第一章-傳感器技術(shù)基礎(chǔ)

第一章-傳感器技術(shù)基礎(chǔ)第一頁，共24頁。本章主要內(nèi)容理解傳感器的概念、作用了解傳感器的應(yīng)用及發(fā)展方向掌握傳感器的靜態(tài)特性熟悉傳感器的動態(tài)特性第二頁，共24頁。第一節(jié)機電一體化系統(tǒng)中物理量的測量與傳感器機電一體化技術(shù)是機械技術(shù)與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合的綜合性高新技術(shù)。要把機電一體化系統(tǒng)設(shè)備中的物理量準確可靠的測量出來，以電信號的方式輸入給計算機或其它電子設(shè)備，必須依賴電測量的方法。相對而言，電量的電測量比較容易，使用電工儀表和電子儀器就可以對一般的電量直接進行測量。對于非電量就不能直接使用電工儀表和電子儀器進行測量，而原有的對非電量的測量方法已不能適應(yīng)機電一體化系統(tǒng)的要求。這就要求對原有的非電量測量方法加以改進和提高，采用新技術(shù)新方法。第三頁，共24頁。采用傳感技術(shù)的非電量電測方法，就是人們在實踐中不斷摸索和提高，從而發(fā)展起來的測量方法。轉(zhuǎn)換技術(shù)的器件就是傳感器，采用傳感器對非電量進行電測具有以下的特點：（1）可進行微量檢測，精度高、速度快。（2）可實現(xiàn)遠距離遙測及遙控。（3）可實現(xiàn)無損檢測。（4）能連續(xù)進行測量、記錄和顯示。（5）可采用計算機技術(shù)對測量數(shù)據(jù)進行運算、存儲和處理，并根據(jù)處理結(jié)果對被測量對象進行工作狀態(tài)的控制。（6）測量安全可靠。第四頁，共24頁。精準農(nóng)業(yè)是在現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)、工程技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式。其核心技術(shù)是農(nóng)田地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)和計算機自動控制技術(shù)。

精準農(nóng)業(yè)精量播種變量噴藥精準灌溉第五頁，共24頁。無線傳感器結(jié)點工業(yè)監(jiān)測與控制產(chǎn)品檢測天然氣壓力監(jiān)測第六頁，共24頁。橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測監(jiān)測風速、風向、溫度、濕度、能見度、降雨強度等。東海大橋第七頁，共24頁。上海浦東機場的周界防入侵系統(tǒng)在機場四周設(shè)立無線傳感器警戒網(wǎng)，形成低空、地面、地下三維立體報警體系。每個結(jié)點由震動、聲響、磁場和微波傳感器等組成。通過網(wǎng)絡(luò)，可以隨時監(jiān)測周邊實況。第八頁，共24頁。太湖水自動監(jiān)測工程在太湖大范圍水域布放傳感器，通過無線傳輸方式

24小時監(jiān)測太湖水質(zhì)的各項變化，并將數(shù)據(jù)及時傳回數(shù)據(jù)中心。水質(zhì)自動監(jiān)測浮標

第九頁，共24頁。我國科學家在海拔4093米的南極冰穹A地區(qū)，布設(shè)監(jiān)測冰雪變化的“智能塵?！本W(wǎng)絡(luò)，將南極冰雪表面數(shù)據(jù)與空中的遙感衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合，對南極冰穹開展天地一體的監(jiān)測研究。

環(huán)境監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)冰雪監(jiān)測系統(tǒng)第十頁，共24頁。第二節(jié)傳感器的定義和組成什么是傳感器？第十一頁，共24頁。什么是傳感器？人體系統(tǒng)和機器系統(tǒng)比較

感知外界信息→大腦→肌體第十二頁，共24頁。什么是傳感器？傳感器外界信息感官大腦肌體計算機執(zhí)行機構(gòu)第十三頁，共24頁。從廣義來講，典型的傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。敏感元件：它是直接感受和響應(yīng)被測量，并輸出與被測量有一定對應(yīng)關(guān)系的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出量就是它的輸入量，它把輸入量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量。但這個電路參數(shù)量往往需經(jīng)轉(zhuǎn)換后，才能被后續(xù)電路所應(yīng)用。轉(zhuǎn)換電路：它接受轉(zhuǎn)換元件所轉(zhuǎn)換成的電路參數(shù)量，并把它轉(zhuǎn)換成后續(xù)電路所能應(yīng)用的電信號。敏感元件與轉(zhuǎn)換元件在結(jié)構(gòu)上時常是裝在一起的，轉(zhuǎn)換電路為了減小外界的干擾和影響也希望和它們裝在一起，但由于空間的限制或者其它原因，轉(zhuǎn)換電路常裝載于測控箱內(nèi)。第十四頁，共24頁。傳感器技術(shù)的作用和地位

構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱是：

傳感器技術(shù)（信息采集）；

通信技術(shù)

（信息傳輸）；

計算機技術(shù)（信息處理）；

它們在信息系統(tǒng)中分別起到

“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”的作用。在利用信息的過程中首先要解決獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取信息的主要途徑和手段。

第十五頁，共24頁。機器人

視覺:平面、立體非視覺:觸覺、滑覺、熱覺、力覺、接近覺、…

第十六頁，共24頁。

智能建筑

給排水系統(tǒng)泵系統(tǒng)鍋爐系統(tǒng)環(huán)境控制電力監(jiān)測能量計費消防系統(tǒng)保安系統(tǒng)照明系統(tǒng)DDC第十七頁，共24頁。第三節(jié)傳感器的分類傳感器分類方法較多,大體有以下幾種：1）

按傳感器檢測的范疇分類

物理量傳感器化學量傳感器生物量傳感器２）按傳感器的輸出信號分類

模擬傳感器數(shù)字傳感器３）按傳感器的結(jié)構(gòu)分類

結(jié)構(gòu)型傳感器物性型傳感器復合型傳感器４）按傳感器的功能分類

單功能傳感器多功能傳感器智能傳感器

５）按傳感器的轉(zhuǎn)換原理分類

機—電傳感器光—電傳感器熱—電電傳感器磁—電傳感器電化學傳感器6）按傳感器的能源分類

有源傳感器無源傳感器

第十八頁，共24頁。傳感器靜態(tài)特性和輸入輸出關(guān)系可以用多項式表示：第四節(jié)傳感器的基本特征其中：X—輸入量，Y—輸出量；a0—x=0時的輸出值a1—理想靈敏度a2,a3…..an——非線性項系數(shù)

當輸入量（X）為靜態(tài)（常量）或變化緩慢的信號時（如溫度、壓力），討論傳感器的靜態(tài)特性，輸入輸出關(guān)系稱靜態(tài)特性。

靜態(tài)特性包括：線性度、遲滯、重復性、靈敏度、穩(wěn)定性

傳感器靜態(tài)特性第十九頁，共24頁。

傳感器的非線性誤差（線性度）通常用相對誤差表示：

——最大非線性絕對誤差——滿量程輸出——線性度

YXYiXiLmaxY=kx+b第二十頁，共24頁。（2）靈敏度傳感器的靈敏度是指傳感器在穩(wěn)定條件下，輸出變化量ΔY和輸入變化量ΔX的比值，其表達式為：

式中：K——靈敏度，線性傳感器的靈敏度是個常數(shù)；ΔY——輸出變化量

ΔX——輸入變化量第二十一頁，共24頁。（3）遲滯傳感器輸入量增大行程期間（正行程）和輸入量減小行程期間（反行程），輸出-輸入特性曲線不重合稱為遲滯。遲滯誤差一般以正反行程間輸出的最大偏差與滿量程輸出的百分數(shù)來表示，其表達式為：

遲滯誤差的另一名稱叫回程誤差，它是由于傳感器機械部分不可避免地存在著間隙、摩擦及松動等原因所產(chǎn)生。第二十二頁，共24頁。（4）重復性重復性是指傳感器輸入量按同一方向作全量程重復測量所得的輸出-輸入