學(xué)習(xí)傳感器與檢測(cè)技術(shù)概述

傳感器原理及應(yīng)用

（自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)/非電量測(cè)量技術(shù)）一、本課程的專業(yè)地位：專業(yè)必修課。二、本課程的主要內(nèi)容1、傳感器、測(cè)量及誤差的基本知識(shí)；2、常用傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、測(cè)量電路及應(yīng)用；3、傳感器在工程檢測(cè)中的應(yīng)用。三、課程要求1、掌握傳感器、測(cè)量及誤差的基本理論；2、掌握常用傳感器的基本原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、基本測(cè)量電路及應(yīng)用；3、學(xué)會(huì)工程中常見的非電量測(cè)量方法，了解傳感器在工程檢測(cè)中的應(yīng)用方法；4、學(xué)會(huì)分析和設(shè)計(jì)傳感器的應(yīng)用電路。四、課程特點(diǎn)綜合性：傳感器技術(shù)是材料學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、精密機(jī)械、仿生學(xué)、測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、乃至系統(tǒng)科學(xué)、人工智能、自動(dòng)化技術(shù)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)；零散性：各章內(nèi)容之間沒有前后因果關(guān)系；應(yīng)用性：重點(diǎn)掌握各種傳感器的應(yīng)用方法。五、參考資料《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》朱自勤機(jī)械工業(yè)出版社《傳感器原理及工程應(yīng)用》郁有文西安電子科技大學(xué)出版社《傳感器原理及應(yīng)用》王化祥天津大學(xué)出版社《傳感器原理及應(yīng)用》王雪文北京航空航天大學(xué)出版社《傳感器原理及其應(yīng)用手冊(cè)》孫寶元機(jī)械工業(yè)出版社《非電量檢測(cè)技術(shù)》嚴(yán)鐘豪機(jī)械工業(yè)出版社《現(xiàn)代傳感技術(shù)》魏文廣東北大學(xué)出版社《傳感器技術(shù)》信息產(chǎn)業(yè)部電子第四十九研究主辦《光電子技術(shù)與信息》中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所、中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)光電技術(shù)專業(yè)委員會(huì)主辦《激光與紅外》華北光電技術(shù)研究所主辦《儀表技術(shù)與傳感器》沈陽儀器儀表研究所主辦儀器儀表網(wǎng)（http://www.china_）儀器商城網(wǎng)（）傳感器網(wǎng)（http://www.S）傳感器技術(shù)（）中國(guó)傳感器（

）中國(guó)工控網(wǎng)（http://www.）中國(guó)機(jī)器人網(wǎng)（.)電子設(shè)計(jì)應(yīng)用（http://www.）電子產(chǎn)品世界（http://www.）第1章傳感器與檢測(cè)技術(shù)概述1.1傳感器的概念、組成和分類1.2傳感器的基本特性返回主目錄第1章傳感器與檢測(cè)技術(shù)的理論

基礎(chǔ)

1.1傳感器的概念、組成和分類

一、傳感器的概念、組成與應(yīng)用1、現(xiàn)代信息技術(shù)的三大要素：信息獲取————傳感器技術(shù)信息傳輸————通信技術(shù)信息處理————計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)中，信息采集的主要含義是測(cè)量——————取得測(cè)量數(shù)據(jù)。2、測(cè)量的概念測(cè)量是人類對(duì)自然界客觀事物獲得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識(shí)過程，即借助于專門設(shè)備，求出被測(cè)量的數(shù)值大小。3、測(cè)量的分類電子測(cè)量————電子測(cè)量?jī)x器；非電量測(cè)量—————傳感器；4、自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的組成圖1－1自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)組成5、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的作用以電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平的重要標(biāo)志之一。而傳感器是測(cè)量系統(tǒng)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，它能否獲得信息和獲取信息的正確與否，關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精確度，傳感器的性能在很大程度上決定著整個(gè)信息技術(shù)的性能，因此世界各國(guó)都將傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的新技術(shù)。6、傳感器的定義（GB7665-87)

能夠感受規(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)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

7、傳感器的組成

通常傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換（傳感）元件組成。傳感器組成框圖如圖1-2所示。

圖1-2傳感器組成框圖

敏感元件：直接感受被測(cè)非電量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測(cè)量有確定關(guān)系的其它量的元件。傳感元件：又稱轉(zhuǎn)換元件/轉(zhuǎn)換器。能將敏感元件感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件。信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路/測(cè)量電路：能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、處理、和控制的有用電信號(hào)的電路。敏感元件傳感元件壓力傳感器示例8、傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域（1）機(jī)械制造業(yè)：智能機(jī)械：數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等（2）工業(yè)過程檢測(cè)與控制：石油、化工、電力、冶金等行業(yè)中熱工工藝參數(shù)檢測(cè)和控制；（3）汽車：車速、里程、燃油、排氣、車燈、關(guān)門、防盜、防撞等；（4）環(huán)保：有毒、有害、易燃、易爆氣體檢測(cè)，重金屬、污水檢測(cè)，防酒后駕車等；（5）醫(yī)療衛(wèi)生：血壓、心音、脈搏檢測(cè)，心臟監(jiān)護(hù)儀、彩超、核磁共振等；（6）航空航天：衛(wèi)星、火箭、飛船、外星探測(cè)器等；（7）國(guó)防工業(yè)：飛機(jī)、導(dǎo)彈、雷達(dá)、智能化電子武器等；（8)家用電器：空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐、電飯煲、電熨斗、安全報(bào)警器等。

傳感器的主要應(yīng)用信息處理電信電話科技測(cè)試設(shè)備控制交通控制輸電系統(tǒng)機(jī)床機(jī)器人家用電器照相機(jī)汽車飛機(jī)船舶氣象海洋環(huán)境污染醫(yī)療防火光能利用熱能利用土木建筑農(nóng)林機(jī)械能利用貨幣金融食品111551101034736598161277834313147111707693612621242014需要量

在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測(cè)。自動(dòng)檢測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)在汽車、機(jī)床、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等產(chǎn)品出廠時(shí)，必須對(duì)其性能質(zhì)量檢測(cè)。

圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對(duì)抽樣汽車的測(cè)試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量汽車與傳感器

高級(jí)轎車需要用傳感器對(duì)溫度、壓力、位置、距離、轉(zhuǎn)速、加速度、濕度、電磁、光電、振動(dòng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量，一般需要30～100種傳感器。傳感器與家用電器

自動(dòng)電飯鍋、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干器、電熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、錄像機(jī)、家庭影院

全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測(cè))。指紋傳感器透光率傳感器鼠標(biāo):光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器PC機(jī)中的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用軟驅(qū):速度,位置伺服麥克風(fēng):電容傳聲器樓宇控制與安全防護(hù)

為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測(cè)試技術(shù)，如闖入監(jiān)測(cè)、空氣監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、電梯運(yùn)行狀況。

圖示為某公司樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測(cè)、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器人體探測(cè)器

機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器:轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。

傳感在機(jī)器人上的應(yīng)用密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗機(jī)器人服務(wù)員沙漠機(jī)器人

超聲波測(cè)距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車位置識(shí)別；條形碼傳感器，貨品識(shí)別。香港理工AGV模型AGV自動(dòng)送貨車

自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AutomatedGuidedVehicle）

AGV自動(dòng)送貨車

2003年9月，全球現(xiàn)場(chǎng)直播埃及金字塔世界最古老石棺的考古挖掘進(jìn)程，可能揭開古埃及金字塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)之謎。一個(gè)小機(jī)器人通過了埃及最大的金字塔內(nèi)一條狹窄的通道，試圖揭開4600年前的秘密。它的探秘之行以發(fā)現(xiàn)了又一道封閉的石門而告終。圖坦卡蒙的詛咒“不論是誰騷擾了法老的安寧，死神之翼將在它的頭上降臨?！毙C(jī)器人挑戰(zhàn)法老咒語，代替科學(xué)家勇探胡夫金字塔內(nèi)部秘道。“金字塔漫游者”，5×1×1，地面探測(cè)雷達(dá)、超聲波傳感器（測(cè)石頭厚度）。傳感器在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用醫(yī)學(xué)

對(duì)人體的健康狀況進(jìn)行診斷需要進(jìn)行多種生理參數(shù)的測(cè)量。國(guó)內(nèi)已經(jīng)成功地開發(fā)出了用于測(cè)量近紅外組織血氧參數(shù)的檢測(cè)儀器。人類基因組計(jì)劃的研究也大大促進(jìn)了對(duì)酶、免疫、微生物、細(xì)胞、NA、RNA、蛋白質(zhì)、嗅覺、味覺和體液組份以及血?dú)?、血壓、血流量、脈搏等傳感器的研究。光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量傳感器與航空及航天飛行器：控制在預(yù)定軌道上速度、加速度、飛行距離測(cè)量、周圍環(huán)境、內(nèi)部設(shè)備監(jiān)控、本身狀態(tài)參數(shù)的測(cè)量。陀螺儀、陽光傳感器、星光傳感器、地磁傳感器傳感器與環(huán)境保護(hù)

保護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須進(jìn)行大氣監(jiān)測(cè)和江河湖海水質(zhì)檢測(cè)，需要大量用于污水流量、PH值、電導(dǎo)、濁度、COD、BOD、TP、TN、礦物油、氰化物、氨氮、總氮、總磷、金屬離子濃度特別是重金屬離子濃度以及風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、工業(yè)粉塵、煙塵、煙氣、SO2、NO、O3、CO等參數(shù)測(cè)量的傳感器，這些傳感器中大多數(shù)亟待開發(fā)。NOXNO+NO2dustsootH2SH2OHC

C-totalCO2

COO2

HCNHClHFNH3

SO2

煙塵濁度測(cè)量紅外線分布差異礦藏埋藏地區(qū)傳感器與遙感技術(shù)微波紅外接收傳感器傳感器在軍事技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)總是最先被應(yīng)用于戰(zhàn)爭(zhēng)。以坦克、飛機(jī)、軍艦為標(biāo)志的作戰(zhàn)平臺(tái)是傳統(tǒng)的主戰(zhàn)兵器，各類傳感器不過是配屬的保障設(shè)施。

海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，伊拉克在科威特戰(zhàn)區(qū)部署了4280輛坦克，多國(guó)部隊(duì)只有3800輛坦克。但結(jié)果是伊拉克的坦克89％被毀，而多國(guó)部隊(duì)的坦克僅損失20輛。這種懸殊的損毀比，正是由于雙方信息優(yōu)勢(shì)及精確制導(dǎo)武器方面的明顯差距造成的。智能武器"把巨大的殺傷力和極高的精確性相結(jié)合，將會(huì)使軍事機(jī)構(gòu)思考未來戰(zhàn)爭(zhēng)的方式發(fā)生革命"。高技術(shù)常規(guī)武器成為比核武器更可靠的手段，"打了不用管"的制導(dǎo)炮彈能像導(dǎo)彈那樣捕捉和跟蹤目標(biāo)，射程遠(yuǎn)，威力大，價(jià)格低，命中率高，具有子母彈的打擊