认识传感器(传感器教学课件)

认识传感器——检测技术
网 络 化
虚拟仪器技术 物联网技术
“物联网”是指各类传感器和现有的“互联网”相互衔接的一种新技术。 通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等 信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换 和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。
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分类
从应用目的角度（被测量性质）： 机械量传感器：位移、速度、加速度、振动、力、尺寸 热工量传感器：温度、压力、流量、物位 化学量传感器：浓度、化学成分
状态量传感器：颜色、透明度、磨损量、裂纹
从研究目的角度（输出量性质/工作原理）： 参量型传感器：电阻式、电容式、电感式（无源电参量） 发电型传感器：热电偶、光电、磁电、压电等（输出电压 或电流）
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二、检测技术发展方向
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微电子技术、微处理器与传感器结合（智能化）
可减少干扰、提高传感器精度、优化传感器功能，实现实时数据 处理等。即不只完成信息获取、转换，还能进行数据处理等，是广义 上的检测技术。
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家庭用煤气报警器
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视频
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2008年9月29日，半导体行业全球领 先公司之一意法半导体和世界机器人 前沿技术领跑者早稻田大学仿人机器 人研究院（HRI）宣布，双方合作开 发出一款名为WV-1（早稻田双轮机器 人1号）的高性能双轮倒立摆机器人。 WV-1机器人是一款双轮驱动的倒立摆 机器人。反馈系统使机器人在运动过 程中保持身体平衡。控制反馈系统的 是ST基于ARM® Cortex™-M3的32位微 控制器STM32和LIS344ALH 三轴数字 加速运动传感器，微控制器快速计算 机器人身体倾斜度、角速度以及其它 传感器数据，使电机连续产生最佳力 矩，确保机器人连续平稳地移动，而 不会倾斜摔倒。
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2、测量电路
作用：将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电
流信号。 放大、阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等 测量电路的种类由传感器类型决定，如：电阻式传感器 采用电桥电路测量。
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传感器技术应用
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课程内容
认识传感器
温度传感器
力传感器
位移传感器 光电传感器
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认识传感器
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感官
神经
大脑
肢体
信息获取
信息传送
信息处理
执 行
传感器技术
通信技术
计算机技术
执行机构
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系统灵敏度为：
s s1 s2 s 3
x S1 y1 S2 y2 S3 y0
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例题1
某测温系统由四个环节组成，各自灵敏度如下： 铂电阻温度传感器： 0.35Ω/℃ 电桥： 放大器： 0.01V/Ω 100（放大倍数）
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三、检测系统组成
指示仪
非电 被测量
传感器
测量电路
记录仪
电源
数据处理仪器
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三、检测系统组成
信息的获取 转换 显示、处理
传感器
测量电路、 放大器等
认识传感器
什么是传感器
检测技术
关于测量与误差
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检测技术地位 检测技术发展方向 检测系统组成
检测系统基本特性
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例：曹冲称象
方法：比较法； 装置：船、石头、小秤； 检查、测量，从而得到： 定性、定量的结果。
工业控制系统——饮料灌装车间
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液体自动灌装机
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小型电子秤
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传感器技术是一门知识密集型技术, 它与许多学科 有关。 传感器的原理各种各样，其种类十分繁多 ，分类方法也很多, 但目前一般采用两种分类方法 ：一是按被测参数分类，如温度压力、位移、速 度等；二是按传感器的工作原理分类, 如应变式、 电容式、压电式、 磁电式等。本课程是按后一种 分类方法来介绍各种传感器的，而传感器的工程 应用则是根据工程参数进行叙述的。对于初学者 和应用传感器的工程技术人来说，应先从工作原 理出发，了解各种各样传感器，而对工程上的被 测参数应着重于如何合理选择和使用传感器。
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一、检测技术地位
含义 检测技术是人们为了对被测对象所包含 的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取 的一系列技术措施。
工欲善其事，必先利其器
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五官 传感器技术
1、灵敏度
传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变
化的输入量变化的比值。
y k x
dy k dx
输入-输出特性曲线斜率
FLASH\灵敏度 线性.swf
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作图法求灵敏度过程 作图法求灵敏度过程
y
Δy
切点
传感器 特性曲线
x1
y K x
0 Δx
计算机技术
通信技术 神经
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信息技术
大脑
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作用一 检测技术是产品检验和质量控制的重要手段 ——在线检测技术 作用二 检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用 作用三 检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分
作用四
对于非线性系统：其灵敏度随输入量的变化而变化，常将其校正为线 性系统。
输入输出若为不同量纲，则s也有量纲；输入输出若为相同量纲， s则可理解为放大倍数。FLASH\灵敏度 增减.swf
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若检测系统由多个环节组成，各环节灵敏度 分别为S1、S2、S3，且以串联方式连接，则整个
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感官
获取信息
检测非电量
传感器属于检测技术领域（狭义）
实质：非电量电测技术
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传感器： 广义：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成 可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件 组成。 狭义： 在本教材中是指一个能将被测的非电量变换成 电量的器件。
电 信 号 ↓
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工业控制中检测最多的物理量：
温度
力
光
位移
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工业测控系统——温度测控
1．温度传感器；
2．电阻丝
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操作人员的工作:
①检测——眼 ②运算、命令——脑 ③执行——手
汽包液位人工控制
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自动系统的工作:
①检测——传感器
②运算、命令——控制器 ③执行——执行器（控制阀）
汽包液位自动控制
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二、检测技术发展方向
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多维化、多功能化、小型化、集成化
同样功能的传感器集成：一维（点测量），二维（面测量）， 三维（体测量） 不同功能的传感器集成：使一个传感器可同时测量不同种类的 多个参数
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3、显示记录装置
作用：是检测人员和检测系统联系的主要环节，使检测 人员了解检测数值的大小或变化过程。 分类：模拟显示、数字显示、图像显示。
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四、检测系统基本特性（静态特性）
笔试记录仪：
0.1cm/V
求：（1）测温系统的总灵敏度 （2）记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值
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2、分辨率与分辨力
用来表示仪表或装置能够检测被测量的最小量变化的性能指标。
分辨力：输入量从某个任意值（非零值）缓慢增加，直到可以测量 到输出的变化为止，此时的输入量的变化量即分辨力。 即传感器能检测出被测信号的最小变化量。（传感器能检测出的输 入量的最小变化量） 分辨率：以最大量程的百分数表示，即： 最小输入量/输入最大量程×100% • • 一般模拟式仪表的分辨力规定为最小刻度分格值的一半 数字式仪表的分辨力为最后一位的一个字。
检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步
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二、检测技术发展方向
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新原理、新材料、新工艺
新原理：特种参数——视觉、嗅觉、味觉、听觉等 极端参数——超高温、超高压等 仿生学的发展：嗅觉传感器；方向传感器 新材料：新型敏感元件 新工艺：无接触测量技术
指示仪、 记录仪等
数据处理、 分析仪器
敏Leabharlann Baidu元件 如悬臂梁
转换元件 如应变片
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1、传感器——测量接口
能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输 出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 把被测量变换为另一种与之有确定对应关系，并便于 测量的量的装置（电学量）。 传感器是整个检测系统中最重要的环节，检测系统获 取信息的质量由传感器的性能确定，传感器的误差决定 整个系统的精度。
当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为检 测系统的输入量和输出量都和时间无关，表示它们之间 关系的是一个不含时间变量的代数方程，在这种关系基 础上，确定的检测装置性能参数称为静态特性。 灵敏度、分辨力、分辨率、线性度、迟滞、稳定 度、重复性、可靠性等。
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分辨率与分辨力？ 右表的满量程为199.9A
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3、线性度
对于理性的测量系统（仪表），其静态特性可由下列 方程式表示：
y a0 a1 x a2 x 2 a3 x 3 an x n
xmax
x
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若系统的输出和输入间有线性关系，则灵敏度k是一个常数。一 般希望灵敏度在整个测量范围内保持常数，这样，可得均匀刻度的标 尺，读数方便，便于分析、处理测量结果。
对于线性系统：灵敏度是其传递函数（输出量与输入量之比）