传感器与信号检测技术绪论ppt课件

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1、传感器与信号检测技术传感器与信号检测技术(学分: 2 学时: 32)传感器的概念自然界人类认识改造通熟讲:人类感觉延伸的工具就是传感器。传感器的概念控制对象信息采集传感器系统的首要环节。信息传输通信传感器信息处理计算机执行器定义：传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并按照一定规律转换成与之对应的有用输出信号的元器件或装置。电电电电视视视视机机机机遥遥遥遥控控控控器器器器空空空空调调调调、电电电电冰冰冰冰箱箱箱箱麦麦麦麦克克克克风风风风电电电电子子子子秤秤秤秤视视视视频频频频手手手手机机机机数数数数码码码码相相相相机机机机电子汽车衡电子汽车衡电子汽车衡电子汽车衡

2、超声波测流量超声波测流量超声波测流量超声波测流量红外测温红外测温红外测温红外测温n n 智能建筑：智能建筑：智能建筑：智能建筑：BASBASBASBAS，CASCASCASCAS， OAS OAS OAS OAS (3A)(3A)(3A)(3A)给排水系统给排水系统给排水系统给排水系统泵系统泵系统泵系统泵系统锅炉系统锅炉系统锅炉系统锅炉系统环境控制环境控制环境控制环境控制电力监测电力监测电力监测电力监测能量计费能量计费能量计费能量计费消防系统消防系统消防系统消防系统保安系统保安系统保安系统保安系统照明系统照明系统照明系统照明系统DDCDDCDDCDDC动画按扭动画按扭动画按扭动画按扭动画按扭动

3、画按扭动画按扭动画按扭绪 论一、人机系统的机能对应关系二、传感器的主要应用三、传感器的重要性四、人的感官与传感器的比较五、传感器的发展方向六、课程特点、教材及成绩评定方式七、第一次作业人类为了从外界获取信息, 必须借助于感觉器官。 一系列代替、 补充、 延伸人的感觉器官功能的各种手段就应运而生, 从而出现了各种用途的传感器。一、人机系统的机能对应关系一、人机系统的机能对应关系外外外外界界界界信信信信息息息息Sensor、Transducer传感器传感器传感器传感器计算机计算机计算机计算机执行器执行器执行器执行器机机机机 器器器器 系系系系 统统统统“ “机电五官机电五官机电五官机电五官” ”人

4、机系统的对应关系如下图示：感感感感 官官官官人人人人 脑脑脑脑肢肢肢肢 体体体体人人人人 体体体体 系系系系 统统统统性能凌驾于人的感官之上：性能凌驾于人的感官之上：性能凌驾于人的感官之上：性能凌驾于人的感官之上：（1 1）测量人体无法感知的量）测量人体无法感知的量）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）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）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作 温度传感器：温度传感器：温度传感器：温度传感器：-1961800-1961800 压力传

5、感器：压力传感器：压力传感器：压力传感器：0.01psi10000psi0.01psi10000psi 精度：精度：精度：精度：0.1%0.01%0.1%0.01% 可靠度：可靠度：可靠度：可靠度：8989级级级级人们往往把传感器誉为人的感官：眼人们往往把传感器誉为人的感官：眼人们往往把传感器誉为人的感官：眼人们往往把传感器誉为人的感官：眼光敏传感光敏传感光敏传感光敏传感器；鼻器；鼻器；鼻器；鼻气敏传感器；耳气敏传感器；耳气敏传感器；耳气敏传感器；耳声敏传感器；嘴声敏传感器；嘴声敏传感器；嘴声敏传感器；嘴味味味味觉传感器；手觉传感器；手觉传感器；手觉传感器；手触觉传感器；触觉传感器；触觉传感器

6、；触觉传感器； 实用性实用性实用性实用性: : : :1 1、各种检测仪器和仪表各种检测仪器和仪表2 2、各种系统装备中的关键技术或部件各种系统装备中的关键技术或部件综合性：综合性：综合性：综合性：传感器技术、误差理论、信号处理、电传感器技术、误差理论、信号处理、电子技术、单片机技术、人工智能、模糊子技术、单片机技术、人工智能、模糊处理技术等等。处理技术等等。边沿学科：边沿学科：边沿学科：边沿学科：检测技术渗透在各个学科领域：机械、检测技术渗透在各个学科领域：机械、电气、信息、采矿、勘探、环保、化电气、信息、采矿、勘探、环保、化工、建筑、生物、医学等等。工、建筑、生物、医学等等。返回传感器的应

7、用领域及需要量传感器的应用领域及需要量50100需需求求量量信信息息处处理理科科技技测测试试设设备备控控制制环环境境污污染染应用应用领域领域电电信信电电话话机机床床机机器器人人家家用用电电器器汽汽车车医医疗疗防防火火光光能能利利用用热热能能利利用用二、传感器的主要应用二、传感器的主要应用表 1.1传感器市场结构 从市场来看, 力、 压力、 加速度、 物位、 温度、 湿度、水分等传感器将保持较大的需求量。 传感器的市场结构如表1.1所示。1 1、自动检测与自动控制系统、自动检测与自动控制系统、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、化工、电力、钢

8、铁、机械等加工工业石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业计算机主机接口电力系统电信号出变送器例：电力系统发电机运行状态在线监测UTV1TATV2DL断路器复合功角仪交直流电压变送器同步电机励磁系统电流电压变送器励磁调节信号变送器复合功角外部连接关系图功率变送器交、直流电压变送器、频率变送器交流电流变送器负序电流变送器PQ交流电压变送器I隔离变1隔离变2动动动动画画画画按按按按扭扭扭扭自动检测系统实例自动检测系统实例自动检测系统实例自动检测系统实例2 2、汽车与传感器、汽车与传感器、汽车与传感器、汽车与传感器传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量传

9、统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量传统：行驶速度、距离、发动机旋转速度、燃料剩余量安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱安全：安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱死装置、电子变速控制装置、汽车死装置、电子变速控制装置、汽车死装置、电子变速控制装置、汽车死装置、电子变速控制装置、汽车“ “黑匣子黑匣子黑匣子黑匣子” ”环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置环保：排气循环装置、电子燃料喷射装置环

10、保：排气循环装置、电子燃料喷射装置动动画画按按扭扭动画按扭动画按扭动画按扭动画按扭3 3、传感器与家用电器、传感器与家用电器、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、自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、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、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院电视机、录像机、家庭影院电视机、

11、录像机、家庭影院电视机、录像机、家庭影院n n 液化气烟雾报警器液化气烟雾报警器液化气烟雾报警器液化气烟雾报警器智能洗衣机智能洗衣机智能洗衣机智能洗衣机遥控器遥控器遥控器遥控器4 4、传感器在机器人上的应用、传感器在机器人上的应用、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：生产用的自动机械式（加工、组装、检验）单能机器人：生产用的自动机械式（加工、组装、检验）单能机器人：生产用的自动机械式（加工、组装、检验）单能机器人：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检测臂的位置和角度传感器检测臂的位置和角度传感器智能机器人：判断能力智能

12、机器人：判断能力智能机器人：判断能力智能机器人：判断能力视觉传感器、触觉传感器视觉传感器、触觉传感器视觉传感器、触觉传感器视觉传感器、触觉传感器沈科研人员调试新型机器人视觉沈科研人员调试新型机器人视觉传感器传感器 具有自动回避障碍、寻找目标、上下楼梯、跨越障碍等功能。这种机器人将为我国在太空、海洋等未知环境下的探测勘察工作提供技术保障。 作为“机器人技术国家工程研究中心”的中国科学院沈阳自动化研究所研发的形态功能各异的机器人如今已广泛应用于生产、生活等各个领域。 沈阳科研人员沈阳科研人员调试新型机器人传调试新型机器人传感器感器 这个身形如蛇的机器人长为144厘米，头部装有微型摄像机，可实时采集

13、现场图像并用无线传输发回监控台。它具有三维空间运动能力，能在硬地面、沙地或软土上爬行，可跨越10厘米宽的坑沟，行走速度最快可达每秒0.4米，并可自动识别不同的环境。蛇形机器人可从事车底危险物品探查等工作。 作为“机器人技术国家工程研究中心”的中国科学院沈阳 自动化研究所研发的形态功能各异的机器人如今已广泛应用于生产、生活等各个领域。 机器人是一种具备一些与人或生物相似的智能能力的机器。机器人的智能能力体现在获取信息，加工信息、处理信息，做出相应的反映等方面。也就是说，我们把能感觉、会思考、能决策、会动作的系统或者机器称为智能机器人。能力风暴个人机器人就属于智能机器人一类，它可以通过5种11个传

14、感器获取不同的外界环境信息，然后通过微控制器68HC11芯片“思考、决策”，最后通过驱动直流电机、喇叭或LCD做出相应的反映。 一、机器人的“视觉”系统了机器人靠它的“视觉”系统来识别外界的物体和光线，而它的“视觉”系统是由红外传感器和光敏传感器组成的，使用红外传感器和光敏传感器进行控制。二、机器人的“触觉”系统能力风暴个人机器人是带有“触觉”功能的智能机器人，它的“触觉”就像我们人利用肢体去获取外部环境信息一样，这是能力风暴个人机器人感知外界环境信息的一个重要方面。 能力风暴个人机器人的“触觉”系统是由4只碰撞开关和一个碰撞环组成的。 机器人通过“触觉”系统获取外界环境信息的关键，是控制机器

15、人的碰撞传感器。在碰撞环内侧装有4只碰撞开关。每当外界碰撞一次，相应的开关就闭合一次三、机器人的“听觉”系统麦克风作为机器人的声音传感器，获取外部的声音信息，目前能力风暴机器人能够识别的声音信号只是声强的信号。这是由于语音系统是一个高难度的技术，在能力风暴个人机器人中还没有得到应用。 麦克风四、关于光电编码器能力风暴个人机器人还有两套特殊功能的传感器，这就是光电编码器，它是能够传递位置信息的传感器。5 5、传感器在医疗及人体医学上的应用、传感器在医疗及人体医学上的应用、传感器在医疗及人体医学上的应用、传感器在医疗及人体医学上的应用医用电子学医用电子学医用电子学医用电子学医用传感器：人体内部温度

16、、血液、医用传感器：人体内部温度、血液、医用传感器：人体内部温度、血液、医用传感器：人体内部温度、血液、呼吸流量、呼吸流量、呼吸流量、呼吸流量、 肿瘤、心音、肿瘤、心音、肿瘤、心音、肿瘤、心音、腔内压力、心脑电波腔内压力、心脑电波腔内压力、心脑电波腔内压力、心脑电波6 6、传感器与航空及航天、传感器与航空及航天、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、飞行距离测量速度、加速度、飞行距离测量速度、加速度、飞行距离测量速度、加速度、飞行距离测量周围环境、内部设备监控、本身状态周围环境、内部设

17、备监控、本身状态周围环境、内部设备监控、本身状态周围环境、内部设备监控、本身状态 哈尔滨49研究所科研人员研制了“神舟”五号载人太空船中多种传感器。分布于太空船的推进舱、轨道舱、返回舱三个舱段及四大系统中的上百只传感器，确保实时监测、控制太空船舱内的温度、湿度、压力等信息，并及时向指挥中心传送宇航员的呼吸、脉搏、体温等数据。7 7、传感器与环境保护、传感器与环境保护、传感器与环境保护、传感器与环境保护环境监测仪器环境监测仪器环境监测仪器环境监测仪器酒精传感器一氧化碳传感器 德国科学家日前开发出一种新型玻璃传感器，它可以监测周围环境，对空气湿度、温度异常和存在气态有害物质等发出预警提示。据认为，

18、这种传感器能够有效地保护建筑物、文物古迹和艺术品免受周围环境侵蚀。A3281-220（又称JLWZ-0002、“黑匣子”）污染源监控系统温湿度、露点探头、温湿度、露点探头、温湿度、露点探头、温湿度、露点探头、COCO2 2探头、大气压力传感器探头、大气压力传感器探头、大气压力传感器探头、大气压力传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器湿度传感器8 8、传感器与遥感技术、传感器与遥感技术、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、飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、飞机及航天飞行器：近紫外线、可见

19、光、远红外线、微波远红外线、微波远红外线、微波远红外线、微波船舶：超声波传感器船舶：超声波传感器船舶：超声波传感器船舶：超声波传感器微波微波微波微波红外接收传感器红外接收传感器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矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区地地地地面面面面NOXNO + NO2dust sootH2SH2OHCC-totalCO2COO2HCN HCl HF NH3SO2 大气、水质、材料检测大气、水质、材料检测大气、水质、材料检测大气、水质、材料检测99工程测量、监测工程测量、监测工程测量、监测工程测量、监测检测技术在安全监

20、测方面的应用检测技术在安全监测方面的应用火灾报警火灾报警地震预报地震预报检测技术在其它领域中的应用检测技术在其它领域中的应用航天飞机运行状态的监测航天飞机运行状态的监测外星的探索外星的探索检测技术在现代汽车工业的应用：检测技术在现代汽车工业的应用：噪噪 音音 的的 检检 测测石油的勘探石油的勘探1010、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、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美国高级将领与著名学者访谈录美国高级将领与著名学者访谈录美国高级将领与著名学者访谈录美国高级将领与著名学者访谈录陈伯江陈伯江陈伯江陈伯江“ “信息时代的军事革命信息时代的军事革命信息时

21、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“改变那种认为军事力量主要是军舰、坦克和改变那种认为军事力量主要是军舰、坦克和改变那种认为军事力量主要是军舰、坦克和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飞机的概念，把我们的注意力放在思考信息和电信飞机的概念，把我们的注意力放在思考信息和电信飞机的概念，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。这场军事革命标志技术所能提供的军事力量上来。这场军事革命标志技术所能提供的军事力量上来。这场军事革命标

22、志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，转为重着一种转变，即从重视军舰、坦克和飞机，转为重着一种转变，即从重视军舰、坦克和飞机，转为重着一种转变，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。视诸如传感器这类东西的作用。视诸如传感器这类东西的作用。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陆军、海军、空军都将只不过是历史的产物陆军、海军、空军都将只不过是历史的产物陆军、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你也许将成立一个把所有的传感器放在一起的军种你也许将成立一

23、个把所有的传感器放在一起的军种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（可称之为传感器军）用于观察战场（可称之为传感器军）用于观察战场（可称之为传感器军）用于观察战场”返回三、传感器的重要性三、传感器的重要性1、传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节；传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的“ “五官五官五官五官” ”，如果没有传感器对原始信息进行精确、可靠的捕获和，如果没有传感器对原始信息进行精确、可靠的捕获和，如果没有传感器对原始信息

24、进行精确、可靠的捕获和，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。转换，一切测量和控制都是不可能实现的。转换，一切测量和控制都是不可能实现的。转换，一切测量和控制都是不可能实现的。2、传感器是航天、航海事业中不可缺少的器件；3、传感器是机器人的重要组成部件；4、能源开发和能源合理利用离不开传感器；5、传感器是产品定型、汽车试车、飞机试飞的必要器件；6、传感器是在生物医学和医疗器械工程等方面的应用前景广阔；7、传感器已渗透到人们的日常生活当中；8、衡量国家综合实力的重要标志； 传感器传感器的水平是衡量一个国家综合经济实力和技术水平的标志之一，它的发展水平

25、、生产能力和应用领域已成为一个国家科学技术进步的重要标志，正如国外有的专家认为；谁支配了传感器传感器，谁就支配了目前的新时代。 9、现代信息产业的三大支柱；通讯技术、计算机技术、传感器技术通讯技术、计算机技术、传感器技术通讯技术、计算机技术、传感器技术通讯技术、计算机技术、传感器技术 传感器的作用越来越被工业界、科技界、领导决策部传感器的作用越来越被工业界、科技界、领导决策部传感器的作用越来越被工业界、科技界、领导决策部传感器的作用越来越被工业界、科技界、领导决策部门所认识。这是因为传感技术是信息技术的三大组成部分门所认识。这是因为传感技术是信息技术的三大组成部分门所认识。这是因为传感技术是信

26、息技术的三大组成部分门所认识。这是因为传感技术是信息技术的三大组成部分之一。之一。之一。之一。信息技术主要由信息的采集、信息的处理、信息的传输信息技术主要由信息的采集、信息的处理、信息的传输信息技术主要由信息的采集、信息的处理、信息的传输信息技术主要由信息的采集、信息的处理、信息的传输三三三三大部分大部分大部分大部分组成。传感技术与信息技术的关系：信息组成。传感技术与信息技术的关系：信息组成。传感技术与信息技术的关系：信息组成。传感技术与信息技术的关系：信息- -采集采集采集采集- -传传传传感技术；信息感技术；信息感技术；信息感技术；信息- -处理处理处理处理- -计算机技术；信息计算机技术

27、；信息计算机技术；信息计算机技术；信息- -传输传输传输传输- -通讯技术。通讯技术。通讯技术。通讯技术。信息的采集主要利用传感技术，信息的处理主要利用信息的采集主要利用传感技术，信息的处理主要利用信息的采集主要利用传感技术，信息的处理主要利用信息的采集主要利用传感技术，信息的处理主要利用计算机技术，信息的传输主要采用通讯技术。传感技术是计算机技术，信息的传输主要采用通讯技术。传感技术是计算机技术，信息的传输主要采用通讯技术。传感技术是计算机技术，信息的传输主要采用通讯技术。传感技术是现代控制测量技术的主要环节。如果没有传感技术对原始现代控制测量技术的主要环节。如果没有传感技术对原始现代控制测

28、量技术的主要环节。如果没有传感技术对原始现代控制测量技术的主要环节。如果没有传感技术对原始数据进行准确、可靠的测量，无论对信息的转换、处理、数据进行准确、可靠的测量，无论对信息的转换、处理、数据进行准确、可靠的测量，无论对信息的转换、处理、数据进行准确、可靠的测量，无论对信息的转换、处理、传输和显示多么精确，都将失去任何意义。传输和显示多么精确，都将失去任何意义。传输和显示多么精确，都将失去任何意义。传输和显示多么精确，都将失去任何意义。 物联网提出的口号是物联网提出的口号是物联网提出的口号是物联网提出的口号是“ “感知中国感知中国感知中国感知中国” ”, , , ,传感器产业则是优先传感器产

29、业则是优先传感器产业则是优先传感器产业则是优先发展的产业。发展的产业。发展的产业。发展的产业。我国的传感器产业在科技投入我国的传感器产业在科技投入我国的传感器产业在科技投入我国的传感器产业在科技投入( ( ( (经费、高级人才资源经费、高级人才资源经费、高级人才资源经费、高级人才资源) ) ) )、产、产、产、产业环境以及科技实力业环境以及科技实力业环境以及科技实力业环境以及科技实力( ( ( (专利件数、新品开发周期、关键材料专利件数、新品开发周期、关键材料专利件数、新品开发周期、关键材料专利件数、新品开发周期、关键材料与零组件、量产能力与零组件、量产能力与零组件、量产能力与零组件、量产能力

30、) ) ) )三大方面的综合竞争能力远低于美国、三大方面的综合竞争能力远低于美国、三大方面的综合竞争能力远低于美国、三大方面的综合竞争能力远低于美国、日本、欧洲等发达国家。日本、欧洲等发达国家。日本、欧洲等发达国家。日本、欧洲等发达国家。 目前系统越来越复杂，自动化已经陷入低谷，其主要原目前系统越来越复杂，自动化已经陷入低谷，其主要原目前系统越来越复杂，自动化已经陷入低谷，其主要原目前系统越来越复杂，自动化已经陷入低谷，其主要原因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在感知信息方因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在感知信息方因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在感知信息方因之一是传感

31、技术落后，一方面表现为传感器在感知信息方面的落后；另一方面也表现为传感器在智能化和网络方面的面的落后；另一方面也表现为传感器在智能化和网络方面的面的落后；另一方面也表现为传感器在智能化和网络方面的面的落后；另一方面也表现为传感器在智能化和网络方面的落后。落后。落后。落后。我国我国我国我国“ “十一五十一五十一五十一五” ”提出新的战略导向提出新的战略导向提出新的战略导向提出新的战略导向“ “自主立国自主立国自主立国自主立国”“”“自主创自主创自主创自主创新新新新” ”有着重要的现实意义。引进技术要充分消化，吸收并再有着重要的现实意义。引进技术要充分消化，吸收并再有着重要的现实意义。引进技术要充

32、分消化，吸收并再有着重要的现实意义。引进技术要充分消化，吸收并再创新。创新。创新。创新。返回10、各国政府高度重视；四、人的感官与传感器的比较四、人的感官与传感器的比较1、零维探测与多维感知；2、单功能与多功能；3、微分与积分；4、非智能型与智能型；人的感官优于工程传感器人的感官优于工程传感器人的感官优于工程传感器人的感官优于工程传感器事例说明：事例说明：事例说明：事例说明：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返回五、传感器的发展方向五、传感器的发展方向1、新材料将不断被开发；新型敏感材料将加速开发, 微电子、 光电子、 生物化学、 信息处理等

33、各学科的互相交叉、 渗透和综合利用, 将会研制出一批新颖、 先进的传感器。近年来, 由于微电子技术、 微机械加工技术、 纳米技术的迅速发展, 传感器领域的主要技术也将在现有基础上予以延伸和提高，具体可以有以下几点:半导体材料和新工艺的发展：半导体传感器半导体材料和新工艺的发展：半导体传感器半导体材料和新工艺的发展：半导体传感器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：压电集成传感器压电半导体材料发展：压电集成传感器压电半导体材料发展：压电集成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：机器人触觉传感器高分子压电薄膜的出现：机器人触觉传感器高分子压电薄膜的出现：

34、机器人触觉传感器高分子压电薄膜的出现：机器人触觉传感器4、充分利用微加工技术和新工艺；微机械加工技术（MEMT）和纳米技术将得到高速发展。 采用MEMT制作的传感器和微系统, 具有体积微小、 低成本、 高可靠性等独特的优点。5、不断向高稳定性、高可靠性、高精度发展；敏感元件与传感器的应用领域将得到新的开拓, 二次传感器和传感器系统的应用将大幅度增长。2、集成化、多功能、智能化；( 传感器发展趋势传感器发展趋势传感器发展趋势传感器发展趋势 传传传传感感感感器器器器的的的的历历历历史史史史远远远远比比比比近近近近代代代代科科科科学学学学来来来来得得得得古古古古老老老老，如如如如 天天天天平平平平

35、古古古古埃埃埃埃及及及及开开开开始始始始使使使使用用用用、利利利利用用用用液液液液体体体体热热热热膨膨膨膨胀胀胀胀进进进进行行行行温温温温度度度度测测测测量量量量，在在在在16161616世世世世纪纪纪纪前前前前后后后后实实实实现现现现的的的的。20202020世世世世纪纪纪纪70707070年年年年代代代代以以以以来来来来以以以以电电电电量量量量为为为为输出的传感器得到飞速发展：输出的传感器得到飞速发展：输出的传感器得到飞速发展：输出的传感器得到飞速发展： 几十年来传感技术的发展分为两个方面：几十年来传感技术的发展分为两个方面：几十年来传感技术的发展分为两个方面：几十年来传感技术的发展分为两

36、个方面： 1.1.1.1.提高与改善传感器的技术指标；提高与改善传感器的技术指标；提高与改善传感器的技术指标；提高与改善传感器的技术指标； 2.2.2.2.寻找新原理、新材料、新工艺。寻找新原理、新材料、新工艺。寻找新原理、新材料、新工艺。寻找新原理、新材料、新工艺。 为改善传感器性能采用多种技术途径：为改善传感器性能采用多种技术途径：为改善传感器性能采用多种技术途径：为改善传感器性能采用多种技术途径： 差动技术；平均技术；补偿修正技术；差动技术；平均技术；补偿修正技术；差动技术；平均技术；补偿修正技术；差动技术；平均技术；补偿修正技术； 隔离抗干扰抑制、稳定性处理等等。隔离抗干扰抑制、稳定性

37、处理等等。隔离抗干扰抑制、稳定性处理等等。隔离抗干扰抑制、稳定性处理等等。F目前传感器总的发展趋势是：目前传感器总的发展趋势是：目前传感器总的发展趋势是：目前传感器总的发展趋势是： （1 1 1 1） 发现、利用新效应（磁光、压阻）；发现、利用新效应（磁光、压阻）；发现、利用新效应（磁光、压阻）；发现、利用新效应（磁光、压阻）； （2 2 2 2） 开发新材料（光纤、开发新材料（光纤、开发新材料（光纤、开发新材料（光纤、PVCPVCPVCPVC、稀土）；、稀土）；、稀土）；、稀土）； （3 3 3 3） 提高传感器性能和检测范围；提高传感器性能和检测范围；提高传感器性能和检测范围；提高传感器性

38、能和检测范围； （4 4 4 4） 微型化与微功耗（微米、微安、毫克）；微型化与微功耗（微米、微安、毫克）；微型化与微功耗（微米、微安、毫克）；微型化与微功耗（微米、微安、毫克）； （5 5 5 5） 集成化与多功能化；集成化与多功能化；集成化与多功能化；集成化与多功能化； （6 6 6 6） 传感器的智能化传感器的智能化传感器的智能化传感器的智能化 （自自自自校校校校、自自自自诊诊诊诊断断断断、自自自自补补补补偿偿偿偿、存存存存储储储储、数数数数字字字字输出）；输出）；输出）；输出）； （7 7 7 7） 传感器的数字化和网络化。传感器的数字化和网络化。传感器的数字化和网络化。传感器的数字化

39、和网络化。使现场数据就近登陆，通过使现场数据就近登陆，通过使现场数据就近登陆，通过使现场数据就近登陆，通过 InternetInternetInternetInternet网与用户网与用户网与用户网与用户之间异地交换数据远程控制等。之间异地交换数据远程控制等。之间异地交换数据远程控制等。之间异地交换数据远程控制等。模模模模拟拟拟拟传传传传感感感感器器器器放放放放大大大大电电电电路路路路A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换线线线线性性性性化化化化处处处处理理理理微微微微处处处处理理理理器器器器标准接口标准接口标准接口标准接口脉冲输出脉冲输出脉冲输出脉冲输出控制门控制门控制门控制门显示显示显示

40、显示计计计计 算算算算机机机机InternetInternetInternetInternetICP/IPICP/IPICP/IPICP/IPRS232RS232RS232RS232、422422422422、485485485485、USBUSBUSBUSB传感器的数字化和网络化传感器的数字化和网络化传感器的数字化和网络化传感器的数字化和网络化传传传传感感感感器器器器在在在在总总总总体体体体上上上上呈呈呈呈现现现现出出出出多多多多功功功功能能能能、微微微微型型型型化化化化、数数数数字字字字化化化化、集成化、智能化和网络化的发展趋势。集成化、智能化和网络化的发展趋势。集成化、智能化和网络化的发

41、展趋势。集成化、智能化和网络化的发展趋势。 RS232RS232RS232RS232、422422422422、485485485485、USBUSBUSBUSB返回六、课程特点、教材及成绩评定方式六、课程特点、教材及成绩评定方式1、课程特点：理论性、综合性、实践性很广的学科。 内容比较离散； 知识密集程度高； 设计与实践；2、关于教材 传感器原理与检测技术.童敏明等编著. 机械工业出版社,2014 华泽玺. 传感器原理与应用实验指导书. 成都：西南交通大学出版社,2006 4、 教学方式（1） 讲课与自学相结合（2） 增加文献阅读量，查找、阅读、自学;（3） 采用专题讨论等方式5、采用50+

42、30+20分方式 （1）考勤、课堂提问、 课堂测试：20,每次2分； （2）作业、实验:30分; （3）期终考试成绩50分。七、第一次作业七、第一次作业1、作为期末成绩的一部分，写清姓名、学号。、作为期末成绩的一部分，写清姓名、学号。下周课间交于老师，自已交自己的作业下周课间交于老师，自已交自己的作业,老师将在老师将在网上给出部分习题标准答案网上给出部分习题标准答案,准备一个作业本准备一个作业本;(1)通过学习，描述一下你对传感器的认识和总结，主通过学习，描述一下你对传感器的认识和总结，主要从应用等方面来说明。要从应用等方面来说明。(2)从从InterNet网上找一些传感器资料来阅读，要求写网

43、上找一些传感器资料来阅读，要求写出网址和该资料的主要内容，手写在作业纸上。每人出网址和该资料的主要内容，手写在作业纸上。每人阅读在阅读在2份资料。份资料。(3)从网上找到一种传感器，并对照课本的第一章说明从网上找到一种传感器，并对照课本的第一章说明基静态的特性指标。基静态的特性指标。八、预习八、预习1、预习第一章内容、预习第一章内容(1)(1)理解传感器的定义；理解传感器的定义；(2)(2)了解传感的分类；了解传感的分类；(3)(3)学习传感器的静特性指标；（要选择学习传感器的静特性指标；（要选择一个传感要考虑它的那些特性指标）一个传感要考虑它的那些特性指标）(4)(4)学习动态特性指标学习动

44、态特性指标(5)(5)学习传感器的测量方法学习传感器的测量方法(6)(6)网上看一下，提高传感器精度的方法网上看一下，提高传感器精度的方法课后阅读材料课后阅读材料 传感器新技术的发展传感器新技术的发展 传感器是一种能将物理量、化学量、生物量等转换成电信号的器件。输出信号有不同形式，如电压、电流、频率、脉冲等，能满足信息传输、处理、记录、显示、控制要求，是自动检测系统和自动控制系统中不可缺少的元件。如果把计算机比作大脑，那么传感器则相当于五官，传感器能正确感受被测量并转换成相应输出量，对系统的质量起决定性作用。自动化程度越高，系统对传感器要求越高。 在今天的信息时代里，信息产业包括信息采集、传输

45、、处理三部分，即传感技术、通信技术、计算机技术。现代的计算机技术和通信技术由于超大规模集成电路的飞速发展，而已经充分发达后，不仅对传感器的精度、可靠性、响应速度、获取的信息量要求越来越高，还要求其成本低廉且使用方便。显然传统传感器因功能、特性、体积、成本等已难以满足而逐渐被淘汰。世界许多发达国家都在加快对传感器新技术的研究与开发，并且都已取得极大的突破。如今传感器新技术的发展，主要有以下几个方面：一、发现并利用新现象利用物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理，所以研究发现新现象与新效应是传感器技术发展的重要工作，是研究开发新型传感器的基础。 日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁性传感

46、器，是传感器技术的重大突破，其灵敏度高，仅次于超导量子干涉器件。它的制造工艺远比超导量子干涉器件简单。可用于磁成像技术，有广泛推广价值。利用抗体和抗原在电极表面上相遇复合时，会引起电极电位的变化，利用这一现象可制出免疫传感器。用这种抗体制成的免疫传感器可对某生物体内是否有这种抗原作检查。如用肝炎病毒抗体可检查某人是否患有肝炎，起到快速、准确作用。美国加州大学巳研制出这类传感器。 二、利用新材料 传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学进步，人们可制造出各种新型传感器。例如用高分子聚合物薄膜制成温度传感器；光导纤维能制成压力、流量、温度、位移等多种传感器；用陶瓷制成压力传感器。高分子聚合物

47、能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。高分子电介常数小，水分子能提高聚合物的介电常数。将高分子电介质做成电容器，测定电容容量的变化，即可得出相对湿度。利用这个原理制成等离子聚合法聚苯乙烯薄膜温度传感器，其有以下特点： 测湿范围宽； 温度范围宽，可达-400+1500； 响应速度快，小于1S； 尺寸小，可用于小空间测湿； 温度系数小。 陶瓷电容式压力传感器是一种无中介液的干式压力传感器。采用先进的陶瓷技术，厚膜电子技术，其技术性能稳定，年漂移量小于0.1%F.S,温漂小于0.15%/10K,抗过载强,可达量程的数百倍。测量范围可从0到60MPa。德国E+H公司和美国Kavlio公司

48、产品处于领先地位。光导纤维的应用是传感材料的重大突破，其最早用于光通信技术。在光通信利用中发现当温度、压力、电场、磁场等环境条件变化时，引起光纤传输的光波强度、相位、频率、偏振态等变化，测量光波量的变化，就可知道导致这些光波量变化的温度、压力、电场、磁场等物理量的大小，利用这些原理可研制出光导纤维传感器。光纤传感器与传统传感器相比有许多特点：灵敏度高，结构简单、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲、便于实现遥测等。光纤传感器日本处于先进水平。如IdecIzumi公司和Sunx公司。光纤传感受器与集成光路技术相结合，加速光纤传感器技术的发展。将集成光路器件代替原有光学元件和无源光器件，使光纤传

49、感器有高的带宽、低的信号处理电压，可靠性高，成本低。三、微机械加工技术 半导体技术中的加工方法有氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺，各向异性腐蚀及蒸镀，溅射薄膜等，这些都已引进到传感器制造。因而产生了各种新型传感器，如利用半导体技术制造出硅微传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，利用溅射薄膜工艺制压力传感器等。 日本横河公司利用各向异性腐蚀技术进行高精度三维加工，制成全硅谐振式压力传感器。核心部分由感压硅膜片和硅膜片上面制作的两个谐振梁结成，两个谐振梁的频差对应不同的压力，用频率差的方法测压力，可消除环境温度等因素带来的误差。当环境温度变化时，两个谐振梁频率和幅度变化相同，将

50、两个频率差后，其相同变化量就能够相互抵消。其测量最高精度可达0.01%FS。 美国SiliconMicrostructureInc.(SMI)公司开发一系列低价位,线性度在0.1%到0.65%范围内的硅微压力传感器,最低满量程为0.15psi(1KPa),其以硅为材料制成,具有独特的三维结构,轻细微机械加工,和多次蚀刻制成惠斯登电桥于硅膜片上,当硅片上方受力时,其产生变形,电阻产生压阻效应而失去电桥平衡,输出与压力成比例的电信号.象这样的硅微传感器是当今传感器发展的前沿技术,其基本特点是敏感元件体积为微米量级,是传统传感器的几十、几百分之一。在工业控制、航空航天领域、生物医学等方面有重要的作用

51、，如飞机上利用可减轻飞机重量，减少能源。另一特点是能敏感微小被测量，可制成血压压力传感器。中国航空总公司北京测控技术研究所，研制的CYJ系列溅谢膜压力传感器是采用离子溅射工艺加工成金属应变计，它克服了非金属式应变计易受温度影响的不足，具有高稳定性，适用于各种场合，被测介质范围宽，还克服了传统粘贴式带来的精度低、迟滞大、蠕变等缺点，具有精度高、可靠性高、体积小的特点，广泛用于航空、石油、化工、医疗等领域。 四、集成传感器 集成传感器的优势是传统传感器无法达到的，它不仅仅是一个简单的传感器，其将辅助电路中的元件与传感元件同时集成在一块芯片上，使之具有校准、补偿、自诊断和网络通信的功能，它可降低成本

52、、增加产量，美国LUCAS、NOVASENSOR公司开发的这种血压传感器，每星期能生产1万只。 五、智能化传感器 智能化传感器是一种带微处理器的传感器，是微型计算机和传感器相结合的成果，它兼有检测、判断和信息处理功能，与传统传感器相比有很多特点：具有判断和信息处理功能，能对测量值进行修正、误差补偿，因而提高测量精度； 可实现多传感器多参数测量； 有自诊断和自校准功能，提高可靠性； 测量数据可存取，使用方便； 有数据通信接口，能与微型计算机直接通信。把传感器、信号调节电路、单片机集成在一芯片上形成超大规模集成化的高级智能传感器。美国HONYWELL公司ST-3000型智能传感器，芯片尺寸才有34

53、2mm3，采用半导体工艺，在同一芯片上制成CPU、EPROM、静压、压差、温度等三种敏感元件。智能化传感器的研究与开发，美国处于领先地位。美国宇航局在开发宇宙飞船时称这种传感器为灵巧传感器（SmartSensor），在宇宙飞船上这种传感器是非常重要的。我国在这方面的研究与开发还很落后，主要是因为我国半导体集成电路工艺水平有限。传感器的发展日新月异，特别是人类由高度工业化进入信息时代以来，传感器技术向更新、更高的技术发展。美国、日本等发达国家的传感器技术发展最快，我国由于基础薄弱，传感器技术与这些发达国家相比有较大的差距。因此，我们应该加大对传感器技术研究、开发的投入，使我国传感器技术与外国差距缩短，促进我国仪器仪表工业和自化化技术的发展。THE ENDTHE END传感器原理及应用