中南大學(xué)傳感與檢測(cè)ppt ch1-傳感與檢測(cè)技術(shù)-概述-2014

1、傳感與檢測(cè)技術(shù)傳感與檢測(cè)技術(shù)Sensor & Measurement Technology 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院劉少強(qiáng)劉少強(qiáng) （改編）（改編）2課程簡介n課時(shí)分配：學(xué)時(shí)48h（授課48h，課外實(shí)驗(yàn)16h）n教材：傳感器與現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)(陶紅艷主編，清華大學(xué)出版社)n參考書：傳感器技術(shù)，賈伯年主編，東南大學(xué)出版社 檢測(cè)技術(shù)，施文康主編，機(jī)械工業(yè)出版社 n學(xué)習(xí)要求：掌握傳感與檢測(cè)技術(shù)的基本原理與應(yīng)用方法，熟悉一般檢測(cè)電路及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，了解檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成的一般理論和分析設(shè)計(jì)方法。n主要講授內(nèi)容：傳感與檢測(cè)技術(shù)概述、誤差理論及數(shù)據(jù) 處理傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)、電

2、測(cè)量技術(shù)、常用機(jī) 械量傳感器、光電傳器、磁傳感器、氣體濕度傳感器、 幾何量和運(yùn)動(dòng)量檢測(cè)、力學(xué)量檢測(cè)、溫度檢測(cè)、流量檢 測(cè)、檢測(cè)中的信號(hào)轉(zhuǎn)換與調(diào)理、檢測(cè)算法、自動(dòng)檢測(cè)系 統(tǒng)及抗干擾、典型檢測(cè)系統(tǒng)方案n學(xué)習(xí)方式：聽課 + 自習(xí) + 練習(xí)n考核與成績?cè)u(píng)定：書面答題、結(jié)合實(shí)驗(yàn)完成情況評(píng)分3第一章第一章 緒論緒論1. 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用2. 傳感器與檢測(cè)技術(shù)的基本概念傳感器與檢測(cè)技術(shù)的基本概念3. 傳感器的組成與分類傳感器的組成與分類4. 檢測(cè)系統(tǒng)的一般構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)的一般構(gòu)成5. 傳感與檢測(cè)技術(shù)的主要研究內(nèi)容傳感與檢測(cè)技術(shù)的主要研究內(nèi)容6. 檢測(cè)方法分類檢測(cè)方法分類

3、7. 傳感器與檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r傳感器與檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r4歷史時(shí)代：歷史時(shí)代：手工化手工化機(jī)械化機(jī)械化自動(dòng)化自動(dòng)化信息化信息化生產(chǎn)方式：生產(chǎn)方式：人與簡人與簡單工具單工具動(dòng)力機(jī)動(dòng)力機(jī)與機(jī)械與機(jī)械自動(dòng)測(cè)自動(dòng)測(cè)量控制量控制智能機(jī)智能機(jī)械裝置械裝置1. 信息化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然信息化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然1.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用52. 信息流是客觀世界的一個(gè)主流信息流是客觀世界的一個(gè)主流 物料流物料流 能流能流 信息流信息流客觀世界客觀世界1.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用6信息流組成信息流組成信息流信息流獲取傳輸處理控制信息獲

4、取是信息流的一環(huán)信息獲取是信息流的一環(huán) 獲取信息是儀器科學(xué)的基本任務(wù)獲取信息是儀器科學(xué)的基本任務(wù) 儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分儀器儀表是信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分 儀器儀表是信息工業(yè)的源頭儀器儀表是信息工業(yè)的源頭 傳感器是感知和獲取信息的窗口傳感器是感知和獲取信息的窗口 傳感器是衡量國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志傳感器是衡量國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志 信息技術(shù)的三大支柱之一信息技術(shù)的三大支柱之一1.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用2. 信息流是客觀世界的一個(gè)主流信息流是客觀世界的一個(gè)主流73. 傳感器與檢測(cè)傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用儀器儀表的作用人與機(jī)器類比人與機(jī)器類比 傳感器

5、傳感器 - “電五官電五官” 檢測(cè)儀器儀表的作用：檢測(cè)儀器儀表的作用： 工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn) 倍增器倍增器 科學(xué)研究科學(xué)研究 先行官先行官 社社 會(huì)會(huì) 物化法官物化法官 軍軍 事事 戰(zhàn)斗力戰(zhàn)斗力1.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用83. 傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用1) 工業(yè)生產(chǎn)倍增器工業(yè)生產(chǎn)倍增器檢測(cè)技術(shù)是帶動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長的一個(gè)檢測(cè)技術(shù)是帶動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長的一個(gè) 關(guān)鍵領(lǐng)域關(guān)鍵領(lǐng)域在美國：檢測(cè)技術(shù)占在美國：檢測(cè)技術(shù)占4%，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長，拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長66%1.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用93. 傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作

6、用傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用(1)在在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用的應(yīng)用在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位在線檢測(cè)：零件尺寸、產(chǎn)品缺陷、裝配定位.離線檢測(cè)：零件參數(shù)、尺寸與形位公差、品質(zhì)參數(shù)離線檢測(cè)：零件參數(shù)、尺寸與形位公差、品質(zhì)參數(shù)作用：現(xiàn)代工程裝備中，檢測(cè)環(huán)節(jié)的成本約占作用：現(xiàn)代工程裝備中，檢測(cè)環(huán)節(jié)的成本約占5070%1.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用101.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用3. 傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用(1) 在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用各種自控系統(tǒng)中，測(cè)試環(huán)節(jié)起系統(tǒng)感

7、官的作用，是其重要組成部分。各種自控系統(tǒng)中，測(cè)試環(huán)節(jié)起系統(tǒng)感官的作用，是其重要組成部分。 a) 生產(chǎn)加工過程參數(shù)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)加工過程參數(shù)監(jiān)測(cè) 切削力測(cè)量，機(jī)床振動(dòng)測(cè)量、加切削力測(cè)量，機(jī)床振動(dòng)測(cè)量、加工噪聲測(cè)量，轉(zhuǎn)速、扭矩測(cè)量、工噪聲測(cè)量，轉(zhuǎn)速、扭矩測(cè)量、溫度測(cè)量、機(jī)架及受力件的應(yīng)力溫度測(cè)量、機(jī)架及受力件的應(yīng)力測(cè)量、電機(jī)參數(shù)測(cè)量等。測(cè)量、電機(jī)參數(shù)測(cè)量等。依靠傳感器獲得參數(shù)值。依靠傳感器獲得參數(shù)值。11b) 流程工業(yè)流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控 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。通常建立態(tài)

8、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)。小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 基于設(shè)備的檢查和基于設(shè)備的檢查和檢測(cè)，通過計(jì)算機(jī)檢測(cè)，通過計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，掌握和處理數(shù)據(jù)，掌握和評(píng)估設(shè)備狀態(tài)、預(yù)評(píng)估設(shè)備狀態(tài)、預(yù)測(cè)故障。測(cè)故障。1.1 傳感器傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用123. 傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用c) 在汽車中的應(yīng)用日新月異在汽車中的應(yīng)用日新月異發(fā)動(dòng)機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)：向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息，）提供發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況信息， 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制 溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速

9、、流量、氣體濃度和爆震傳感器等溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、流量、氣體濃度和爆震傳感器等 汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容汽車傳感器：汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，關(guān)鍵部件，核心技術(shù)內(nèi)容 普通轎車：約安裝幾十到近百只普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器傳感器， 豪華轎車：豪華轎車：傳感器傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。數(shù)量可多達(dá)二百余只。 底底 盤：盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)等 車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫 車車 身：身：提高

10、汽車的安全性、可靠性和舒適性等提高汽車的安全性、可靠性和舒適性等 溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測(cè)距、圖象等溫度、濕度、風(fēng)量、日照、加速度、車速、測(cè)距、圖象等 1.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用131.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用141.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用(2) 在航空、航天領(lǐng)域的應(yīng)用在航空、航天領(lǐng)域的應(yīng)用20062006年四度推遲發(fā)射中年四度推遲發(fā)射中第四次推遲原因？第四次推遲原因？“亞特蘭蒂斯亞特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)號(hào)航天飛機(jī)燃料傳感器？燃料傳感器？“阿波羅阿波羅10”： 火箭部分

11、火箭部分-2077個(gè)傳感器個(gè)傳感器飛船部分飛船部分-1218個(gè)傳感器個(gè)傳感器15(3) 在日常生活中的應(yīng)用與日俱增在日常生活中的應(yīng)用與日俱增1.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用智能家居：智能家居：16(3) 在日常生活中的應(yīng)用與日俱增在日常生活中的應(yīng)用與日俱增1.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用體溫計(jì)：接觸式體溫計(jì)：接觸式-熱敏電阻，非接觸式熱敏電阻，非接觸式-紅外傳感器紅外傳感器辦公商務(wù)：辦公商務(wù)：掃描儀：文檔掃描掃描儀：文檔掃描-線陣線陣CCDCCD紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)紅外傳輸數(shù)據(jù)：紅外檢測(cè)-光敏二極管、光敏三極管光敏二極管、光敏三

12、極管健康醫(yī)療：健康醫(yī)療：血壓計(jì)：血壓檢測(cè)血壓計(jì)：血壓檢測(cè) - - 壓力傳感器壓力傳感器血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀血糖測(cè)試儀、膽固醇檢測(cè)儀 - - 離子傳感器離子傳感器 家用電器：家用電器：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、3D3D相機(jī)相機(jī)- -圖像和紅外傳感與檢測(cè)圖像和紅外傳感與檢測(cè)自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)自動(dòng)感應(yīng)燈：亮度檢測(cè)-光敏電阻光敏電阻空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)空調(diào)、冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)-熱敏電阻、熱電偶熱敏電阻、熱電偶電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換電話、麥克風(fēng)：話音轉(zhuǎn)換-駐極電容傳感器駐極電容傳感器可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取可視對(duì)講、可視電話：圖像獲取-面陣面陣CCDCCD智能手機(jī)

13、：方向感知、導(dǎo)航智能手機(jī)：方向感知、導(dǎo)航加速度計(jì)、陀螺儀、電子羅盤加速度計(jì)、陀螺儀、電子羅盤171.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用三星的智能手表功能之一：健康跟蹤三星的智能手表功能之一：健康跟蹤指紋識(shí)別過時(shí)了？新技術(shù)可識(shí)別滑動(dòng)特征指紋識(shí)別過時(shí)了？新技術(shù)可識(shí)別滑動(dòng)特征(3) 在日常生活中在日常生活中的應(yīng)用與日俱增的應(yīng)用與日俱增181.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用3. 傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用2) 科學(xué)研究的先行官科學(xué)研究的先行官許多重要的科學(xué)分支的確立和發(fā)展歸功于重要的許多重要的科學(xué)分支的確立和發(fā)展歸功于重

14、要的科學(xué)儀器裝置的研制成功。色譜儀的發(fā)明產(chǎn)生了色科學(xué)儀器裝置的研制成功。色譜儀的發(fā)明產(chǎn)生了色譜學(xué)，光譜儀的發(fā)明產(chǎn)生了光譜學(xué)譜學(xué)，光譜儀的發(fā)明產(chǎn)生了光譜學(xué) 。諾獎(jiǎng)得主諾獎(jiǎng)得主R. R. Ernst“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來越現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展依靠尖端儀器的發(fā)展”?！罢莆樟俗钕冗M(jìn)的科學(xué)儀器研發(fā)技術(shù)，就掌握了掌握了最先進(jìn)的科學(xué)儀器研發(fā)技術(shù)，就掌握了科技發(fā)展的主動(dòng)權(quán)科技發(fā)展的主動(dòng)權(quán)”-楊國楨院士楊國楨院士 科學(xué)儀器是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要前提和根本保障；科學(xué)儀器是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要前提和根本保障； 110多年來，約三分之一的諾貝爾物理和化學(xué)獎(jiǎng)授多年來，約三分之一的諾貝爾物理和化學(xué)獎(jiǎng)授予了那些

15、在科學(xué)儀器和測(cè)量方面有創(chuàng)新的科學(xué)家。予了那些在科學(xué)儀器和測(cè)量方面有創(chuàng)新的科學(xué)家。191.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用3. 傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用3) 軍事戰(zhàn)斗力軍事戰(zhàn)斗力 1991年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)年海灣戰(zhàn)爭(zhēng) 精確制導(dǎo)炸彈和導(dǎo)彈占精確制導(dǎo)炸彈和導(dǎo)彈占8% 2003年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng) 90% 1994年美國防部建立自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行局年美國防部建立自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)執(zhí)行局立體作戰(zhàn)立體作戰(zhàn)201.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用(1) 檢測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用美軍研制的未來單兵作戰(zhàn)武器美軍研制的未來

16、單兵作戰(zhàn)武器-OICW 夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)夜視瞄準(zhǔn)機(jī)系統(tǒng)：非冷卻紅外傳感器技術(shù)激光測(cè)距儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射激光測(cè)距儀：可精確的定位目標(biāo)。在發(fā)射2020毫米高爆彈時(shí)，激光測(cè)距儀可毫米高爆彈時(shí)，激光測(cè)距儀可將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳至高爆彈的爆炸引信，以便精確設(shè)定引爆時(shí)間。將目標(biāo)的距離信息自動(dòng)傳至高爆彈的爆炸引信，以便精確設(shè)定引爆時(shí)間。3. 傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用3) 軍事戰(zhàn)斗力軍事戰(zhàn)斗力21美國國家導(dǎo)彈防御計(jì)劃美國國家導(dǎo)彈防御計(jì)劃-NMD1.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用(2) 檢測(cè)技術(shù)在國防領(lǐng)域的應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)在國

17、防領(lǐng)域的應(yīng)用1.地基攔截器地基攔截器2.早期預(yù)警系統(tǒng)早期預(yù)警系統(tǒng)3.前沿部署前沿部署(如雷達(dá)）如雷達(dá)）4.管理與控制系統(tǒng)管理與控制系統(tǒng)5. 衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星紅外線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng): 探測(cè)和發(fā)現(xiàn)探測(cè)和發(fā)現(xiàn)敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤敵人導(dǎo)彈的發(fā)射并追蹤導(dǎo)彈的飛行軌道；導(dǎo)彈的飛行軌道； 攔截器：能識(shí)別真假攔截器：能識(shí)別真假彈頭，敵友方彈頭，敵友方3. 傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用3) 軍事戰(zhàn)斗力軍事戰(zhàn)斗力221.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用 檢查產(chǎn)品質(zhì)量檢查產(chǎn)品質(zhì)量 監(jiān)測(cè)環(huán)境污染監(jiān)測(cè)環(huán)境污染 識(shí)別指紋假鈔識(shí)別指紋假鈔 查服違禁食品、藥

18、物查服違禁食品、藥物 偵破刑事案件偵破刑事案件3. 傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用傳感器與檢測(cè)儀器儀表的作用4) “物化法官物化法官”231.1 傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用傳感器和檢測(cè)技術(shù)的地位、作用其他：教學(xué)實(shí)驗(yàn)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)繪、其他：教學(xué)實(shí)驗(yàn)、氣象預(yù)報(bào)、大地測(cè)繪、 災(zāi)情預(yù)報(bào)、災(zāi)情預(yù)報(bào)、涵蓋涵蓋 吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空吃穿用、農(nóng)輕重、海陸空檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、航空航天、檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、航空航天、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生及日常生活的每一個(gè)領(lǐng)域，。交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生及日常生活的每一個(gè)領(lǐng)域，。241.2 傳感器與檢測(cè)的基本概念傳感器與檢測(cè)的基本概念 測(cè)量測(cè)量

19、：以確定以確定被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象屬性和量值屬性和量值為目的的為目的的全部操作全部操作，也就是將，也就是將被測(cè)量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量比較被測(cè)量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量比較, , 從而確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)。從而確定被測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的倍數(shù)。 它可由下式表示它可由下式表示: : xnqxnq或： 式中式中 ： x被測(cè)量值；被測(cè)量值； q標(biāo)準(zhǔn)量，即測(cè)量單位；標(biāo)準(zhǔn)量，即測(cè)量單位； n比值（純數(shù)），含有測(cè)量誤差。比值（純數(shù)），含有測(cè)量誤差。 檢測(cè)檢測(cè)(detection)技術(shù)技術(shù)： 含檢和測(cè)兩個(gè)內(nèi)容。檢是力圖發(fā)現(xiàn)對(duì)象中的某些待測(cè)量并以信號(hào)的含檢和測(cè)兩個(gè)內(nèi)容。檢是力圖發(fā)現(xiàn)對(duì)象中的某些待測(cè)量并以信號(hào)的形式表現(xiàn)出來，是回答有

20、無待測(cè)量的操作；測(cè)是量化待測(cè)量的信號(hào)。形式表現(xiàn)出來，是回答有無待測(cè)量的操作；測(cè)是量化待測(cè)量的信號(hào)。 工程中，檢測(cè)和測(cè)量被視為同義詞或近義詞。工程中，檢測(cè)和測(cè)量被視為同義詞或近義詞。測(cè)試技術(shù)：測(cè)試技術(shù)：帶試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量，泛指測(cè)量和試驗(yàn)兩方面的技術(shù)，帶試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量，泛指測(cè)量和試驗(yàn)兩方面的技術(shù)，包含包含測(cè)試過程中所涉及的測(cè)試?yán)碚摗⒎椒?、設(shè)備等。測(cè)試過程中所涉及的測(cè)試?yán)碚?、方法、設(shè)備等。25例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫例：空調(diào)機(jī)測(cè)量控制室溫1.2 傳感器與檢測(cè)的基本概念傳感器與檢測(cè)的基本概念空氣空氣被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象：被測(cè)信息被測(cè)信息：檢測(cè)器具檢測(cè)器具：操作過程操作過程：室內(nèi)空氣室內(nèi)空氣溫度溫度溫度傳感器溫

21、度傳感器 - 熱電阻、熱電偶熱電阻、熱電偶 熱敏電阻熱敏電阻 電信號(hào)電信號(hào) 處理處理 顯示顯示空調(diào)機(jī)空調(diào)機(jī)傳感器、檢測(cè)儀器、檢測(cè)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)傳感器、檢測(cè)儀器、檢測(cè)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)過程：檢測(cè)過程：信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)顯示、信號(hào)輸出信號(hào)采集、信號(hào)處理、信號(hào)顯示、信號(hào)輸出檢測(cè)器具：檢測(cè)器具： 被測(cè)信息被測(cè)信息：(對(duì)象的屬性、對(duì)象的屬性、量值量值)物理量（光、電、力、熱、磁、聲、物理量（光、電、力、熱、磁、聲、）化學(xué)量（化學(xué)量（PH、成份、成份）生物量（酶、葡萄糖、生物量（酶、葡萄糖、） 被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象：宇宙萬物（固液氣體、動(dòng)物、植物、天體宇宙萬物（固液氣體、動(dòng)物、植物、天體 ）261.2

22、傳感器與檢測(cè)的基本概念傳感器與檢測(cè)的基本概念l傳感器是什么？傳感器是什么？ 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB7665GB766520052005(1987)(1987)的定義：的定義： 傳感器傳感器(Sensor/Transducer)(Sensor/Transducer)是指能是指能感受規(guī)定的被測(cè)量感受規(guī)定的被測(cè)量并并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成成可用輸出信號(hào)可用輸出信號(hào)的器件或裝置的器件或裝置( (通常由敏感元通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成件和轉(zhuǎn)換元件組成) )。 定義內(nèi)涵：定義內(nèi)涵：傳感器是測(cè)量裝置，能完成測(cè)量傳感器是測(cè)量裝置，能完成測(cè)量/檢測(cè)任務(wù)。檢測(cè)任務(wù)。輸入量是某一被測(cè)量，可能是物理量或化學(xué)量

23、、生物量等。輸入量是某一被測(cè)量，可能是物理量或化學(xué)量、生物量等。輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這 種量可以是氣、光、電物理量，但主要是電信號(hào)。種量可以是氣、光、電物理量，但主要是電信號(hào)。輸出輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。輸出輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。271.2 傳感器與檢測(cè)的基本概念傳感器與檢測(cè)的基本概念從三個(gè)方面理解與把握傳感器從三個(gè)方面理解與把握傳感器：1）作用）作用測(cè)量；測(cè)量；2）工作機(jī)理）工作機(jī)理敏感元件，傳感器技術(shù)的核心，研究、敏感元件，傳感器技術(shù)的核心，研究、 設(shè)計(jì)、制作設(shè)計(jì)

24、、制作(還應(yīng)包含選擇還應(yīng)包含選擇)傳感器的關(guān)鍵；傳感器的關(guān)鍵；3）輸出信號(hào)）輸出信號(hào)適于測(cè)量的電信號(hào)。適于測(cè)量的電信號(hào)。傳感器的基本作用傳感器的基本作用： 功用功用: : 一感二傳，感受被測(cè)信息并傳送。一感二傳，感受被測(cè)信息并傳送?；咀饔没咀饔茫?體現(xiàn)在測(cè)量或檢測(cè)上，是應(yīng)用傳感器的目體現(xiàn)在測(cè)量或檢測(cè)上，是應(yīng)用傳感器的目的，也是學(xué)習(xí)本課程的目的。的，也是學(xué)習(xí)本課程的目的。 281.3 傳感器的組成與分類傳感器的組成與分類1. 傳感器的基本組成傳感器的基本組成n系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成：敏感元件：敏感元件 + 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 + 基本轉(zhuǎn)換電路基本轉(zhuǎn)換電路 （有時(shí)還包括供電的輔助電源）（有時(shí)還包括供電

25、的輔助電源）傳感器是功能器件（Function Device）。敏感元件敏感元件(Sensing Element)：直接感受(響應(yīng))外部信息的部分;轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件(Transduction Element)：能將感受到的被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電量的部分;當(dāng)傳感器的輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)稱為變送器變送器(Transmitter)。圖 傳感器的基本組成輔助電源轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件基本轉(zhuǎn)換電路被測(cè)量電量敏感元件敏感元件291.3 傳感器的組成與分類傳感器的組成與分類1.傳感器的基本組成傳感器的基本組成1) 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換/信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理(signal conditioning)電路的作用電路的作用n(1)將敏感或轉(zhuǎn)換

26、元件的輸出電信號(hào)轉(zhuǎn)為適于傳送、顯示或記錄 的信號(hào)，滿足后續(xù)電路或裝置的輸入要求。n(2)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的重要環(huán)節(jié)與基礎(chǔ)，也是應(yīng)用難點(diǎn)。n常用電路常用電路：信號(hào)放大、電平調(diào)整、線性化、濾波、阻抗匹配、 調(diào)制/解調(diào)、形式變換等n構(gòu)成特點(diǎn)構(gòu)成特點(diǎn)：可簡單、可復(fù)雜，視要求而定。最簡傳感器僅由一 個(gè)敏感元件(兼轉(zhuǎn)換元件)，如熱電偶；有些則由敏感 元件和轉(zhuǎn)換元件組成，無需轉(zhuǎn)換電路，如壓電加速 度傳感器；有些需經(jīng)過若干轉(zhuǎn)換元件的轉(zhuǎn)換。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，傳感器大多是開環(huán)，也有些是閉環(huán).n注：信號(hào)調(diào)理電路與檢測(cè)電路的界限并不很清楚，有時(shí)合二為一，如 將電阻電壓轉(zhuǎn)換電路，電阻、電感的檢測(cè)電路歸為信號(hào)調(diào)理電路。301.3

27、傳感器的組成與分類傳感器的組成與分類2. 傳感器的分類傳感器的分類原因原因：實(shí)際要測(cè)的量(變量)與其他量總存在一定的相關(guān)性(物理 的、化學(xué)的）。一種被測(cè)量可用不同傳感器測(cè)量；同一原理一種被測(cè)量可用不同傳感器測(cè)量；同一原理 的傳感器通?？蓽y(cè)量多種非電量的傳感器通常可測(cè)量多種非電量。 益處益處：有助于從總體認(rèn)識(shí)和掌握傳感器的原理、性能、特點(diǎn)。例如：按可變電參量大類中的阻抗形式分類有電阻型；按產(chǎn)生變化量綱分類有電壓型、電荷型或電流型。益處：類別減少，能直接研究設(shè)計(jì)相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)器。常見物理量的分類311.3 傳感器的組成與分類傳感器的組成與分類分類法分類法型式型式說明說明按基本效應(yīng)分按基本效應(yīng)分物

28、理型、化學(xué)型、生物型物理型、化學(xué)型、生物型以轉(zhuǎn)換中的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等命名以轉(zhuǎn)換中的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)等命名按構(gòu)成原理或按構(gòu)成原理或信號(hào)變換特征信號(hào)變換特征分類分類結(jié)構(gòu)型結(jié)構(gòu)型以其轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換以其轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換物性型物性型以其轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換以其轉(zhuǎn)換元件物理特性變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換混合型混合型結(jié)構(gòu)性與物性型傳感器組合而成的結(jié)構(gòu)性與物性型傳感器組合而成的按能量關(guān)系分按能量關(guān)系分能量轉(zhuǎn)換型（自源型）能量轉(zhuǎn)換型（自源型）傳感器輸出量直接由被測(cè)量能量轉(zhuǎn)換而得傳感器輸出量直接由被測(cè)量能量轉(zhuǎn)換而得能量控制型（外源型）能量控制型（外源型）輸出量的能量由外源

29、供給，但受被測(cè)量控輸出量的能量由外源供給，但受被測(cè)量控制制按作用原理分按作用原理分應(yīng)變式、電容式、壓電式、應(yīng)變式、電容式、壓電式、熱電式等熱電式等以傳感器對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換的作用原理命名以傳感器對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換的作用原理命名按被測(cè)量分按被測(cè)量分位移、壓力、溫度、流量等位移、壓力、溫度、流量等以被測(cè)量命名（即按用途分類法）以被測(cè)量命名（即按用途分類法）按輸出量分按輸出量分模擬式模擬式輸出量為模擬信號(hào)輸出量為模擬信號(hào)數(shù)字式數(shù)字式輸出量為數(shù)字信號(hào)輸出量為數(shù)字信號(hào)321.4 檢測(cè)系統(tǒng)的一般構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)的一般構(gòu)成存儲(chǔ)存儲(chǔ)顯示顯示分析分析監(jiān)控監(jiān)控判斷判斷決策決策 一個(gè)完整的檢測(cè)系統(tǒng)除檢、測(cè)功能外，還有對(duì)檢測(cè)過程的一個(gè)完

30、整的檢測(cè)系統(tǒng)除檢、測(cè)功能外，還有對(duì)檢測(cè)過程的操控、數(shù)據(jù)的傳輸和分析處理等環(huán)節(jié)，一般構(gòu)成如下。其中，操控、數(shù)據(jù)的傳輸和分析處理等環(huán)節(jié)，一般構(gòu)成如下。其中，信號(hào)是信息的載體。信號(hào)是信息的載體。信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)檢出信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換底層處理分析顯示底層處理分析顯示底層處理分析顯示底層處理分析顯示底層處理分析顯示底層處理分析顯示信號(hào)檢出：信號(hào)檢出：功能功能 - 將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化（將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的變化（detection）器件器件 - 傳感器（傳感器（sensor, transducer）信號(hào)轉(zhuǎn)換：信號(hào)轉(zhuǎn)換：功能功能 - 將傳

31、感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理的形式將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于處理的形式(conversion)器件器件 - 信號(hào)調(diào)理電路（信號(hào)調(diào)理電路（signal conditioning circuit）處理顯示：處理顯示：功能功能 - 分析分析(analysis)、處理、處理(processing)、顯示、顯示(display)通訊接口通訊接口/總線接口總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、 ) 其它環(huán)節(jié)：其它環(huán)節(jié)：存儲(chǔ)、監(jiān)控、決策存儲(chǔ)、監(jiān)控、決策 接接口口總總線線33力力位移位移 速度速度 加速度加速度 壓力壓力流量流量溫度溫度電阻式電阻式電容式電容式電感式電感式 壓電式壓電式熱電式熱

32、電式 光電式光電式磁電式磁電式電橋電橋 放大器放大器濾波器濾波器調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器運(yùn)算器運(yùn)算器 阻抗變換器阻抗變換器 筆式記錄儀筆式記錄儀光線示波器光線示波器 磁帶記錄儀磁帶記錄儀 電子示波器電子示波器 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 顯示器顯示器 磁卡磁卡 數(shù)據(jù)處理器數(shù)據(jù)處理器 頻譜分析儀頻譜分析儀 FFT 實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀 電子計(jì)算機(jī)電子計(jì)算機(jī) 被測(cè)對(duì)象被測(cè)對(duì)象 傳感器傳感器 中間變換中間變換測(cè)量裝置測(cè)量裝置 顯示及顯示及 記錄裝置記錄裝置 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理裝置處理裝置 激發(fā)裝置激發(fā)裝置 1.4 檢測(cè)系統(tǒng)的一般構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)的一般構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)與對(duì)應(yīng)的內(nèi)容、型式、部件、

33、裝置、設(shè)備示意圖檢測(cè)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)與對(duì)應(yīng)的內(nèi)容、型式、部件、裝置、設(shè)備示意圖341.5 傳感與檢測(cè)技術(shù)的主要研究內(nèi)容傳感與檢測(cè)技術(shù)的主要研究內(nèi)容n1）發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用新的測(cè)量原理以及新材料、新工藝，從 事相應(yīng)傳感器的開發(fā)研究；n2）選擇合適的測(cè)量原理測(cè)量原理，確定測(cè)量方法測(cè)量方法； 如：電測(cè)法和非電測(cè)法、直接測(cè)量與間接測(cè)量、絕 對(duì)測(cè)量與相對(duì)測(cè)量、開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量等。n3）設(shè)計(jì)或選用各類裝置組成測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)；n4）測(cè)量數(shù)據(jù)的分析處理數(shù)據(jù)的分析處理，得出符合客觀實(shí)際的結(jié)論。351.6 檢測(cè)方法分類檢測(cè)方法分類n1) 直接測(cè)量直接測(cè)量 絕對(duì)測(cè)量、相對(duì)測(cè)量絕對(duì)測(cè)量、相對(duì)測(cè)量 間接測(cè)量間接測(cè)量n2) 開環(huán)

34、測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量n3) 偏差法、零位法、微差法偏差法、零位法、微差法361.6 檢測(cè)方法分類檢測(cè)方法分類n1) 直接測(cè)量與間接測(cè)量直接測(cè)量與間接測(cè)量 直接測(cè)量直接測(cè)量：直接將：直接將被測(cè)量被測(cè)量與與標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較進(jìn)行比較標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位（如米尺、光柵尺、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位（如米尺、光柵尺、激光、激光、） 絕對(duì)測(cè)量絕對(duì)測(cè)量定值標(biāo)準(zhǔn)量（如某一固定尺寸）定值標(biāo)準(zhǔn)量（如某一固定尺寸） 相對(duì)測(cè)量相對(duì)測(cè)量371.6 檢測(cè)方法分類檢測(cè)方法分類- 絕對(duì)測(cè)量：絕對(duì)測(cè)量：采用儀器、設(shè)備手段測(cè)量被測(cè)量，直接得到測(cè)量值采用儀器、設(shè)備手段測(cè)量被測(cè)量，直接得到測(cè)量值測(cè)量結(jié)果：測(cè)量結(jié)果：20.1 m

35、m- 相對(duì)測(cè)量：相對(duì)測(cè)量：將被測(cè)量直接與基準(zhǔn)量比較，得到偏差值將被測(cè)量直接與基準(zhǔn)量比較，得到偏差值特點(diǎn)：特點(diǎn)：簡單、直觀、明了；簡單、直觀、明了； 測(cè)量精度不高測(cè)量精度不高基準(zhǔn)量：基準(zhǔn)量：20.00 mm測(cè)量值：測(cè)量值：+0.08 mm結(jié)結(jié) 果：果：20.08 mm特點(diǎn)：特點(diǎn)：精度高；復(fù)雜、成本高、要求高精度高；復(fù)雜、成本高、要求高n1) 直接測(cè)量與間接測(cè)量直接測(cè)量與間接測(cè)量381.6 檢測(cè)方法分類檢測(cè)方法分類 間接測(cè)量間接測(cè)量:如測(cè)導(dǎo)線的導(dǎo)電率如測(cè)導(dǎo)線的導(dǎo)電率 ：測(cè)量與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，被測(cè)量由計(jì)算獲得。測(cè)量與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，被測(cè)量由計(jì)算獲得。Rdl24n1) 直接測(cè)量與間接測(cè)量直接測(cè)量與間接測(cè)量391.6 檢測(cè)方法分類檢測(cè)方法分類n2) 開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量開環(huán)測(cè)量與閉環(huán)測(cè)量開環(huán)測(cè)量：開環(huán)測(cè)量：反饋測(cè)量：反饋測(cè)量：特點(diǎn)特點(diǎn)：簡單、直觀、明了；：簡單、直