传感器与检测技术第二版胡向东著第一章 概述.ppt

第一章第一章 概述概述下页下页返回返回1.1.1 本课程的性质和地位本课程的性质和地位1.性质：性质：l综合性科学（物理学、电工电子、自动控制等）；信综合性科学（物理学、电工电子、自动控制等）；信息技术三大支柱之一；实践性强、发展快息技术三大支柱之一；实践性强、发展快l必修课必修课 重要的专业基础课重要的专业基础课 考试课考试课 46 学时（理论课学时（理论课 38 学时学时 实验实验 8 学时）学时）2.地位：地位：自动控制系统的入口；自动控制系统的入口；实现系统各项性能指标（静、动态）的重要保证；实现系统各项性能指标（静、动态）的重要保证；衡量自动化水平的重要标志；衡量自动化水平的重要标志；学习后续课程（自动化仪表及过程控制等）的基础。学习后续课程（自动化仪表及过程控制等）的基础。1.1 课程简介课程简介1.1.2 本课程内容体系结构本课程内容体系结构下页下页上页上页返回返回1.1.3 本课程的要求本课程的要求一、要求一、要求1.掌握各类传感器的基本原理、主要性能及特点；掌握各类传感器的基本原理、主要性能及特点；2.结合实际，学会各类传感器的合理选择与应用；结合实际，学会各类传感器的合理选择与应用；3.了解传感器的发展动态；了解传感器的发展动态；4.对信号调节转换电路（测量电路）具有一定的分析和设计对信号调节转换电路（测量电路）具有一定的分析和设计能力；能力；5.对实际应用中出现的技术问题具有一定的处理能力。对实际应用中出现的技术问题具有一定的处理能力。二、学习方法二、学习方法1.重视实验，侧重实际应用；重视实验，侧重实际应用；2.注重归纳、总结，学会类比分析的学习方法。注重归纳、总结，学会类比分析的学习方法。下页下页上页上页返回返回三、参考资料三、参考资料（一）参考书目：（一）参考书目：1.传感器基础传感器基础 赵玉刚赵玉刚 邱东主编邱东主编 北大出版社北大出版社 2006.8 2.传感器与检测技术传感器与检测技术 陈杰、黄鸿编陈杰、黄鸿编 高等教育出版社高等教育出版社 2002.8 3.传感检原理及应用传感检原理及应用 程德福、林君等编程德福、林君等编 机械工业出版社机械工业出版社 2013.1 4.传感器原理及应用传感器原理及应用 王化祥王化祥 张淑英编张淑英编 天津大学出版社天津大学出版社 2002.3 5.自动检测与转换技术自动检测与转换技术 梁森等编梁森等编 机械工业出版社机械工业出版社 2013.1下页下页上页上页返回返回 （二）中文核心期刊（二）中文核心期刊1.仪表技术与传感器仪表技术与传感器 沈阳仪器仪表工艺研究所沈阳仪器仪表工艺研究所2.自动化仪表自动化仪表 机械工业部上海工业自动化仪表研究所机械工业部上海工业自动化仪表研究所3.电测与仪表电测与仪表 哈尔滨市电工仪表研究所哈尔滨市电工仪表研究所4.仪器仪表学报仪器仪表学报 中国仪器仪表学会中国仪器仪表学会 5.中国测试中国测试 中国测试技术研究院中国测试技术研究院 （三）三）相关网站相关网站 1.中国传感器中国传感器 http：/ 2.传感器世界传感器世界 http：/ 3.仪表技术与传感器仪表技术与传感器 http：/ 4.自动化网自动化网 http:/下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回1.2 传感器的定义与组成传感器的定义与组成 1.定义（定义（GB 7665-87）：）：传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。“A sensor is a device that receives a stimulus and responds with an electrical signal”l 敏感元件敏感元件指传感器中直接感受被测量的部分；指传感器中直接感受被测量的部分；l 转换元件转换元件指传感器能将敏感元件输出转换为适于传指传感器能将敏感元件输出转换为适于传输和测量的电信号部分；输和测量的电信号部分；有的二者合二为一，有的转换元件不止一个。有的二者合二为一，有的转换元件不止一个。图图11 气压传感器气压传感器1 壳体壳体2 膜盒（敏感元件）膜盒（敏感元件）3 线圈（转换元件）线圈（转换元件）4 铁芯铁芯5 转换电路转换电路下页下页上页上页返回返回l 英文为英文为“sensor”，相似装置亦有不同提法。，相似装置亦有不同提法。l 传感器首先是一种测量器件或装置，它的作用体现在传感器首先是一种测量器件或装置，它的作用体现在测量上。测量上。l 定义中所谓定义中所谓“可用输出信号可用输出信号”是指便于传输、转换及是指便于传输、转换及处理的信号，主要包括气、光和电等信号，而处理的信号，主要包括气、光和电等信号，而“规定的测规定的测量量量量”一般是指非电量信号。一般是指非电量信号。l 传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系，并传感器的输入和输出信号应该具有明确的对应关系，并且应保证一定的精度。且应保证一定的精度。说明：说明：下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回2.传感器的组成传感器的组成信号调理电路：常见有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等信号调理电路：常见有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等作用作用：q把来自传感器的信号进行转换和放大（将各种电信号转换成把来自传感器的信号进行转换和放大（将各种电信号转换成电压、电流或频率等）；电压、电流或频率等）；q进行信号处理（滤波、线性化、补偿、调制与解调、运算、进行信号处理（滤波、线性化、补偿、调制与解调、运算、数字化等）数字化等）下页下页上页上页返回返回1.3.传感器的分类传感器的分类 (1)压压力力；(2)力力/荷荷重重；(3)位位移移（厚厚度度）；(4)力力矩矩；(5)角角度度；(6)角角速速度度（转转速速）；(7)速速度度；(8)加加速速度度；(9)角角/加加速速度度；(10)倾倾斜斜角角；(11)编编码码器器；(12)振振动动；(13)气气体体/烟烟雾雾；(14)温温度度；(15)热热能能；(16)湿湿度度；(17)水水份份；(18)露露点点；(19)液液位位；(20)料料位位；(21)流流量量；(22)流流速速；(23)风风速速；(24)电电流流；(25)电电压压；(26)电电功功率率；(27)电电频频率率；(28)接接近近开开关关；(29)磁磁性性开开关关；(30)光光电电开开关关；(31)pH值值；(32)电电阻阻率率；(33)电电导导率率；(34)水水溶溶氧氧；(35)生生物物；(36)红红外外线线；(37)紫紫外外线线；(38)光光纤纤；(39)离离子子；(40)激激光光；(41)超超声声波波；(42)声声音音/噪噪声声；(43)触触觉觉；(44)图图像像/颜色；颜色；(45)密度密度/粘度；粘度；(46)混浊度混浊度 下页下页上页上页返回返回常用传感器：常用传感器：烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器下页下页上页上页返回返回下页下页上页上页返回返回1.4 传感器技术的发展趋势传感器技术的发展趋势 开展基础理论研究；应用新技术改进性能；开发新材料与开展基础理论研究；应用新技术改进性能；开发新材料与新工艺；实现集成化、网络化与智能化。新工艺；实现集成化、网络化与智能化。l 具体方向具体方向：小型化、小型化、集成化及多功能化（微电子加工技术、微机械加工技术、集成化及多功能化（微电子加工技术、微机械加工技术、纳米技术等）；纳米技术等）；智能化、数字化、网络化；智能化、数字化、网络化；低功耗；低功耗；新型传感器（利用新材料：化学、生物、仿生、航空航天传感器等）；新型传感器（利用新材料：化学、生物、仿生、航空航天传感器等）；多点检测、特殊检测；多点检测、特殊检测；多传感器信息融合技术；多传感器信息融合技术；广泛应用补偿技术、抗干扰技术、稳定性技术等。广泛应用补偿技术、抗干扰技术、稳定性技术等。下页下页上页上页返回返回l 应用领域应用领域 广泛应用于军事国防、航空航天、工农业生产、医疗卫生、家用电广泛应用于军事国防、航空航天、工农业生产、医疗卫生、家用电器、资源开发、生命科学等领域，应用前景广阔。器、资源开发、生命科学等领域，应用前景广阔。下页下页上页上页返回返回1、工业自动化中的应用、工业自动化中的应用 a)机械手、机器人中的传感器机械手、机器人中的传感器 转转动动/移移动动位位置置传传感感器器、力力传传感感器器、视视觉觉传传感感器器、听听觉觉传传感感器器、接接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。要组成部分。机械手装配模型机械手装配模型机器狗机器狗下页下页上页上页返回返回b)物流管理物流管理 超声波测距传感器、判断超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置建筑物内人和物所在位置；红外线色红外线色彩传感器运动轨迹和彩传感器运动轨迹和AGV小车位置小车位置识别；条形码传感器，识别；条形码传感器，货品货品识别。识别。AGV模型模型下页下页上页上页返回返回c)生产加工过程监测生产加工过程监测 切削力传感器，切削力传感器，加工噪声传感器，超加工噪声传感器，超声波测距传感器、红声波测距传感器、红外接近开关传感器等。外接近开关传感器等。2、流程工业生产过程监控、流程工业生产过程监控 在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状在电力、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。通常建立态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监控系统。小时在线监控系统。石化企业输石化企业输油管道、储油管道、储油罐等压力油罐等压力容器的破损容器的破损和泄露检测。和泄露检测。下页下页上页上页返回返回3、产品质量监测、产品质量监测 在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。性能质量进行测量和出厂检验。图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括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，工程师可以转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。了解产品质量。汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床加工精度测量下页下页上页上页返回返回4、楼宇自动化、楼宇自动化 为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并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。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。图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车测、照明控制、空调控制、停车管理、水管理、水/废水管理和电梯监控。废水管理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器下页下页上页上页返回返回5、家庭与办公自动化、家庭与办公自动化 在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。和测试技术来提高产品性能和质量。全自动洗衣机中的传感器：全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器器，透光率光传感器(洗净度洗净度)液位传感器，电阻传感器液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器下页下页上页上页返回返回鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡+D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置伺位置伺服服6、PC机中的应用机中的应用下页下页上页上页返回返回7、其他应用、其他应用航天航天农业农业交通交通医学医学下页下页上页上页返回返回 传感器市场结构传感器市场结构 上页上页返回返回