傳感器技術(shù)及應(yīng)用 課件 項(xiàng)目一　傳感器的基礎(chǔ)認(rèn)知

項(xiàng)目一傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)

項(xiàng)目一傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)項(xiàng)目一傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)項(xiàng)目描述：傳感器是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中不可或缺的，它與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展密不可分。本項(xiàng)目主要學(xué)習(xí)傳感器的基本知識(shí)、特點(diǎn)、作用和組成，以及傳感器的發(fā)展方向及測量誤差等知識(shí)。項(xiàng)目目標(biāo)：了解什么是傳感器，掌握傳感器的構(gòu)成及作用，了解傳感器的分類及發(fā)展方向。掌握測量誤差的基本概念與相關(guān)誤差的計(jì)算。任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器知識(shí)目標(biāo)：1.了解生活中的傳感器；2.了解傳感器的基本作用；3.了解傳感器的發(fā)展歷史及趨勢。能力目標(biāo)：1.能辨別生活中的各類傳感器。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)仔細(xì)觀察、做好記錄的習(xí)慣，掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法；2.學(xué)會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)查閱資料，養(yǎng)成查閱資料的習(xí)慣；3.培養(yǎng)獨(dú)立思考的習(xí)慣和合作學(xué)習(xí)的精神。任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器一、傳感器的定義：

傳感器是利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)以及生物效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非電量到電量轉(zhuǎn)換的裝置或器件。傳感器在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都起著不可替代的作用，是衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，有極其重要的地位。傳感器能夠感受外界信息，并將其轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，其感受外界信息的過程也稱為檢測過程。任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器二、傳感器在生活中的應(yīng)用1.傳感器在家用電器中的應(yīng)用

全自動(dòng)洗衣機(jī)通過水位開關(guān)與電磁進(jìn)水閥配合控制進(jìn)水、排水以及電機(jī)通斷，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。電磁進(jìn)水閥起著通、斷水源的作用。脫水時(shí)采用壓電傳感器。任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器2.傳感器在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能家居是通過綜合采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和控制技術(shù)，建立一個(gè)以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。諸如溫度傳感器、濕度傳感器、煙感探測傳感器等。任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器3.傳感器在汽車上的應(yīng)用

隨著技術(shù)的發(fā)展，汽車電子化程度不斷提高，車用傳感器作為汽車電控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其優(yōu)劣直接影響到系統(tǒng)的性能。目前，普通汽車上大約裝有幾十到近百只傳感器，豪華轎車上則更多，這些傳感器主要分布在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)中。任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器4.傳感器在醫(yī)療上的應(yīng)用

隨著醫(yī)用電子學(xué)的發(fā)展，僅憑醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)和感覺進(jìn)行診斷的時(shí)代將會(huì)結(jié)束。現(xiàn)在，應(yīng)用醫(yī)用傳感器可以對人體的表面和內(nèi)部溫度、血壓及腔內(nèi)壓力、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、脈波及心音、心腦電波等進(jìn)行高難度的診斷。任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器5.傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用

目前，在勞動(dòng)強(qiáng)度大或危險(xiǎn)作業(yè)的場所，已逐步使用機(jī)器人取代人的工作。一些高速度、高精度的工作，由機(jī)器人來承擔(dān)也是非常合適的。要使機(jī)器人和人的功能更為接近，以便從事更高級的工作，要求機(jī)器人能有判斷能力，這就要給機(jī)器人安裝物體檢測傳感器，特別是視覺傳感器和觸覺傳感器，使機(jī)器人通過視覺對物體進(jìn)行識(shí)別和檢測，通過觸覺對物體產(chǎn)生壓覺、力覺、滑動(dòng)感覺和重量感覺。任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器6.傳感器在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用傳感器在軍事上的應(yīng)用極為廣泛，可以說無時(shí)不用、無處不用，大到星體、兩彈、飛機(jī)、艦船、坦克、火炮等裝備系統(tǒng)，小到單兵作戰(zhàn)武器等。任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器三、傳感器的發(fā)展歷史及趨勢

1.傳感器的發(fā)展歷史傳感器技術(shù)的發(fā)展大體可分為3代：第一代是結(jié)構(gòu)型傳感器，它利用結(jié)構(gòu)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)。第二代是固體傳感器，這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成的。第三代是智能傳感器，其對外界信息具有一定檢測、自診斷、數(shù)據(jù)處理以及自適應(yīng)能力，是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。任務(wù)1

認(rèn)識(shí)傳感器2.傳感器的發(fā)展趨勢

近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段。新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)，是21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)上的。THANK

YOU謝謝任務(wù)2傳感器及其組成知識(shí)目標(biāo)：1.了解傳感器的基本概念；2.了解傳感器的構(gòu)成及分類；3.了解傳感器的基本特性。能力目標(biāo)：1.能辨別各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)；2.能辨別一般傳感器的選用條件。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)獨(dú)立思考的習(xí)慣；2.培養(yǎng)小組協(xié)調(diào)能力和合作學(xué)習(xí)的精神。任務(wù)2傳感器及其組成一、傳感器的定義及組成

1.傳感器的定義根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665——87）規(guī)定，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(hào)的器件或裝置?；蛘哒f傳感器是利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)以及生物效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非電量到電量轉(zhuǎn)換的裝置或器件。任務(wù)2傳感器及其組成2.傳感器的組成傳感器通常由敏感元件、傳感元件和測量轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。任務(wù)2傳感器及其組成二、傳感器的分類1．按工作原理分類按工作原理可分為參量傳感器、發(fā)電傳感器、脈沖傳感器及特殊傳感器。參量傳感器有觸點(diǎn)傳感器、電阻傳感器、電感傳感器、電容傳感器等。發(fā)電傳感器有光電池、熱電偶傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器等。脈沖傳感器有光柵、磁柵、感應(yīng)同步器、碼盤等。特殊傳感器不屬于以上三種類型的傳感器，如超聲波探測器、紅外探測器、激光檢測裝置等。任務(wù)2傳感器及其組成2．按被測量性質(zhì)分類按被測量性質(zhì)可分成機(jī)械量傳感器、熱工量傳感器、成分量傳感器、狀態(tài)量傳感器、探傷傳感器等。機(jī)械量傳感器檢測力、長度、位移、速度、加速度等。熱工量傳感器檢測溫度、壓力、流量等。成分量傳感器檢測各種氣體、液體、固體化學(xué)成分等，如氣敏傳感器。狀態(tài)量傳感器檢測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如由于干簧管、霍爾元件做成的各種接近開關(guān)。探傷傳感器檢測金屬制品內(nèi)部的氣泡和裂紋、人體內(nèi)部器官的病兆等，如超聲波探傷探頭、CT探測器等。任務(wù)2傳感器及其組成3．按輸出量種類分類按輸出量種類可分成模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器。模擬式傳感器輸出與被測量成一定關(guān)系的模擬信號(hào)，如果需要與計(jì)算機(jī)配合或用數(shù)字顯示，還必須經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路。數(shù)字式傳感器輸出的數(shù)字量，可直接與計(jì)算機(jī)連接或用數(shù)字顯示，讀取方便，抗干擾能力強(qiáng)。任務(wù)2傳感器及其組成三、傳感器的基本特性1.傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。（1）傳感器的線性度（2）傳感器的靈敏度（3）傳感器的分辨力（4）傳感器的遲滯任務(wù)2傳感器及其組成2．傳感器的動(dòng)態(tài)特性所謂動(dòng)態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。任務(wù)2傳感器及其組成四、傳感器的選用原則1．根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型2．靈敏度的選擇3．頻率響應(yīng)特性4．線性范圍5．穩(wěn)定性6．測量精度任務(wù)2傳感器及其組成THANK

YOU謝謝任務(wù)三測量誤差與分析處理知識(shí)目標(biāo)：1.了解測量誤差的表示方法；2.了解測量誤差的來源；3.了解測量誤差的分類。能力目標(biāo)：1.理解減小隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差及剔除粗大誤差的方法；2.掌握測量數(shù)據(jù)的綜合處理。素質(zhì)目標(biāo)：1.學(xué)習(xí)過程中要善于發(fā)現(xiàn)問題，逐步培養(yǎng)解決問題的能力；2.學(xué)習(xí)過程中要培養(yǎng)勤學(xué)苦練，精益求精的工匠精神。任務(wù)三測量誤差與分析處理任務(wù)三測量誤差與分析處理一、測量誤差的表示方法測量值：人們借助專門的測量裝置，通過合適的實(shí)驗(yàn)方法，把被測對象直接或間接地與同類憶知單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，所得結(jié)果就是測量值。測量結(jié)果包括三部分：測量值、測量單位及測量誤差。真值：在一定條件下，被測物理量客觀存在的實(shí)際值稱為真值。真值是一個(gè)理想狀態(tài)下的值，一般來說，是無法精確得到的。測量誤差：測量儀器儀表的測得值與被測量真值之間的差異，稱為測量誤差。測量誤差的表示方法主要有絕對誤差、相對誤差、引用誤差和基本誤差四種。任務(wù)三測量誤差與分析處理1．絕對誤差絕對誤差指測量值與真值之間的差值，它反映了測量值偏離真值的絕對數(shù)值，即式中，

表示絕對誤差；

表示被測量實(shí)際值；

表示被測量真值。任務(wù)三測量誤差與分析處理2.相對誤差相對誤差指絕對誤差與被測量真值之比，用

表示。反映測量值偏離真值的程度。任務(wù)三測量誤差與分析處理3.引用誤差引用誤差指儀器儀表某一刻度點(diǎn)的絕對誤差與儀表滿量程之比。任務(wù)三測量誤差與分析處理4.基本誤差基本誤差是指測量儀器在規(guī)定使用條件下可能產(chǎn)生的最大誤差范圍?；菊`差有時(shí)稱為儀器誤差。它是衡量電子測量儀器質(zhì)量的最重要的指標(biāo)。(1)工作誤差:是在額定工作條件下儀器誤差的極限值，即來自儀器外部的各種影響量和儀器內(nèi)部的影響特性為任意可能的組合時(shí)，儀器誤差的最大極限值。(2)固有誤差:是當(dāng)儀器的各種影響量和影響特性處在基準(zhǔn)條件下時(shí)，儀器所具有的誤差。任務(wù)三測量誤差與分析處理二、測量誤差產(chǎn)生的來源1.外界條件主要指觀測環(huán)境中氣溫、氣壓、空氣濕度和清晰度、風(fēng)力以及大氣折光等因素的不斷變化，導(dǎo)致測量結(jié)果中帶有誤差。2.儀器條件儀器在加工和裝配等工藝過程中，不能保證儀器的結(jié)構(gòu)能滿足各種幾何關(guān)系，這樣的儀器必然會(huì)給測量帶來誤差。3.觀測者的自身?xiàng)l件由于觀測者感官鑒別能力所限以及技術(shù)熟練程度不同，也會(huì)在儀器對中、整平和瞄準(zhǔn)等方面產(chǎn)生誤差。任務(wù)三測量誤差與分析處理三、測量誤差的分類1.系統(tǒng)誤差在相同的觀測條件下，對某量進(jìn)行了n次觀測，如果誤差出現(xiàn)的大小和符號(hào)均相同或按一定的規(guī)律變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差一般具有累積性。系統(tǒng)誤差的分析：(1)所用傳感器、測量儀表或組成元件是否準(zhǔn)確可靠；(2)測量方法是否完善;(3)傳感器或儀表安裝、調(diào)整或放置是否正確合理；(4)傳感器或儀表工作場所的環(huán)境條件是否符合規(guī)定條件；(5)測量者的操作是否正確。任務(wù)三測量誤差與分析處理2.粗大誤差粗大誤差也叫過失誤差。在一定條件下，當(dāng)測量結(jié)果明顯偏離其實(shí)際值時(shí)所對應(yīng)的誤差稱為粗大誤差。這類誤差是由于測量者疏忽大意或環(huán)境條件的突然變化而引起的。粗大誤差的分析：(1)測量人員的主觀原因：操作失誤或錯(cuò)誤記錄；(2)客觀外界條件的原因：測量條件意外改變、受較大的電磁干擾，或測量儀器偶然失效等。任務(wù)三測量誤差與分析處理3.隨機(jī)誤差對某物理量進(jìn)行等精度測量時(shí)，多次測量的誤差的絕對值時(shí)大時(shí)小，符號(hào)時(shí)正時(shí)負(fù)，無確定規(guī)律，這種誤差叫隨機(jī)誤差，又稱偶然誤差。隨機(jī)誤差的分布規(guī)律，可以在大量重復(fù)測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)出來，它符合統(tǒng)計(jì)學(xué)上的規(guī)律性，具有以下的幾個(gè)特點(diǎn)：(1)絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多；(2)絕對值相等的正誤差與負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相等；(3)絕對值很大的誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)很小，可以認(rèn)為在—定的測量條件下，隨機(jī)誤差的絕對值不會(huì)超過一定的界限；(4)隨著測量次數(shù)的無限增加，隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值趨于零。任務(wù)三測量誤差與分析處理四、測量誤差的處理1.系統(tǒng)誤差的處理(1)消除系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的根源。(2)在測量結(jié)果中加修正值。確定出較為準(zhǔn)確的修正公式、修正曲線或修正表格，以便修正測量結(jié)果。(3)在測量過程中采取補(bǔ)償措施。例如：在用熱電偶測溫時(shí)，采用冷端溫度補(bǔ)償器或冷端溫度補(bǔ)償元件來消除由于熱電偶冷端溫度變化所