学习传感器与检测技术概述

传感器原理及应用

（自动检测技术/非电量测量技术）一、本课程的专业地位：专业必修课。二、本课程的主要内容1、传感器、测量及误差的基本知识；2、常用传感器的原理、结构、测量电路及应用；3、传感器在工程检测中的应用。三、课程要求1、掌握传感器、测量及误差的基本理论；2、掌握常用传感器的基本原理、结构、特点、基本测量电路及应用；3、学会工程中常见的非电量测量方法，了解传感器在工程检测中的应用方法；4、学会分析和设计传感器的应用电路。四、课程特点综合性：传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术；零散性：各章内容之间没有前后因果关系；应用性：重点掌握各种传感器的应用方法。五、参考资料《传感器与检测技术》朱自勤机械工业出版社《传感器原理及工程应用》郁有文西安电子科技大学出版社《传感器原理及应用》王化祥天津大学出版社《传感器原理及应用》王雪文北京航空航天大学出版社《传感器原理及其应用手册》孙宝元机械工业出版社《非电量检测技术》严钟豪机械工业出版社《现代传感技术》魏文广东北大学出版社《传感器技术》信息产业部电子第四十九研究主办《光电子技术与信息》中国科学院安徽光学精密机械研究所、中国光学学会光电技术专业委员会主办《激光与红外》华北光电技术研究所主办《仪表技术与传感器》沈阳仪器仪表研究所主办仪器仪表网（http://www.china_）仪器商城网（）传感器网（http://www.S）传感器技术（）中国传感器（

）中国工控网（http://www.）中国机器人网（.)电子设计应用（http://www.）电子产品世界（http://www.）第1章传感器与检测技术概述1.1传感器的概念、组成和分类1.2传感器的基本特性返回主目录第1章传感器与检测技术的理论

基础

1.1传感器的概念、组成和分类

一、传感器的概念、组成与应用1、现代信息技术的三大要素：信息获取————传感器技术信息传输————通信技术信息处理————计算机技术在工程实践和科学试验中，信息采集的主要含义是测量——————取得测量数据。2、测量的概念测量是人类对自然界客观事物获得数量观念的一种认识过程，即借助于专门设备，求出被测量的数值大小。3、测量的分类电子测量————电子测量仪器；非电量测量—————传感器；4、自动测量系统的组成图1－1自动测量系统组成5、自动测量技术的作用以电子技术、传感器技术、计算机技术为基础的自动测量技术，是衡量一个国家科技水平的重要标志之一。而传感器是测量系统的第一个环节，它能否获得信息和获取信息的正确与否，关系到整个测量系统的精确度，传感器的性能在很大程度上决定着整个信息技术的性能，因此世界各国都将传感器技术列为重点发展的新技术。6、传感器的定义（GB7665-87)

能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

7、传感器的组成

通常传感器由敏感元件和转换（传感）元件组成。传感器组成框图如图1-2所示。

图1-2传感器组成框图

敏感元件：直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其它量的元件。传感元件：又称转换元件/转换器。能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件。信号调节与转换电路/测量电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理、和控制的有用电信号的电路。敏感元件传感元件压力传感器示例8、传感器的应用领域（1）机械制造业：智能机械：数控机床、加工中心、机器人等（2）工业过程检测与控制：石油、化工、电力、冶金等行业中热工工艺参数检测和控制；（3）汽车：车速、里程、燃油、排气、车灯、关门、防盗、防撞等；（4）环保：有毒、有害、易燃、易爆气体检测，重金属、污水检测，防酒后驾车等；（5）医疗卫生：血压、心音、脉搏检测，心脏监护仪、彩超、核磁共振等；（6）航空航天：卫星、火箭、飞船、外星探测器等；（7）国防工业：飞机、导弹、雷达、智能化电子武器等；（8)家用电器：空调、洗衣机、电冰箱、微波炉、电饭煲、电熨斗、安全报警器等。

传感器的主要应用信息处理电信电话科技测试设备控制交通控制输电系统机床机器人家用电器照相机汽车飞机船舶气象海洋环境污染医疗防火光能利用热能利用土木建筑农林机械能利用货币金融食品111551101034736598161277834313147111707693612621242014需要量

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程。通常建立24小时在线监测系统。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。自动检测与自动控制系统在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂时，必须对其性能质量检测。

图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量机床加工精度测量汽车与传感器

高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要30～100种传感器。传感器与家用电器

自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院

全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度)液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。指纹传感器透光率传感器鼠标:光电位移传感器摄象头:CCD传感器PC机中的测试技术应用软驱:速度,位置伺服麦克风:电容传声器楼宇控制与安全防护

为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。

图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器人体探测器

机械手、机器人中的传感器:转动/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。

传感在机器人上的应用密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗机器人服务员沙漠机器人

超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器，货品识别。香港理工AGV模型AGV自动送货车

自动导引运输车（AutomatedGuidedVehicle）

AGV自动送货车

2003年9月，全球现场直播埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘进程，可能揭开古埃及金字塔内部结构之谜。一个小机器人通过了埃及最大的金字塔内一条狭窄的通道，试图揭开4600年前的秘密。它的探秘之行以发现了又一道封闭的石门而告终。图坦卡蒙的诅咒“不论是谁骚扰了法老的安宁，死神之翼将在它的头上降临。”小机器人挑战法老咒语，代替科学家勇探胡夫金字塔内部秘道。“金字塔漫游者”，5×1×1，地面探测雷达、超声波传感器（测石头厚度）。传感器在生物医学上的应用医学

对人体的健康状况进行诊断需要进行多种生理参数的测量。国内已经成功地开发出了用于测量近红外组织血氧参数的检测仪器。人类基因组计划的研究也大大促进了对酶、免疫、微生物、细胞、NA、RNA、蛋白质、嗅觉、味觉和体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏等传感器的研究。光纤流速传感器荧光材料制作的电子鼻传感器生物酶血样分析传感器热/光电量传感器与航空及航天飞行器：控制在预定轨道上速度、加速度、飞行距离测量、周围环境、内部设备监控、本身状态参数的测量。陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感器传感器与环境保护

保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于污水流量、PH值、电导、浊度、COD、BOD、TP、TN、矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、SO2、NO、O3、CO等参数测量的传感器，这些传感器中大多数亟待开发。NOXNO+NO2dustsootH2SH2OHC

C-totalCO2

COO2

HCNHClHFNH3

SO2

烟尘浊度测量红外线分布差异矿藏埋藏地区传感器与遥感技术微波红外接收传感器传感器在军事技术领域的应用

先进的科学技术总是最先被应用于战争。以坦克、飞机、军舰为标志的作战平台是传统的主战兵器，各类传感器不过是配属的保障设施。

海湾战争中，伊拉克在科威特战区部署了4280辆坦克，多国部队只有3800辆坦克。但结果是伊拉克的坦克89％被毁，而多国部队的坦克仅损失20辆。这种悬殊的损毁比，正是由于双方信息优势及精确制导武器方面的明显差距造成的。智能武器"把巨大的杀伤力和极高的精确性相结合，将会使军事机构思考未来战争的方式发生革命"。高技术常规武器成为比核武器更可靠的手段，"打了不用管"的制导炮弹能像导弹那样捕捉和跟踪目标，射程远，威力大，价格低，命中率高，具有子母弹的打击