傳感器檢測(cè)技術(shù)

傳感器檢測(cè)技術(shù)第一頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日第一章緒論1.1引言傳感器技術(shù)是當(dāng)今世界令人矚目、迅猛發(fā)展的高新技術(shù)之一，也是當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)共同構(gòu)成21實(shí)際信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。如果說計(jì)算機(jī)是人類大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類五官的延伸。因此各發(fā)達(dá)國(guó)家都將傳感器技術(shù)作為本世紀(jì)重點(diǎn)技術(shù)加以發(fā)展。隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化、信息化和國(guó)防現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的年需求量持續(xù)增長(zhǎng)。但是目前國(guó)內(nèi)傳感器技術(shù)的創(chuàng)新和新產(chǎn)品開發(fā)能力落后于國(guó)外先進(jìn)水平，制約了我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化和信息化技術(shù)的發(fā)展。第二頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日1.2傳感器技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外發(fā)展傳感器技術(shù)主要有兩條不同路徑，一條是以美國(guó)為代表的先軍工后民用、先提高后普及的發(fā)展方式；另一條是以日本為代表的側(cè)重實(shí)用化和商品化，先普及后提高，由引進(jìn)、消化、仿制到自行改進(jìn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的發(fā)展方式。前者花錢多，后者花錢少，發(fā)展速度更快。國(guó)外在傳感器的研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用方面發(fā)展速度很快，主要表現(xiàn)為：（1）十分重視對(duì)傳感器技術(shù)開發(fā)；（2）重視傳感器制作工藝研究；（3）重視質(zhì)量管理與市場(chǎng)分析。第三頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日我國(guó)近20多年來，經(jīng)過科技攻關(guān)，敏感元件與傳感器的制造技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在設(shè)計(jì)、關(guān)鍵工藝、可靠性、產(chǎn)品開發(fā)等方面均有不同程度的突破與創(chuàng)新，但我國(guó)傳感器的整體水平與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距，主要表現(xiàn)為：（1）核心制造技術(shù)嚴(yán)重滯后于國(guó)外，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品差強(qiáng)人意；（2）產(chǎn)品品種不全、規(guī)格少，新品欠缺；（3）科技創(chuàng)新差，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品少；（4）工藝裝備落后，產(chǎn)品質(zhì)量差；（5）人才資源匱乏，產(chǎn)業(yè)發(fā)展不足；（6）統(tǒng)籌規(guī)劃不足，投資力度不夠。第四頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日1.3傳感器的地位和作用傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代，在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。第五頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日1.4傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)傳感器的要求也越來越高，從整體上看，傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方面：（1）向高精度發(fā)展；（2）向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展；（3）向微型化發(fā)展；（4）向微功耗及無源化發(fā)展；（5）向智能化數(shù)字化發(fā)展。第六頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日第二章傳感器應(yīng)用技術(shù)理論基礎(chǔ)概述2.1傳感器的基本概念

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、調(diào)理電路、輔助電源四部分組成，如下圖所示：第七頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日（1）敏感元件：直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。（2）轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換成便于傳輸和測(cè)量的電參量（電阻）或電信號(hào)。（3）調(diào)理電路：調(diào)理電路則對(duì)轉(zhuǎn)換原件輸出的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、運(yùn)算、調(diào)制等，以便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸、顯示、記錄和控制。（4）輔助電源：輔助電源為調(diào)理電路和轉(zhuǎn)換原件提供穩(wěn)定的工作電源。第八頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日2.2傳感器的特性傳感器的性能指標(biāo)在檢測(cè)控制系統(tǒng)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，需要對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制，而要達(dá)到比較優(yōu)良的控制性能，則必須要求傳感器能夠感測(cè)被測(cè)量的變化并且不失真地將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量，這種要求主要取決于傳感器的基本特性。傳感器的基本特性主要分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性是指檢測(cè)系統(tǒng)的輸入為不隨時(shí)間變化的恒定信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系。主要包括線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等；動(dòng)態(tài)特性是指檢測(cè)系統(tǒng)的輸入為隨時(shí)間變化的信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系。第九頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日第三章傳感器的分類及工作原理3.1傳感器的分類

目前對(duì)傳感器尚無一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種：（1）按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器。（2）按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量（“1”和“0”

或“開”和“關(guān)”）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。（3）按傳感器的工作原理分類，可分為應(yīng)變式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器、電阻式傳感器、熱電偶式傳感器、超聲波式傳感器等。第十頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日3.2傳感器的工作原理1、應(yīng)變式傳感器的工作原理是在外力作用下，導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料產(chǎn)生機(jī)械變形，從而引起材料電阻值發(fā)生相應(yīng)的變化。2、電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感系數(shù)L或互感系數(shù)M的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量的輸出。3、電容式傳感器是把被測(cè)的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。4、磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將輸入運(yùn)動(dòng)速度變換成感應(yīng)電勢(shì)輸出的傳感器。第十一頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日5、光電式傳感器是將光通量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器，光電式傳感器的基礎(chǔ)是光電轉(zhuǎn)換元件的光電效應(yīng)。6、電阻式傳感器是把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。7、熱電偶式傳感器：是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路，當(dāng)兩接合點(diǎn)熱電偶溫度不同時(shí)，就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流，如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時(shí)，顯示儀表將會(huì)指示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。8、超聲波傳感器是利用超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射回波的特性研制而成的傳感器。第十二頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日第四章傳感器的選擇及應(yīng)用4.1傳感器的選擇在選擇傳感器時(shí)主要考慮以下幾個(gè)因素：

1、傳感器的類型

2、靈敏度

3、頻率響應(yīng)特性

4、線性范圍

5、穩(wěn)定性

6、精度第十三頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日4.2傳感器的應(yīng)用1、傳感器在電子秤中的應(yīng)用

電子秤的測(cè)力裝置是力傳感器，常用的一種力傳感器由一個(gè)金屬梁和兩個(gè)應(yīng)變片組成。如圖所示：第十四頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日在金屬梁沒有受力的情況下，金屬梁處于水平狀態(tài)，梁的上下應(yīng)變片的長(zhǎng)度沒變切相等，兩應(yīng)變片的電阻大小也相等，當(dāng)給金屬梁施加豎直向下的力時(shí)，金屬梁會(huì)向下彎曲，使得金屬梁上面的應(yīng)變片被拉長(zhǎng)，電阻變大，兩端電壓也變大，而下邊的應(yīng)變片被擠壓收縮，電阻變小，兩端電壓也減小，使得兩應(yīng)變片的兩端電壓存在差值，控制電路就通過這個(gè)差值，經(jīng)過放大電路將差值信號(hào)放大，再在顯示器上顯示出數(shù)字，即力F的大小。傳感器在稱上的應(yīng)用充分改善了桿式稱操作麻煩、誤差大、測(cè)量范圍小的缺點(diǎn)。2、傳感器在電熨斗中的應(yīng)用電熨斗中的溫度傳感器，半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻和金屬熱電阻均可制成溫度傳感器，它可以把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)控制。

如圖所示：第十五頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日電熨斗內(nèi)部裝有雙金屬片溫度傳感器，常溫下，上下觸點(diǎn)是接觸的，但溫度過高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源停止加熱，溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用。第十六頁(yè)，共十八頁(yè)，2022年，8月28日

傳感器在其他領(lǐng)域的應(yīng)用還有很多，例如：汽車上的速度傳感器；手機(jī)上的重力傳感器；路燈中的光敏傳感器等等。傳感器的種類很多，早已滲透到工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。