《现代传感技术绪论》PPT课件

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1、研究生课程现代传感技术绪论高新技术迅速发展的信息时代，获取准确可靠的信息成为做好一切工作的前提。传感器是信息的采集和信息的转换的重要部件,测量和控制系统的首要环节，测试计量和工业自动化、智能化的关键技术。在世界范围内，一个国家的一项工程设计中所用传感器的数量和水平直接标志着这个国家科学技术的先进程度，因此传感器技术成为信息时代的焦点。1传感器的定义人用五官感受外界信息，将所得到的信息送入大脑并进行思维和判断，然后大脑命令四肢完成某种动作。表观上传感器能够代替人的五官完成感受外界信息的功能，成为传送感觉(应)的一种器件。“五官”感受的外界信息范围很窄(只是对人体无害的信息)，还有

2、很多无法或难以感知的被测量，如紫外光、红外光、电磁场、无味无嗅之气体及特高温、剧毒物和各种微弱信号等，而这些传感器都可以感知。由于电信号具有高精度、高灵敏度，可测量控制的范围宽，便于传递、放大及反馈并连续可测、可遥测、可储存等很多优点，所以人们希望传感器还能将感知的信号放大、传输、存储及显示输出。于是，更广义地可以把传感器归纳为一种能感受外界信息(力、热、声、光、磁、气体、湿度等等)，并按一定的规律将其转换成易处理的电信号的装置。若被测量是电量，可直接与各种智能仪器(计算机和机器人)连接，并进行信号处理。若被测量是非电量，如物理量(力学量、湿度、流量、物位、光学量和温度)，化学

3、量(成份、酸碱度和反应速度)，生物量(血压、人体反应)等，则必须通过相应的传感器将它们转换成电量，再送入计算机进行处理。也就是说，能把被测物理量或化学量转换为与之有确定对立关系的电量输出的装置称为传感器。2传感器的分类由于被测信号的种类很多，而且一种被测量可以用不同种类的传感器来测量，一种传感器也许可以测量几种被测信号，所以传感器存在很多分类方式，这里介绍几种基本的分类形式。按照工作机理可以分为物性传感器和结构型传感器两大类。物性传感器利用外界信息使材料本身的固有性质发生变化，通过检测性质的变化来检测外界信息。利用外界信息使材料的物理性质(力、热、声和光)发生变化的传感器称为物

4、理传感器，如半导体的力、热、光和磁敏传感器等。利用外界信息使材料的化学性质发生变化的传感器称为化学传感器，如Fe203气体传感器等；利用外界信息使生物或微生物组织的生物效应发生变化的传感器称为生物传感器，如酶传感器、微生物传感器等。结构型传感器利用外界信息使一些元件的结构(如弹簧、气压)发生形变，通过测量结构的变化来检测被测对象，如用金属的伸缩来感知温度等等。按照信息的传递方式可以分为直接型和间接型传感器。将被测的信息通过传感器直接转换成电信号的传感器称为直接型传感器，如光敏二极管将光信号直接转换成电流信号，热敏电阻将温度的变化直接转变为电阻值的变化。将被测信息通过多于一次的转

5、换才变为电信号的传感器称为间接型传感器，如压力传感器先将压力施加于感压膜片上使其产生形变(即应变)，形变会引起压阻效应才使电阻值发生了变化。按照人类的感觉功能分为视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉五类传感器。机器人的感觉系统由视觉、触觉、痛觉、滑动觉、接近觉、热觉或温觉、力觉、嗅觉、听觉和味觉组成。为了将多个传感器得到的信息综合利用，发展多信息处理技术，使机器人更准确、全面和低成本地获取所处环境的信息，组成了机器人智能技术，如机器人的多感觉系统(RobotSensorySystem)和多传感器信息的集成与融合(Multi—SensorIntegrationandFusion)。按照感

6、觉功能将传感器分类的状况另外按照制造传感器所用的材料可以分为半导体传感器、金属传感器、陶瓷传感器、光纤传感器、高分子传感器和生物传感器等。按传感器的检测对象分为温度传感器、光敏传感器、压力传感器、磁传感器、气敏传感器、湿度传感器、离子传感器和生物传感器等。还有更为具体的分类形式，按照转换原理分类的，如电磁传感器和光电传感器；按照用途分类的，如工业、民用、医疗、军用及汽车传感器等等。总之，为了使用的方便，不同的行业依据的分类方式不同，而且会随着传感器的发展而出现更新的种类。3传感器的基本特性及应用3．1传感器的基本特性传感器是直接与被测对象发生联系的部分，是信息输入的窗口，可提供

7、原始信息，检测的准确与否完全与一定范围内反应被测量的精确程度有关。于是，它必须具备一定的基本特性，而了解和掌握其基本特性是正确选择和使用传感器的基本条件。传感器的基本特性是指传感器的输出与输入之间关系的特性，一般分为静态特性和动态特性两大类。当被测量不随时间变化或随时间变化很缓慢(常称为静态信号)时，用一系列静态参数来描述其静态特性。当被测量随时间变化很快(常称动态信号)时，可用一系列动态参数来描述其动态特性。3.1.1．静态特性传感器的静态特性是指对于静态的输入信号，传感器的输出量与输入量