量由外部电源供给，被测量仅对传感器中的能量起控制或调节作用输出信号模拟信号传感器的输出为模拟量数字信号传感器的输出为数字量表1-1-1 传感器分类 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展静态特性 （1）线性度线性度是传感器的输入
5、、输出间成线性关系的程度。yy(a) 理想直线x0(b) 实际特性曲线x0图1-1-7 线性度 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展静态特性 （2）灵敏度 灵敏度是指传感器在稳态下输出变化值与输入变化值之比，用S来表示。灵敏度X在稳态下传感器的输入变化量；Y在稳态下传感感的输出变化量。(a) 线性测试系统yx0(b) 非线性测试系统图1-1-8 灵敏度yx0dxdy 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展静态特性 （3）分辨力 分辨力是指传感器能检出被测信号的最小变化量的能力。当被
6、测量的变化小于分辨力时，传感器对输入量的变化无任何反应。只有当输入量的变化超过了分辨力的量值时，其输出才会发生变化。灵敏度（4）迟滞迟滞是指传感器正向特性与反向特性的不一致的程度。产生这种现象的原因是由敏感元件材料的物理性质缺陷造成，如；弹性元件的滞后，铁磁体、铁电体在外加磁场、电场也有这种现象。迟滞误差一般由满量程输出的百分数表示为正、反行程输出值间的最大差值，从特性曲线上反映出正向特性与反向特性的曲线不重合。 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展动态特性 （1） 响应速度响应速度是反映传感器动态特性的一项重要参数，是传感器在阶跃信号
7、作用下的输出特性。它主要包括上升时间、峰值时间及响应时间等，它反映了传感器的稳定输出信号(在规定误差范围内)随输入信号变化的快慢。（2）频率响应频率响应是指传感器的输出特性曲线与输入信号的频率之间的关系，包括幅频特性和相频特性。在实际应用中，应根据输入信号的频率范围来确定适合的传感器。灵敏度 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展确定传感器类型了解测量目的、被测量的特点，如被测量的状态、性质、测量范围、幅值与频带、测量的速度、精度要求等；同时要了解传感器使用条件，如现场的温度、湿度、电磁干扰、辐射、噪声、振动、冲击、尘污、光照、气压等环境
8、因素的考验以及使用者的承受能力、合配套设施、技术水平等基础条件。 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展确定线性范围和量程传感器线性范围是输出与输入成正比的范围，线性范围与量程和灵敏度密切相关，线性范围越宽，其量程就越大，在此范围内的灵敏度就能保持定值，规定的测量精度就能可到保障。 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展权衡灵敏度和精度 通常在线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，意味着被测量微小的变化对应着有较大的输出，这有利于后续电路的信号处理。但是，灵敏度越高
9、，外接混入传感器的噪声也越容易，因此，要兼顾两者关系，统筹选择。 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展（a）工业机器人 （b）运动机器人 （c）服务机器人 （d）医疗机器人图1-1-9 各类机器人 机器人具有与人类似的知觉功能和反应能力，通过安装在其内部和外部的传感器，能够准确感知如平衡、接近觉、身体摆动角度等自身状态，同时还可以感知操作对象周边环境的状态，传感器与机器人的结合 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展 传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车的技术性能的发挥
10、。目前，普通汽车上大约装有10-20只传感器，高级豪华轿车则更多，这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。不仅要控制发动机，而且要控制汽车全身，实现汽车的智能化。传感器与汽车自动控制相结合图1-1-10 汽车中使用的部分传感器 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展机械加工中用的最多的是数控机床。传感器和机械加工相结合 （a）数控机床 （b）脉冲编码器图1-1-11 数控机床 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展 智能巡检机器人可以在短时间内完成大范围、多
11、参数、高可靠的巡检任务，大大变电站智能化运营水平，节省了大量劳动力。传感技术和电力自动化结合图1-1-12 智能巡检机器人 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展 通过传感器测量土壤的成分以确定土壤应施肥的种类和数量；在植物的生长过程中，利用传感器来监测农作物的成熟程度，以便适时采摘和收获；利用气敏传感器进行植物生长的人工环境监控，以促进光合作用；在蔬菜种植环境的监测中，利用传感器进行灭鼠、灭虫等；还可以利用传感器自动控制农田水利灌溉。传感器与农业相结合图1-1-13 塑料大棚 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用
12、传感器选用 传感器应用 传感器发展家用电器与传感器的完美结合，促进了智能家居的迅速发展。传感器与家用电器结合图1-1-14 智能家居系统 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展（1）新材料的开发与应用 传感器的制造材料和制造工艺是提升传感器性能和质量的关键。半导体材料在敏感技术中占有较大的优势，半导体传感器不仅灵敏度高，响应速度快，体积小，质量轻，且便于实现集成化，在今后的一个时期仍会占据主导地位。（2）新制造技术的应用 借助半导体的蒸镀技术、扩散技术、光刻技术、静电封接技术、全固态封接技术，纳米技术的发展，为传感器提供了优良的敏感材料，
13、纳米技术中的关键技术STM，研究对象向纳米尺度过渡的MEMS技术等。推动了传感器的制作水平，拓宽了传感器的应用领域。 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展（3）新型传感器的开发随着人们的自然认识的深化，会不断发现一些新的物理效应、化学效应、生物效应。利用这些新的效应可开发出相应的新型传感器，从而为提高传感器的性能，拓展传感器的应用范围提供了新的动力。（4）传感器的集成化、微型化利用集成技术，将敏感元件、测量电路、放大电路、补偿电路、运算电路等多个功能模块集中到同一芯片上，从而使传感器具有了体积小、质量轻、生产自动化程度高、制造成本低、稳
14、定性和可靠性高、电路设计简单、安装调试时间短等优点。 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展（5）传感器的智能化传感器的智能化是指传感器和微处理器结合，使得传感器具有信息处理，逻辑判断，自我诊断和信息处理的功能。将传感器与计算机的功能集成于同一芯片上就成为智能传感器，其特点是具有自补偿、自诊断、自校正及数据的自存储和分析等功能。（6）仿生学的应用仿生学的发展也促进了传感器的发展，无触点皮肤敏感系统以及具有压力敏感传导功能的橡胶触觉传感器等可组成触觉传感器。 传感器分类传感器概念传感器组成 传感器特性传感器技术及应用 传感器选用 传感器应用 传感器发展新材料的开发与应用传感器的制造材料和制造工艺是提升传感器性能和质量的关键。半导体材料在敏感技术中占有较大的优势，半导体传感器不仅灵敏度高，响应速度快，体积小，质量轻，且便于实现集成化，在今后的一个时期仍会占据主导地位。THANKS!传感器技术应用
