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1、传感器原理及应用,第1章 概述,第1章 传感器概述,主要内容： 1.1 什么是传感器 1.2 传感器的作用和地位 1.3 传感器现状和国内外发展趋势 1.4 检测系统的组成原理 1.5 传感器的定义、组成和分类方法,传感器原理及应用,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.1 什么是传感器,在我们日常生活中，使用着各种各样的传感器 电冰箱、电饭煲中的温度传感器; 空调中的温度和湿度传感器; 抽油烟机中的煤气泄漏传感器; 电视机和影碟机中的红外遥控器; 照相机中的光传感器; 汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举。,传感器原理及应用,1.1 什么是传感器,眼（视觉） 耳（听觉） 鼻（嗅觉） 皮肤（
2、触觉） 舌（味觉）,感知外界信息 大脑 肌体,第1章 传感器概述,人体系统和机器系统比较,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.1 什么是传感器,如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官。 传感器又是人体感官的延长，有人又称传感器为“电五官”，它作为替代补充人的感觉器官功能，传感器为人类客观定量认识世界起到重要作用。,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.2 传感器技术的作用和地位,世界已经进入信息时代 构成现代信息技术的三大支柱是： 传感器技术（信息采集）； 通信技术 （信息传输）； 计算机技术（信息处理）； 它们在信息系统中分别起到 “
3、感官”、“神经”和“大脑”的作用。 我们在利用信息的过程中首先要获取准确可靠的信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。,传感器原理及应用,1.2 传感器技术的作用和地位,第1章 传感器概述,今天传感器广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研、航空航天、现代办公设备、智能楼宇和家用电器等领域。 目前，传感器技术已经在越来越多的领域得到应用，它已经成为构建现代信息系统的重要组成部分。,不同应用领域,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.2 传感器技术的作用和地位,现代工业生产，尤其是自动化生产过程中，每个生产环节都需要用各种传感器监视和控制生产过程的各个参数，一是保证产品
4、达到最好的质量，二是保证设备工作在最佳状态。传感器是自动控制系统的关键基础器件，直接影响到自动化技术的水平。,基础学科研究，传感器的发展，往往是一些极端技术研究和边缘学科开发的先驱。宏观上的茫茫宇宙、微观上的粒子世界、长时间的天体演化、短的瞬间反应、超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、弱磁场等极端技术研究都需要借助高性能的传感器。其中传感器更有突出的地位。,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.2 传感器技术的作用和地位,机器人，机器人是人类智慧的结晶，它把人的行为和思维转移到非生命体上，机器人感觉系统是指它的外部传感器系统，主要包括： 视觉（平面、立体）； 非视觉（接近觉、触觉、
5、滑觉、热觉、 力觉、 ）,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.2 传感器技术的作用和地位,电子汽车衡,计量测试，电子秤、温度计、湿度计、流量计等，各种衡器和计量仪器的检测水平与传感器密切相关。,超声波测流量,红外测温,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.2 传感器技术的作用和地位,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,湿度传感器,工业生产过程控制,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.2 传感器技术的作用和地位,智能建筑,自动识别系统(门禁，机电一体化) 打破了人们几百年来用钥匙开锁的传统,指纹门禁 （CCD）,感应式门禁 （IC、读卡器）,自动识别系统还有考勤机、栏杆机,传感
6、器原理及应用,第1章 传感器概述,1.2 传感器技术的作用和地位,烟气 测量,环境监测 大气、水质、材料检测,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.2 传感器技术的作用和地位,上海卢浦大桥通车应力试验,工程测量,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.2 传感器技术的作用和地位,智能化水质检验,传感器原理及应用,1.3 传感器现状和国内外发展趋势,第1章 传感器概述,传感器现状 据统计目前全世界约有40个国家从事传感器的研制、 生产和开发，研发机构6000余家。 其中以美、日、俄等国实力较强，美、日、俄等国建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类的传感器产业，产品20000多种，大企业的
7、年生产能力达到几千万支到几亿支。 据报道，全球传感器市场在2012年已增长到600亿美元以上，而最近几年中国的传感器年度销售平均增长达到39%。对于业界而言，中国和亚太地区传感器市场如此快速的增长也预示着巨大的商业发展机遇,传感器原理及应用,1.3 传感器现状和国内外发展趋势,第1章 传感器概述,传感器发展趋势 传感器的历史远比近代科学来得古老，如天平古埃及开始使用、利用液体热膨胀进行温度测量，在16世纪前后实现的。20世纪70年代以来以电量为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： 1.提高与改善传感器的技术指标； 2.寻找新原理、新材料、新工艺。 为改善传感器性能采
8、用多种技术途径： 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。,使现场数据就近登陆，通过 Internet网与用户之间异地交换数据远程控制等。,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.3 传感器现状和国内外发展趋势,RS232、422、485、USB,传感器的数字化和网络化,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,1.4 检测系统的组成原理,检测仪器的输出或送控制器用以调节控制（构成闭环系统）或送至计算机作进一步处理。所以现代传感技术是自动检测和自动控制系统以及机电一体化的第一基础。,传感器原理及应用,1.5定义传感器的、组成和分类方法,第1章 传感器概述,广义： 传感
9、器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义： 能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准（GB766587） 对传感器（Sensor/Transducer）定义是：能够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和装置,（1）传感器定义,传感器原理及应用,1.5 传感器的定义、组成和分类方法,第1章 传感器概述,传感器由敏感元件、转换元件、基本电路三部分组成：,敏感元件感受被测量; 转换元件将响应的被测量转换成电参量（电阻、电容、电感）; 基本电路把电参量接入电路转换成电量; 核心部分是转换元件,决定传感器的工作原理。,（2
10、）传感器的组成,传感器原理及应用,1.5 传感器的定义、组成和分类方法,第1章 传感器概述,传感器分类方法较多,大体有以下几种：,）按传感器的输出信号分类 模拟传感器 数字传感器,（4）传感器的分类,1） 按传感器检测的范畴分类 物理量传感器 化学量传感器 生物量传感器,传感器原理及应用,1.5 传感器的定义、组成和分类方法,第1章 传感器概述,）按传感器的功能分类 单功能传感器 多功能传感器 智能传感器,）按传感器的结构分类 结构型传感器 物性型传感器 复合型传感器,（4）传感器的分类,传感器原理及应用,1.5 传感器的定义、组成和分类方法,第1章 传感器概述,6）按传感器的能源分类 有源传
11、感器 无源传感器,）按传感器的转换原理分类 机电传感器 光电传感器 热电电传感器 磁电传感器 电化学传感器,（4）传感器的分类,传感器原理及应用,1.5 传感器的定义、组成和分类方法,第1章 传感器概述,国标制定的传感器分类体系表将传感器分为： 物理量、化学量、生物类传感器三大门类； 含12个小类： 力学量、热学量、光学量、磁学量、电学量、声学量、射线、气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。 各小类按两个层次又分若干品种,（4）传感器的分类,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,“传感器”课程主要讲授把各种几何量、机械量以及其他有关量转换成电量的各种传感器，包括基本转换电路和电测方法
12、。 传感器是与现代科学技术紧密相连的一门新兴学科，其种类很多，涉及的工作原理十分丰富。 传感器与生产实际和科学研究的关系十分密切，这些决定了“传感器”课程是一门综合性、理论性和实践性都很强的课程。,1.6 本课程的特点和研究内容,传感器原理及应用,第1章 传感器概述,本章要点： 1.传感器的作用；2.传感器的发展趋势； 3.传感器定义和组成；4.传感器分类方法。 思考题： 1)什么是传感器？按照国标定义，“传感器”应该如何说明含义？ 2)传感器由哪几部分组成？试述它们的作用及相互关系。 3)简述传感器主要的发展趋势，并说明现代检测系统的特征。 4)传感器如何分类？按传感器检测的范畴可分为哪几种？ 5)传感器的图形符号如何表示？它们各代表什么含义？ 6)用图形符号表示一电阻式温度传感器。 7)请例举出两个你用到或看到的传感器，并说明其作用。 如果没有传感器，应该出现哪种状况。 8)空调和电冰箱中采用了哪些传感器？它们分别起到什么作用？,