傳感器技術(shù)緒論

1、傳感技術(shù)與系統(tǒng)請(qǐng)同學(xué)及時(shí)登錄南昌大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)查看該課程的相關(guān)資料傳感器的基本概念傳感器的基本概念人通過(guò)五官（視、聽(tīng)、嗅、味、觸）接受人通過(guò)五官（視、聽(tīng)、嗅、味、觸）接受外界的信息，經(jīng)過(guò)大腦的思維（信息處外界的信息，經(jīng)過(guò)大腦的思維（信息處理），作出相應(yīng)的動(dòng)作。理），作出相應(yīng)的動(dòng)作。如果用電子計(jì)算機(jī)當(dāng)作人類的大腦（一般如果用電子計(jì)算機(jī)當(dāng)作人類的大腦（一般俗稱電腦），而傳感器則相當(dāng)于人的五官俗稱電腦），而傳感器則相當(dāng)于人的五官部分（部分（“電五官電五官” ）。）。身體與機(jī)器人的對(duì)應(yīng)關(guān)系身體與機(jī)器人的對(duì)應(yīng)關(guān)系傳感器的基本概念傳感器的基本概念傳感技術(shù)是以傳感器為核心的一門(mén)交叉學(xué)科，是測(cè)量技術(shù)、材料科

2、學(xué)、精密加工、信息處理和計(jì)算機(jī)技術(shù)相互結(jié)合的綜合技術(shù)。傳感技術(shù)傳感技術(shù)特點(diǎn)1 內(nèi)容離散性；2 知識(shí)密集性；3 技術(shù)工藝復(fù)雜；4 品種多樣、用途廣泛。傳感技術(shù)傳感技術(shù)傳感器的地位和作用傳感器的地位和作用一、傳感器的地位一、傳感器的地位傳感器技術(shù)是信息技術(shù)的重要支柱之一。作為人腦的一種模擬的電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展極為迅速，可是起五種感覺(jué)模擬作用的傳感器卻發(fā)展很慢，因而如果不進(jìn)行傳感器的開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)將不能適應(yīng)實(shí)際需要?，F(xiàn)代社會(huì)要求傳感器、電子計(jì)算機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三者都能相互協(xié)調(diào)才行。這樣，傳感器就成了現(xiàn)代科學(xué)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，它日益受到人們的普遍重視，這已成為現(xiàn)代傳感器技術(shù)的必然趨勢(shì)。二、傳感器的作用

3、：二、傳感器的作用：傳感器技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化、軍事國(guó)防和以宇宙開(kāi)發(fā)、海洋開(kāi)發(fā)為代表的尖端科學(xué)與工程等重要領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。 例如，“阿波羅10”的運(yùn)載火箭部分用了2077個(gè)傳感器，宇宙飛船部分共有1218個(gè)傳感器。同時(shí)，它正以自己的巨大潛力，向著與人們生活密切相關(guān)的方面滲透；生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、安全防范、家用電器、網(wǎng)絡(luò)家居等方面的傳感器已層出不窮，并在日新月異地發(fā)展。傳感器的地位和作用傳感器的地位和作用三、傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和需求量三、傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和需求量 傳感器的地位和作用傳感器的地位和作用1.2第第0章章 緒緒 論論(Preface)0.10.2傳感器的分類及要求傳感器的分類及要求

4、0.30.4傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)傳感器的定義和組成傳感器的定義和組成廣義上 傳感器是利用一定的物質(zhì)（物理、化學(xué)、生物）法則、定理、效應(yīng)等進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換與信息轉(zhuǎn)換，并且輸出與輸入嚴(yán)格一一對(duì)應(yīng)的器件或裝置。第第0章章 緒緒 論論(Preface)第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的定義和組成傳感器的定義和組成第第0章章 緒緒 論論(Preface)狹義上： 能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。作為一種功能模塊，傳感器可狹義的定義為：“將外界的輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的一類元件?！?傳感器來(lái)自外界的信號(hào)來(lái)自外界的信號(hào)電信號(hào)電信號(hào)工程技術(shù)領(lǐng)域 傳感器是能感受被測(cè)量（物理量、化

5、學(xué)量、生物量等），并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。第第0章章 緒緒 論論(Preface)第一節(jié)第一節(jié) 傳感器的定義和組成傳感器的定義和組成第第0章章 緒緒 論論(Preface)其包含以下幾個(gè)方面的意思：(1)傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)(2)它的輸入量是某一被測(cè)量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等(3)輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電，但主要是電量(4)輸入輸出有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確度第第0章章 緒緒 論論(Preface)二、傳感器的組成二、傳感器的組成傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、

6、敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測(cè)量電路測(cè)量電路三部分組成： 信號(hào)信號(hào)被測(cè)量被測(cè)量 敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)化元件轉(zhuǎn)化元件測(cè)量電路測(cè)量電路電量輔助電源第第0章章 緒緒 論論(Preface)敏感元件（敏感元件（Sensitive element）：直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的元件。轉(zhuǎn)換元件（轉(zhuǎn)換元件（Transduction element）：）：以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。測(cè)量電路（測(cè)量電路（Transduction circuit）：）：將轉(zhuǎn)換電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。第第0章章 緒緒 論論(Preface)有些傳感器很簡(jiǎn)單，僅由敏感元件（兼作轉(zhuǎn)換元件）組成，

7、它感受被測(cè)量時(shí)直接輸出電量。如熱電偶等有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒(méi)有轉(zhuǎn)換電路。如光電管等有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不止一個(gè)，要經(jīng)過(guò)若干次轉(zhuǎn)換。如電阻式、電容式等第第0章章 緒緒 論論(Preface)一、傳感器的分類一、傳感器的分類傳感器種類繁多，目前常用的分類有兩種：以被測(cè)量來(lái)分以被測(cè)量來(lái)分(按傳感器用途分類按傳感器用途分類) 傳感器用戶所需要以傳感器的工作原理來(lái)分以傳感器的工作原理來(lái)分 傳感器的研發(fā)人員第二節(jié)第二節(jié) 傳感器的分類及要求傳感器的分類及要求第第0章章 緒緒 論論(Preface)按傳感器用途按傳感器用途按傳感器工作原理按傳感器工作原理位移傳感器 電阻式傳感器力傳感器電感式傳

8、感器速度傳感器電渦流式傳感器振動(dòng)傳感器磁電式傳感器溫度傳感器壓電式傳感器濕度傳感器光電式傳感器密度傳感器電容式傳感器 傳感器的兩種分類方式傳感器的兩種分類方式按按基基本本效效應(yīng)應(yīng)分分(P.5)物理型傳感器物理型傳感器化學(xué)型傳感器：化學(xué)型傳感器：利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把物質(zhì)成分、濃度等參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)生物型傳感器：生物型傳感器：利用生物活性物質(zhì)的選擇性來(lái)識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)結(jié)構(gòu)型：結(jié)構(gòu)型：以尺寸、形狀等結(jié)構(gòu)參數(shù)為基礎(chǔ)物性型：物性型：材料本身的特性效應(yīng)第第0章章 緒緒 論論(Preface)按按能能量量關(guān)關(guān)系系分分(P.5)自源型：自源型：外源型：外源型：敏感元件、帶外部電源的測(cè)量

9、電路輔助能源型：輔助能源型：敏感元件、輔助激勵(lì)源，不需要測(cè)量電路就有較大的電量輸出僅含敏感元件，又稱無(wú)源型僅含敏感元件，又稱無(wú)源型第第0章章 緒緒 論論(Preface)第第0章章 緒緒 論論(Preface)二、分類目的：二、分類目的：各類傳感器的工作原理、主要性能及其特點(diǎn)、應(yīng)用。使大家能合理地選擇和使用傳感器。使大家了解常用傳感器地工程設(shè)計(jì)方法和掌握常用傳感器地試驗(yàn)研究方法。了解傳感器地發(fā)展方向等。課程學(xué)習(xí)方法：一條主線、兩個(gè)重點(diǎn)、兩個(gè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)方法：一條主線、兩個(gè)重點(diǎn)、兩個(gè)基礎(chǔ) 一條主線一條主線：被測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎秒娦盘?hào)； 二個(gè)重點(diǎn)：二個(gè)重點(diǎn)： 基本效應(yīng)、變換原理； 兩個(gè)基礎(chǔ)：兩個(gè)基礎(chǔ)：

10、 以傳感器特性為基礎(chǔ)；以敏感元件的特性（應(yīng)變特性、 振動(dòng)特性、位移特性、溫度特性等）為基礎(chǔ)。第第0章章 緒緒 論論(Preface)第第0章章 緒緒 論論(Preface)三、傳感器的一般要求三、傳感器的一般要求足夠的容量傳感器的工作范圍或量程足夠大；具有一定的過(guò)載能力。靈敏度高，精度適當(dāng)即要求其輸出信號(hào)與被測(cè)信號(hào)成確定的關(guān)系（通常為線性），且比值要大；傳感器的靜態(tài)響應(yīng)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度能滿足要求。響應(yīng)速度快，工作穩(wěn)定，可靠性好。使用性和適應(yīng)性強(qiáng)體積小，重量輕，動(dòng)作能量小，對(duì)被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)影響??；內(nèi)部噪聲小而又不易受外界干擾的影響；其輸出力求采用通用或標(biāo)準(zhǔn)形式，以便與系統(tǒng)對(duì)接。使用經(jīng)濟(jì)成本低，

11、壽命長(zhǎng)，且便于使用、維修和校準(zhǔn)。第第0章章 緒緒 論論(Preface)第第0章章 緒緒 論論(Preface)發(fā)現(xiàn)新效應(yīng)利用新材料微型化 微機(jī)械加工技術(shù)(MEMS)第三節(jié)第三節(jié) 傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)第第0章章 緒緒 論論(Preface)集成化，多功能化： 向敏感功能裝置發(fā)展 傳感器的集成化，最近積極地應(yīng)用了半導(dǎo)體集成電路技術(shù)及其開(kāi)發(fā)思想。智能傳感器（Smart sensor）智能傳感器系統(tǒng)智能傳感器系統(tǒng)是一門(mén)現(xiàn)代綜合技術(shù)，是當(dāng)今世界正是一門(mén)現(xiàn)代綜合技術(shù)，是當(dāng)今世界正在迅速發(fā)展的高新技術(shù)，至今還沒(méi)有形成規(guī)范化的定在迅速發(fā)展的高新技術(shù)，至今還沒(méi)有形成規(guī)范化的定義。義。關(guān)于智能傳

12、感器的中、英文稱謂，目前也尚未統(tǒng)一。關(guān)于智能傳感器的中、英文稱謂，目前也尚未統(tǒng)一。 “Intelligent Sensor”是英國(guó)人對(duì)智能傳感器的稱謂，是英國(guó)人對(duì)智能傳感器的稱謂， 而而“Smart Sensor” 是美國(guó)人對(duì)智能傳感器的俗稱。是美國(guó)人對(duì)智能傳感器的俗稱。 按集成化程度的不同，分別有按集成化程度的不同，分別有“Smart Sensor”、 “Integrated Smart Sensor”。智能傳感器智能傳感器第第0章章 緒緒 論論(Preface)智能化傳感器：不僅具有信息的探測(cè)、判斷能力，而且具有自校正、自補(bǔ)償、自診斷的能力。 智能傳感器大致分為如下三種：具有判斷力的敏感裝

13、置具有學(xué)習(xí)能力的敏感裝置具有創(chuàng)造能力的敏感裝置第第0章章 緒緒 論論(Preface)從構(gòu)成上看，智能式傳感器是一個(gè)典型的以微處理器為核心的計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)。第第0章章 緒緒 論論(Preface)智能式傳感器特點(diǎn)：同一般傳感器相比，智能式傳感器有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：精度高 穩(wěn)定、可靠性好檢測(cè)與處理方便 功能廣 性能價(jià)格比高 智能材料與結(jié)構(gòu)智能結(jié)構(gòu)是材料工程、應(yīng)用力學(xué)、微觀力學(xué)、自動(dòng)控制和機(jī)械工程等學(xué)科相互交叉、滲透與融合的結(jié)果。具體地說(shuō)，該結(jié)構(gòu)具有檢測(cè)（應(yīng)變、損傷、溫度、壓力及各種制導(dǎo)光源）、通信(數(shù)據(jù)傳輸) 、動(dòng)作(改變結(jié)構(gòu)外形和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布、改變電磁場(chǎng)及光學(xué)反射能力、數(shù)字選擇能力) 等功能。從工程的角度來(lái)說(shuō)，智能結(jié)構(gòu)是將仿生命功能的材料融合于基體材料中，使形成的結(jié)構(gòu)具有人們期望的人類智