傳感器分類(lèi)、特點(diǎn)及應(yīng)用

單元一傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)一：傳感器的認(rèn)知9/18/20231不帶微處理器時(shí)0-1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)原理框圖9/18/20232檢測(cè)（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(guò)檢查與測(cè)量的方法，賦予定性或定量結(jié)果的過(guò)程稱(chēng)為檢測(cè)技術(shù)。9/18/20233例：曹沖稱(chēng)象方法：比較法；裝置：船、石頭、小秤；檢查、測(cè)量，從而得到：定性、定量的結(jié)果。9/18/20234檢測(cè)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用

9/18/20235檢測(cè)技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用紅外掃描區(qū)域人造衛(wèi)星9/18/20236檢測(cè)技術(shù)在海嘯預(yù)報(bào)中的應(yīng)用海浪振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)浮標(biāo)深海地溝9/18/20237檢測(cè)技術(shù)在飛行器中的應(yīng)用9/18/20238一種典型的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)（檢測(cè)系統(tǒng)在發(fā)電廠的應(yīng)用）傳感器來(lái)自外界的信號(hào)電信號(hào)二、傳感器的作用傳感器實(shí)際上是一種功能塊，其作用是將來(lái)自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。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(hào)變換為電信號(hào)的一類(lèi)元件。9/18/202310傳感器在機(jī)器人身上的分布

9/18/202311機(jī)器人的手9/18/202312服務(wù)機(jī)器人機(jī)器人伴舞機(jī)器人奏樂(lè)9/18/202313三、傳感器的定義根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，傳感器的定義是：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。9/18/202314玻璃溫度計(jì)不屬于本教材所講授的傳感器范圍。在本教材中是指一個(gè)能將被測(cè)的非電量變換成電量的器件。9/18/202315

能將溫度轉(zhuǎn)換為電壓的傳感器—熱電偶

9/18/202316四、傳感器的組成舉例：測(cè)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9/18/202317壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)9/18/202318彈性敏感元件（彈簧管）

敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。9/18/202319彈簧管放大圖

當(dāng)被測(cè)壓力p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過(guò)齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生角位移。9/18/202320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(xiàn)位移。9/18/202321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α9/18/202322被測(cè)量通過(guò)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）9/18/202323測(cè)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。

9/18/202324分壓比電路的計(jì)算公式如下：

直滑電位器式傳感器的輸出電壓Uo與滑動(dòng)觸點(diǎn)C的位移量x成正比：對(duì)圓盤(pán)式電位器來(lái)說(shuō)，Uo與滑動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比：9/18/202325對(duì)應(yīng)的傳感器部件:9/18/202326五、傳感器分類(lèi)傳感器的種類(lèi)名目繁多，分類(lèi)不盡相同。常用的分類(lèi)方法有：１）按被測(cè)量分類(lèi)：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。2）按測(cè)量原理分類(lèi)：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(lèi)參閱：/index.php?u=7747769/18/2023271在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的測(cè)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(cè)工作狀態(tài)的監(jiān)控診斷設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化六、傳感器技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)9/18/2023282傳感器在汽車(chē)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用準(zhǔn)確地采集汽車(chē)工作狀態(tài)的信息分布于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤(pán)控制系統(tǒng)、車(chē)身控制系統(tǒng)。普通汽車(chē)上10一20只，高級(jí)豪華300只．9/18/2023293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(yàn)、生命體征參數(shù)的監(jiān)護(hù)監(jiān)測(cè)、疾病的診斷與治療現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備中無(wú)所不在9/18/2023304在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用環(huán)境污染問(wèn)題迫切需求：連續(xù)、快速、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的儀器生物傳感器．可對(duì)酸雨酸霧樣品溶液進(jìn)行檢測(cè)，大大簡(jiǎn)化了檢測(cè)方法。9/18/2023315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9/18/202332NMD和TMD9/18/2023336在家用電器方面的應(yīng)用智能化、自動(dòng)化、節(jié)能、無(wú)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(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)、風(fēng)扇搖頭、風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)、換氣等，從而對(duì)溫度、濕度和空氣濁度進(jìn)行控制。9/18/2023347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(lái)鎖定目標(biāo)高級(jí)測(cè)量攝像機(jī)：有著寬視場(chǎng)的高效測(cè)量工具9/18/2023358.在智能建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用未來(lái)建筑的必然趨勢(shì)涵蓋智能自動(dòng)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9/18/202336（二）傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.開(kāi)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(jià)格偏高。物性型傳感器過(guò)去發(fā)展不夠，目前各國(guó)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(wàn)分之一；利用約瑟夫遜效應(yīng)的熱噪聲溫度傳感器，可測(cè)百萬(wàn)分之一開(kāi)的溫度。2.開(kāi)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(shì)是金屬和非金屬材料合成的化合物半導(dǎo)體材料。

9/18/202337(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。9/18/202338(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。9/18/2023393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(lái)。離子束，分子束，激光束，化學(xué)刻蝕等用于微電子加工。

9/18/2023404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(yùn)算、溫度補(bǔ)償做成一體。

一體化溫度變送器9/18/2023415多功能化同時(shí)測(cè)量多個(gè)參數(shù)，例如多維力傳感器可以同時(shí)測(cè)量三個(gè)線(xiàn)速度，三個(gè)離心加速度和三個(gè)角加速度。對(duì)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。

9/18/2023426智能化

傳感器與微處理器結(jié)合。不僅具有檢測(cè)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(lái)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(guó)對(duì)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)。9/18/202343面部識(shí)別技術(shù)9/18/202344月球車(chē)9/18/202345火星車(chē)9/18/202346“惠更斯”號(hào)登陸土衛(wèi)六的效果圖