傳感器技術緒論

1、傳感技術與系統(tǒng)請同學及時登錄南昌大學網絡教學平臺查看該課程的相關資料傳感器的基本概念傳感器的基本概念人通過五官（視、聽、嗅、味、觸）接受人通過五官（視、聽、嗅、味、觸）接受外界的信息，經過大腦的思維（信息處外界的信息，經過大腦的思維（信息處理），作出相應的動作。理），作出相應的動作。如果用電子計算機當作人類的大腦（一般如果用電子計算機當作人類的大腦（一般俗稱電腦），而傳感器則相當于人的五官俗稱電腦），而傳感器則相當于人的五官部分（部分（“電五官電五官” ）。）。身體與機器人的對應關系身體與機器人的對應關系傳感器的基本概念傳感器的基本概念傳感技術是以傳感器為核心的一門交叉學科，是測量技術、材料科

2、學、精密加工、信息處理和計算機技術相互結合的綜合技術。傳感技術傳感技術特點1 內容離散性；2 知識密集性；3 技術工藝復雜；4 品種多樣、用途廣泛。傳感技術傳感技術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是信息技術的重要支柱之一。作為人腦的一種模擬的電子計算機的發(fā)展極為迅速，可是起五種感覺模擬作用的傳感器卻發(fā)展很慢，因而如果不進行傳感器的開發(fā)，現(xiàn)在的電子計算機將不能適應實際需要。現(xiàn)代社會要求傳感器、電子計算機和執(zhí)行機構三者都能相互協(xié)調才行。這樣，傳感器就成了現(xiàn)代科學的中樞神經系統(tǒng)，它日益受到人們的普遍重視，這已成為現(xiàn)代傳感器技術的必然趨勢。二、傳感器的作用

3、：二、傳感器的作用：傳感器技術在工業(yè)自動化、軍事國防和以宇宙開發(fā)、海洋開發(fā)為代表的尖端科學與工程等重要領域有廣泛應用。 例如，“阿波羅10”的運載火箭部分用了2077個傳感器，宇宙飛船部分共有1218個傳感器。同時，它正以自己的巨大潛力，向著與人們生活密切相關的方面滲透；生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護、安全防范、家用電器、網絡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、傳感器的應用領域和需求量三、傳感器的應用領域和需求量 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傳感器開發(fā)的新趨勢傳感器開發(fā)的新趨勢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（物理、化學、生物）法則、定理、效應等進行能量轉換與信息轉換，并且輸出與輸入嚴格一一對應的器件或裝置。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)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。作為一種功能模塊，傳感器可狹義的定義為：“將外界的輸入信號變換為電信號的一類元件。” 傳感器來自外界的信號來自外界的信號電信號電信號工程技術領域 傳感器是能感受被測量（物理量、化

5、學量、生物量等），并按一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。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)其包含以下幾個方面的意思：(1)傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(2)它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等(3)輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電，但主要是電量(4)輸入輸出有對應關系，且應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、轉換元件、

6、敏感元件、轉換元件、測量電路測量電路三部分組成： 信號信號被測量被測量 敏感元件敏感元件轉化元件轉化元件測量電路測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）：直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的元件。轉換元件（轉換元件（Transduction element）：）：以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉換成電路參數(shù)。測量電路（測量電路（Transduction circuit）：）：將轉換電路參數(shù)接入轉換電路，便可轉換成電量輸出。第第0章章 緒緒 論論(Preface)有些傳感器很簡單，僅由敏感元件（兼作轉換元件）組成，

7、它感受被測量時直接輸出電量。如熱電偶等有些傳感器由敏感元件和轉換元件組成，沒有轉換電路。如光電管等有些傳感器，轉換元件不止一個，要經過若干次轉換。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：以被測量來分以被測量來分(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分以傳感器的工作原理來分 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應分分(P.5)物理型傳感器物理型傳感器化學型傳感器：化學型傳感器：利用電化學反應原理，把物質成分、濃度等參數(shù)轉換成電信號生物型傳感器：生物型傳感器：利用生物活性物質的選擇性來識別和測定生物化學物質，并轉換成電信號結構型：結構型：以尺寸、形狀等結構參數(shù)為基礎物性型：物性型：材料本身的特性效應第第0章章 緒緒 論論(Preface)按按能能量量關關系系分分(P.5)自源型：自源型：外源型：外源型：敏感元件、帶外部電源的測量

9、電路輔助能源型：輔助能源型：敏感元件、輔助激勵源，不需要測量電路就有較大的電量輸出僅含敏感元件，又稱無源型僅含敏感元件，又稱無源型第第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、應用。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計方法和掌握常用傳感器地試驗研究方法。了解傳感器地發(fā)展方向等。課程學習方法：一條主線、兩個重點、兩個基礎課程學習方法：一條主線、兩個重點、兩個基礎 一條主線一條主線：被測量轉變?yōu)榭捎秒娦盘枺?二個重點：二個重點： 基本效應、變換原理； 兩個基礎：兩個基礎：

10、 以傳感器特性為基礎；以敏感元件的特性（應變特性、 振動特性、位移特性、溫度特性等）為基礎。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；具有一定的過載能力。靈敏度高，精度適當即要求其輸出信號與被測信號成確定的關系（通常為線性），且比值要大；傳感器的靜態(tài)響應與動態(tài)響應的準確度能滿足要求。響應速度快，工作穩(wěn)定，可靠性好。使用性和適應性強體積小，重量輕，動作能量小，對被測對象的狀態(tài)影響??；內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準形式，以便與系統(tǒng)對接。使用經濟成本低，

11、壽命長，且便于使用、維修和校準。第第0章章 緒緒 論論(Preface)第第0章章 緒緒 論論(Preface)發(fā)現(xiàn)新效應利用新材料微型化 微機械加工技術(MEMS)第三節(jié)第三節(jié) 傳感器開發(fā)的新趨勢傳感器開發(fā)的新趨勢第第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，最近積極地應用了半導體集成電路技術及其開發(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)是一門現(xiàn)代綜合技術，是當今世界正是一門現(xiàn)代綜合技術，是當今世界正在迅速發(fā)展的高新技術，至今還沒有形成規(guī)范化的定在迅速發(fā)展的高新技術，至今還沒有形成規(guī)范化的定義。義。關于智能傳

12、感器的中、英文稱謂，目前也尚未統(tǒng)一。關于智能傳感器的中、英文稱謂，目前也尚未統(tǒng)一。 “Intelligent Sensor”是英國人對智能傳感器的稱謂，是英國人對智能傳感器的稱謂， 而而“Smart Sensor” 是美國人對智能傳感器的俗稱。是美國人對智能傳感器的俗稱。 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、判斷能力，而且具有自校正、自補償、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、置具有學習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)從構成上看，智能式傳感器是一個典型的以微處理器為核心的計算機檢測系統(tǒng)。第第0章章 緒緒 論論(Preface)智能式傳感器特點：同一般傳感器相比，智能式傳感器有以下幾個顯著特點：精度高 穩(wěn)定、可靠性好檢測與處理方便 功能廣 性能價格比高 智能材料與結構智能結構是材料工程、應用力學、微觀力學、自動控制和機械工程等學科相互交叉、滲透與融合的結果。具體地說，該結構具有檢測（應變、損傷、溫度、壓力及各種制導光源）、通信(數(shù)據傳輸) 、動作(改變結構外形和結構應力分布、改變電磁場及光學反射能力、數(shù)字選擇能力) 等功能。從工程的角度來說，智能結構是將仿生命功能的材料融合于基體材料中，使形成的結構具有人們期望的人類智