傳感器分類、特點及應用.課件

1、單元一 傳感器與檢測技術基礎任務一 ：傳感器的認知8/5/20221第1頁，共50頁。不帶微處理器時0-1 自動檢測技術系統(tǒng)原理框圖8/5/20222第2頁，共50頁。 檢測（Detection）定義： 利用各種物理、化學效應，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關信息通過檢查與測量的方法，賦予定性或定量結果的過程稱為檢測技術。8/5/20223第3頁，共50頁。例：曹沖稱象方法：比較法；裝置：船、石頭、小秤；檢查、測量，從而得到：定性、定量的結果。8/5/20224第4頁，共50頁。檢測技術在國民經(jīng)濟中的地位和作用 8/5/20225第5頁，共50頁。檢測技術在衛(wèi)星中的應用紅

2、外掃描區(qū)域人造衛(wèi)星8/5/20226第6頁，共50頁。檢測技術在海嘯預報中的應用海浪振動檢測系統(tǒng)浮標深海地溝8/5/20227第7頁，共50頁。檢測技術在飛行器中的應用8/5/20228第8頁，共50頁。一種典型的自動檢測系統(tǒng)（檢測系統(tǒng)在發(fā)電廠的應用）第9頁，共50頁。傳感器來自外界的信號電信號二、傳感器的作用傳感器實際上是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號轉換成電信號。 作為一種功能塊的傳感器可狹義的定義為：“將外界的輸入信號變換為電信號的一類元件。 8/5/202210第10頁，共50頁。傳感器在機器人身上的分布 8/5/202211第11頁，共50頁。機器人的手8/5/202212

3、第12頁，共50頁。服務機器人機器人伴舞機器人奏樂8/5/202213第13頁，共50頁。三、傳感器的定義根據(jù)中華人民共和國國家標準，傳感器的定義是：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的、便于應用的某種物理量的測量裝置。 8/5/202214第14頁，共50頁。 玻璃溫度計不屬于本教材所講授的傳感器范圍。 在本教材中是指一個能將被測的非電量變換成電量的器件。8/5/202215第15頁，共50頁。 能將溫度轉換為電壓的傳感器熱電偶8/5/202216第16頁，共50頁。四、傳感器的組成 舉例：測量壓力的電

4、位器式壓力傳感器 1-彈簧管 2-電位器圖1-4傳感器 組成框圖8/5/202217第17頁，共50頁。壓力傳感器的外形及內部結構8/5/202218第18頁，共50頁。彈性敏感元件（彈簧管） 敏感元件在傳感器中直接感受被測量，并轉換成與被測量有確定關系、更易于轉換的非電量。8/5/202219第19頁，共50頁。彈簧管放大圖 當被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移。 8/5/202220第20頁，共50頁。其他各種彈性敏感元件 在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉換為角位移或直線位移。8/5/202221第21頁，共50頁。彈性敏感元件（彈簧管）

5、在下圖中，彈簧管將壓力轉換為角位移8/5/202222第22頁，共50頁。被測量通過敏感元件轉換后，再經(jīng)轉換元件轉換成電參量 在右圖中， 電位器為傳感元件，它將角位移轉換為電參量-電阻的變化（R） 8/5/202223第23頁，共50頁。 測量轉換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉換成易于處理的電壓、電流或頻率量。 在左圖中，當電位器的兩端加上電源后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關系的電壓Uo 。 8/5/202224第24頁，共50頁。分壓比電路的計算公式如下： 直滑電位器式傳感器的輸出電壓Uo與滑動觸點C的位移量x成正比： 對圓盤式電位器來說，Uo與滑動臂的旋轉角度成

6、正比： 8/5/202225第25頁，共50頁。對應的傳感器部件:8/5/202226第26頁，共50頁。五、傳感器分類 傳感器的種類名目繁多，分類不盡相同。常用的分類方法有： ）按被測量分類：可分為位移、力、力矩、轉速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。 2）按測量原理分類：可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導纖維等傳感器。 詳細分類參閱：/index.php?u=7747768/5/202227第27頁，共50頁。1在工業(yè)生產(chǎn)過程的測量與控制方面的應用 溫度、壓力、流量、液位和氣體成分等參數(shù)進行檢測 工作狀態(tài)的監(jiān)控 診斷設備 實現(xiàn)監(jiān)測自動化六、傳感器技

7、術的應用及發(fā)展趨勢8/5/202228第28頁，共50頁。2傳感器在汽車電控系統(tǒng)中的應用 準確地采集汽車工作狀態(tài)的信息 分布于發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)。 普通汽車上10一20只，高級豪華300只8/5/202229第29頁，共50頁。3在現(xiàn)代醫(yī)學領域的應用 拾取生命體征信息 圖像處理、臨床化學檢驗、生命體征參數(shù)的監(jiān)護監(jiān)測、疾病的診斷與治療 現(xiàn)代醫(yī)學儀器設備中無所不在8/5/202230第30頁，共50頁。4在環(huán)境監(jiān)測方面的應用 環(huán)境污染問題 迫切需求：連續(xù)、快速、在線監(jiān)測的儀器 生物傳感器可對酸雨酸霧樣品溶液進行檢測，大大簡化了檢測方法。8/5/202231第31頁，共50頁

8、。5在軍事方面的應用 智能化：武器、作戰(zhàn)指揮、控制、監(jiān)視和通信、電磁干擾方面8/5/202232第32頁，共50頁。NMD和TMD8/5/202233第33頁，共50頁。6在家用電器方面的應用 智能化、自動化、節(jié)能、無污染 微電腦和各種傳感器組成的控制系統(tǒng) 空調器，可以實現(xiàn)壓縮機的啟動、停機、風扇搖頭、風門調節(jié)、換氣等，從而對溫度、濕度和空氣濁度進行控制。8/5/202234第34頁，共50頁。7在學科研究方面的應用哈勃：成像光譜儀 ：掃描有光波的天體高精制導傳感器 ：用來鎖定目標高級測量攝像機 ：有著寬視場的高效測量工具 8/5/202235第35頁，共50頁。8.在智能建筑領域中的應用 未

9、來建筑的必然趨勢 涵蓋智能自動化、信息化、生態(tài)化 具有微型集成化、高精度與數(shù)字化和智能化特征的智能傳感器8/5/202236第36頁，共50頁。（二）傳感器技術的發(fā)展趨勢 1.開發(fā)新型傳感器 結構型傳感器發(fā)展較早，一般而言結構復雜、體積偏大、價格偏高。物性型傳感器過去發(fā)展不夠，目前各國投入大量人、物力進行研究。比如：利用核磁共振的吸收效應的磁敏傳感器可將靈敏閾提高到地磁強度的千萬分之一；利用約瑟夫遜效應的熱噪聲溫度傳感器，可測百萬分之一開的溫度。 2.開發(fā)新材料 (1)半導體敏感材料：傳感器材料占主導地位，新的趨勢是金屬和非金屬材料合成的化合物半導體材料。 8/5/202237第37頁，共50

10、頁。 (2)陶瓷材料：技術潛力大，壓電陶瓷、半導體陶瓷應用最多。 (3)磁性材料：正向非晶化、薄膜化。8/5/202238第38頁，共50頁。 (4)智能材料：形狀記憶體；具有自適應、自診斷、自修復功能。8/5/202239第39頁，共50頁。 3采用新工藝 主要指微機械加工技術，隨著集成電路工藝發(fā)展起來。離子束，分子束，激光束，化學刻蝕等用于微電子加工。 8/5/202240第40頁，共50頁。4集成化 (1)同一功能多元件并列化：CCD圖像傳感器 (2)多功能一體化：傳感器、放大、運算、溫度補償做成一體。 一體化溫度變送器8/5/202241第41頁，共50頁。 5多功能化 同時測量多個參

11、數(shù)，例如多維力傳感器可以同時測量三個線速度，三個離心加速度和三個角加速度。對數(shù)據(jù)進行綜合處理，反映整體狀態(tài)，降低成本，減小體積。 8/5/202242第42頁，共50頁。 6智能化 傳感器與微處理器結合。不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、“思維”等人工智能。 7新一代航天傳感器研究 隨著航天技術的發(fā)展，航天器上需要的傳感器越來越多，航天飛機上安裝有3500支左右，而且傳感器的指標要求也高。比如：八五期間，我國對新一代航天傳感器提出的要求是小型化(100g)、低功耗(30mW)、高精度(0.998)。8/5/202243第43頁，共50頁。面部 識別技術8/5/202244第44頁，共50頁。月球車8/5/202245第45頁，共50頁?；鹦擒?/5/202246第46頁，共50頁。“惠更斯”號登陸土衛(wèi)六的效果圖土衛(wèi)六表面8/5/202247第47頁，共50