传感器技术及应用 课件 项目一　传感器的基础认知

项目一传感器的基础知识

项目一传感器的基础知识项目一传感器的基础知识项目描述：传感器是现代工业发展中不可或缺的，它与现代科学技术的发展密不可分。本项目主要学习传感器的基本知识、特点、作用和组成，以及传感器的发展方向及测量误差等知识。项目目标：了解什么是传感器，掌握传感器的构成及作用，了解传感器的分类及发展方向。掌握测量误差的基本概念与相关误差的计算。任务1

认识传感器知识目标：1.了解生活中的传感器；2.了解传感器的基本作用；3.了解传感器的发展历史及趋势。能力目标：1.能辨别生活中的各类传感器。素质目标：1.培养仔细观察、做好记录的习惯，掌握科学的学习方法；2.学会通过网络查阅资料，养成查阅资料的习惯；3.培养独立思考的习惯和合作学习的精神。任务1

认识传感器任务1

认识传感器一、传感器的定义：

传感器是利用各种物理、化学效应以及生物效应实现非电量到电量转换的装置或器件。传感器在现代科学技术、工农业生产和日常生活中都起着不可替代的作用，是衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志，有极其重要的地位。传感器能够感受外界信息，并将其转换成为电信号，其感受外界信息的过程也称为检测过程。任务1

认识传感器二、传感器在生活中的应用1.传感器在家用电器中的应用

全自动洗衣机通过水位开关与电磁进水阀配合控制进水、排水以及电机通断，从而实现自动控制。电磁进水阀起着通、断水源的作用。脱水时采用压电传感器。任务1

认识传感器2.传感器在智能家居系统中的应用

智能家居是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术，建立一个以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。诸如温度传感器、湿度传感器、烟感探测传感器等。任务1

认识传感器3.传感器在汽车上的应用

随着技术的发展，汽车电子化程度不断提高，车用传感器作为汽车电控系统的关键部件，其优劣直接影响到系统的性能。目前，普通汽车上大约装有几十到近百只传感器，豪华轿车上则更多，这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统中。任务1

认识传感器4.传感器在医疗上的应用

随着医用电子学的发展，仅凭医生的经验和感觉进行诊断的时代将会结束。现在，应用医用传感器可以对人体的表面和内部温度、血压及腔内压力、血液及呼吸流量、肿瘤、血液的分析、脉波及心音、心脑电波等进行高难度的诊断。任务1

认识传感器5.传感器在机器人上的应用

目前，在劳动强度大或危险作业的场所，已逐步使用机器人取代人的工作。一些高速度、高精度的工作，由机器人来承担也是非常合适的。要使机器人和人的功能更为接近，以便从事更高级的工作，要求机器人能有判断能力，这就要给机器人安装物体检测传感器，特别是视觉传感器和触觉传感器，使机器人通过视觉对物体进行识别和检测，通过触觉对物体产生压觉、力觉、滑动感觉和重量感觉。任务1

认识传感器6.传感器在军事领域的应用传感器在军事上的应用极为广泛，可以说无时不用、无处不用，大到星体、两弹、飞机、舰船、坦克、火炮等装备系统，小到单兵作战武器等。任务1

认识传感器三、传感器的发展历史及趋势

1.传感器的发展历史传感器技术的发展大体可分为3代：第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。第二代是固体传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成的。第三代是智能传感器，其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。任务1

认识传感器2.传感器的发展趋势

近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造，而且可导致建立新型工业，是21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的。THANK

YOU谢谢任务2传感器及其组成知识目标：1.了解传感器的基本概念；2.了解传感器的构成及分类；3.了解传感器的基本特性。能力目标：1.能辨别各类传感器的基本结构；2.能辨别一般传感器的选用条件。素质目标：1.培养独立思考的习惯；2.培养小组协调能力和合作学习的精神。任务2传感器及其组成一、传感器的定义及组成

1.传感器的定义根据中华人民共和国国家标准（GB7665——87）规定，传感器的定义是：能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。或者说传感器是利用各种物理、化学效应以及生物效应实现非电量到电量转换的装置或器件。任务2传感器及其组成2.传感器的组成传感器通常由敏感元件、传感元件和测量转换电路构成。任务2传感器及其组成二、传感器的分类1．按工作原理分类按工作原理可分为参量传感器、发电传感器、脉冲传感器及特殊传感器。参量传感器有触点传感器、电阻传感器、电感传感器、电容传感器等。发电传感器有光电池、热电偶传感器、压电式传感器、磁电式传感器等。脉冲传感器有光栅、磁栅、感应同步器、码盘等。特殊传感器不属于以上三种类型的传感器，如超声波探测器、红外探测器、激光检测装置等。任务2传感器及其组成2．按被测量性质分类按被测量性质可分成机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等。机械量传感器检测力、长度、位移、速度、加速度等。热工量传感器检测温度、压力、流量等。成分量传感器检测各种气体、液体、固体化学成分等，如气敏传感器。状态量传感器检测设备运行状态，如由于干簧管、霍尔元件做成的各种接近开关。探伤传感器检测金属制品内部的气泡和裂纹、人体内部器官的病兆等，如超声波探伤探头、CT探测器等。任务2传感器及其组成3．按输出量种类分类按输出量种类可分成模拟式传感器和数字式传感器。模拟式传感器输出与被测量成一定关系的模拟信号，如果需要与计算机配合或用数字显示，还必须经过模/数转换电路。数字式传感器输出的数字量，可直接与计算机连接或用数字显示，读取方便，抗干扰能力强。任务2传感器及其组成三、传感器的基本特性1.传感器的静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。（1）传感器的线性度（2）传感器的灵敏度（3）传感器的分辨力（4）传感器的迟滞任务2传感器及其组成2．传感器的动态特性所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。任务2传感器及其组成四、传感器的选用原则1．根据测量对象与测量环境确定传感器的类型2．灵敏度的选择3．频率响应特性4．线性范围5．稳定性6．测量精度任务2传感器及其组成THANK

YOU谢谢任务三测量误差与分析处理知识目标：1.了解测量误差的表示方法；2.了解测量误差的来源；3.了解测量误差的分类。能力目标：1.理解减小随机误差、系统误差及剔除粗大误差的方法；2.掌握测量数据的综合处理。素质目标：1.学习过程中要善于发现问题，逐步培养解决问题的能力；2.学习过程中要培养勤学苦练，精益求精的工匠精神。任务三测量误差与分析处理任务三测量误差与分析处理一、测量误差的表示方法测量值：人们借助专门的测量装置，通过合适的实验方法，把被测对象直接或间接地与同类忆知单位的标准量进行比较，所得结果就是测量值。测量结果包括三部分：测量值、测量单位及测量误差。真值：在一定条件下，被测物理量客观存在的实际值称为真值。真值是一个理想状态下的值，一般来说，是无法精确得到的。测量误差：测量仪器仪表的测得值与被测量真值之间的差异，称为测量误差。测量误差的表示方法主要有绝对误差、相对误差、引用误差和基本误差四种。任务三测量误差与分析处理1．绝对误差绝对误差指测量值与真值之间的差值，它反映了测量值偏离真值的绝对数值，即式中，

表示绝对误差；

表示被测量实际值；

表示被测量真值。任务三测量误差与分析处理2.相对误差相对误差指绝对误差与被测量真值之比，用

表示。反映测量值偏离真值的程度。任务三测量误差与分析处理3.引用误差引用误差指仪器仪表某一刻度点的绝对误差与仪表满量程之比。任务三测量误差与分析处理4.基本误差基本误差是指测量仪器在规定使用条件下可能产生的最大误差范围。基本误差有时称为仪器误差。它是衡量电子测量仪器质量的最重要的指标。(1)工作误差:是在额定工作条件下仪器误差的极限值，即来自仪器外部的各种影响量和仪器内部的影响特性为任意可能的组合时，仪器误差的最大极限值。(2)固有误差:是当仪器的各种影响量和影响特性处在基准条件下时，仪器所具有的误差。任务三测量误差与分析处理二、测量误差产生的来源1.外界条件主要指观测环境中气温、气压、空气湿度和清晰度、风力以及大气折光等因素的不断变化，导致测量结果中带有误差。2.仪器条件仪器在加工和装配等工艺过程中，不能保证仪器的结构能满足各种几何关系，这样的仪器必然会给测量带来误差。3.观测者的自身条件由于观测者感官鉴别能力所限以及技术熟练程度不同，也会在仪器对中、整平和瞄准等方面产生误差。任务三测量误差与分析处理三、测量误差的分类1.系统误差在相同的观测条件下，对某量进行了n次观测，如果误差出现的大小和符号均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。系统误差一般具有累积性。系统误差的分析：(1)所用传感器、测量仪表或组成元件是否准确可靠；(2)测量方法是否完善;(3)传感器或仪表安装、调整或放置是否正确合理；(4)传感器或仪表工作场所的环境条件是否符合规定条件；(5)测量者的操作是否正确。任务三测量误差与分析处理2.粗大误差粗大误差也叫过失误差。在一定条件下，当测量结果明显偏离其实际值时所对应的误差称为粗大误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。粗大误差的分析：(1)测量人员的主观原因：操作失误或错误记录；(2)客观外界条件的原因：测量条件意外改变、受较大的电磁干扰，或测量仪器偶然失效等。任务三测量误差与分析处理3.随机误差对某物理量进行等精度测量时，多次测量的误差的绝对值时大时小，符号时正时负，无确定规律，这种误差叫随机误差，又称偶然误差。随机误差的分布规律，可以在大量重复测量数据的基础上总结出来，它符合统计学上的规律性，具有以下的几个特点：(1)绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多；(2)绝对值相等的正误差与负误差出现的机会相等；(3)绝对值很大的误差出现的机会很小，可以认为在—定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的界限；(4)随着测量次数的无限增加，随机误差的算术平均值趋于零。任务三测量误差与分析处理四、测量误差的处理1.系统误差的处理(1)消除系统误差产生的根源。(2)在测量结果中加修正值。确定出较为准确的修正公式、修正曲线或修正表格，以便修正测量结果。(3)在测量过程中采取补偿措施。例如：在用热电偶测温时，采用冷端温度补偿器或冷端温度补偿元件来消除由于热电偶冷端温度变化所