傳感器與檢測技術(shù)(周杏鵬版)第一章

第一章緒論1.1傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用1.2檢測系統(tǒng)的組成1.3傳感器與檢測系統(tǒng)的分類1.4傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢緒論

1.1傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用1.1.1傳感器的定義傳感器是能以一定精確度把某種被測量（主要為各種非電的物理量、化學(xué)量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為（便于人們應(yīng)用、處理）另一參量（通常為電參量）的器件或測量裝置。傳感器通常由敏感器件和轉(zhuǎn)換器件組合而成。敏感器件是指傳感器中直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換器件通常是指將敏感器件在傳感器內(nèi)部輸出轉(zhuǎn)換為便于人們應(yīng)用、處理外部輸出（通常為電參量）信號的部分。1.1.2

檢測的概念檢測是指在生產(chǎn)、科研、試驗(yàn)及服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域，為及時(shí)獲得被測、被控對象的有關(guān)信息而實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)地對一些參量進(jìn)行定性檢查和定量測量。

1.1傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用

“計(jì)量”：指用精度等級更高的標(biāo)準(zhǔn)量具、器具或標(biāo)準(zhǔn)儀器，對被測樣品、樣機(jī)進(jìn)行考核性質(zhì)的測量。特點(diǎn)：非實(shí)時(shí)、離線、標(biāo)定。

“檢測”：指在生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)等現(xiàn)場，利用某種合適的檢測儀器或綜合測試系統(tǒng)對被測對象進(jìn)行在線、連續(xù)的測量。

檢測與計(jì)量的不同1.1.3傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用檢測技術(shù)是自動(dòng)化和信息化的基礎(chǔ)與前提。應(yīng)用領(lǐng)域主要有：石化行業(yè)的自動(dòng)化控制。如右圖，有液位、溫度、壓力等檢測。

1.1傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用城市生活污水處理主要有流量檢測、液位檢測和成分量檢測。

1.1傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用新型武器和裝備的研制與測試定位與導(dǎo)航，圖為中國研制的DF-21和雷達(dá)。

1.1傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用先進(jìn)醫(yī)療檢測儀

成分量檢測，可測試項(xiàng)目為生化、離子檢測、微免疫、腫瘤標(biāo)志物、毒品檢測、同工酶測定、脂類、糖尿病診斷等。

1.1傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用生活中化學(xué)成分的檢測利用化學(xué)反應(yīng)機(jī)理檢測成分，上圖為酒精檢測儀，右圖為空氣質(zhì)量檢測儀。

1.1傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用防火防盜和見用電器安全檢測左圖為漏電報(bào)警器，上圖為煙霧報(bào)警器。

1.1傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用1.1傳感器與檢測技術(shù)的地位與作用1.2檢測系統(tǒng)的組成1.3傳感器與檢測系統(tǒng)的分類1.4傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢緒論1.2檢測系統(tǒng)的組成由圖可知：首先通常由各種傳感器將非電被測物理或化學(xué)成分參量轉(zhuǎn)換成電參量信號，然后經(jīng)信號調(diào)理（包括：信號轉(zhuǎn)換、信號檢波、信號濾波、信號放大等）、數(shù)據(jù)采集、信號處理后，進(jìn)行顯示、輸出；加上系統(tǒng)所需的交、直流穩(wěn)壓電源和必要的輸入設(shè)備，便構(gòu)成了一個(gè)完整的現(xiàn)代檢測（儀器）系統(tǒng)。1.2檢測系統(tǒng)的組成1.傳感器傳感器性能要求：準(zhǔn)確性

傳感器的輸出與輸入關(guān)系必須是嚴(yán)格的單值函數(shù)關(guān)系，最好是線性關(guān)系；穩(wěn)定性

傳感器的輸入、輸出的單值函數(shù)關(guān)系最好不隨時(shí)間和溫度而變化；靈敏度

要求被測參量較小的變化就可使傳感器獲得較大的輸出信號；其他如耐腐蝕性、功耗、輸出信號形式、體積、售價(jià)等。1.2檢測系統(tǒng)的組成1.2檢測系統(tǒng)的組成溫度傳感器紅外線傳感器電磁流量計(jì)2.信號調(diào)理信號調(diào)理在檢測系統(tǒng)中的作用是對傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行檢波、轉(zhuǎn)換、濾波、放大等，以方便檢測系統(tǒng)后續(xù)處理或顯示。對信號調(diào)理電路的一般要求是：能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換、穩(wěn)定放大、可靠地傳輸信號；信噪比高，抗干擾性能要好。1.2檢測系統(tǒng)的組成1.2檢測系統(tǒng)的組成單通道信號調(diào)理電路信號調(diào)理模塊實(shí)物圖3.數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是對信號調(diào)理后的連續(xù)模擬信號離散化并轉(zhuǎn)換成與模擬信號電壓幅度相對應(yīng)的數(shù)值信息，同時(shí)把數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞給微處理器或自動(dòng)存儲。性能指標(biāo)如下：輸入模擬電壓信號范圍單位V；轉(zhuǎn)換速度單位次/秒；分辨率以模擬信號輸入為滿度時(shí)的轉(zhuǎn)換值的倒數(shù)來表征；轉(zhuǎn)換誤差實(shí)際轉(zhuǎn)換數(shù)值與理想A/D轉(zhuǎn)換器理論轉(zhuǎn)換值之差。1.2檢測系統(tǒng)的組成1.2檢測系統(tǒng)的組成各類數(shù)據(jù)采集卡

4.信號處理現(xiàn)代檢測儀表、檢測系統(tǒng)中的信號處理模塊通常以各種型號的嵌入式微控制器、專用高速數(shù)據(jù)處理器（DSP）或?yàn)楹诵膩碇苯硬捎霉I(yè)控制計(jì)算機(jī)構(gòu)建。1.2檢測系統(tǒng)的組成1.2檢測系統(tǒng)的組成DSP處理芯片基于ARM9核的嵌入式控制器5.信號顯示檢測儀表和檢測系統(tǒng)在信號處理器計(jì)算出被測參量的當(dāng)前值后送至各自的顯示器作實(shí)時(shí)顯示，以及時(shí)知道被測參量的瞬時(shí)值、累積值或其隨時(shí)間的變化情況。顯示器一般可分為指示式、數(shù)字式和屏幕式三種。1.2檢測系統(tǒng)的組成1.2檢測系統(tǒng)的組成指示式數(shù)字式屏幕式6.信號輸出通常把測量值及時(shí)傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)、可編程控制器（PLC）或其他智能化終端。檢測儀表和檢測系統(tǒng)的輸出信號通常有4～20mA的電流模擬信號和脈寬調(diào)制PWM信號及串行數(shù)字通信信號等多種形式，需根據(jù)系統(tǒng)的具體要求確定。1.2檢測系統(tǒng)的組成串口、網(wǎng)口信號輸出8路電壓信號輸出1.2檢測系統(tǒng)的組成7.輸入設(shè)備輸入設(shè)備用于輸入設(shè)置參數(shù)，下達(dá)有關(guān)命令等。最常用的輸入設(shè)備是各種鍵盤、撥碼盤、條碼閱讀器等。通過網(wǎng)絡(luò)或各種通信總線利用其他計(jì)算機(jī)或數(shù)字化智能終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息和數(shù)據(jù)輸入的方式將會得到更多的應(yīng)用。1.2檢測系統(tǒng)的組成觸摸屏鍵盤1.2檢測系統(tǒng)的組成8.穩(wěn)壓電源由于工業(yè)現(xiàn)場通常只能提供交流220V工頻電源或+24V直流電源，傳感器和檢測檢測系統(tǒng)通常不經(jīng)降壓、穩(wěn)壓就無法直接使用；因此需根據(jù)傳感器和檢測檢測系統(tǒng)內(nèi)部電路實(shí)際需要，自行設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源。1.2檢測系統(tǒng)的組成穩(wěn)壓電源1.2檢測系統(tǒng)的組成1.1傳