集美大学机械工程传感器第1章绪论

1、第1章 绪论,1.1 测试技术概述和任务 1.2 传感器的定义、组成及分类 1.3 传感器与测试技术的作用 1.4 本课程的主要研究内容与要求 1.5 本课程的特点与学习方法 1.6 成绩评定,1.1 测试技术概述,1.1.1 测试的基本概念和任务 测量是指以确定被测对象属性量值为目的的全部操作； 试验是对未知事物的探索认识过程； 因此，测试是试验和测量的综合，是具有试验性质的测量，具有探索、分析、研究的特征。,测试的目的就是获取信息，而信息的载体就是信号。 因此测试的任务可以概括为发现与各种信息相对应的信号表现形式，以及信息、信号之间的定性、定量关系；在不同环境下寻求最佳的信号获取、变换、处

2、理、存储、传输、指示记录等方法、手段和设备。,1.3 传感器与测试技术的作用,测试是科学研究的基础 工程技术领域必须依靠传感器与测试技术,测试技术与控制技术相结合的测控技术、计算机技术和通信技术被称为是信息技术的三大支柱。,促进国民经济各部门的技术进步 丰富和美化人民生活,航天,农业,交通,医学,产品质量测量,汽车扭矩测量,机床加工精度测量,生产加工过程监测,数字化工厂,切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。,长江三峡工程大坝混凝土浇注施工机械防碰撞问题,问题及解决方法： （1）怎样测量角度、位移 以及施工机械关键部 位的空间相对位置？ （2） 信号如何传输？

3、（3） 多传感器信息融 合处理（fusion)？ （4） 设备的管理、调度 和控制,传感器技术,信息处理技术,计算机等技术,鼠标:光电位移传感器,摄像头:CCD传感器,麦克风:电容传声器,声卡:A/D卡 + D/A卡,软驱:速度,位置伺服,声位笔:超声波传感器,1.1.2 被测量的分类,1、电量 电流、电压、功率、电阻、电容、电感、相位、增益、电场强度等。,2、非电量 1）机械量：位移、振动、速度、加速度、力、力矩等 2）热工量：温度、压力、流量 、比热容、液位等 3）物性和成分量：酸碱度、盐度、湿度、密度等 4）状态量：颜色、裂纹、透明度、磨损度等,非电量测量技术：利用传感器将被测非电量变换

4、成电量，然后用电量的测量技术来测量。,1.1.3 测试系统的组成,U, I R,L,C,传感器,信号调理 电路,记录、显示 仪器,U ,I,被测信号（非电量）,测试系统的一般组成,观测者,传感器（非电量电量 ） 用来感受被测信号，并将被测信号转换为适合于系统后续处理的电信号。,信号调理电路（电量电量 ） 对传感器的输出信号作进一步加工处理，以便于传输、显示、记录以及后续进一步处理（如相关分析、频谱分析等），通常包括调制解调、A/D转换、滤波、放大等。,记录、显示仪器 将所测得的信号变为能为人们所理解的形式，以供观察和分析。,测试包括两种类型： 静态测试 测试信号不随时间改变，或相对时间其变化非

5、常缓慢，可以忽略不计的测试过程。 动态测试 测试信号随时间变化很快的测试过程。,1.2 传感器的定义、组成及分类,1.2.1 传感器的定义,传感器：是将被测的某一物理量（或信号）按一定规律转换为另外一种（或同种）与之有确定对应关系的、便于应用的物理量（或信号）输出的装置。传感器又称为变换器，检测器或探测器等。,1.2.2 传感器的组成,敏感元件,传感（转换）元件,信号调理电路,辅助电源,被测量,电量,敏感元件：直接感受被测量（一般为非电量），并输出与被测量成确定关系的其它量（也可能为电量）的元件。,传感（转换）元件：一般情况下它不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。,M

6、,a,应变片,敏感元件,传感元件,(aF),(F R),1.2.3 传感器的分类,2、按工作原理分：1）电参量(R、C、L)式；2）压电式；3）磁电式；4）光电式；5）气电式；6）热电式；7）射线式；8）波式；9）半导体式；10）其它原理传感器；,1、按被测量分：位移、温度、振动、压力传感器等。,3、按能源分：能量转换型和能量控制型。 有源传感器 将非电功率转换为电功率，传感器起能量转换作用，如磁电、压电、热电式传感器。 无源传感器 被测量仅对传感器中的能量起控制作用，因此必须有辅助电源，如电容、电感、电阻式传感器。,4、按结构性质分：结构型和物性型。 传感器的工作原理是基于各种效应、反应和物

7、理现象的。 结构型 依靠传感器的结构参数变化而实现信号转换，如电容、电感式传感器等。 物性型 利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应来感受被测量，并将其转换为可用电信号，如光电、压电、霍尔式传感器等。,1.4 本课程的主要研究内容与要求,1、研究内容：课程主要介绍测试系统的基本特性、测试数据的处理方法、传感器的原理、典型参量的测量以及现代检测技术等内容。 2、要求：通过本课程学习，学生应掌握测试技术的基本理论，熟练掌握各类典型传感器的基本原理，了解传感器与测试技术在工程测试中的应用以及传感器技术的最新发展趋势，初步具有组建测试系统的能力，为从事有关测试技术工作打下良好的基础。,1.5 本课程的特点及学习方法,发展快,理论性强：原理、特性、应用。,工具性 -主要是“用”电量仪，不是“搞”电量仪，应能达到的基本要求是“选得准，用得好”。,边缘性,特点：,学习方法：,课前；课堂；课后；答疑；实验。,参考文献 1范云霄，刘桦 测试技术与信号处理中国