传感器及实用检测技术课件 第1章知识分享.ppt
《传感器及实用检测技术课件 第1章知识分享.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《传感器及实用检测技术课件 第1章知识分享.ppt(74页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、传感器及实用检测技术课件 第1章1.1传感器的概念传感器的概念1.1.传感器传感器定义:所谓传感器定义:所谓传感器(sensor),(sensor),是指将感受到的是指将感受到的物理量、化学量等信息物理量、化学量等信息,按照一定规律按照一定规律,转换成便于转换成便于测量和传输的信号的装置测量和传输的信号的装置。组成:传感器一般由敏感元件、转换元件和测组成:传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成量电路三部分组成。2.2.换能器换能器 定义:将信号从一种物理形式变换为另一种不定义:将信号从一种物理形式变换为另一种不同物理形式的装置称为换能器。同物理形式的装置称为换能器。自然界有六种形式
2、的信号:机械、热、电、磁、自然界有六种形式的信号:机械、热、电、磁、化学、辐射(包括光、电磁波、微粒辐射)。化学、辐射(包括光、电磁波、微粒辐射)。换能器与换能器与传感器的区别:传感器的区别:包括传感器、包括传感器、执行器执行器等等。但。但传感器传感器专用于信息的采集,执行器主要用于专用于信息的采集,执行器主要用于功率转换。功率转换。3.3.变送器变送器定义定义:是从传感器发展而来的是从传感器发展而来的,凡能输出标准信凡能输出标准信号的传感器都称为变送器。号的传感器都称为变送器。常用标准信号为常用标准信号为0 05V5V的电压信号或的电压信号或4 420mA20mA的电流信号的电流信号。数字变
3、送器:以输出数字量为特征的满足某种传输协议(如现场总线协议)的变送器。4.4.转换器转换器定义:能将非标准信号转换成标准信号或者能定义:能将非标准信号转换成标准信号或者能将不同标准的信号实现相互转换的装置称为转换器。将不同标准的信号实现相互转换的装置称为转换器。非标准信号变成标准信号的转换。使之与带有标准信号输入电路或接口的仪表配套。不同标准的信号的转换。例如,气/电转换、电/气转换,能把20100kPa的空气压力与010mA的电流相互转换。电/电转换。如420mA与010mA电流之间的转换。1.21.2传感器的分类传感器的分类 传感器的种类繁多,分类的方法也不尽相同,通常有按用途和按工作原理
4、两种分类思路,具体见表11。表表1 11 1传感器常用的两种分类方式传感器常用的两种分类方式 1.1.按被测量分类(用途按被测量分类(用途)如输入量为温度、压力、位移、速度、加速度、湿度等非电量时,则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、湿度传感器等。这种分类方法给使用者提供了方便,容易根据测量对象选择所需要的传感器,也便于初学者应用。2.2.按测量原理分类(工作原理)按测量原理分类(工作原理)主要是基于电磁原理和固体物理学理论主要是基于电磁原理和固体物理学理论。如根据变电阻的原理根据变电阻的原理,相应的有电位器式、应变式传感器;根据变磁阻的原理根据变磁
5、阻的原理,相应的有电感式、差动变压器式、电涡流式传感器;根据半导体有关理论根据半导体有关理论,相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。这是传感器研究人员所常用的分类方式。这种分类方式有助于减少传感器的类别数,并使传感器的研究与信号调理电路直接相关。3.3.其他分类其他分类 (1)(1)按是否需要激励能源分类有:无源传感器按是否需要激励能源分类有:无源传感器和有源传感器和有源传感器有源传感器:有源传感器:其特点在于敏感元件本身能将非其特点在于敏感元件本身能将非电量直接转换成电信号电量直接转换成电信号,例如超声波换能器(压/电转换)、热电偶(热/电转换)、光电池(光/电转换)等。无源传感
6、器:无源传感器:敏感元件本身无能量转换能力敏感元件本身无能量转换能力,必须采用外加激励源对其进行激励必须采用外加激励源对其进行激励,才能得到输出才能得到输出信号。信号。如湿敏电容、热敏电阻、压敏电阻等都属于这类传感器。能量控制型传感器:能量控制型传感器:由于被测量仅能在传感器中起能量控制作用,因此无源传感器也称为能量控无源传感器也称为能量控制型传感器。制型传感器。提示注意:提示注意:由于需要为敏感元件提供激励源,无源传感器通常需要比有源传感器用更多的引线无源传感器通常需要比有源传感器用更多的引线。传感器的总体灵敏度也会受到激励信号幅度的影响敏度也会受到激励信号幅度的影响。此外,激励源的存在可能
7、增加在易燃易爆气体环境中引起爆炸的危险爆炸的危险,在某些特殊场合需要引起足够的重视。(2 2)根据输出信号的类型分类)根据输出信号的类型分类,可以将传感器分为模拟传感器与数字传感器模拟传感器与数字传感器。准数字传感器准数字传感器:模输出为方波信号,其频率或占空比随被测参量变化而变化的传感器称为准数字传感器。由于这类信号可直接输入到微处理器内,利用微处理器内的计数器即可获得相应的测量值。1.3传感器与检测系统传感器与检测系统1.测控系统框图测控系统框图一个检测系统的首要任务就是测量,而测量的测量的目的两个目的两个:其一、是用于客体对象的监测显示其一、是用于客体对象的监测显示。例如对室内环境温 度
8、/湿度的测量、环境中大气压力及空气污染物的测量、院中病人状态的监测等;其二、则是用于控制其二、则是用于控制。图12检测控制系统构成示意图 2.2.传感器在系统中的作用传感器在系统中的作用传感器一般处于测控系统的两个部分传感器一般处于测控系统的两个部分:一、一、是位于输入端是位于输入端,与被测对象接触与被测对象接触,采集系统监采集系统监测信息测信息;二、二、是位于输出端是位于输出端,采集输出量的变化并将之送采集输出量的变化并将之送回反馈通道回反馈通道,实现控制量的调节。实现控制量的调节。传感器的性能好坏直接影响系统性能。如果传感器不能灵敏地感受被测量,或者不能把感受到的被测量精确地转换成电信号,
9、其他仪表和装置的精确度再高也无意义。3.3.信号调理信号调理所谓信号调理所谓信号调理,即对传感器的输出信号进行再即对传感器的输出信号进行再加工加工,使其更适合于后续的信号传输及处理。使其更适合于后续的信号传输及处理。信号调理内容:信号放大、信号输出范围信号调理内容:信号放大、信号输出范围(如如10V,010V,05V5V等等)再调整、噪声抑制或最小化等。再调整、噪声抑制或最小化等。信号调理单元在测量系统中的位置如图信号调理单元在测量系统中的位置如图1 13 3所所示示。实际上,信号调理与检测电路之间的界限并不一定很清楚,有时还会合二为一,因此有些文献中也将电阻抗-电压转换电路,如电阻、电感、电
10、容等的检测电路归为信号调理电路。图13信号调理在测量系统中的位置 图14典型的信号获取系统 4.4.系统的模块化和接口系统的模块化和接口实际的测量系统是通过传感器、信号调理、数据采集、信号处理、数据显示、数据存储与传输等环节的有机组合实现的。将系统进行模块化、标准化是很必要的。相关技术人员就可以在不必深入了解每个功能模块的内部原理及结构的情况下,对整个系统进行设计、实现及维护,模块化的测量系统,如图15所示。图15模块化的测量系统 所谓接口所谓接口,是指实现两功能模块之间电气参数连是指实现两功能模块之间电气参数连接的部分。接的部分。接口电路可以工作在同一电气参数范围,如将传感器输出的模拟信号调
11、整成标准输出信号;也可将信号从一种形式(如图16所示)变换到另一个形式,如模/数转换电路。图16测量系统中可能涉及的物理量的形式 在传感器与测量系统的接口方面,传感器的输出阻抗决定了接口电路所需的输入阻抗接口电路所需的输入阻抗:传感器的输出为电压信号时传感器的输出为电压信号时,要求接口电路要求接口电路的输入阻抗高的输入阻抗高,以便使检测电压接近传感器的输出电压,如图17(a)所示。传感器的输出为电流信号时,则要求接口传感器的输出为电流信号时,则要求接口电路的输入阻抗低电路的输入阻抗低,以便使输入电流接近传感器的输出电流。(如图17(b)所示),电压传输 电流传输图17传感器输出信号形式与接口电
12、路的阻抗 1.4传感器技术传感器技术1.4.1传感器技术学科特点传感器技术是当今世界的高新技术之一传感器技术是当今世界的高新技术之一,也是也是当代科学技术发展的一个重要标志当代科学技术发展的一个重要标志,它与它与负责信息传输的通信技术通信技术,担负信息处理的计算机技术计算机技术构成现代信息技术的三大支柱三大支柱,没有传感器提供的可靠、准确的信息,通信和计算机技术就成为无源之水。传感器主要涉及三大学科知识:材料科学、传感器主要涉及三大学科知识:材料科学、检测技术和工艺制造技术检测技术和工艺制造技术 。图18传感器技术学科特点1.4.21.4.2传感器的材料传感器的材料 传感器的敏感原理是一些物理
13、现象或化学现象,传感器所涉及的材料问题错综复杂,传感器材料的定义和分类至今没有统一和标准化。传感器材料大致可分为两大类:敏感材料和辅助传感器材料大致可分为两大类:敏感材料和辅助材料材料。例如,电阻应变计主要需要四种材料。电阻敏感栅材料属敏感材料,基底、粘结剂和引出线三种属辅助材料。辅助材料是传感器不可缺少的组成部分辅助材料是传感器不可缺少的组成部分,直接影响传感器的特性、稳定性、可靠性和寿命。敏感材料是传感器材料的核心敏感材料是传感器材料的核心,它决定了传感器的作用机理。按照敏感材料的材质分类按照敏感材料的材质分类,可分为:半导体材可分为:半导体材料、敏感陶瓷材料、金属与合金材料、无机材料和料
14、、敏感陶瓷材料、金属与合金材料、无机材料和有机材料、生化材料等。有机材料、生化材料等。1.4.31.4.3检测技术检测技术检测技术是依据物理、化学、生物反应等机理,对信号采集、处理的技术对信号采集、处理的技术。它涉及电子技术、半导体技术、激光技术、光纤技术、声控技术、遥感技术、自动化技术、计算机应用技术等。1.4.41.4.4工艺加工技术工艺加工技术加工工艺是传感器从实验室走向实用的关键加工工艺是传感器从实验室走向实用的关键。由于传感器研究的跨学科性,现代加工制造技术中的各种工艺手段在传感器领域都有所体现。微机械加微机械加工技术以及集成电路生产工艺在传感器领域的应用工技术以及集成电路生产工艺在
15、传感器领域的应用,为传感器的小型化、微型化乃至智能化提供了一个重要手段,可以实现大批量生产小型、可靠的传感器,已经成为传感器生产的重要工艺手段。图19给出了迄今为止各种加工技术所能达到的精度和被加工物体的大小。从此图中可以看出,机械加工精度最高1m,集成电路的掩膜精度可达100nm,用移动原子的处理方法精度可达零点几纳米。图19应用不同加工方法得到的加工精度 传统的机械量传感器传统的机械量传感器,如位移、压力、流量传感器,其敏感元件的尺寸一般比较大,且往往由多个零部件组合而成,因此也有人称之为结构型传感器称之为结构型传感器,其生产过程的自动化程度依生产批量而定。这类传感器(即使是那些大批量生产
16、的传感器)的加工工艺一般都包括人工调整环节。大量的生产厂家仍然采用机械加工结合手工调整的方式进行。总体来说总体来说,传感器的加工工艺可概括为传感器的加工工艺可概括为:原材料原材料的物理化学分析与力学性能测试工艺的物理化学分析与力学性能测试工艺弹性体的锻弹性体的锻造、机加工及热处理工艺造、机加工及热处理工艺弹性体的稳定化处理工弹性体的稳定化处理工艺艺弹性体的整体清洗弹性体的整体清洗,贴片面的准备工艺贴片面的准备工艺应变应变计的筛选、配组工艺计的筛选、配组工艺应变计的粘贴、加压及固化应变计的粘贴、加压及固化工艺工艺组桥、布线及性能粗测工艺组桥、布线及性能粗测工艺线路补偿与调线路补偿与调整工艺整工艺
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传感器及实用检测技术课件 第1章知识分享 传感器 实用 检测 技术 课件 知识 分享
限制150内