傳感器分類、特點(diǎn)及應(yīng)用

1、2022-3-261單元一單元一 傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)任務(wù)一任務(wù)一 ：傳感器的認(rèn)知：傳感器的認(rèn)知2022-3-262不帶微處理器時(shí)不帶微處理器時(shí)0-1 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)原理框圖自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)原理框圖2022-3-263 檢測(cè)（檢測(cè)（DetectionDetection）定義：）定義： 利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的利用各種物理、化學(xué)效應(yīng)，選擇合適的方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面方法與裝置，將生產(chǎn)、科研、生活等各方面的有關(guān)信息通過檢查與測(cè)量的方法，賦予定的有關(guān)信息通過檢查與測(cè)量的方法，賦予定性或定量結(jié)果的過程稱為檢測(cè)技術(shù)。性或定量結(jié)果的過程稱為檢測(cè)技術(shù)。2022

2、-3-264例：曹沖稱象例：曹沖稱象方法：比較法；方法：比較法；裝置：船、石頭、小秤；裝置：船、石頭、小秤；檢查檢查、測(cè)量測(cè)量，從而得到：，從而得到：定性定性、定量定量的結(jié)果。的結(jié)果。2022-3-265檢測(cè)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 檢測(cè)技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用紅外掃紅外掃描區(qū)域描區(qū)域人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星檢測(cè)技術(shù)在海嘯預(yù)報(bào)中的應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)在海嘯預(yù)報(bào)中的應(yīng)用海浪振動(dòng)海浪振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)浮標(biāo)浮標(biāo)深海地溝深海地溝2022-3-268檢測(cè)技術(shù)在飛行器中的應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)在飛行器中的應(yīng)用一種典型的一種典型的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)（檢測(cè)系統(tǒng)在發(fā)電廠的應(yīng)用）（檢測(cè)系統(tǒng)在發(fā)電廠的應(yīng)用）202

3、2-3-2610傳感器傳感器來自外界的信號(hào)來自外界的信號(hào)電信號(hào)電信號(hào)二、傳感器的作用二、傳感器的作用傳感器實(shí)際上是一種功能塊，其作用是傳感器實(shí)際上是一種功能塊，其作用是將來自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。將來自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 作為一種功能塊的傳感器可狹義的定義為：作為一種功能塊的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)的一類將外界的輸入信號(hào)變換為電信號(hào)的一類元件。元件。 2022-3-2611傳感器在機(jī)器人傳感器在機(jī)器人身上的分布身上的分布 2022-3-2612機(jī)器人的手機(jī)器人的手2022-3-2613服務(wù)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人機(jī)器人伴舞機(jī)器人伴舞機(jī)器人奏樂機(jī)器人奏樂202

4、2-3-2614三、傳感器的定義三、傳感器的定義根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，傳感器根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，傳感器的定義是：的定義是：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照能感受規(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)的器件一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置或裝置。傳感器是一種以一定的精確度。傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。 2022-3-2615 玻璃玻璃溫度計(jì)不溫度計(jì)不屬于屬于本教本教材所講授材所講授的傳感器的傳感器范圍。范圍。 在本教材中是指一個(gè)能將被測(cè)的非電

5、量變?cè)诒窘滩闹惺侵敢粋€(gè)能將被測(cè)的非電量變換成電量的器件。換成電量的器件。2022-3-2616 能將溫度轉(zhuǎn)換為電壓的傳感器能將溫度轉(zhuǎn)換為電壓的傳感器熱電偶熱電偶2022-3-2617四、傳感器的組成四、傳感器的組成 舉例：測(cè)量壓力的電位器式壓力傳感器舉例：測(cè)量壓力的電位器式壓力傳感器 1-彈簧管彈簧管 2-電位器電位器圖圖1-4傳感器傳感器 組成框圖組成框圖2022-3-2618壓力傳感器的壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)2022-3-2619彈性彈性敏感元件（彈簧管）敏感元件（彈簧管） 敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，敏感元件在傳感器中直接感受被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更

6、易于轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。的非電量。2022-3-2620彈簧管放大圖彈簧管放大圖 當(dāng)被測(cè)壓力當(dāng)被測(cè)壓力p增大時(shí)，彈簧管撐直，通過齒增大時(shí)，彈簧管撐直，通過齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電位器的電刷產(chǎn)生角位移。角位移。 2022-3-2621其他各種彈性敏感元件其他各種彈性敏感元件 在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)在上圖中的各種彈性元件也能將壓力轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移。換為角位移或直線位移。2022-3-2622彈性彈性敏感元件（彈簧管）敏感元件（彈簧管） 在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移在下圖中，彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為角位移2

7、022-3-2623被測(cè)量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)被測(cè)量通過敏感元件轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電參量換成電參量 在右圖在右圖中，中， 電位器電位器為傳感元件，為傳感元件，它將角位移它將角位移轉(zhuǎn)換為電參轉(zhuǎn)換為電參量量-電阻電阻的變化（的變化（R） 2022-3-2624 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出測(cè)量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。率量。 在左圖中，當(dāng)電在左圖中，當(dāng)電位器的兩端加上電源位器的兩端加上電源后，電位器就組成分后，電位器就組成分壓比電路，它的輸出壓比電路，它的輸出量是與壓力成一定關(guān)量是與壓

8、力成一定關(guān)系的電壓系的電壓Uo 。 2022-3-2625分壓比電路的計(jì)算公式如下分壓比電路的計(jì)算公式如下： 直滑電位器式傳感器的直滑電位器式傳感器的輸出電壓輸出電壓Uo與滑動(dòng)觸點(diǎn)與滑動(dòng)觸點(diǎn)C的位的位移量移量x成正比：成正比：oi xUUL 對(duì)圓盤式電位器來說，對(duì)圓盤式電位器來說，Uo與滑動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比：與滑動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)角度成正比： oi 360UU2022-3-2626對(duì)應(yīng)的傳感器部件對(duì)應(yīng)的傳感器部件:2022-3-2627五、傳感器分類五、傳感器分類 傳感器的種類名目繁多，分類不盡相傳感器的種類名目繁多，分類不盡相同。常用的分類方法有：同。常用的分類方法有： ）按被測(cè)量分類：可分為位移

9、、力、力）按被測(cè)量分類：可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、加速度、溫度、壓力、矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。流量、流速等傳感器。 2）按測(cè)量原理分類：可分為電阻、電容、）按測(cè)量原理分類：可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅電感、光柵、熱電耦、超聲波、激光、紅外、光導(dǎo)纖維等傳感器。外、光導(dǎo)纖維等傳感器。 詳細(xì)分類參閱：詳細(xì)分類參閱：http:/ 1在工業(yè)生產(chǎn)過程的測(cè)量與控制方面的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)過程的測(cè)量與控制方面的應(yīng)用 溫度、壓力、流量、液位和氣體成分等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)溫度、壓力、流量、液位和氣體成分等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè) 工作狀態(tài)的監(jiān)控工作狀態(tài)的監(jiān)控 診斷設(shè)備診

10、斷設(shè)備 實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化六、傳感器技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)六、傳感器技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)2022-3-26292 2傳感器在汽車電控系統(tǒng)中的應(yīng)用傳感器在汽車電控系統(tǒng)中的應(yīng)用 準(zhǔn)確地采集汽車工作狀態(tài)的信息準(zhǔn)確地采集汽車工作狀態(tài)的信息 分布于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)。分布于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)。 普通汽車上普通汽車上1010一一2020只，高級(jí)豪華只，高級(jí)豪華300300只只2022-3-26303 3在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 拾取生命體征信息拾取生命體征信息 圖像處理、臨床化學(xué)檢驗(yàn)、圖像處理、臨床化學(xué)檢驗(yàn)、生命體征參數(shù)的監(jiān)護(hù)監(jiān)測(cè)、疾

11、病的診斷與治療生命體征參數(shù)的監(jiān)護(hù)監(jiān)測(cè)、疾病的診斷與治療 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備中無所不在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器設(shè)備中無所不在2022-3-26314 4在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用 環(huán)境污染問題環(huán)境污染問題 迫切需求：連續(xù)、快速、在線監(jiān)測(cè)的儀器迫切需求：連續(xù)、快速、在線監(jiān)測(cè)的儀器 生物傳感器可對(duì)酸雨酸霧樣品溶液進(jìn)行檢測(cè)，生物傳感器可對(duì)酸雨酸霧樣品溶液進(jìn)行檢測(cè)，大大簡(jiǎn)化了檢測(cè)方法。大大簡(jiǎn)化了檢測(cè)方法。2022-3-26325 5在軍事方面的應(yīng)用在軍事方面的應(yīng)用 智能化：武器、作戰(zhàn)指揮、控制、監(jiān)視和通信、智能化：武器、作戰(zhàn)指揮、控制、監(jiān)視和通信、電磁干擾方面電磁干擾方面2022-3-2633NMDNM

12、D和和TMDTMD2022-3-26346 6在家用電器方面的應(yīng)用在家用電器方面的應(yīng)用 智能化、自動(dòng)化、節(jié)能、無污染智能化、自動(dòng)化、節(jié)能、無污染 微電腦和各種傳感器組成的控制系統(tǒng)微電腦和各種傳感器組成的控制系統(tǒng) 空調(diào)器，可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)、風(fēng)扇搖頭、風(fēng)門空調(diào)器，可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)、風(fēng)扇搖頭、風(fēng)門調(diào)節(jié)、換氣等，從而對(duì)溫度、濕度和空氣濁度進(jìn)行控制。調(diào)節(jié)、換氣等，從而對(duì)溫度、濕度和空氣濁度進(jìn)行控制。2022-3-26357在學(xué)科研究方面的應(yīng)用在學(xué)科研究方面的應(yīng)用哈勃：哈勃：成像光譜儀成像光譜儀 ：掃描有光波的天體：掃描有光波的天體高精制導(dǎo)傳感器高精制導(dǎo)傳感器 ：用來鎖定目標(biāo)：用來鎖定

13、目標(biāo)高級(jí)測(cè)量攝像機(jī)高級(jí)測(cè)量攝像機(jī) ：有著寬視場(chǎng)的高效測(cè)量工具：有著寬視場(chǎng)的高效測(cè)量工具 2022-3-26368.8.在智能建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用在智能建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用 未來建筑的必然趨勢(shì)未來建筑的必然趨勢(shì) 涵蓋智能自動(dòng)化、信息化、生態(tài)化涵蓋智能自動(dòng)化、信息化、生態(tài)化 具有微型集成化、高精度與數(shù)字化和智能化特征的智能傳具有微型集成化、高精度與數(shù)字化和智能化特征的智能傳感器感器2022-3-2637（二）傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（二）傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1. 1.開發(fā)新型傳感器開發(fā)新型傳感器 結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展較早，一般而言結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展較早，一般而言結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積偏大、價(jià)格偏高。物性型傳

14、感器過去發(fā)展不夠，目前各國(guó)偏大、價(jià)格偏高。物性型傳感器過去發(fā)展不夠，目前各國(guó)投入大量人、物力進(jìn)行研究。比如：利用核磁共振的吸收投入大量人、物力進(jìn)行研究。比如：利用核磁共振的吸收效應(yīng)的磁敏傳感器可將靈敏閾提高到地磁強(qiáng)度的千萬分之效應(yīng)的磁敏傳感器可將靈敏閾提高到地磁強(qiáng)度的千萬分之一；利用約瑟夫遜效應(yīng)的熱噪聲溫度傳感器，可測(cè)百萬分一；利用約瑟夫遜效應(yīng)的熱噪聲溫度傳感器，可測(cè)百萬分之一開的溫度。之一開的溫度。 2.2.開發(fā)新材料開發(fā)新材料 (1)(1)半導(dǎo)體敏感材料：傳感器材料占主導(dǎo)地位，新的趨勢(shì)半導(dǎo)體敏感材料：傳感器材料占主導(dǎo)地位，新的趨勢(shì)是金屬和非金屬材料合成的化合物半導(dǎo)體材料。是金屬和非金屬材料

15、合成的化合物半導(dǎo)體材料。 2022-3-2638 (2) (2)陶瓷材料：技術(shù)潛力大，壓電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷應(yīng)用最陶瓷材料：技術(shù)潛力大，壓電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷應(yīng)用最多。多。 (3)(3)磁性材料：正向非晶化、薄膜化。磁性材料：正向非晶化、薄膜化。2022-3-2639 (4)智能材料：形狀記憶體；具有自適應(yīng)、自診斷、自修復(fù)智能材料：形狀記憶體；具有自適應(yīng)、自診斷、自修復(fù)功能。功能。2022-3-2640 3 3采用新工藝采用新工藝 主要指微機(jī)械加工技術(shù)，隨著集成電路工藝發(fā)展主要指微機(jī)械加工技術(shù)，隨著集成電路工藝發(fā)展起來。離子束，分子束，激光束，化學(xué)刻蝕等用于微電起來。離子束，分子束，激光束，化學(xué)刻

16、蝕等用于微電子加工。子加工。 2022-3-26414 4集成化集成化 (1)(1)同一功能多元件并列化：同一功能多元件并列化：CCDCCD圖像傳感器圖像傳感器 (2)(2)多功能一體化：傳感器、放大、運(yùn)算、溫度補(bǔ)償做成一體。多功能一體化：傳感器、放大、運(yùn)算、溫度補(bǔ)償做成一體。 一體化溫度變送器2022-3-2642 5 5多功能化多功能化 同時(shí)測(cè)量多個(gè)參數(shù)，例如多維力傳感器可以同時(shí)測(cè)同時(shí)測(cè)量多個(gè)參數(shù)，例如多維力傳感器可以同時(shí)測(cè)量三個(gè)線速度，三個(gè)離心加速度和三個(gè)角加速度。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行量三個(gè)線速度，三個(gè)離心加速度和三個(gè)角加速度。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，反映整體狀態(tài)，降低成本，減小體積。綜合處理，反映整

17、體狀態(tài)，降低成本，減小體積。 2022-3-2643 6 6智能化智能化 傳感器與微處理器結(jié)合。不僅具有檢測(cè)功能，還傳感器與微處理器結(jié)合。不僅具有檢測(cè)功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、“思維思維”等人等人工智能。工智能。 7 7新一代航天傳感器研究新一代航天傳感器研究 隨著航天技術(shù)的發(fā)展，航天器上需要的傳感器越隨著航天技術(shù)的發(fā)展，航天器上需要的傳感器越來越多，航天飛機(jī)上安裝有來越多，航天飛機(jī)上安裝有35003500支左右，而且傳感支左右，而且傳感器的指標(biāo)要求也高。比如：八五期間，我國(guó)對(duì)新一器的指標(biāo)要求也高。比如：八五期間，我國(guó)對(duì)新一代航天傳感器提出的要求是小型化代航天傳感器提出的要求是小型化(100g)(100g)、低功、低功耗耗(30mW)(30mW)、高精度、高精度(0.5%)(0.998)(0.998)。2022-3-2644面部面部 識(shí)別技術(shù)識(shí)別技術(shù)2022-3-2645月球車月球車2022-3