傳感器與傳感器技術(shù) 緒論

1、自動化學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用1教材及參考書教材何道清，傳感器與傳感器技術(shù)，科學(xué)出版社，2004參考書欒桂冬，傳感器及其應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，20022緒論0.1.1 傳感器與傳感器技術(shù)的地位和作用0.1.2 傳感器0.1.3 傳感器技術(shù)0.1.4 傳感器與傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢3一、人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)能對應(yīng)關(guān)系外界信息感 官人 腦肢 體人 體 系 統(tǒng)傳感器計(jì)算機(jī)執(zhí)行器機(jī) 器 系 統(tǒng)“機(jī)電五官”0.1.1傳感器與傳感器技術(shù)的地位和作用4性能凌駕于人的感官之上：（1）測量人體無法感知的量（3）測量范圍寬、精確高、可靠性好（2）惡劣環(huán)境下工作5例0-1：化工產(chǎn)品自動生產(chǎn)過程1、自動檢測與自動控制系統(tǒng)石

2、油、化工、電力、鋼鐵、機(jī)械等加工工業(yè)設(shè)備推動力液體或氣體檢測壓力或壓強(qiáng)進(jìn)料自動稱重按比例混合反應(yīng)容器內(nèi)液體成品半成品在生產(chǎn)線上傳輸自動控制傳輸速度自動控制容器液位測定容器中的壓力體積自動稱重分裝計(jì)數(shù)二、主要應(yīng)用62、汽車與傳感器傳統(tǒng)：行駛速度、距離、發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、燃料剩余量安全：安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、防滑控制系統(tǒng)、防抱 死裝置、電子變速控制裝置、汽車“黑匣子”環(huán)保：排氣循環(huán)裝置、電子燃料噴射裝置783、傳感器與家用電器自動電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干器、電熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、錄像機(jī)、家庭影院家庭自動化藍(lán)圖：94、傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用單能機(jī)器人

3、：生產(chǎn)用的自動機(jī)械式（加工、組裝、檢驗(yàn)） 檢測臂的位置和角度傳感器紅旗轎車焊裝生產(chǎn)線隧道鑿巖機(jī)器人10智能機(jī)器人：判斷能力視覺傳感器、觸覺傳感器足球機(jī)器人迎賓機(jī)器人11泰坦尼克中用于水下探測的“鄧肯”號機(jī)器人122003年9月，全球現(xiàn)場直播埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘進(jìn)程，可能揭開古埃及金字塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)之謎?！安徽撌钦l騷擾了法老的安寧，死神之翼將在它的頭上降臨?！毙C(jī)器人挑戰(zhàn)法老咒語，代替科學(xué)家勇探胡夫金字塔內(nèi)部秘道。“金字塔漫游者”，511，地面探測雷達(dá)、超聲波傳感器（測石頭厚度）。135、傳感器在醫(yī)療及人體醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)用電子學(xué)醫(yī)用傳感器：人體內(nèi)部溫度、血液、 呼吸流量、 腫瘤、心音、

4、 腔內(nèi)壓力、心腦電波6、傳感器與航空及航天飛行器：控制在預(yù)定軌道上速度、加速度、飛行距離測量陀螺儀、陽光傳感器、星光傳感器、地磁傳感器周圍環(huán)境、內(nèi)部設(shè)備監(jiān)控、本身狀態(tài)147、傳感器與環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測儀器15溫濕度、露點(diǎn)探頭、CO2探頭、大氣壓力傳感器濕度傳感器濕度傳感器168、傳感器與遙感技術(shù)飛機(jī)及航天飛行器：近紫外線、可見光、 遠(yuǎn)紅外線、微波船舶：超聲波傳感器微波紅外接收傳感器紅外線分布差異礦藏埋藏地區(qū)地 面179、傳感器在軍事技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用美國高級將領(lǐng)與著名學(xué)者訪談錄陳伯江“信息時代的軍事革命” 美國參聯(lián)會副主席歐文斯上將“改變那種認(rèn)為軍事力量主要是軍艦、坦克和飛機(jī)的概念，把我們的注意力放

5、在思考信息和電信技術(shù)所能提供的軍事力量上來。這場軍事革命標(biāo)志著一種轉(zhuǎn)變，即從重視軍艦、坦克和飛機(jī)，轉(zhuǎn)為重視諸如傳感器這類東西的作用?！薄瓣戃姟⒑＼?、空軍都將只不過是歷史的產(chǎn)物你也許將成立一個把所有的傳感器放在一起的軍種（可稱之為傳感器軍）用于觀察戰(zhàn)場”18三、地位及發(fā)展?fàn)顩r傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，計(jì)算機(jī)的“五官”，如果沒有傳感器對原始信息進(jìn)行精確、可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切測量和控制都是不可能實(shí)現(xiàn)的。1、現(xiàn)代測量與自動控制的首要環(huán)節(jié)2、衡量國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志 傳感器與傳感器技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志，也是判斷一個國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度與生產(chǎn)水平高低的重要依據(jù)。193

6、、現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)既是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的源頭，又是信息社會賴以存在和發(fā)展的物質(zhì)與技術(shù)基礎(chǔ)。如果沒有高度保真和性能可靠的傳感器，沒有先進(jìn)的傳感器技術(shù)，信息的準(zhǔn)確獲得與精密檢測就成了一句空話，通訊技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)也就成了無源之水，無本之木，現(xiàn)代測量與自動化技術(shù)隨之變成水中之月、鏡中之花。204、各國政府高度重視日本科學(xué)技術(shù)廳把傳感器技術(shù)列為六大核心技術(shù)（計(jì)算機(jī)、通訊、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳感器）之一。日本政府還在21世紀(jì)技術(shù)預(yù)測中將傳感器列為首位。美國白宮將“傳感器及信號處理”列為對國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響的關(guān)鍵技術(shù)之一。西歐各國在制定“尤里卡”發(fā)展計(jì)劃中，把

7、傳感器技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。我國政府在“863計(jì)劃”及重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，均把傳感器列在重要位置。210.1.2 傳感器一、傳感器的定義和組成能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。敏感元件：傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量并輸出與被測量成確定關(guān)系的其他量（一般為非電量）部分；轉(zhuǎn)換元件：傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的可用輸出信號（一般為電信號）部分；22（2）“規(guī)定的被測量信息”：非電量物理量化學(xué)量生物量四層含義：（1）傳感器是一種測量器件或裝置（3）“某種可用輸出信號” 把外界非電量信息轉(zhuǎn)換成與之有確定對

8、應(yīng)關(guān)系的電量輸出的器件或裝置。 非電量電測技術(shù)（4）“轉(zhuǎn)換”：傳感器、變送器工業(yè)測量標(biāo)準(zhǔn)輸出信號23傳感器的組成敏感元件輔助電源轉(zhuǎn)換元件被 測非電量有 用非電量有 用電 量信號調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換電路電 量24二、傳感器的分類電容式、電感式、熱電式傳感器位移、速度、溫度傳感器分類方法按輸入物理量：按工作原理：按能量關(guān)系：按輸出信號性質(zhì)：按構(gòu)成原理：按構(gòu)成傳感器的功能材料：按高新技術(shù)：能量轉(zhuǎn)換型（有源傳感器）能量控制型（無源傳感器）模擬式、數(shù)字式傳感器結(jié)構(gòu)型、物性型傳感器半導(dǎo)體傳感器集成傳感器、智能傳感器仿生傳感器、機(jī)器人傳感器2526傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)是關(guān)于傳感器的研究、設(shè)計(jì)、試制、生產(chǎn)、檢測和應(yīng)用的綜合技術(shù)。傳感器技術(shù)的特點(diǎn)：內(nèi)容離散性知識密集性技術(shù)（工藝）復(fù)雜性品種多樣化與用途廣泛性27傳感器與傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢新理論的探討、新技術(shù)的應(yīng)用、新材料和新工藝的研究2、確保傳感器的可靠性，延長其使用壽命1、努力實(shí)現(xiàn)傳感器的新特性檢測范圍寬、高靈敏度、高精度、響應(yīng)速度快、 互換性好3、提高集成化和功能化程度信息處理功能一體化：敏感元件、電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器功能和信息處理功能一體化284、微型化微機(jī)電系統(tǒng) MEMS（Microelectro-mechanical System） 輪廓尺寸在毫米量級、元件尺寸在微米量級、可運(yùn)動的微型機(jī)電裝置。微型集成傳感器：力、壓力、加速度、化