传感器原理与检测技术第1章

传感器原理与检测技术主讲：刘玉红传感器样例气敏传感器压电式压力传感器温度传感器热电偶超声波传感器课程概述必修课32理论＋

16实验教学任务教学目标介绍传感器与检测技术的基本概念、基本理论，各类传感器的工作原理与特点，以及在各种电量和非电量检测系统中的应用，掌握常用传感器的工程测量设计方法和实验研究方法，了解传感器技术的发展动向。通过理论分析与介绍，结合实验教学，培养学生使用各类传感器的技巧和能力，能够根据工程实际需要选用合适的传感器，具有进行基本工程检测系统分析与设计的能力。实现本课程的教学目标也将有助提高学生的问题分析能力、自主学习能力、综合应用能力以及进行相关检测系统设计工作的专业素养。课程概述内容框架概述传感器的基本特性电阻式电感式电容式压电式磁敏式热电式光电式辐射与波式化学传感器新型传感器(智能、模型、微、网络传感器)参数检测、微弱信号检测、软测量、多传感器数据融合测量不确定度与回归分析自动检测系统传感器技术基础各类传感器原理与应用检测技术检测系统传感器原理与应用课程实验序号实验项目名称实验内容提要实验类型选择类型实验学时1金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验掌握转换电路对传感器灵敏度的影响。验证必做22直流全桥的应用――电子秤实验金属应变计的结构与测量原理，并结合直流输出电桥设计一简单电子秤。设计必做23差动变压器性能、零残及补偿、标定实验了解差动变压器的原理及工作情况，零点残余电压的补偿及其方法，差动变压器测量系统的组成和标定方法验证必做24电容式传感器的位移特性实验电容式传感器的不同结构与测量原理，转换电路的实现，误差主要来源，测量位移的原理与优点。验证必做25压电式传感器振动实验了解压电传感器测量振动的原理和方法。验证必做26直流激励时霍尔式传感器位移特性实验了解霍尔式传感器原理与应用。验证必做27电涡流传感器综合实验了解电涡流传感器的工作原理和特性；不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响；实际应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。综合必做28光纤传感器的位移特性实验了解光纤位移传感器的工作原理和性能。验证必做2教材选用全国60余所高校选作教材，全国1000余所高校选用课程教学资源参考书目陈杰，黄鸿编著，《传感器与检测技术》，高等教育出版社，第一版，2010贾石峰，《传感器原理与传感器技术》，机械工业出版社，2009年黄元庆，《现代传感技术》，机械工业出版社，2008年陈建元，《传感器技术》，机械工业出版社，2008年等等教学考核课程考核由平时成绩（包括考勤、作业、听课、实验）和期末考试成绩2部分组成，分别占课程总成绩的30%和70%。期末考试为闭卷考试，考试范围和要求应符合本教学大纲对各章教学内容的基本要求。第1章概述知识单元与知识点传感器的定义、传感器的共性、传感器的基本功能；传感器的组成；传感器的分类；传感器技术的发展趋势。能力点深入理解传感器的概念；把握传感器的组成、传感器的基本功能和传感器的共性；理解传感器的分类方法；了解传感器技术的发展趋势；会分析不同传感器的类别；会结合生活生产实际举例说明传感器的应用。重难点重点：传感器的定义、组成、分类。难点：传感器技术的发展趋势。信息工程专业内涵信息获取信息处理信息应用信息处理信息传输电子信息通信技术网络技术传输科学从测量开始1.1传感器的定义与组成传感器：能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置“敏感元件”“转换元件”“A

sensorisadevicethatreceivesastimulusandrespondswithanelectricalsignal”传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量转换成电量传感器功能：检测和转换。敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）的元件转换元件则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响应）信息转换为电信号的部分GB/T

7665-2005传感器的组成信号调理电路：常见有放大器、电桥、振荡器、电荷放大器等作用：把来自传感器的信号进行转换和放大（将各种电信号转换成电压、电流或频率等）；进行信号处理（滤波、调制与解调、衰减、运算、数字化等）①区分不明显②输出弱信号1.2传感器的分类按传感器的输入量（即被测参数）进行分类：位移、速度、温度、压力传感器等按传感器的输出量进行分类：模拟式和数字式按传感器的工作原理进行分类：电阻式、电容式、电感式、压电式、磁敏式、热电式、光电式传感器等按传感器的基本效应分类：物理型、化学型、生物型物理传感器按构成进行分类：物性型（敏感材料的物理特性变化，如水银温度计）和结构型（转换元件的结构参数变化，如变极距型电容式传感器）按传感器的能量变换关系进行分类：有源（能量控制型或参量型）、无源（能量变换型或发电型）按传感器所蕴含的技术特征分类：普通传感器与新型传感器问题：根据传感器的不同分类方式，电容式传感器可归入哪些类别？1.3传感器技术的发展传感器性能的改善开展基础理论研究传感器的集成化传感器的智能化传感器的网络化传感器的微型化1.3.1传感器性能的改善差动技术

正反行程误差偏大、偏小的“中和”效应，改善灵敏度、非线性平均技术

减小误差、增大信号量补偿与修正技术

针对传感器本身或测量环境两种情形屏蔽、隔离与干扰抑制

针对恶劣的电磁、温度、湿度、机械振动、气压、声压、辐射、气流等工作环境稳定性处理

针对时间老化、温度老化、机械老化等1.3.2开展基础理论研究寻找新原理

开发新材料

半导体敏感材料陶瓷敏感材料磁性材料智能材料采用新工艺

主要是微细加工技术（离子束、电子束、分子束、激光束、化学蚀刻等探索新功能

多参数的检测、处理与评价1.3.3传感器的集成化两种情况：一是具有同样功能的传感器集成化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，形成一维的线性传感器，从而使一个点的测量变成对一个面和空间的测量。二是不同功能的传感器集成化，即将具有不同功能的传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件，从而使一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数。PTH集成传感器1.3.4传感器的智能化传感器与微处理器的结合：检测、信息处理、逻辑判断、自诊断等作用：提高测量精度增加功能提高自动化程度1.3.5传感器的网络化主要表现为两个方面一是为了解决现场总线的多样性问题，IEEE

1451.2工作组建立了智能传感器接口模块（STIM）标准二是以IEEE

802.15.4（Zigbee）为基础的无线传感器网络技术得以迅速发展1.3.6传感器的微型化MEMS技术的应用，微型传感器发展起来将机械、电子元器件集成在一个基片上主要特征：体积小重量轻功耗低可靠性高课堂讨论试列