認(rèn)識(shí)傳感器課件

技能訓(xùn)練一認(rèn)知傳感器

技能訓(xùn)練一認(rèn)知傳感器

1目的要求掌握傳感器的定義、組成和應(yīng)用。了解傳感器的分類。掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成。了解傳感器的特性。了解傳感器的發(fā)展方向。

目的要求掌握傳感器的定義、組成和應(yīng)用。2一、認(rèn)識(shí)傳感器傳感器是人類通過儀器探知自然界的觸角，它的作用與人的感官相類似。如果將計(jì)算機(jī)視為識(shí)別和處理信息的“大腦”，將通信系統(tǒng)比作傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”，將執(zhí)行器比作人的肌體的話，那么傳感器就相當(dāng)于人的五官。一、認(rèn)識(shí)傳感器傳感器是人類通過儀器探知自然界的觸角，它的作3“感”——傳感器對(duì)被測(cè)量的對(duì)象敏感?！皞鳌薄獋魉蛡鞲衅鞲惺鼙粶y(cè)量的信息?！案小薄獋鞲衅鲗?duì)被測(cè)量的對(duì)象敏感。41．日常生活中使用的傳感器圖1-1

家電中使用的傳感器1．日常生活中使用的傳感器圖1-1

家電中使用的傳感器5圖1-3自動(dòng)水龍頭圖1-2自動(dòng)門圖1-3自動(dòng)水龍頭圖1-2自動(dòng)門62．工業(yè)生產(chǎn)中使用的傳感器液位傳感器光電傳感器位置傳感器圖1-4食用油的自動(dòng)化生產(chǎn)線2．工業(yè)生產(chǎn)中使用的傳感器液位傳感器光電傳感器位置傳感器圖17圖1-5光電計(jì)數(shù)機(jī)光電傳感器圖1-5光電計(jì)數(shù)機(jī)光電傳感器83．地震救助中使用的傳感器

（a）雷達(dá)波探測(cè)器（b）視頻探測(cè)器（c）音頻探測(cè)器（d）紅外熱成像生命探測(cè)儀圖1-6生命探測(cè)設(shè)備3．地震救助中使用的傳感器（a）雷達(dá)波探測(cè)器94．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的傳感器圖1-7塑料大棚4．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的傳感器圖1-7塑料大棚105．汽車中使用的傳感器圖1-8汽車中使用的部分傳感器5．汽車中使用的傳感器圖1-8汽車中使用的部分傳感器11二、傳感器的概念與定義1．傳感器的概念

傳感器是一種能把特定被測(cè)量的信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)并輸出的器件或裝置，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。

二、傳感器的概念與定義1．傳感器的概念12在傳感器中包含兩個(gè)必不可少的概念，一是檢測(cè)信號(hào)；二是能把檢測(cè)的信息變換成一種與被測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系，而且便于傳輸和處理的量。例如，傳聲器（話筒）就是這種傳感器，它感受聲音的強(qiáng)弱并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)；又如，電感式位移傳感器能感受位移量的變化，并把它轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。在傳感器中包含兩個(gè)必不可少的概念，一是檢測(cè)信號(hào)；二是能把檢測(cè)132．傳感器的定義根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7665－1987），《傳感器通用術(shù)語(yǔ)》中對(duì)傳感器的定義：“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。其中，敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦袑⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分?！?．傳感器的定義14傳感器的定義中包含以下信息。

（1）它是由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成的一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)的量的信息，并能檢測(cè)感受到的信息。（2）能按一定規(guī)律將被測(cè)的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)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。（3）傳感器的輸出與輸入之間存在確定的關(guān)系。對(duì)傳感器的要求：高精度；信號(hào)（或能量）無(wú)失真轉(zhuǎn)換；反映被測(cè)的量的原始特征。傳感器的定義中包含以下信息。

15三、傳感器的作用、組成及分類1．傳感器的作用圖1-9自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成框圖三、傳感器的作用、組成及分類1．傳感器的作用圖1-9自162．傳感器組成圖1-10傳感器的組成框圖直接感受非電量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測(cè)的量有確定關(guān)系的其他量（一般仍為非電量）將敏感元件輸出的量轉(zhuǎn)換成為電量輸出將電信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)換成為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號(hào)2．傳感器組成圖1-10傳感器的組成框圖直接感受非電量，173．傳感器的分類分類方法傳感器的種類說明按工作原理分類應(yīng)變式、電容式、電感式、電磁式、壓電式、熱電式、光電式等傳感器按工作原理，將物理和化學(xué)等學(xué)科的原理、規(guī)律和效應(yīng)作為分類依據(jù)按被測(cè)量分類壓力式、位移式、溫度式、速度式、加速度式、負(fù)荷式、扭矩式、光式、放射線式、氣體成分式、液體成分式、離子式和真空式等傳感器以輸入物理量的性質(zhì)命名按能量關(guān)系分類能量轉(zhuǎn)換型（有源傳感器）壓電式、熱電式（熱電偶）、電磁式、電動(dòng)式、壓阻式等傳感器直接將被測(cè)量的能量轉(zhuǎn)換為輸出量的能量，通常配合有電壓測(cè)量電路和放大器，用于動(dòng)態(tài)測(cè)量能量控制型（無(wú)源傳感器）電阻式、電容式、電感式、微波式、激光式等傳感器本身不是換能器，被測(cè)非電量?jī)H對(duì)傳感器中的能量起控制或調(diào)節(jié)作用，必須有輔助電源供給傳感器能量，而由被測(cè)量來控制輸出的能量，用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量及非接觸的測(cè)量場(chǎng)合按輸出信號(hào)分類模擬式傳感器的輸出為模擬量，要通過A/D轉(zhuǎn)換器才能運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)分析加工與處理數(shù)字式傳感器的輸出為數(shù)字量，可直接送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理3．傳感器的分類分類方法傳感器的種類說明按工作原理分類應(yīng)18四、傳感器的基本特性1．傳感器的靜態(tài)特性靜態(tài)特性是指輸入的被測(cè)量不隨時(shí)間變化或隨時(shí)間緩慢變化時(shí)表現(xiàn)的特性。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有線性度、靈敏度、分辨力和遲滯、重復(fù)性。四、傳感器的基本特性1．傳感器的靜態(tài)特性19（1）線性度線性度是傳感器的輸出與輸入之間成線性關(guān)系的程度。圖1-11線性度（1）線性度圖1-11線性度20（2）靈敏度靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下的輸出變化值與輸入變化值之比，用S來表示：DX——在穩(wěn)態(tài)下傳感器的輸入變化量。DY——在穩(wěn)態(tài)下傳感器的輸出變化量；（2）靈敏度21（3）分辨力分辨力是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定測(cè)量的范圍內(nèi)能檢出被測(cè)的量的最小變化量的能力。當(dāng)被測(cè)的量的變化小于分辨力時(shí)，傳感器對(duì)輸入量的變化無(wú)任何反應(yīng)；只有當(dāng)輸入量的變化超過了分辨力的量值時(shí)，輸出才有可能準(zhǔn)確表現(xiàn)出來，因而，傳感器就存在分辨力的問題。分辨力越小，表明傳感器檢測(cè)非電量的能力越強(qiáng)，分辨力的高低從某個(gè)側(cè)面反映了傳感器的精度。（3）分辨力22（4）遲滯遲滯反映傳感器正向特性與反向特性不一致的程度。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于傳感器的機(jī)械部分不可避免地存在間隙、摩擦及松動(dòng)。圖1-12遲滯特性（4）遲滯圖1-12遲滯特性23（5）重復(fù)性重復(fù)性是指?jìng)鞲衅鬏斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次測(cè)量時(shí)所得輸出-輸入特性曲線不重合的程度。它是反映傳感器精密度的一個(gè)指標(biāo)，產(chǎn)生的原因與遲滯性基本相同，重復(fù)性越好，誤差越小。（5）重復(fù)性242．傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器要檢測(cè)的輸入信號(hào)是隨時(shí)間而變化的。傳感器應(yīng)能跟蹤輸入信號(hào)的變化，這樣才能獲得正確的輸出信號(hào)；如果輸入信號(hào)變化太快，傳感器就可能跟蹤不上，這種跟蹤輸入信號(hào)的特性就是傳感器的響應(yīng)特性，即為動(dòng)態(tài)特性。表征傳感器動(dòng)態(tài)特性的主要參數(shù)有響應(yīng)速度、頻率響應(yīng)。2．傳感器的動(dòng)態(tài)特性25（1）響應(yīng)速度響應(yīng)速度是反映傳感器動(dòng)態(tài)特性的一項(xiàng)重要參數(shù)，是傳感器在階躍信號(hào)作用下的輸出特性。它主要包括上升時(shí)間、峰值時(shí)間及響應(yīng)時(shí)間等，反映了傳感器的穩(wěn)定輸出信號(hào)（在規(guī)定誤差范圍內(nèi)）隨輸入信號(hào)變化的快慢。（1）響應(yīng)速度26（2）頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鎏匦郧€與輸入信號(hào)頻率之間的關(guān)系，包括幅頻特性和相頻特性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)輸入信號(hào)的頻率范圍來選用適合的傳感器。（2）頻率響應(yīng)27五、傳感器的發(fā)展方向1．新材料的開發(fā)與應(yīng)用2．新制造技術(shù)的應(yīng)用3．新型傳感器的開發(fā)4．傳感器的集成化5．傳感器的智能化6．新一代航天傳感器的研究7．仿生傳感器的研究五、傳感器的發(fā)展方向1．新材料的開發(fā)與應(yīng)用28復(fù)習(xí)總結(jié)傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)的量，并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，它通常由

和

組成。

是傳感器中能直接感知或響應(yīng)被測(cè)的量的元件；

是將感受的被測(cè)的量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的部分。

將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號(hào)。有用電信號(hào)有很多形式，如電壓、電流、頻率等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，輸出信號(hào)將來也可能是光信號(hào)或其他的