傳感器原理及-緒論

1、計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用深圳大學(xué)深圳大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院傳感器原理與技術(shù)傳感器原理與技術(shù)杜宇杜宇26538886計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 共共54學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)課程時(shí)間課程時(shí)間 第第115周理論教學(xué)，后三周期末驗(yàn)收周理論教學(xué)，后三周期末驗(yàn)收考試要求考試要求 PPT，期末論文，期末論文 平時(shí)考勤：平時(shí)考勤：50%，期末考核：，期末考核：50%課程簡介平時(shí)平時(shí)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用課程內(nèi)容與計(jì)劃安排課程內(nèi)容與計(jì)劃安排課程簡介1、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)、傳感器基礎(chǔ)知識(shí)2、傳感

2、器的基本特性、傳感器的基本特性3、各類傳統(tǒng)與新型傳感器的工作原理與應(yīng)用、各類傳統(tǒng)與新型傳感器的工作原理與應(yīng)用 （1）電阻式傳感器）電阻式傳感器 （2）變磁阻式傳感器）變磁阻式傳感器 （3）電容式傳感器）電容式傳感器 （4）磁電式傳感器）磁電式傳感器 （5）壓電式傳感器）壓電式傳感器 （6）熱電式傳感器）熱電式傳感器 （7）光電式傳感器）光電式傳感器等等等等計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)目的與要求學(xué)習(xí)目的與要求 （1 1）建立傳感器技術(shù)的整體概念；）建立傳感器技術(shù)的整體概念； （2 2）掌握傳感器技術(shù)的基本理論、常用傳感器）掌握傳感器技術(shù)的基本理論、常用傳感器的

3、工作原理和應(yīng)用技術(shù)；的工作原理和應(yīng)用技術(shù)； （3 3）培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用傳感器）培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用傳感器技術(shù)的興趣；技術(shù)的興趣； （4 4）為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和獨(dú)力解決實(shí)際問題打下）為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和獨(dú)力解決實(shí)際問題打下必要的基礎(chǔ)。必要的基礎(chǔ)。 課程簡介計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用第一章 傳感器基礎(chǔ)知識(shí)1.2 傳感器技術(shù)簡介傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)的地位和作用傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、一、傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)簡介 “沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)沒有傳感器

4、就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)已為全世界的觀點(diǎn)已為全世界所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣，所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有力工具。們認(rèn)識(shí)自然、改造自然的有力工具。 傳感器技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，與計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，與計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等一起構(gòu)成了信息技術(shù)的完整學(xué)科。自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等一起構(gòu)成了信息技術(shù)的完整學(xué)科。 在人類進(jìn)入信息時(shí)代的今天，人們的一切社會(huì)活動(dòng)都是以在人類進(jìn)入

5、信息時(shí)代的今天，人們的一切社會(huì)活動(dòng)都是以信息獲取與信息轉(zhuǎn)換為中心，傳感器作為信息獲取與信息轉(zhuǎn)換信息獲取與信息轉(zhuǎn)換為中心，傳感器作為信息獲取與信息轉(zhuǎn)換的重要手段，是信息科學(xué)最前端的一個(gè)陣地，是實(shí)現(xiàn)信息化的的重要手段，是信息科學(xué)最前端的一個(gè)陣地，是實(shí)現(xiàn)信息化的基礎(chǔ)技術(shù)之一?；A(chǔ)技術(shù)之一。傳感器技術(shù)是利用各種功能材料實(shí)現(xiàn)信息檢測的一門應(yīng)用技術(shù)。傳感器技術(shù)是利用各種功能材料實(shí)現(xiàn)信息檢測的一門應(yīng)用技術(shù)。計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、一、傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)簡介 傳感器傳感器 感覺，感知；傳感覺，感知；傳送送 （Sensor、Transducer）人體系

6、統(tǒng)：人體系統(tǒng)： 人類有五大感覺器官，即眼、人類有五大感覺器官，即眼、耳、鼻、舌、皮膚。通過這些感耳、鼻、舌、皮膚。通過這些感覺器官感知外界信息。覺器官感知外界信息。機(jī)器系統(tǒng)：機(jī)器系統(tǒng)： 機(jī)器系統(tǒng)中，傳感器是各種機(jī)器系統(tǒng)中，傳感器是各種機(jī)械和電子設(shè)備的感覺器官。感機(jī)械和電子設(shè)備的感覺器官。感知光、色、溫度、壓力、聲音、知光、色、溫度、壓力、聲音、濕度、氣味及輻射等。濕度、氣味及輻射等。計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介一、一、傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)概述計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用一、一、傳感器技術(shù)概述傳感器技術(shù)概述傳感器技

7、術(shù)簡介計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介二、二、傳感器技術(shù)的作用和地位傳感器技術(shù)的作用和地位 傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，計(jì)算機(jī)的傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，計(jì)算機(jī)的“五官五官”。 沒有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行精確、可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一沒有傳感器對(duì)原始信息進(jìn)行精確、可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切測量和控制都是不可能實(shí)現(xiàn)的。切測量和控制都是不可能實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介二、二、傳感器技術(shù)的作用和地位傳感器技術(shù)的作用和地位 傳感器與傳感器技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家綜合實(shí)力傳感器與傳感器技術(shù)的發(fā)展水平是衡

8、量一個(gè)國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志，也是判斷一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度與生產(chǎn)水的重要標(biāo)志，也是判斷一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度與生產(chǎn)水平高低的重要依據(jù)。平高低的重要依據(jù)。 日本：日本：傳感器技術(shù)列為傳感器技術(shù)列為計(jì)算機(jī)、通訊、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳計(jì)算機(jī)、通訊、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳感器感器等六大核心技術(shù)之一。在等六大核心技術(shù)之一。在21世紀(jì)技術(shù)將傳感器列為首位。世紀(jì)技術(shù)將傳感器列為首位。 美國：美國：傳感器及信號(hào)處理列為對(duì)國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響傳感器及信號(hào)處理列為對(duì)國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要影響的關(guān)鍵技術(shù)之一。的關(guān)鍵技術(shù)之一。 歐洲：歐洲：傳感器技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)。傳感器技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展

9、的重點(diǎn)技術(shù)。 中國：中國：在國家重點(diǎn)科技項(xiàng)目中，傳感器也列在重要位置。在國家重點(diǎn)科技項(xiàng)目中，傳感器也列在重要位置。計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介二、二、傳感器技術(shù)的作用和地位傳感器技術(shù)的作用和地位計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用前景看好是通訊電子市場前景看好是通訊電子市場計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院

10、傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用造紙?jiān)旒埬静暮娓赡静暮娓蔁煵菁庸煵菁庸ば酒a(chǎn)芯片生產(chǎn)化工化工紡織紡織計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位在線檢測：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位.計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用判斷能力。視覺傳感器、觸覺傳感器。判斷能力。視覺傳感器、觸覺傳感器。計(jì)算機(jī)科

11、學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用埃及金字塔埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘。世界最古老石棺的考古挖掘。“金字塔漫游者金字塔漫游者”機(jī)器人機(jī)器人攝像頭，力度傳感器，地面探測雷達(dá)、攝像頭，力度傳感器，地面探測雷達(dá)、超聲波傳感器（測石頭厚度）。超聲波傳感器（測石頭厚度）。計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用(空中來探測地面物體性質(zhì)空中來

12、探測地面物體性質(zhì))計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器夜視瞄準(zhǔn)夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測距激光測距儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射20mm20mm高爆彈時(shí)，激光測距儀可將高爆彈時(shí)，激光測距儀可將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以精確的設(shè)定引爆時(shí)間。目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳輸至高爆彈的爆炸引信，以精確的設(shè)定引爆時(shí)間。計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)

13、科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用美國國家導(dǎo)彈防御計(jì)劃美國國家導(dǎo)彈防御計(jì)劃-NMD1.1.地基攔截器地基攔截器2.2.早期預(yù)警系統(tǒng)早期預(yù)警系統(tǒng)3.3.前沿部署前沿部署( (如雷達(dá)）如雷達(dá)）4.4.管理與控制系統(tǒng)管理與控制系統(tǒng)5.5.衛(wèi)星紅外線監(jiān)測系統(tǒng)衛(wèi)星紅外線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng): 探測和發(fā)現(xiàn)敵探測和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道；彈的飛行軌道；攔截器：能識(shí)別真假彈攔截器：能識(shí)別真假彈頭，敵友方頭，敵友方計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用飛行器測控飛行器測控 - 檢測飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控制與操縱檢測飛行器姿態(tài)、發(fā)電機(jī)工況，控

14、制與操縱 火箭測控火箭測控 - 檢測火箭狀況、姿態(tài)、軌跡檢測火箭狀況、姿態(tài)、軌跡 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器技術(shù)簡介三、三、傳感器技術(shù)的應(yīng)用傳感器技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用新型新型M2A微型內(nèi)窺鏡，微型內(nèi)窺鏡，可以像藥丸一樣服下可以像藥丸一樣服下“裝在藥丸里的相機(jī)”M2AM2A微型內(nèi)窺鏡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：微型內(nèi)窺鏡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：1 1、光學(xué)圓蓋、光學(xué)圓蓋 2 2、透鏡固、透鏡固定環(huán)定環(huán) 3 3、透鏡、透鏡 4 4、照明發(fā)光二極管、照明發(fā)光二極管 5 5、互補(bǔ)金屬氧化、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體成像器物半導(dǎo)體成像器 6 6、電

15、池、電池 7 7、專用集成電路、專用集成電路 8 8、天線、天線計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用月面月面圖像圖像 “嫦娥二號(hào)嫦娥二號(hào)”7米分辨米分辨率全月球影像圖率全月球影像圖嫦娥二號(hào)嫦娥二號(hào)嫦娥一號(hào)嫦娥一號(hào)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用月球著陸器月球著陸器與月球車在與月球車在月球表面執(zhí)月球表面執(zhí)行探測任務(wù)行探測任務(wù) 嫦娥三號(hào)：落月探測嫦娥三號(hào)：落月探測計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感技術(shù)的發(fā)展分為兩個(gè)方面：傳感技術(shù)的發(fā)展分為兩個(gè)方面：提高與改善傳感器的技術(shù)性能；提高與改善傳感器的技術(shù)性能；尋找新原理、新

16、材料、新工藝及新功能等。尋找新原理、新材料、新工藝及新功能等。 一、改善傳感器的性能的技術(shù)途徑一、改善傳感器的性能的技術(shù)途徑1 1、差動(dòng)技術(shù)差動(dòng)技術(shù) 差動(dòng)技術(shù)是傳感器中普遍采用的技術(shù)。差動(dòng)技術(shù)是傳感器中普遍采用的技術(shù)。它的應(yīng)用可顯著地減小溫度變化、電源它的應(yīng)用可顯著地減小溫度變化、電源波動(dòng)、外界干擾等對(duì)傳感器精度的影響，波動(dòng)、外界干擾等對(duì)傳感器精度的影響，抵消了共模誤差，抵消了共模誤差，減小非線性誤差減小非線性誤差等。等。不少傳感器由于采用了差動(dòng)技術(shù)，還可不少傳感器由于采用了差動(dòng)技術(shù)，還可使使靈敏度增大靈敏度增大。傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢相反的感應(yīng)信號(hào)相反的感應(yīng)信號(hào)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感

17、器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 2 2、平均技術(shù)、平均技術(shù) 作用：作用： 在傳感器中普遍采用平均在傳感器中普遍采用平均技術(shù)技術(shù),可產(chǎn)生平均效應(yīng)?？僧a(chǎn)生平均效應(yīng)。 原理：原理：利用若干個(gè)傳感單元同時(shí)利用若干個(gè)傳感單元同時(shí)感受被測量，輸出則是這些單元輸出感受被測量，輸出則是這些單元輸出的總和，若將每個(gè)單元可能帶來的誤的總和，若將每個(gè)單元可能帶來的誤差均可看作隨機(jī)誤差差均可看作隨機(jī)誤差,服從正態(tài)分布，服從正態(tài)分布，根據(jù)誤差理論，根據(jù)誤差理論，n個(gè)傳感單元數(shù)總的誤個(gè)傳感單元數(shù)總的誤差將減小為差將減小為在傳感器中利用平均在傳感器中利用平均技術(shù)不僅可使傳感器誤差減技術(shù)不僅可使傳感器誤差減小，且可增大信號(hào)量，

18、即增小，且可增大信號(hào)量，即增大傳感器靈敏度。大傳感器靈敏度。n傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢X00 xxxx1y2y3ynyniiyY1123n00n0計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用3 3、補(bǔ)償與修正技術(shù)補(bǔ)償與修正技術(shù) 補(bǔ)償與修正技術(shù)的運(yùn)用大致針對(duì)兩種情況：補(bǔ)償與修正技術(shù)的運(yùn)用大致針對(duì)兩種情況： 針對(duì)傳感器本身特性針對(duì)傳感器本身特性 針對(duì)傳感器的工作條件或外界環(huán)境針對(duì)傳感器的工作條件或外界環(huán)境 對(duì)于傳感器特性，找出誤差的變化規(guī)律，或者測出其大小和方向，采對(duì)于傳感器特性，找出誤差的變化規(guī)律，或者測出其大小和方向，采用適當(dāng)?shù)姆椒右匝a(bǔ)償或修正。用適當(dāng)?shù)姆椒右匝a(bǔ)償或修正。 針對(duì)

19、傳感器工作條件或外界環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償，也是提高傳感器精度的針對(duì)傳感器工作條件或外界環(huán)境進(jìn)行誤差補(bǔ)償，也是提高傳感器精度的有力技術(shù)措施。有力技術(shù)措施。補(bǔ)償與修正，可以利用電子線路（硬件）來解決，也可以采用微補(bǔ)償與修正，可以利用電子線路（硬件）來解決，也可以采用微型計(jì)算機(jī)通過軟件來實(shí)現(xiàn)。型計(jì)算機(jī)通過軟件來實(shí)現(xiàn)。傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用4 4、屏蔽、隔離與干擾抑制、屏蔽、隔離與干擾抑制 傳感器大都要在現(xiàn)場工作，現(xiàn)場的條件往往是難以充分預(yù)料的，傳感器大都要在現(xiàn)場工作，現(xiàn)場的條件往往是難以充分預(yù)料的，有時(shí)是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感器的精度

20、與各有關(guān)性能。有時(shí)是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感器的精度與各有關(guān)性能。為了減小測量誤差，保證其原有性能，就應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界因素為了減小測量誤差，保證其原有性能，就應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界因素對(duì)傳感器的影響。對(duì)傳感器的影響?；痉椒ㄓ校夯痉椒ㄓ校簩?duì)于電磁干擾，可以采用對(duì)于電磁干擾，可以采用屏蔽屏蔽、隔離隔離措施，也可用措施，也可用濾波濾波等方法等方法抑制。對(duì)于如溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)、輻射、甚至化學(xué)物質(zhì)等，可抑制。對(duì)于如溫度、濕度、機(jī)械振動(dòng)、輻射、甚至化學(xué)物質(zhì)等，可采用相應(yīng)的隔離措施，如隔熱、密封、隔振等，采用相應(yīng)的隔離措施，如隔熱、密封、隔振等，傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科

21、學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用在使用傳感器時(shí)，若測量要求較高，必要時(shí)也應(yīng)對(duì)附加的調(diào)整元在使用傳感器時(shí)，若測量要求較高，必要時(shí)也應(yīng)對(duì)附加的調(diào)整元件、后續(xù)電路的關(guān)鍵元器件進(jìn)行老化處理。件、后續(xù)電路的關(guān)鍵元器件進(jìn)行老化處理。提高傳感器性能的穩(wěn)定性措施：提高傳感器性能的穩(wěn)定性措施：對(duì)材料、元器件或傳感器整體進(jìn)行必要的穩(wěn)定性處理對(duì)材料、元器件或傳感器整體進(jìn)行必要的穩(wěn)定性處理。如永磁。如永磁材料的時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化及交流穩(wěn)磁處理、電氣元件材料的時(shí)間老化、溫度老化、機(jī)械老化及交流穩(wěn)磁處理、電氣元件的老化篩選等。的老化篩選等。造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因：造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因：隨著時(shí)間的

22、推移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與隨著時(shí)間的推移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與元器件性能將發(fā)生變化。元器件性能將發(fā)生變化。5 5穩(wěn)定性處理穩(wěn)定性處理傳感器作為長期測量或反復(fù)使用的器件，穩(wěn)定性顯得特別重要。傳感器作為長期測量或反復(fù)使用的器件，穩(wěn)定性顯得特別重要。在那些很難或無法定期標(biāo)定的場合，重要性勝過精度指標(biāo)。在那些很難或無法定期標(biāo)定的場合，重要性勝過精度指標(biāo)。傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用v 開發(fā)新型傳感器開發(fā)新型傳感器 v 開發(fā)新材料開發(fā)新材料 v 新工藝的采用新工藝的采用 v 集成化、多功能化集成化、多功能化v 智能化

23、智能化 二、傳感器的發(fā)展動(dòng)向二、傳感器的發(fā)展動(dòng)向傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用研發(fā)新型傳感器的重要途徑：研發(fā)新型傳感器的重要途徑：傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，因此進(jìn)一步探索具傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，因此進(jìn)一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。要途徑。結(jié)構(gòu)型傳感器：結(jié)構(gòu)型傳感器：發(fā)展較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器

24、，一發(fā)展較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器，一般說它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，價(jià)格偏高。般說它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，價(jià)格偏高。物性型傳感器：物性型傳感器：大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點(diǎn)，加之過大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點(diǎn)，加之過去發(fā)展也不夠。世界各國都在物性型傳感器方面投入大量人力、物去發(fā)展也不夠。世界各國都在物性型傳感器方面投入大量人力、物力加強(qiáng)研究，從而成為一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。力加強(qiáng)研究，從而成為一個(gè)值得注意的發(fā)展動(dòng)向。 1、開發(fā)新型傳感器、開發(fā)新型傳感器新型傳感器主要三個(gè)方面：新型傳感器主要三個(gè)方面：采用新原理；填補(bǔ)傳感器空白；采用新原理；填補(bǔ)傳感器空白；仿生傳感器仿生傳感器。傳感器

25、技術(shù)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用2、開發(fā)新材料、開發(fā)新材料傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)。材料科學(xué)的進(jìn)步，人們可傳感器材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)。材料科學(xué)的進(jìn)步，人們可任意控制成分，設(shè)計(jì)制造出用于各種傳感器的功能材料。任意控制成分，設(shè)計(jì)制造出用于各種傳感器的功能材料。用復(fù)雜材料用復(fù)雜材料來制造性能更加良好的傳感器是今后的發(fā)展方向之一。來制造性能更加良好的傳感器是今后的發(fā)展方向之一。（1）半導(dǎo)體材料）半導(dǎo)體材料（2）陶瓷材料）陶瓷材料 （3）光纖材料）光纖材料 （4）有機(jī)材料）有機(jī)材料傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感

26、器原理及應(yīng)用3、新工藝的采用、新工藝的采用在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝主要指與發(fā)在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝主要指與發(fā)展新型傳感器聯(lián)系特別密切的微細(xì)加工技術(shù)。展新型傳感器聯(lián)系特別密切的微細(xì)加工技術(shù)。微機(jī)械加工技術(shù)：微機(jī)械加工技術(shù)：近年來隨著集成電路工藝發(fā)展起來的，它是近年來隨著集成電路工藝發(fā)展起來的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學(xué)刻蝕等用于微電子加工的技離子束、電子束、分子束、激光束和化學(xué)刻蝕等用于微電子加工的技術(shù)，目前已越來越多地用于傳感器領(lǐng)域。術(shù)，目前已越來越多地用于傳感器領(lǐng)域。傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢納米堆垛納米堆垛計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳

27、感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用同一功能的多元件并列化：同一功能的多元件并列化：同一類型的單個(gè)傳感元件用集同一類型的單個(gè)傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來，成工藝在同一平面上排列起來，如如CCD圖像傳感器。圖像傳感器。多功能一體化：多功能一體化：傳感器與放大、運(yùn)算以及溫度補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)傳感器與放大、運(yùn)算以及溫度補(bǔ)償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個(gè)器件。一體化，組裝成一個(gè)器件。多個(gè)功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時(shí)進(jìn)行多種多個(gè)功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)的測量外，還可對(duì)這些參數(shù)的測量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評(píng)參數(shù)的測量外，還可對(duì)這些參數(shù)的測量結(jié)果進(jìn)行綜合處理和評(píng)價(jià)，可反映出被測系統(tǒng)的整

28、體狀態(tài)。價(jià)，可反映出被測系統(tǒng)的整體狀態(tài)。 4、集成化、多功能化、集成化、多功能化為同時(shí)測量幾種不同被測參數(shù)，可將幾種不同的傳感器元為同時(shí)測量幾種不同被測參數(shù)，可將幾種不同的傳感器元件復(fù)合在一起，作成集成塊。件復(fù)合在一起，作成集成塊。傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用5、智能化、智能化對(duì)外界信息具有對(duì)外界信息具有檢測檢測、數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷邏輯判斷、自診斷自診斷和和自適應(yīng)自適應(yīng)能力的集成一體化多功能傳感器，能力的集成一體化多功能傳感器，智能傳感器是傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的智能傳感器是傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它

29、的實(shí)現(xiàn)取決于傳感技術(shù)與半導(dǎo)體集成化工藝水平的提產(chǎn)物，它的實(shí)現(xiàn)取決于傳感技術(shù)與半導(dǎo)體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類傳感器具有多功能、高性能、體積小、適宜大高與發(fā)展。這類傳感器具有多功能、高性能、體積小、適宜大批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是傳感器重要的發(fā)展方向之一。批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，是傳感器重要的發(fā)展方向之一。傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用國家標(biāo)準(zhǔn)（國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665-87）中傳感器的定義：）中傳感器的定義： 傳感器：傳感器：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。用輸

30、出信號(hào)的器件或裝置。 傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)；傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)； 輸入量是某一被測量，物理量、化學(xué)量、生物量等；輸入量是某一被測量，物理量、化學(xué)量、生物量等； 輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以是氣、光、電物理量，是氣、光、電物理量，主要是電物理量主要是電物理量； 輸出與輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。輸出與輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。一、傳感器的定義一、傳感器的定義（Transducer/Sensor）2.1 傳感器的定義和分類計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器

31、原理及應(yīng)用1、按工作機(jī)理：、按工作機(jī)理：物理型、化學(xué)型、生物型等物理型、化學(xué)型、生物型等 2、按構(gòu)成原理：、按構(gòu)成原理：結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類 3、根據(jù)能量轉(zhuǎn)換：能量控制型和能量轉(zhuǎn)換型傳感器、根據(jù)能量轉(zhuǎn)換：能量控制型和能量轉(zhuǎn)換型傳感器4、按照用途分類、按照用途分類 ：位移、壓力、振動(dòng)、溫度等傳感器位移、壓力、振動(dòng)、溫度等傳感器6、根據(jù)輸出信號(hào)：、根據(jù)輸出信號(hào)：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 5、根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆與否、根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆與否 ：單向和雙向：單向和雙向四、傳感器的分類四、傳感器的分類2.1 傳感器的定義和分類計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原

32、理及應(yīng)用結(jié)構(gòu)型傳感器結(jié)構(gòu)型傳感器利用物理學(xué)中利用物理學(xué)中場的定律場的定律構(gòu)成構(gòu)成的，包括動(dòng)力場的運(yùn)動(dòng)定律，電的，包括動(dòng)力場的運(yùn)動(dòng)定律，電磁場的電磁定律等。物理學(xué)中的磁場的電磁定律等。物理學(xué)中的定律一般是以方程式給出的。對(duì)定律一般是以方程式給出的。對(duì)于傳感器，這些方程式就是許多于傳感器，這些方程式就是許多傳感器在工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型。傳感器在工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型。這類傳感器的特點(diǎn)：這類傳感器的特點(diǎn)：傳感器的工作原理是以傳感傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對(duì)位置變化引起場的器中元件相對(duì)位置變化引起場的變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)變化為基礎(chǔ)。 四、傳感器的分類四、傳感

33、器的分類2.1 傳感器的定義、組成和分類各種彈性敏感元件傳感器各種彈性敏感元件傳感器按構(gòu)成原理按構(gòu)成原理計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用物性型傳感器物性型傳感器利用利用物質(zhì)定律物質(zhì)定律構(gòu)成的，如虎克定律、構(gòu)成的，如虎克定律、歐姆定律等。物質(zhì)定律是表示物質(zhì)某種客歐姆定律等。物質(zhì)定律是表示物質(zhì)某種客觀性質(zhì)的法則。這種法則，大多數(shù)是以物觀性質(zhì)的法則。這種法則，大多數(shù)是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，決定了傳感器的主要性能。決定了傳感器的主要性能。物性型傳感器的性能隨材料的不同而物性型傳感器的性能隨材料的不同而異異。如光電管，利用了物質(zhì)法則中的外光。如光電管，利用了物質(zhì)法則中的外光電效應(yīng)，特性與涂覆在電極上的材料有著電效應(yīng)，特性與涂覆在電極上的材料有著密切的關(guān)系。又如所有半導(dǎo)體傳感器、所密切的關(guān)系。又如所有半導(dǎo)體傳感器、所有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導(dǎo)有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、合金等性