传感器课件_第1章2016.ppt

1、1.第一章是传感器的基本理论，传感器和传感器技术在传感器应用领域中的作用，传感器分类的定义和组成，传感器技术的特点，传感器的需求、水平和现状以及传感器技术的发展趋势。什么是传感器？为了研究自然现象和制造劳动工具，人类必须从外部了解各种信息。表征物质特性或其运动形式的参数很多，根据物质的电特性可以分为电量和非电量。非电不能用一般的电器和电子仪器直接测量。非电量需要转换成与非电量相关的电量，然后进行测量。实现这种转换技术的设备称为传感器。传感器是根据一定的规则(中华人民共和国国家标准GB7665-87)用于感测被测非电量并将其转换成电信号的装置或装置。具有不同属性的非电信号需要不同类型的传感器。在

2、抗击非典和非典的过程中，许多公共场所都使用了非接触式红外温度计。测温时间小于0.5 s，分辨率达到0.15。传感器的应用范围很广，从航空航天、航空、武器、船舶、交通运输、冶金、机械、电子、化工、轻工、能源、环保、煤炭、石油、医疗保健、生物工程、航天开发等领域到农业、林业、畜牧业和辅助工业，换句话说，传感器已经应用到几乎每一个领域。在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备的运行状态关系到整条生产线的流程。通常建立24小时在线监测系统。石油化工企业输油管道、储油罐等压力容器的损坏和泄漏检测。1。自动检测和控制系统，7，8。传统：行驶速度、距离、发动机转速、燃油剩余量等。安全性：安全气囊系

3、统、防盗装置、防滑控制系统、防抱死装置、电子调速装置、汽车“黑匣子”等。环保：排气循环装置、电子燃油喷射装置等。2、汽车、9、10、3、家用电器、通讯和文具、微波炉、电磁炉、煤气炉、电饭锅、电子热水器、饮水机、真空吸尘器、空气干燥器、电熨斗、加湿器、电风扇、空调、洗衣机、洗碗机、消毒柜、冰箱、照相机、摄像机、电视、录像机、家庭影院等等。自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器、衣物质量传感器、水温传感器、水质传感器、透光率传感器(洁净度)、液位传感器和电阻传感器(衣物干燥检测)。12、指纹传感器、透光率传感器、13、鼠标：光电位移传感器、摄像头：电荷耦合器件传感器、14、点读笔：光电传感器、麦克风

4、：电容麦克风、15、软驱：速度、位置伺服、16、4、楼宇控制和安全保护，为了使楼宇安全、健康、舒适，许多测试技术已经应用于楼宇，如入侵监测、空气监测、温度监测和电梯运行状态。离子感烟探测器，明火探测器，17，显示了一个公司的楼宇自动化系统。该系统分为电源管理、安全监控、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。机器人、工业机器人：用于生产(加工、装配和检验)的自动机械类型。19、汽车焊接机器人、仓库机器人、汽车涂装机器人(简称AGV)，是指装备有电磁或光学自动引导装置的运输车辆，其能够沿着规定的引导路径行进，并具有安全保护和各种载荷传递功能，例如，工业应用中的无驾驶员运输车辆。它包

5、括的传感器有：超声波测距传感器，判断建筑物中人和物的位置；红外颜色传感器(运动轨迹)和自动导向小车位置识别；条形码传感器，商品识别。香港理工大学AGV模型，AGV自动送货车，20，AGV自动送货车，21，智能机器人：能力判断，日本喂食机器人，美国爆炸物处理机器人，日本救援机器人，日本丰田机器人乐队，22，日本厨师机器人，德国仿人机器人泡制速溶茶，23，日立新机器人服务员，韩国机器人艺术家，中国科学院机器人会唱歌跳舞，哈尔滨工业大学仿人残疾人假肢手，24，美国宇航局机器人修复太空设备， 美国宇航局探测机器人，美国排雷机器人，月球车，25，“勇气号”火星探测器，2003年6月10日发射，2004年

6、1月3日降落在火星表面。 根据最初的设计，工作寿命只有三个月。勇气长1.6米，宽2.3米，高1.5米，重174公斤。2006年2月21日，勇气号将其机械臂伸入火星表面的一条浅沟中，寻找那里有水的线索。3月5日，勇气号首次发现火星上存在水的证据。它在一块叫做“汉弗瑞”的岩石上钻了一个洞。在分析了矿物成分后，科学家们认为水在岩石形成过程中或形成之初就渗入了岩石，矿物随水进入岩石，形成晶体并留在岩石内部。好奇号火星探测器于2011年11月发射，并于2012年8月成功着陆火星表面。2012年8月19日，它用机械臂末端的钻头在火星表面钻了一个基岩样本，这是首次通过钻孔获得火星岩石样本。着陆后，地面控制人

7、员将指示好奇号使用携带的科学设备分析样品及其矿物和化学成分，以确定火星上是否有水，是否有或曾经有过适合生命的环境。2016年3月4日，在中国人民政治协商会议全国委员会期间，卫星专家透露，中国将于2020年发射火星探测器，并于2021年登陆火星。28，“邓肯”号机器人用于泰坦尼克号的水下探测，采矿机器人，美国“水下龙虾”机器人，沙漠机器人，29，5，医学，医学传感器：人体内部温度，血液，呼吸流量，肿瘤，心音，腔内压力，心脏和脑波等。人类健康的诊断需要测量各种生理参数。我国研制成功了一种近红外组织血氧参数测量仪。人类基因组计划的研究极大地促进了酶、免疫、微生物、细胞、脱氧核糖核酸、核糖核酸、蛋白质

8、、气味、味道和体液成分以及诸如血气、血压、血流和脉搏等传感器的研究。在医学上，医生用双手控制操作杆，手的运动被传递到机械臂的末端来完成操作。机器人的内腕比人手小，可以在狭小的空间内以不同的角度工作；它可以消除医生的手抖动，从而提高操作的准确性和稳定性，是一种新型的主从式远程操作模式。使操作者在轻松的环境中工作，减少疲劳，更加集中注意力；患者创伤小，术后恢复快，愈合好。瑞士“达芬奇”手术机器人，达芬奇机器人手术系统主要由控制台和操作臂组成。控制台由计算机系统、手术监视器、机器人控制监视器、操作手柄和输入输出设备组成。在手术过程中，外科医生可以坐在远离手术台的控制台前，将头靠在视野框架上，用双眼接

9、收来自不同摄像机的完整图像，从而共同合成手术视野的三维立体图像。独特的三维成像系统可在手术过程中将手术视野扩大15倍，大大提高了手术的准确性和稳定性。32，“纳米”机器人可以用于医疗事业，帮助人类识别和杀死癌细胞，达到治疗癌症的目的，还可以帮助人们完成手术，清理动脉血管垃圾，并形成新的计算机硬件。、33、6、航空航天、速度检测、加速度、飞行距离、高度、日照、星光、地磁、周围环境、内部设备监控、自我状态、气压等。陀螺仪，阳光传感器，星光传感器，地磁传感器，34。为了保护环境，维护生态平衡，实现可持续发展，有必要对河流、湖泊和海洋进行大气监测和水质检测，这需要大量的污水流量、酸碱度、电导率、浊度、

10、化学需氧量、生化需氧量、总磷、总氮、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和风向7。环境保护，环境监测，35。烟雾浊度测量，36。8.遥感技术、飞机和航天器：近紫外线、可见光、远红外、微波传感器等。船：超声波传感器。红外接收传感器，秘鲁两个大型露天铜矿的遥感图像，37，9，传感器在军事技术领域的应用，“信息时代的军事革命”，美国参谋长联席会议副主席欧文斯将军，“改变军事力量主要是军舰、坦克和飞机的概念，并把我们的注意力集中在思考信息和电信技术能够提供的军事力量上。这场军事革命标志着从重视军舰、坦克和飞机转向重视传感器等东西的作用。”“陆军、海军和空军都将只是历史的

11、产物。你可以建立一个军事部门，把所有的传感器放在一起(可以称之为传感器军)观察战场。”38.信息获取是实现高水平设施农业的关键技术之一。设施农业中使用的传感器种类繁多，主要用于测量温度、湿度、土壤干燥度、CO2、光照度和土壤养分等参数。信息采集技术也被广泛应用于农田和果园生产、农业生物学研究、农药残留检测等领域。农业，10，农业，39，类比：人们通过五种感官(眼睛、耳朵、鼻子、嘴巴、看手、听、闻、尝和触摸)接收外部信息，并通过大脑思维(信息处理)做出相应的动作。使用计算机控制的自动化设备代替人工，可以说计算机相当于人脑(通常称为计算机)，而传感器相当于人的面部特征(“电子面部特征”)。光敏传感

12、器、视觉声音传感器、听觉气体传感器、嗅觉化学传感器、味觉液体传感器、触觉传感器，40、人体和机器系统之间的对应关系，41、传感器位于探测和控制系统的头部，其功能相当于人类的五种感官，对外部信息直接敏感。它是信息采集系统的主要组成部分，是实现现代测量和自动控制的主要环节。在科学研究和生产过程中获得的所有信息都必须转换成便于传输、处理、记录、显示和控制的可用信号。自动测量和控制(监控)系统，功能：1.3、传感器和传感器技术的功能；42、密封压力变送器、压阻压力传感器、电容式压差变送器、旋转差动变压器、涡流传感器、感应接近开关、电阻应变力传感器、普通传感器：43、热电阻、热电偶、热敏电阻、光敏电阻、

13、压电加速度传感器、光电旋转编码器、霍尔电压传感器、超声波液位开关、湿度传感器、光电池、热电传感器、电荷耦合器件图像传感器、集成霍尔传感器、45、1.4传感器状态、传感器技术是材料科学、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、半导体技术传感器技术、通信技术和计算机技术构成了信息科学技术的三大支柱。它们分别构成信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”。传感器是信息收集的主要组成部分。，传感器感应；交流神经；电脑大脑。传感器技术是现代信息产业的源泉，是信息社会存在和发展的物质技术基础。没有先进的传感器技术，信息的准确获取就成了空谈，通信技术和计算机技术就成了无

14、源之水。“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点现在已经得到全世界的认可。科技越发达，自动化程度越高，对传感器的依赖就越大。因此，传感器技术在国内外被列为高新技术发展。47、1.5传感器，通常由敏感元件、转换元件、信号调理电路和辅助电路组成。1.敏感元件：直接感应被测非电量，并按照一定规则将其转换成与被测量有一定关系的其他量的元件。2.转换(传感)元件：也称为传感器。一种能将敏感元件感应到的非电直接转换成电的装置。它是传感器的核心部分。48、传感元件、转换(传感)元件、压力传感器示例49、并非所有传感器都必须包括传感元件和转换元件。如果传感器直接输出电能，它同时也是一个转换元件。因此，有许多

15、传感器将传感器与转换元件相结合。例如，压电传感器、热电偶、热敏电阻和光电器件都是这种形式的传感器。3.信号调理电路：是将转换元件输出的电信号转换成有用的电信号(常用的电压、电流和频率)的电路，便于显示、记录、处理和控制。桥式电路、放大器、振荡器、阻抗变换、补偿等特殊电路经常使用，如高阻抗输入电路、脉宽调制电路等。4.辅助电路：通常指电源，即交流和DC电源系统。50，1.6传感器分类，有多种传感器(超过20，000种)具有不同的功能。51、相同的被测对象可以通过不同的转换原理进行检测。然而，功能相似的同类传感器可用于不同的技术领域，因此传感器有不同的分类。52，1.7传感器技术的特点，包括传感器

16、的研究、设计、试生产、生产、测试和应用。它逐渐形成了一个相对独立的专业学科。与其他学科相比，它具有以下技术特点： 1。内容范围很广，离散传感器可以涉及的内容范围很广，这主要体现在传感器技术中的物理、化学、生物学、电子学等学科中有许多基本的“效应”、“反应”和“机理”，它们往往是独立的，甚至是完全不相关的。由于传感器技术是基于电、磁、光、声、热和力等材料的功能效应和功能形态转换原理，是一门综合物理、化学、生物工程、微电子、材料科学、精密机械、微加工和实验测量等知识和技术而形成的科学。由此可见，传感器技术是一门多学科交叉应用、知识密度高、与许多基础科学和专业工程关系密切的技术。3.技术复杂、技术要

17、求高的传感器制造涉及许多高新技术，如集成技术、薄膜技术、超导技术、微纳米加工技术、键合技术、高密封技术、特殊加工技术、多功能和智能化技术等。因此，传感器的制造过程非常困难和苛刻。优秀的功能和良好的性能传感器的优秀功能主要体现在其良好的扩展性和适应性。具体来说，该传感器不仅具有五种感官所具有的视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉功能，还能检测出五种感官无法感知的信息，同时还能在人类无法忍受的高温、高压等恶劣环境下工作。良好的性能体现在传感器的测量范围宽、精度高、可靠性好。5.由于现代信息系统中要测量的信息很多，一种要测量的信息往往可以由几个传感器测量，因此传感器产品的种类极其复杂和繁多。55，1.8传感器的需求、水平和现状。由于传感器技术的重要性，自20世纪80年代以来，世界范围内出现了“传感器热”。世界各国政府都非常重视。传感器技术被列为日本六大核心技术