传感器技术及应用

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《传感器技术及应用》
传感器技术简介
二、传感器技术的作用和地位
4D彩超捕捉到难得一见的胎儿出生前微笑（美联社图片）
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传感器技术简介
三、传感器技术的应用
需要量
111 110 103 111 81 59 36 78 70 47 27 34 31 31 26 21 24 20 14 76 61 93
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传感器技术简介
二、传感器技术的作用和地位
衡量国家综合实力的重要标志
传感器与传感器技术的发展水平是衡量一个国家综合实力 的重要标志，也是判断一个国家科学技术现代化程度与生产水 平高低的重要依据。
日本：传感器技术列为计算机、通讯、激光、半导体、超导和传 感器等六大核心技术之一。在21世纪技术预测中将传感器列为首位。 美国：传感器及信号处理列为对国家安全和经济发展有重要影响 的关键技术之一。 欧洲：传感器技术作为优先发展的重点技术。 中国：在国家重点科技项目中，传感器也列在重要位置。
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“金字塔漫游者”机器人 5×1×1 ，地面探测雷达、超声波 传感器（测石头厚度）。
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三、传感器技术的应用 传感器与家用电器 自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨 斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录 像机、家庭影院。
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传感器技术的发展趋势
5．稳定性处理
传感器作为长期测量或反复使用的器件，稳定性显得特别重要。 在那些很难或无法定期标定的场合，重要性胜过精度指标。
造成传感器性能不稳定的原因： 随着时间的推移和环境条件的变化，构成传感器的各种材料与 元器件性能将发生变化。
提高传感器性能的稳定性措施： 对材料、元器件或传感器整体进行必要的稳定性处理。如永磁 材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理、电气元件 的老化筛选等。 在使用传感器时，若测量要求较高，必要时也应对附加的调整元 件、后续电路的关键元器件进行老化处理。
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61
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信电 科 设 交 输 机机家 照 汽 飞 船 气海 环 医防光 息信 技 备 通 电 床器用 相 车 机 舶 象洋 境 疗火能 人电机 处电测控控系 污 利 理话试制制统 器 染 用
热 能 利 用
传感器技术的应用领域
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机 械 能 利 用
土 农 货食 木 林 币品 建 金 筑 融
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传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用， 是十分明显的。
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传感器技术的发展趋势
传感技术的发展分为两个方面： ●提高与改善传感器的技术性能； ●寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。
一、改善传感器的性能的技术途径 1、差动技术
差动技术是传感器中普遍采用的技术。 它的应用可显著地减小温度变化、电源 波动、外界干扰等对传感器精度的影响， 抵消了共模误差，减小非线性误差等。 不少传感器由于采用了差动技术，还可 使灵敏度增大。
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二、传感器技术的作用和地位
传感器技术的应用遍及各个领域
传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保 护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文物保 护等极其广泛的领域。 毫不夸张地说：几乎每个现代化项目，以至各种复杂工程 系统，都离不开各种各样的传感器。 传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用， 是十分明显的。
传感器、地磁传感器。 周围环境、内部设备监控、本身状态。
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三、传感器技术的应用
传感器技术的应用遍及各个领域
传感器已渗透到宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保 护、资源调查、医学诊断、生物工程、商检质检、甚至文物保 护等极其广泛的领域。
毫不夸张地说：几乎每个现代化项目，以至各种复杂工程 系统，都离不开各种各样的传感器。
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Hale Waihona Puke n在传感器中利用平均 技术不仅可使传感器误差减 小，且可增大信号量，即增 大传感器灵敏度。
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传感器技术的发展趋势
3、补偿与修正技术 补偿与修正技术的运用大致针对两种情况： ★ 针对传感器本身特性 ★ 针对传感器的工作条件或外界环境
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2、平均技术
作用： 在传感器中普遍采用平均 技术可产生平均效应。 原理： 利用若干个传感单元同时 感受被测量，输出则是这些单元输出 的平均值，若将每个单元可能带来的 误差均可看作随机误差且服从正态分 布，根据误差理论，n个传感单元数总 的误差将减小为
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传感器技术的发展趋势
二、传感器的发展动向
开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新材料和新工 艺；实现传感器的集成化与智能化
开发新型传感器 开发新材料


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新工艺的采用
集成化、多功能化 智能化
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传感器技术的发展趋势
1、开发新型传感器
新型传感器主要三个方面：①采用新原理；②填补传感器空白； ③仿生传感器。
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一、传感器技术概述
人 体 系 统
外 界 信 息
感 官
人 脑
肢 体
传感器
“机电五官”
计算机
机 器 系 统
执行器
人机系统的机能对应关系
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一、传感器技术概述 传感器有些性能超过人的感官： （1）测量人体无法感知的量 （2）恶劣环境下工作 （3）测量范围宽、精确高、可靠性好
例如：
温度传感器：-196℃ ~ 1800℃ 压力传感器：0.01 ~ 10000kPa 精度：0.1% ~ 0.01% 可靠度：8 ~ 9 级
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二、传感器技术的作用和地位
现代信息技术的三大支柱之一
传感器技术（信息采集） 通信技术 （信息传输） 计算机技术（信息处理） 在信息系统中分别起到 “感官”、“神经”和“大脑”的 作用。 现代测量与自动控制的首要环节 传感器是信息采集系统的首要部件，计算机的“五官”。 没有传感器对原始信息进行精确、可靠的捕获和转换，一 切测量和控制都是不可能实现的。
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三、传感器技术的应用
自动检测与自动控制系统
石油、化工、电力、钢铁、机械等加工工业。
造纸
化工
纺织
烟草加工
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芯片生产
木材烘干
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三、传感器技术的应用
汽车与传感器
传统：行驶速度、 距离、发动机旋转速度、 燃料剩余量。 安全：安全气囊系 统、防盗装置、防滑控 制系统、防抱死装置、 电子变速控制装置、汽 车“黑匣子”。 环保：排气循环装 置、电子燃料喷射装置。
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三、传感器技术的应用 传感器在机器人上的应用 单能机器人：生产用的自动机械式（加工、组装、检验）。 检测臂的位置和角度传感器。
汽车焊装生产线
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隧道凿岩机器人
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三、传感器技术的应用
传感器在机器人上的应用
智能机器人：判断能力。视觉传感器、触觉传感器。
基本方法有： 减小传感器对影响因素的灵敏度 降低外界因素对传感器实际作用的程度
对于电磁干扰，可以采用屏蔽、隔离措施，也可用滤波等方法 抑制。对于如温度、湿度、机械振动、气压、声压、辐射、甚至气 流等，可采用相应的隔离措施，如隔热、密封、隔振等，或者在变 换成为电量后对干扰信号进行分离或抑制，减小其影响。
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传感器技术简介
一、传感器技术概述 传感器技术作为信息科学的一个重要分支，与计算机 技术、自动控制技术和通信技术等一起构成了信息技术的 完整学科。 在人类进入信息时代的今天，人们的一切社会活动都 是以信息获取与信息转换为中心，传感器作为信息获取与 信息转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，是 实现信息化的基础技术之一。 “没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世 界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一 样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息， 成为人们认识自然、改造自然的有力工具。
用于家庭服务的机器人
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用于水下探测的机器人
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三、传感器技术的应用 传感器在机器人上的应用 智能机器人： 埃及金字塔
世界最古老石棺的考古挖掘。
法老咒语：“不论是谁骚扰了法老 的安宁，死神之翼将在它的头上降临。” 小机器人挑战法老咒语，代替科 学家勇探胡夫金字塔内部秘道。
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三、传感器技术的应用 传感器与遥感技术 飞机及航天飞行器：近紫外线、可见光、远红外线、微波。 船舶：超声波传感器。
微波
红外接收传感器 红外线分布差异
地
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面
矿藏埋藏地区
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三、传感器技术的应用 传感器在军事技术领域的应用 “ …… 改变那种认为军事力 量主要是军舰、坦克和飞机的概 念，把我们的注意力放在思考信 息和电信技术所能提供的军事力 量上来。这场军事革命标志着一 种转变，即从重视军舰、坦克和 飞机，转为重视诸如传感器这类 东西的作用。” “信息时代的军事革命”
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传感器技术的发展趋势
对于传感器特性，找出误差的变化规律，或者测出其大小和方向，采 用适当的方法加以补偿或修正。 针对传感器工作条件或外界环境进行误差补偿，也是提高传感器精度 的有力技术措施。不少传感器对温度敏感，由于温度变化引起的误差十分 可观。为了解决这个问题，必要时可控制温度，用恒温装置，但往往费用 太高，或使用现场不允许。而在传感器内引入温度误差补偿又常常是可行 的。这时应找出温度对测量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。
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传感器技术简介
一、传感器技术概述
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传感器技术简介
一、传感器技术概述 传感器 —— 感觉，感知；传 送 （Sensor、Transducer） 人体系统： 人类有五大感觉器官，即眼、 耳、鼻、舌、皮肤。通过这些感 觉器官感知外界信息。 机器系统： 机器系统中，传感器是各种 机械和电子设备的感觉器官。感 知光、色、温度、压力、声音、 湿度、气味及辐射等。
研发新型传感器的重要途径：
传感器的工作机理是基于各种效应和定律，因此进一步探索具 有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型 传感器件，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重 要途径。 结构型传感器：发展较早，目前日趋成熟。结构型传感器，一 般说它的结构复杂，体积偏大，价格偏高。 物性型传感器：大致与之相反，具有不少诱人的优点，加之过 去发展也不够。世界各国都在物性型传感器方面投入大量人力、物 力加强研究，从而成为一个值得注意的发展动向。
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课程简介
课程地位和作用
DAC 被控对象 计算与控制 信息处理 机器或设备 信息获取 知识领域： 信息获取与处理 主要知识模块： 传感器原理与应用 信号检测与估计 误差理论与数据处理 测控电路 虚拟仪器 光电检测技术 智能检测及系统 传感器网络技术等等 ADC 传感器与检测 信息应用 执行器
补偿与修正，可以利用电子线路（硬件）来解决，也可以采用微 型计算机通过软件来实现。
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传感器技术的发展趋势
4、屏蔽、隔离与干扰抑制
传感器大都要在现场工作，现场的条件往往是难以充分预料的， 有时是极其恶劣的。各种外界因素要影响传感器的精度与各有关性能。 为了减小测量误差，保证其原有性能，就应设法削弱或消除外界因素 对传感器的影响。
——美国参联会副主席欧文斯上将
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特种武器观察、侦察、探测
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传感器技术简介
三、传感器技术的应用
传感器在医疗及人体医学上的应用
医用传感器：人体内部温度、血液、呼吸流量、 肿瘤、心
音、腔内压力、心脑电波。
传感器与航空及航天
飞行器：控制在预定轨道上。 速度、加速度、飞行距离测量：陀螺仪、阳光传感器、星光