现代检测技术1绪论

1、自动检测技术自动检测技术主讲：主讲：王冬丽（工科楼S415） QQ190717459成绩评定 平时成绩20分； 实验成绩10分；(12月18日） 期末考试70分。(17周）课程性质：专业基础课（必修） 电饭煲为什么能自动加热和保温而不会使饭烧焦？电饭煲为什么能自动加热和保温而不会使饭烧焦？ 电冰箱、空调为什么可以自动控制电机的运转而保持恒温？电冰箱、空调为什么可以自动控制电机的运转而保持恒温？ 全自动洗衣机为什么可以自动完成洗衣过程？全自动洗衣机为什么可以自动完成洗衣过程？ 电梯门为什么不夹人？电梯门为什么不夹人？ 自动门为什么会自动开启？自动门为什么会自动开启？ 怎

2、样实现自动通风、自动喷水、自动报警？怎样实现自动通风、自动喷水、自动报警？ 检测技术检测技术传感器原理传感器原理电容式传感器电阻式传感器电压式传感器磁电式传感器压电式传感器霍尔传感器数字式传感器新型传感器多传感器融合软测量技术传感器网络课程主要内容课程主要内容检测仪表的工作原理、结构、主检测仪表的工作原理、结构、主要参数、检测电路及其典型应用要参数、检测电路及其典型应用基础知识基础知识概述发展趋势基本特性误差分析自动检测技术如何学好本门课程 注意理解各种传感器的工作原理、数学注意理解各种传感器的工作原理、数学模型模型 掌握各种传感器的应用范围掌握各种传感器的应用范围 多看应用性的文章多看应用性

3、的文章 养成养成课堂认真听讲课堂认真听讲并并作笔记作笔记的好习惯，的好习惯，课后课后独立按时独立按时完成作业、适时归纳总结完成作业、适时归纳总结1 仪表技术与传感器仪表技术与传感器 http:/www.i-2 传感器世界传感器世界 http:/3 中国传感器中国传感器 http:/4 传感器技术传感器技术 http:/www.sensor-5 21IC中国电子网中国电子网 http:/6 传感技术学报传感技术学报 http:/7传感器资讯网传感器资讯网 http:/参考网站传感器的重要性与应用传感器的重要性与应用1.2检测系统的概念和组成检测系统的概念和组成1.11.2传感器的分类和命名法传感

4、器的分类和命名法1.3传感器开发的新趋势传感器开发的新趋势 1.4第1章 绪论一、传感器的定义一、传感器的定义定义： 能把外界非电信息转换成电信号输出的器件或装置。 国家标准传感器通用术语中：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。1.1 检测系统的概念和组成检测系统的概念和组成1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性与应用范围传感器的重要性与应用范围1.3 传感器的分类和命名法传感器的分类和命名法1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的定义传感器的定义传感器的组成传感器的组成传感器传感器来自外界来自外界的信号的信号电信号电

5、信号其包含以下几个方面的意思：传感器是测量装置，能完成检测任务它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等输出量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电，但主要是电量。输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性与应用范围传感器的重要性与应用范围1.3 传感器的分类和命名法传感器的分类和命名法1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的定义传感器的定义传感器的组成传感器的组成二、传感器的组成二、传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件、敏感元件、转换元件、电子线路电子线路三部分组成：

6、 电量电量被测量被测量 敏感元件敏感元件转换转换元件元件电子线路电子线路注：有的书上不包括虚线后部分1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性与应用范围传感器的重要性与应用范围1.3 传感器的分类和命名法传感器的分类和命名法1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的定义传感器的定义传感器的组成传感器的组成敏感元件（敏感元件（Sensitive element）：直接响应于被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量。转换元件（转换元件（Transduction element）或传感元件：）或传感元件：以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。电子

7、线路（电子线路（Electronic circuit）或转换电路：）或转换电路：将转换元件的电路参数接入转换电路，进行变换和处理，使之成为便于显示、记录、传输或处理的可用电信号。1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性与应用范围传感器的重要性与应用范围1.3 传感器的分类和命名法传感器的分类和命名法1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的定义传感器的定义传感器的组成传感器的组成详见课本P4有些传感器很简单，仅由一个敏感元件（兼作转换元件）组成，它感受被测量时直接输出电量。如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路。有些传感器，转换元

8、件不止一个，要经过若干次转换。1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性与应用范围传感器的重要性与应用范围1.3 传感器的分类和命名法传感器的分类和命名法1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的定义传感器的定义传感器的组成传感器的组成“没有传感器就没有现代科学技术没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。种信

9、息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。Mendelyeev,Dmitry Ivanovich 科学仅仅是在人们懂得了测量才开始的科学仅仅是在人们懂得了测量才开始的 门捷列夫1.2 传感器的重要性与应用范围传感器的重要性与应用范围1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性与应用范围传感器的重要性与应用范围1.3 传感器的分类和命名法传感器的分类和命名法1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的重要性传感器的重要性传感器的应用传感器的应用人通过五官（视、听、嗅、味、触）接受外界的人通过五官（视、听、嗅、味、触）接受外界的信息，经过大脑的思维（信息处理）

10、，作出相应信息，经过大脑的思维（信息处理），作出相应的动作。的动作。而用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，而用计算机控制的自动化装置来代替人的劳动，则可以说电子计算机相当于人的大脑（一般俗称则可以说电子计算机相当于人的大脑（一般俗称电脑），而传感器则相当于人的五官部分（电脑），而传感器则相当于人的五官部分（“电电五官五官” ）。）。1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性与应用范围传感器的重要性与应用范围1.3 传感器的分类和命名法传感器的分类和命名法1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的重要性传感器的重要性传感器的应用传感器的应用身体与机器

11、人的对应关系1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性与应用范围传感器的重要性与应用范围1.3 传感器的分类和命名法传感器的分类和命名法1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的重要性传感器的重要性传感器的应用传感器的应用一、传感器的重要性一、传感器的重要性作为人脑的一种模拟的电子计算机的发展极为迅速，可是起五种感觉模拟作用的传感器却发展很慢，因而如果不进行传感器的开发，现在的电子计算机将不能适应实际需要。现代社会要求传感器、电子计算机和执行器三者都能相互协调才行。1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性与应用范围

12、传感器的重要性与应用范围1.3 传感器的分类和命名法传感器的分类和命名法1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的重要性传感器的重要性传感器的应用传感器的应用二、传感器的应用：二、传感器的应用：传感器技术在工业自动化、军事国防和以宇宙开发、海洋开发为代表的尖端科学与工程等重要领域有广泛应用。同时，它正以自己的巨大潜力，向着与人们生活密切相关的方面渗透；生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器、智能家居等方面的传感器已层出不穷，并在日新月异地发展。1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性和应用范围传感器的重要性和应用范围1.3 传感器的分类和命

13、名法传感器的分类和命名法1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的重要性传感器的重要性传感器的应用传感器的应用工业自动化工业自动化机械手、机器人中的传感器机械手、机器人中的传感器 转动转动/ /移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。 在各种自动控制系统中，检测环节起着系统感官的作用，是其重在各种自动控制系统中，检测环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。要组成部分。密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型广州中

14、鸣数码的机器狗广州中鸣数码的机器狗流程工业设备运行状态监控流程工业设备运行状态监控在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立程。通常建立2424小时在线监测系统。小时在线监测系统。 石化企业输石化企业输油管道、储油管道、储油罐等压力油罐等压力容器的破损容器的破损和泄漏检测和泄漏检测扬子石化扬子石化50MW热电机组监测系统热电机组监测系统阳逻电厂阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统汽轮机组监测系统荆门电厂荆门电厂200MW机组监测系统机组监测系统青山热电厂生产信息实时查询系统青

15、山热电厂生产信息实时查询系统沙角电厂生产信息实时查询系统沙角电厂生产信息实时查询系统宝钢宝钢30KW以上风机监测系统以上风机监测系统宝钢精轧宝钢精轧F2轧机网络化监测系统轧机网络化监测系统宝钢冷轧带钢振动纹监测系统宝钢冷轧带钢振动纹监测系统武钢风机状态监测系统武钢风机状态监测系统产品质量测量产品质量测量 在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。其性能质量进行测量和出厂检验。 汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床加工精度测量 汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容汽车传

16、感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容; ; 普通轿车：约安装普通轿车：约安装几十到近百只几十到近百只传感器，传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达豪华轿车：传感器数量可多达二百余只二百余只。 指纹传感器指纹传感器鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器PCPC机中的检测技术应用机中的检测技术应用声卡声卡:A/D卡卡 + D/A卡卡麦克风麦克风:电容传声器电容传声器烟雾传感器烟雾传感器亮度传感器亮度传感器人体探测器人体探测器 光纤流速传感器光纤流速传感器荧光材荧光材料制作料制作的电子的电子鼻传感鼻传感器器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器热热/

17、光光电量电量“阿波罗阿波罗10”：火箭部分火箭部分-2077个传感器个传感器飞船部分飞船部分-1218个传感器个传感器检测参数检测参数-加速度、温度、压力、加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、振动、流量、应变、 声学等声学等神州飞船：神州飞船：185台（套）仪器装置台（套）仪器装置美军研制的未来单兵作战武器美军研制的未来单兵作战武器-OICW 夜视瞄准系统夜视瞄准系统：非冷却红外传感器技术：非冷却红外传感器技术激光测距仪激光测距仪：可精确的定位目标。在发射：可精确的定位目标。在发射20mm20mm高爆弹时，激光测距仪可将高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以精

18、确的设定引爆时间。目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以精确的设定引爆时间。NOX NO + NO2dust sootH2SH2OHC C-totalCO2 COO2 HCN HCl HF NH3 SO2 烟尘浊度测量烟尘浊度测量农业农业一、传感器的分类一、传感器的分类传感器种类繁多，目前常用的分类有两种：以被测量来分以被测量来分以传感器的原理来分以传感器的原理来分1.3 传感器的分类和要求传感器的分类和要求1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性和应用范围传感器的重要性和应用范围1.3 传感器的分类和一般要求传感器的分类和一般要求1.4 传感器发展

19、新趋势传感器发展新趋势传感器的分类传感器的分类传感器的一般要求传感器的一般要求被测量类别被 测 量热工量 温度、热量、比热；压力、压差、真空度；流量、流速、风速机械/几何量 位移（线位移、角位移），尺寸、形状；力、力矩、应力；重量、质量；转速、线速度；振动幅度、频率、加速度、噪声 按被测量来分类按被测量来分类1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性和应用范围传感器的重要性和应用范围1.3 传感器的分类和一般要求传感器的分类和一般要求1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的分类传感器的分类传感器的一般要求传感器的一般要求被测量类别被 测 量物性和成分

20、量 气体化学成分、液体化学成分；酸碱度（PH值）、盐度、浓度、粘度；密度、比重状态量 颜色、透明度、磨损量、材料内部裂缝或缺陷、气体泄漏、表面质量 1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性和应用范围传感器的重要性和应用范围1.3 传感器的分类和一般要求传感器的分类和一般要求1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的分类传感器的分类传感器的一般要求传感器的一般要求电阻式，光电式（红外式、光导纤维式），电感式，谐振式，电容式，霍尔式（磁式），阻抗式（电涡流式），超声式，磁电式，同位素式，热电式，电化学式，压电式，微波式 按传感器的原理来分类按传感器的原理

21、来分类1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性和应用范围传感器的重要性和应用范围1.3 传感器的分类和一般要求传感器的分类和一般要求1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的分类传感器的分类传感器的一般要求传感器的一般要求二、传感器的一般要求二、传感器的一般要求足够的量程传感器的工作范围或量程足够大；具有一定的过载能力。灵敏度高，精度适当即要求其输出信号与被测信号成确定的关系（通常为线性），且比值要大；传感器的静态响应与动态响应的准确度能满足要求。1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性和应用范围传感器的重要性和

22、应用范围1.3 传感器的分类和一般要求传感器的分类和一般要求1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的分类传感器的分类传感器的一般要求传感器的一般要求响应速度快，工作稳定，可靠性好。使用性和适应性强体积小，重量轻，动作能量小，对被测对象的状态影响小；内部噪声小而又不易受外界干扰的影响；其输出力求采用通用或标准形式，以便与系统对接。使用经济成本低，寿命长，且便于使用、维修和校准。1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性和应用范围传感器的重要性和应用范围1.3 传感器的分类和一般要求传感器的分类和一般要求1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势传感器的分

23、类传感器的分类传感器的一般要求传感器的一般要求三、传感器的命名法三、传感器的命名法pp51.4 传感器技术的发展趋势传感器技术的发展趋势传感器的开发方向,大致分为如下四个方面：向检测范围挑战。集成化，多功能化。向未开发的领域挑战生物传感器。智能传感器（Smart sensor）/网络1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性和应用范围传感器的重要性和应用范围1.3 传感器的分类和一般要求传感器的分类和一般要求1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势向检测范围挑战向检测范围挑战集成化、多功能化集成化、多功能化向未开发的领域挑战向未开发的领域挑战智能传感器智能传

24、感器/网络网络向检测范围挑战：传感器的量子化 传感器的极限检测范围大多取决于量子力学效应。其比较典型的例子是利用核磁变振吸收的磁传感器以及利用约瑟夫效应的磁传感器。1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性和应用范围传感器的重要性和应用范围1.3 传感器的分类和一般要求传感器的分类和一般要求1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势向检测范围挑战向检测范围挑战集成化、多功能化集成化、多功能化向未开发的领域挑战向未开发的领域挑战智能传感器智能传感器/网络网络集成化，多功能化：向敏感功能装置发展 传感器的集成化，最近积极地应用了半导体集成电路技术及其开发思想。1.1 检测系统的基本概念和组成检测系统的基本概念和组成1.2 传感器的重要性和应用范围传感器的重要性和应用范围1.3 传感器的分类和一般要求传感器的分类和一般要求1.4 传感器发展新趋势传感器发展新趋势向检测范围挑战向检测范围挑战集成化、多功能化集成化、多功能化向未开发的领域挑战向未开发的领域挑战智能传感器智能传感器/网络网络向未开发的领域挑战：到目前为止，正大