傳感器分類特點及應(yīng)用

傳感器分類特點及應(yīng)用第1頁/共51頁2023/3/192不帶微處理器時0-1自動檢測技術(shù)系統(tǒng)原理框圖第2頁/共51頁2023/3/193

檢測（Detection）定義：

利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，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(guān)信息通過檢查與測量的方法，賦予定性或定量結(jié)果的過程稱為檢測技術(shù)。第3頁/共51頁2023/3/194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(jié)果。第4頁/共51頁2023/3/195檢測技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用

第5頁/共51頁檢測技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用紅外掃描區(qū)域人造衛(wèi)星第6頁/共51頁檢測技術(shù)在海嘯預(yù)報中的應(yīng)用海浪振動檢測系統(tǒng)浮標(biāo)深海地溝第7頁/共51頁2023/3/198檢測技術(shù)在飛行器中的應(yīng)用第8頁/共51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(yīng)用）第9頁/共51頁2023/3/1910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(zhuǎn)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。第10頁/共51頁2023/3/1911傳感器在機(jī)器人身上的分布

第11頁/共51頁2023/3/1912機(jī)器人的手第12頁/共51頁2023/3/1913服務(wù)機(jī)器人機(jī)器人伴舞機(jī)器人奏樂第13頁/共51頁2023/3/1914三、傳感器的定義根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。第14頁/共51頁2023/3/1915

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。第15頁/共51頁2023/3/1916

能將溫度轉(zhuǎn)換為電壓的傳感器—熱電偶

第16頁/共51頁2023/3/1917四、傳感器的組成舉例：測量壓力的電位器式壓力傳感器

1-彈簧管2-電位器圖1-4傳感器組成框圖第17頁/共51頁2023/3/1918壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)第18頁/共51頁2023/3/1919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(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。第19頁/共51頁2023/3/1920彈簧管放大圖

當(dāng)被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移。第20頁/共51頁2023/3/1921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(zhuǎn)換為角位移或直線位移。第21頁/共51頁2023/3/1922彈性敏感元件（彈簧管）

在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移α第22頁/共51頁2023/3/1923被測量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電參量

在右圖中，電位器為傳感元件，它將角位移轉(zhuǎn)換為電參量-----電阻的變化（ΔR）第23頁/共51頁2023/3/1924

測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。

在左圖中，當(dāng)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(guān)系的電壓Uo

。

第24頁/共51頁2023/3/1925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(zhuǎn)角度成正比：第25頁/共51頁2023/3/1926對應(yīng)的傳感器部件:第26頁/共51頁2023/3/1927五、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：１）按被測量分類：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)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(dǎo)纖維等傳感器。

詳細(xì)分類參閱：/index.php?u=774776第27頁/共51頁2023/3/19281在工業(yè)生產(chǎn)過程的測量與控制方面的應(yīng)用溫度、壓力、流量、液位和氣體成分等參數(shù)進(jìn)行檢測工作狀態(tài)的監(jiān)控診斷設(shè)備實現(xiàn)監(jiān)測自動化六、傳感器技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢第28頁/共51頁2023/3/19292傳感器在汽車電控系統(tǒng)中的應(yīng)用準(zhǔn)確地采集汽車工作狀態(tài)的信息分布于發(fā)動機(jī)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．第29頁/共51頁2023/3/19303在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用拾取生命體征信息圖像處理、臨床化學(xué)檢驗、生命體征參數(shù)的監(jiān)護(hù)監(jiān)測、疾病的診斷與治療現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備中無所不在第30頁/共51頁2023/3/19314在環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)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(jìn)行檢測，大大簡化了檢測方法。第31頁/共51頁2023/3/19325在軍事方面的應(yīng)用智能化：武器、作戰(zhàn)指揮、控制、監(jiān)視和通信、電磁干擾方面第32頁/共51頁2023/3/1933NMD和TMD第33頁/共51頁2023/3/19346在家用電器方面的應(yīng)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(diào)器，可以實現(xiàn)壓縮機(jī)的啟動、停機(jī)、風(fēng)扇搖頭、風(fēng)門調(diào)節(jié)、換氣等，從而對溫度、濕度和空氣濁度進(jìn)行控制。第34頁/共51頁2023/3/19357在學(xué)科研究方面的應(yīng)用哈勃：成像光譜儀：掃描有光波的天體高精制導(dǎo)傳感器：用來鎖定目標(biāo)高級測量攝像機(jī)：有著寬視場的高效測量工具第35頁/共51頁2023/3/19368.在智能建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用未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第36頁/共51頁2023/3/1937（二）傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢1.開發(fā)新型傳感器結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展較早，一般而言結(jié)構(gòu)復(fù)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(jìn)行研究。比如：利用核磁共振的吸收效應(yīng)的磁敏傳感器可將靈敏閾提高到地磁強(qiáng)度的千萬分之一；利用約瑟夫遜效應(yīng)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(dǎo)體敏感材料：傳感器材料占主導(dǎo)地位，新的趨勢是金屬和非金屬材料合成的化合物半導(dǎo)體材料。

第37頁/共51頁2023/3/1938(2)陶瓷材料：技術(shù)潛力大，壓電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷應(yīng)用最多。

(3)磁性材料：正向非晶化、薄膜化。第38頁/共51頁2023/3/1939(4)智能材料：形狀記憶體；具有自適應(yīng)、自診斷、自修復(fù)功能。第39頁/共51頁2023/3/19403采用新工藝主要指微機(jī)械加工技術(shù)，隨著集成電路工藝發(fā)展起來。離子束，分子束，激光束，化學(xué)刻蝕等用于微電子加工。

第40頁/共51頁2023/3/19414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(bǔ)償做成一體。

一體化溫度變送器第41頁/共51頁2023/3/19425多功能化同時測量多個參數(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(jìn)行綜合處理，反映整體狀態(tài)，降低成本，減小體積。

第42頁/共51頁2023/3/19436智能化

傳感器與微處理器結(jié)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(shù)的發(fā)展，航天器上需要的傳感器越來越多，航天飛機(jī)上安裝有3500支左右，而且傳感器的指標(biāo)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(<0.5%)、高可靠性(>0.998)。第43頁/共51頁2023/3/1944面部識別技術(shù)第44頁/共51頁2023/3/1945月球車第45頁/共51頁2023/3/1946火星車第46頁/共51頁2023/3/1947“惠更斯”號登陸土衛(wèi)六的效果圖土衛(wèi)六表面第47頁/共51頁2023/3/1948