王介生检测技术概述课件.ppt

检测技术检测技术1王介生检测技术概述课件学时分配及考核方式学时分配及考核方式1 1、学时分配：、学时分配： 共共4848学时，课堂教学学时，课堂教学3838学时，实验学时，实验1010学时学时2 2、成绩考核方式：、成绩考核方式： 平时考察出勤率，上课小测验，作业情况作为平时平时考察出勤率，上课小测验，作业情况作为平时 成绩考察的项目，占总成绩的成绩考察的项目，占总成绩的15%15%；实验成绩占总成绩的；实验成绩占总成绩的 15%15%；期末考试成绩占总成绩的；期末考试成绩占总成绩的70%70%3 3、及格标准：、及格标准： 出勤率达到要求，试验成绩及格，总成绩在出勤率达到要求，试验成绩及格，总成绩在6060分以分以 上2王介生检测技术概述课件第第1章　章　概述3王介生检测技术概述课件 检测技术作为信息科学的一个重要分支，与检测技术作为信息科学的一个重要分支，与计算机技术计算机技术、、自动控制自动控制技术技术和和通信技术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阵地地，是实现信息化的基础技术之一是实现信息化的基础技术之一自动控制系统示意框图传感器被测对象控制器被测量可用信号信号处理显示记录4王介生检测技术概述课件1.1课程简介课程简介1.1.1 本课程的地位和作用本课程的地位和作用              传感器与检测技术是工科电器信息类专业重要的专业课，有很广传感器与检测技术是工科电器信息类专业重要的专业课，有很广泛的适应面泛的适应面      5王介生检测技术概述课件      课程旨在培养学生在电子信息、计算机应用、精密仪器、测量与控课程旨在培养学生在电子信息、计算机应用、精密仪器、测量与控制等多领域中，具备生产过程中各种电量、非电量参量的检测、显示、制等多领域中，具备生产过程中各种电量、非电量参量的检测、显示、控制及系统的产品设计制造、科技开发、应用研究等方面的能力控制及系统的产品设计制造、科技开发、应用研究等方面的能力。

     本课程定位于为教学研究型大学的自动化、测控技术与仪器和电器本课程定位于为教学研究型大学的自动化、测控技术与仪器和电器自动化专业的本科学生提供传感器与检测技术方面的基础知识和基本自动化专业的本科学生提供传感器与检测技术方面的基础知识和基本技能的培训技能的培训1.1课程简介课程简介6王介生检测技术概述课件1.1.2 本课程内容体系结构本课程内容体系结构l按照传感器、检测技术和自动检测系统三大模块进行讲解按照传感器、检测技术和自动检测系统三大模块进行讲解l传感器部分主要包括传感器的基本特性、各类传统与新型传感器传感器部分主要包括传感器的基本特性、各类传统与新型传感器的工作原理与应用（的工作原理与应用（应变式、电感式、电容式、压电式、磁电式、应变式、电感式、电容式、压电式、磁电式、热电式、光电式、辐射与波式热电式、光电式、辐射与波式、数字式、智能式传感器；、数字式、智能式传感器；化学传化学传感器感器、生物传感器、微传感器等）、生物传感器、微传感器等）l检测技术主要包括检测技术主要包括参数检测参数检测、微弱信号检测、、微弱信号检测、软测量、多传感器软测量、多传感器数据融合数据融合、测量不确定度与回归分析等、测量不确定度与回归分析等l检测系统主要包括虚拟仪器和检测系统主要包括虚拟仪器和自动检测系统自动检测系统等。

等 7王介生检测技术概述课件1.1.3 本课程的任务及要求本课程的任务及要求l““传感器与检测技术传感器与检测技术””是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、是一门涉及到电工电子技术、传感器技术、光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械光电检测技术、控制技术、计算机技术、数据处理技术、精密机械设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常设计技术等众多基础理论和技术的综合性技术，现代检测系统通常集光、机、电于一体，软硬件相结合集光、机、电于一体，软硬件相结合l““传感器与检测技术传感器与检测技术””课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基课程着重培养学生掌握传感器与检测技术基本理论、基本方法，本课程是一门实践性很强的课程，在理论学习本理论、基本方法，本课程是一门实践性很强的课程，在理论学习的同时，要求学生通过实验和实践熟练掌握各类典型传感器的基本的同时，要求学生通过实验和实践熟练掌握各类典型传感器的基本原理和适用场合，掌握常用测量仪器的基本工作原理和工作性能，原理和适用场合，掌握常用测量仪器的基本工作原理和工作性能，能合理选用常用电子仪器、测量电路等，能根据测量要求设计各类能合理选用常用电子仪器、测量电路等，能根据测量要求设计各类测量系统，能对测量结果进行误差分析和数据处理等，达到理论与测量系统，能对测量结果进行误差分析和数据处理等，达到理论与实践的高度统一，突出能力的培养。

实践的高度统一，突出能力的培养8王介生检测技术概述课件Ø 构成现代信息技术的三大支柱是：构成现代信息技术的三大支柱是：Ø 传感器技术传感器技术（信息采集）；（信息采集）；Ø 通信技术通信技术（信息传输）；（信息传输）；Ø 计算机技术计算机技术（信息处理）；（信息处理）； 它们在信息系统中分别起到它们在信息系统中分别起到 “ “感官感官” ”、、“ “神经神经” ”和和“ “大脑大脑” ”的作的作用Ø在利用信息的过程中首先要解决获取准确可在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的信息，而传感器是获取信息的主要途径和靠的信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用9王介生检测技术概述课件 目前传感器涉及的领域：现代大工业生产、基础学科研究、宇宙开发、目前传感器涉及的领域：现代大工业生产、基础学科研究、宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、智能建筑、汽车、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、智能建筑、汽车、家用电器、生物工程、商检质检、公共安全、甚至文物保护等等极其广泛家用电器、生物工程、商检质检、公共安全、甚至文物保护等等极其广泛的领域。

的领域1、现代大工业生产、现代大工业生产质量监控；自动检测；质量监控；自动检测；过程控制的五大参量检过程控制的五大参量检测：测：流量、压力、温度、流量、压力、温度、液位、成分液位、成分1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用10王介生检测技术概述课件超高温、超高压、超低温、超高真超高温、超高压、超低温、超高真空、超强磁场检测空、超强磁场检测3、航空航天宇宙飞船、航空航天宇宙飞船 飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振飞行的速度、加速度、位置、姿态、温度、气压、磁场、振动测量；动测量；“阿波罗阿波罗10”飞船对飞船对3295个参数进行检测，其中：个参数进行检测，其中：温度传感器温度传感器559559个个压力传感器压力传感器140140个个信号传感器信号传感器501501个个遥控传感器遥控传感器142142个个专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体专家说：整个宇宙飞船就是高性能传感器的集合体2、基础学科研究、基础学科研究1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用11王介生检测技术概述课件1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用神州飞船：神州飞船：185185台（套）仪器装置台（套）仪器装置检测参数检测参数--加速度、温加速度、温度、压力、度、压力、 振动、流量、振动、流量、应变、应变、 声学、声学、12王介生检测技术概述课件1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用4、军事上的应用、军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器美军研制的未来单兵作战武器---OICW 夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。

在发射激光测距仪：可精确的定位目标在发射2020毫米高爆弹时，激光测距仪毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间13王介生检测技术概述课件1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用美国国家导弹防御计划美国国家导弹防御计划---NMD1.地基拦截器地基拦截器2.早期预警系统早期预警系统3.前沿部署前沿部署(如雷达）如雷达）4.管理与控制系统管理与控制系统5. 卫星红外线监测系统卫星红外线监测系统 监测系统监测系统: 探测和发现探测和发现敌人导弹的发射并追踪敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；导弹的飞行轨道； 拦截器：能识别真假拦截器：能识别真假弹头，敌友方弹头，敌友方14王介生检测技术概述课件5、汽车工业、汽车工业 汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器，普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。

豪华轿车：传感器数量可多达二百余只 发动机：发动机：向发动机的电子控制单元（向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等底底 盘：盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系 统等、车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、统等、车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、 油温油温 1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用15王介生检测技术概述课件1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用车车 身：身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等 16王介生检测技术概述课件1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用6、智能建筑、智能建筑包括三大基本要素有：包括三大基本要素有：楼宇自动化系统楼宇自动化系统 BAS（（Buiding Automating System））通讯自动化系统通讯自动化系统 CAS (Communication Automating System)办公自动化系统办公自动化系统 OAS (Office Automating System)控制管理各种机电设备控制管理各种机电设备——空调制冷；给水排水、变配电系统、照空调制冷；给水排水、变配电系统、照明系统、电梯等等，实现以上功能使用的传感器有：温度、湿度、明系统、电梯等等，实现以上功能使用的传感器有：温度、湿度、液位、流量、压差、空气压力。

液位、流量、压差、空气压力17王介生检测技术概述课件1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用安全防护；防盗、防火、防燃气泄露安全防护；防盗、防火、防燃气泄露CCD（电子眼）监视器、烟雾传感器、气体传感器、红外传感器、玻璃（电子眼）监视器、烟雾传感器、气体传感器、红外传感器、玻璃破碎传感器破碎传感器远程抄收与管理系统；水、电、气、热量通过传感器设置远程自动化抄表远程抄收与管理系统；水、电、气、热量通过传感器设置远程自动化抄表 巡更系统巡更系统——保安管理保安管理 18王介生检测技术概述课件1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用数码相机、数码摄像机数码相机、数码摄像机：自动对焦：自动对焦------红外测距传感器红外测距传感器自动感应灯自动感应灯：亮度检测：亮度检测------光敏电阻光敏电阻空调、冰箱、电饭煲空调、冰箱、电饭煲：温度检测：温度检测------热敏电阻、热电偶热敏电阻、热电偶、麦克风、麦克风：话音转换：话音转换------驻极电容传感器驻极电容传感器遥控接收遥控接收：红外检测：红外检测------光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管7、现代家用电器、现代家用电器 全自动洗衣机全自动洗衣机中水位、浊度传感器中水位、浊度传感器抽油烟机抽油烟机上的气敏传感器上的气敏传感器19王介生检测技术概述课件1.2 1.2 传感器的作用传感器的作用数字体温计数字体温计：接触式：接触式------热敏电阻，非接触式热敏电阻，非接触式------红外传感器红外传感器9、办公商务、办公商务扫描仪扫描仪：文档扫描：文档扫描------线阵线阵CCDCCD红外传输数据：红外传输数据：红外检测红外检测------光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管10、医疗卫生、医疗卫生电子血压计电子血压计：血压检测：血压检测 --- --- 压力传感器压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪血糖测试仪、胆固醇检测仪 --- --- 离子传感器离子传感器20王介生检测技术概述课件1.3 传感器的定义与组成传感器的定义与组成1.3.1 传感器的定义传感器的定义定性定性 人通过感官感觉外界对象的刺激，通过大脑对感受的信息进行判断、处理，肢体作出相应的反人通过感官感觉外界对象的刺激，通过大脑对感受的信息进行判断、处理，肢体作出相应的反映。

映定量定量 传感器相当于人的感官，称传感器相当于人的感官，称“电五官电五官”，外界信息由它提取，并转换为系统易于处理的电信号，，外界信息由它提取，并转换为系统易于处理的电信号，微机对电信号进行处理，发出控制信号给执行器，执行器对外界对象进行控制微机对电信号进行处理，发出控制信号给执行器，执行器对外界对象进行控制外界对象感官传感器人脑微机肢体执行器21王介生检测技术概述课件1.3 传感器的定义与组成传感器的定义与组成我们对传感器作如下定义：我们对传感器作如下定义：广义：广义：        传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置律转换成某种可用信号输出的器件和装置狭义：狭义： 能把外界非电信息转换成电信号输出的器件能把外界非电信息转换成电信号输出的器件         我国国家标准（我国国家标准（GB/T7665—2005）对传感器的定义是：）对传感器的定义是：       “能够感受规定的被测量并按照能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号一定规律转换成可用输出信号的器件的器件和装置和装置,通常由通常由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成组成”。

22王介生检测技术概述课件1.3 传感器的定义与组成传感器的定义与组成被测量：被测量：物理量、化学量、生物量物理量、化学量、生物量 ……可用信号：可用信号：便于处理和传输的非噪声信号便于处理和传输的非噪声信号 （电信号、光信号（电信号、光信号……））规律：规律：确定规律，可以重复（线性、非线性、周期）确定规律，可以重复（线性、非线性、周期）传感器：传感器：传传--传递信息；感传递信息；感--感受被测量；器感受被测量；器--器件器件例：热敏电阻例：热敏电阻 --- 温度变化温度变化 ---- 电阻变化电阻变化RR=f(T)23王介生检测技术概述课件1.3 传感器的定义与组成传感器的定义与组成表明传感器有以下含义：表明传感器有以下含义：按使用的场合不同又称为：按使用的场合不同又称为： 变换器、换能器、探测器变换器、换能器、探测器②②输入量可能是物理量，也可能是化学量等输入量可能是物理量，也可能是化学量等③③输出量是某种物理量，主要是电物理量输出量是某种物理量，主要是电物理量④④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度①①传感器能完成检测任务；传感器能完成检测任务；非电量非电量——电量电量（电阻、电压、电流、频率、电感、电容、电量）（电阻、电压、电流、频率、电感、电容、电量）24王介生检测技术概述课件1.3 传感器的定义与组成传感器的定义与组成l传感器：传感器：能感受被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件能感受被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置或装置l传感器的共性：传感器的共性：利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，利用物理定律或物质的物理、化学、生物等特性，将非电量转换成电量将非电量转换成电量l传感器功能：传感器功能：检测和转换。

检测和转换l敏感元件敏感元件是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）的是传感器中能直接感受（或响应）被测信息（非电量）的元件元件l转换元件转换元件则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响应）信息转换则是指传感器中能将敏感元件的感受（或响应）信息转换为电信号的部分为电信号的部分从传感器的定义中，可以归纳出以下信息：从传感器的定义中，可以归纳出以下信息：25王介生检测技术概述课件1.3 传感器的定义与组成传感器的定义与组成 1.3.21.3.2传感器的组成传感器的组成转换电路转换电路：：敏感元件敏感元件：：感受被测量变化，并输出相对应的电信号感受被测量变化，并输出相对应的电信号例例：电阻应变片（应变：电阻应变片（应变---电阻）电阻）又称又称“转换元件转换元件” 或或 “变换元件变换元件”把转换元件输出的电信号变换成为便于记录、显示、处理和把转换元件输出的电信号变换成为便于记录、显示、处理和控制的可用信号的电路，又称为控制的可用信号的电路，又称为“信号调理电路信号调理电路”或或“测量测量电路电路”例例：电桥、放大器、振荡器、阻抗变换器、脉冲调宽电路等电桥、放大器、振荡器、阻抗变换器、脉冲调宽电路等。

26王介生检测技术概述课件1.4 1.4 传感器的分类传感器的分类l按传感器的输入量（即被测参数）进行分类按传感器的输入量（即被测参数）进行分类：位移、速度、温度、：位移、速度、温度、压力传感器等压力传感器等 l按传感器的输出量进行分类按传感器的输出量进行分类 ：模拟式和数字式：模拟式和数字式 l按传感器的基本效应分类按传感器的基本效应分类：物理型、化学型、生物型：物理型、化学型、生物型l按传感器的工作原理进行分类按传感器的工作原理进行分类 ：应变式、电容式、电感式、压：应变式、电容式、电感式、压电式、热电式传感器等电式、热电式传感器等 l按传感器的构成进行分类按传感器的构成进行分类：物性型和结构型：物性型和结构型 l按传感器的能量变换关系进行分类按传感器的能量变换关系进行分类：有源（能量控制型）、无源：有源（能量控制型）、无源（能量变换型）（能量变换型）27王介生检测技术概述课件结构型与物性型 结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等物理学中的定律一般是以方程式给出的对于传感器，这些方程式就是许多传感器在工作时的数学模型这类传感器的特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。

物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等物质定律是表示物质某种客观性质的法则这种法则，大多数是以物质本身的常数形式给出这些常数的大小，决定了传感器的主要性能因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异如，光电管，它利用了物质法则中的外光电效应显然，其特性与涂覆在电极上的材料有着密切的关系又如，所有半导体传感器，以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等性能变化的传感器，都属于物性型传感器 28王介生检测技术概述课件能量控制型和能量转换型 能量控制型传感器，在信息变化过程中，传感器将从被测对象获取的信息能量用于调制或控制外部激励源，使外部激励源的部分能量载运信息而形成输出信号，这类传感器必须由外部提供激励源，如电阻、电感、电容等电路参量传感器都属于这一类传感器基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等的传感器也属于此类传感器 能量转换型传感器，又称无源型或发生器型，传感器将从被测对象获取的信息能量直接转换成输出信号能量，主要由能量变换元件构成，它不需要外电源如基于压电效应、热电效应、光电动势效应等的传感器都属于此类传感器。

29王介生检测技术概述课件1.5 1.5 传感器技术的发展传感器技术的发展 我国的传感器技术及产业在国家我国的传感器技术及产业在国家““大力加强传感器的开发和在国大力加强传感器的开发和在国民经济中的普遍应用民经济中的普遍应用””等一系列政策导向和资金的支持下，近年来也等一系列政策导向和资金的支持下，近年来也取得了较快发展目前有取得了较快发展目前有16881688家传感器研发机构，产品约家传感器研发机构，产品约60006000种，年种，年产量产量13.213.2亿多支，其中约亿多支，其中约1 1／／2 2产品销往国外预计到产品销往国外预计到““十五十五””期末，期末，敏感元器件与传感器年总产量可望达到敏感元器件与传感器年总产量可望达到2020亿支，销售总额将达约亿支，销售总额将达约120120亿亿元传感器技术大体可分三代：传感器技术大体可分三代： 第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号       所谓结构型传感器，则是通过传感器本身结构参数的变化来实所谓结构型传感器，则是通过传感器本身结构参数的变化来实现信号转换的。

例如，电容式传感器，是通过极板间距离发生变化现信号转换的例如，电容式传感器，是通过极板间距离发生变化而引起电容量的变化；而引起电容量的变化； 30王介生检测技术概述课件1.5 1.5 传感器技术的发展传感器技术的发展       第二代是上第二代是上70年代发展起来的固体型传感器年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成如：利电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器器、光敏传感器      第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能 现代传感器利用新的材料、新的集成加工工艺使传感器技术越来越现代传感器利用新的材料、新的集成加工工艺使传感器技术越来越成熟，传感器种类越来越多，除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料外，成熟，传感器种类越来越多，除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料外，光纤以及超导材料的发展为传感器的发展提供了物质基础。

未来还会有光纤以及超导材料的发展为传感器的发展提供了物质基础未来还会有更新的材料，如纳米材料，更有利于传感器的小型化目前，现代传感更新的材料，如纳米材料，更有利于传感器的小型化目前，现代传感器正从传统的分立式，朝着集成化、智能化、数字化、系统化、多功能器正从传统的分立式，朝着集成化、智能化、数字化、系统化、多功能化与网络化并向着微功耗、高精度、高可靠性、高信噪比、宽量程的方化与网络化并向着微功耗、高精度、高可靠性、高信噪比、宽量程的方向发展31王介生检测技术概述课件1.5 1.5 传感器技术的发展传感器技术的发展 现代传感器是具有全集成化、智能化、高精度、高性能、高可靠性现代传感器是具有全集成化、智能化、高精度、高性能、高可靠性和低价格等显著优点只有通过计算机与传感器的协调发展，现代科学和低价格等显著优点只有通过计算机与传感器的协调发展，现代科学技术才能有所突破可以说传感器技术已成为现代技术进步的重要因素技术才能有所突破可以说传感器技术已成为现代技术进步的重要因素之一为什么？为什么？））新材料、新工艺、新技术、高精度、高性能、高灵敏度、高可靠新材料、新工艺、新技术、高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命微（小）型化、集成化、数字化、多功能性、高稳定性、长寿命微（小）型化、集成化、数字化、多功能化、智能化、网络化、光机电一体化、无维护化、智能化、网络化、光机电一体化、无维护目前传感器技术的研究和发展主要集中在以下几个方向上：目前传感器技术的研究和发展主要集中在以下几个方向上：传感器性能的改善传感器性能的改善 开展基础理论研究开展基础理论研究传感器的集成化传感器的集成化 传感器的智能化传感器的智能化传感器的网络化传感器的网络化 传感器的微型化传感器的微型化32王介生检测技术概述课件1.5.1 传感器性能的改善传感器性能的改善l差动技术差动技术 l平均技术平均技术 l补偿与修正技术补偿与修正技术 l屏蔽、隔离与干扰抑制屏蔽、隔离与干扰抑制l稳定性处理稳定性处理1.5 1.5 传感器技术的发展传感器技术的发展33王介生检测技术概述课件1.5 1.5 传感器技术的发展传感器技术的发展1、改善传感器的性能的技术途径、改善传感器的性能的技术途径（（1 1）差动技术）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温度度变变化化、电电源源波波动动、外外界界干干扰扰等对传感器精度的影响，抵消了共共模模误误差差，减小非非线线性性误差误差等不少传感器由于采用了差动技术，还可使灵敏度增大灵敏度增大 （（2 2）平均技术）平均技术 在传感器中普遍采用平均技术可产生平均效应，其原理是利用若干个传感单元同时感受被测量，其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，总的误差将减小为δΣ=±δ/√n式中 n—传感单元数可见，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34王介生检测技术概述课件（（3 3）补偿与修正技术）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本身特性★ 针对传感器的工作条件或外界环境针对传感器的工作条件或外界环境 对于传传感感器器特特性性，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，必要时可以控制温度，搞恒温装置，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35王介生检测技术概述课件（（4 4）屏蔽、隔离与干扰抑制）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其方法有：u 减小传感器对影响因素的灵敏度u 降低外界因素对传感器实际作用的程度 对于电磁干扰，可以采用屏蔽屏蔽、隔离隔离措施，也可用滤波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 36王介生检测技术概述课件（（5））稳定性处理稳定性处理 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。

提高传感器性能的稳定性措施：对材料、元器件或传对材料、元器件或传感器整体进行必要的稳定性处理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 造成传感器性能不稳定的原因是：随着时间的推移和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发生变化 传感器作为长期测量或反复使用的器件，其稳定性显得特别重要，其重要性甚至胜过精度指标，尤其是对那些很难或无法定期标定的场合37王介生检测技术概述课件1.5 1.5 传感器技术的发展传感器技术的发展1.5.2 开展基础理论研究开展基础理论研究l寻找新原理寻找新原理 l开发新材料开发新材料 l采用新工艺采用新工艺l探索新功能探索新功能38王介生检测技术概述课件 传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们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物性性型型传传感感器器件件，这是发展高高性性能能、、多多功功能能、、低低成成本本和和小小型型化化传感器的重要途径。

结构型传感器发展得较早，目前日趋成熟结结构构型型传传感感器器，一般说它的结结构构复复杂杂，，体体积积偏偏大大，，价价格格偏偏高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，从而使它成为一个值得注意的发展动向 开展基础理论研究开展基础理论研究（（1 1）寻找新原理）寻找新原理39王介生检测技术概述课件 传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学的进步，人们在制造时，可任意控制它们的成分，从而设计制造出用于各种传感器的功能材料用复杂材料来制造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一2 2）开发新材料）开发新材料（1）半导体敏感材料（2）陶瓷材料 （3）磁性材料 （4）智能材料 如，半导体氧化物可以制造各种气体传感器，而陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它研制的传感器与传统的相比有突出的特点有机材料作为传感器材料的研究，引起国内外学者的极大兴趣40王介生检测技术概述课件 在发展新型传感器中，离不开新工艺的采用新工艺的含义范围很广，这里主要指与发展新型传感器联系特别密切的微细加工技术。

该技术又称微机械加工技术，是近年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域 （3 3）新工艺的采用）新工艺的采用 例如利用半导体技术制造出压阻式传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，日本横河公司利用各向异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅片上构成孔、沟棱锥、半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器41王介生检测技术概述课件1.5.3 传感器的集成化传感器的集成化l一是具有同样功能的传感器集成化，即将同一类型的单个传感元一是具有同样功能的传感器集成化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，形成一维的线性传感器，件用集成工艺在同一平面上排列起来，形成一维的线性传感器，从而使一个点的测量变成对一个面和空间的测量从而使一个点的测量变成对一个面和空间的测量l二是不同功能的传感器集成化，即将具有不同功能的传感器与放二是不同功能的传感器集成化，即将具有不同功能的传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件，从而使大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件，从而使一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数。

一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数 1.5 1.5 传感器技术的发展传感器技术的发展1.5.4 传感器的智能化传感器的智能化l传感器与微处理器的结合传感器与微处理器的结合：检测、信息处理、逻辑判断、自诊断等：检测、信息处理、逻辑判断、自诊断等l作用作用：提高测量精度、增加功能、提高自动化程度：提高测量精度、增加功能、提高自动化程度 42王介生检测技术概述课件1.5.5 传感器的网络化传感器的网络化l一是为了解决现场总线的多样性问题，一是为了解决现场总线的多样性问题，IEEE　　1451.2工作组建工作组建立了智能传感器接口模块（立了智能传感器接口模块（STIM）标准）标准l二是以二是以IEEE　　802.15.4（（Zigbee）为基础的无线传感器网络技）为基础的无线传感器网络技术得以迅速发展术得以迅速发展1.5 1.5 传感器技术的发展传感器技术的发展1.5.6 传感器的微型化传感器的微型化l体积小体积小l重量轻重量轻l低功耗低功耗l可靠性高可靠性高43王介生检测技术概述课件习题习题一、一、单项选择题1、下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（ B ） A. 应变式传感器 B. 化学型传感器 C. 压电式传感器 D. 热电式传感器2、通常意义上的传感器包含了敏感元件和（ C ）两个组成部分。

A. 放大电路 B. 数据采集电路 C. 转换元件 D. 滤波元件3、自动控制技术、通信技术、连同计算机技术和（ C ），构成信息技术的完整信息链 A. 汽车制造技术 B. 建筑技术 C. 传感技术 D.监测技术4、传感器按其敏感的工作原理，可以分为物理型、化学型和（ A ）三大类 A. 生物型 B. 电子型 C. 材料型 D. 薄膜型 5、 随着人们对各项产品技术含量的要求的不断提高，传感器也朝向智能化方面发展，其中，典型的传感器智能化结构模式是（ B ） A. 传感器＋通信技术 B. 传感器＋微处理器 C. 传感器＋多媒体技术 D. 传感器＋计算机 44王介生检测技术概述课件习题习题6、近年来，仿生传感器的研究越来越热，其主要就是模仿人的（ D ）的传感器A. 视觉器官 B. 听觉器官 C. 嗅觉器官 D. 感觉器官 7、若将计算机比喻成人的大脑，那么传感器则可以比喻为(B )A．眼睛 B. 感觉器官 C. 手 D. 皮肤 8、传感器主要完成两个方面的功能：检测和（ D ）。

A. 测量 B. 感知 C. 信号调节 D. 转换9、传感技术与信息学科紧密相连，是（ C ）和自动转换技术的总称 A. 自动调节 B. 自动测量 C. 自动检测 D. 信息获取10、以下传感器中属于按传感器的工作原理命名的是（ A ） A．应变式传感器 　 B．速度传感器C．化学型传感器 D．能量控制型传感器二、多项选择题二、多项选择题1、传感器在工作过程中，必须满足一些基本的物理定律，其中包含（ABCD） A. 能量守恒定律 B. 电磁场感应定律 C. 欧姆定律 D. 胡克定律2、传感技术是一个集物理、化学、材料、器件、电子、生物工程等学科于一体的交叉学科，涉及（ABC ）等多方面的综合技术 A. 传感检测原理 B. 传感器件设计 C. 传感器的开发和应用 D. 传感器的销售和售后服务45王介生检测技术概述课件习题习题3、目前，传感器以及传感技术、自动检测技术都得到了广泛的应用，以下领域采用了传感技术的有：（ ABCD ）。

A. 工业领域 B. 海洋开发领域 C. 航天技术领域 D. 医疗诊断技术领域 4、传感器有多种基本构成类型，包含以下哪几个（ ABC ）？A. 自源型 B. 带激励型 C. 外源型 D. 自组装型 5、下列属于传感器的分类方法的是：（ ABCD ） A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按输出量分 D. 按能量变换关系分 6、下列属于传感器的分类方法的是：（ABCD ）A. 按输入量分 B. 按工作原理分 C. 按构成分 D. 按输出量分7、下列属于传感器的分类方法的是：（ABCD ）A. 按基本效应分 B. 按工作原理分 C. 按构成分 D. 按输出量分8、传感技术的作用主要体现在：(ABCD ) A．传感技术是产品检验和质量控制的重要手段B. 传感技术在系统安全经济运行监测中得到广泛应用C．传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分D. 传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步9、传感技术的研究内容主要包括：(ABC ) A．信息获取B．信息转换C．信息处理D．信息传输46王介生检测技术概述课件习题习题10、传感技术的发展趋势主要表现在以下哪几个方面：(ABCD ) A．提高与改善传感器的技术性能B．开展基础理论研究 C．传感器的集成化 D．传感器的智能化三、填空题三、填空题1、传感技术与信息学科紧密相关，是 和 的总称。

2、传感技术是以研究自动检测系统中的 、 和 的理论和技术为主要内容的一门技术性学科3、传感器要完成的两个方面的功能是 和 4、传感器按构成原理，可分为 型和 型两大类5、传感器一般由 、 和 等三部分组成6、传感器能感受 并按照 转换成可用输出信号的器件或装置7、按输入量分类，传感器包括位移传感器、速度传感器、 、 等8、传感器的输出量有 和 两种9、根据传感技术涵盖的基本效应，传感器可分为 、化学型和 10、传感器是能感受规定的被测量并按照 转换成可用输出信号的器件或装置传感器，通常由直接响应于被测量的 、产生可用信号输出的 以及相应的 组成自动检测自动转换技术信息获取 信息转换 信息处理检测转换物性结构敏感元件转换元件基本转换电路被测量一定规律温度传感器压力传感器模拟量数字量物理型生物型一定规律敏感元件转换元件信号调节转换电路47王介生检测技术概述课件习题习题11、传感器是能 并按照一定规律转换成可用 的器件或装置。

是实现 的基本器件12、传感器技术的共性，就是利用物理定律和物质的 ，将 转换成 13、由传感器的定义可知，传感器要完成两个方面的功能： 和 因此传感器通常由 和 组成14、 是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性了解和定量掌握所采取的一系列技术措施 15、根据传感器的构成，可以将传感器分为 和 四、简答题四、简答题1、什么是传感器？ 传感器的共性是什么？ 2、解释什么是传感器？传感器的基本组成包括哪两大部分？这两大部分各自起什么作用？3、请简述传感器技术的分类方法4、请谈谈你对传感技术的发展趋势的一些看法5、试述传感器的定义、共性及组成感受被测量输出信号传感功能物理、化学或生物特性非电量电量检测转换敏感元件转换元件传感技术物性型结构型48王介生检测技术概述课件。