傳感器與檢測技術緒論

2023/2/412.檢測的基本概念3.自動檢測系統(tǒng)5.檢測技術的發(fā)展勢趨4.自動檢測技術在國民經(jīng)濟中的作用和地位1.傳感器緒論6.本課程的內(nèi)容、任務和學習方法傳感器技術及應用是一門專業(yè)課。先修課程：2、高等數(shù)學1、高中物理；傳感器技術及應用課時：96成績=考試70%+平時30%傳感器技術及應用面向對象：測控技術及儀器、工業(yè)自動化、機電一體化、信息工程等機電類或信息類相關高職高專學生，以及測量與控制領域的工程技術人員。

目標：1、掌握基本的傳感技術原理；2、了解常規(guī)傳感器的工作原理和特性；3、掌握常見物理量的檢測方法和傳感器選型；4、提高解決實際測量及控制問題的能力。2023/2/49本書的章節(jié)目錄第1章傳感器理論基礎第2章電阻式傳感器第3章電感式傳感器第4章電容式傳感器第5章壓電式傳感器第6章熱電式傳感器第7章光電式傳感器第8章霍爾傳感器第9章波式傳感器第10章傳感器在工業(yè)中的應用2023/2/4102.檢測的基本概念3.自動檢測系統(tǒng)5.檢測技術的發(fā)展勢趨4.自動檢測技術在國民經(jīng)濟中的作用和地位1.傳感器緒論6.本課程的內(nèi)容、任務和學習方法2023/2/411檢測技術信息科學的一個重要分支，與計算機技術、自動控制技術和通信技術構成了信息技術的完整學科。沒有傳感器就沒有現(xiàn)代化科學技術。傳感器就是人類的感覺器官，成為人們認識自然改造自然的有利工具。2023/2/4121.傳感器是人類五官的延長，又稱為電五官。應用非常廣泛。傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。沒有傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)就失去了基礎。傳感器就是把物理量轉化為電量的一種器件或裝置。2023/2/413傳感器：在本教材中是指一個能將被測的非電量變換成電量的器件。

玻璃溫度計不屬于本教材所講授的傳感器范圍。2023/2/414能將溫度轉換為電壓的傳感器—熱電偶2023/2/4152.檢測的基本概念檢測就是人們借助于儀器、設備，利用各種物理效應，采用一定的方法，，將客觀世界的有關信息通過檢查與測量獲取定性信息的認識過程。核心部件就是傳感器兩個方面：檢查獲取定性信息，測量獲取定量信息。2023/2/4163.自動檢測系統(tǒng)2023/2/417原理框圖圖0—2

自動檢測系統(tǒng)的組成2023/2/418（1）傳感器傳感器是獲得信息的重要手段。它所獲得信息的正確與否，關系到整個檢測系統(tǒng)的精度，因而在非電量檢測系統(tǒng)中占有重要的地位。圖0—1中a部分為電阻應變式傳感器，它將汽車的重量轉化為相應的電信號。2023/2/419（2）信號處理電路傳感器輸出的信號常常需要加工和處理，如放大、調(diào)制、解調(diào)、濾波、運算以及數(shù)字化等，通常由信號處理電路來完成。它的主要作用是把傳感器輸出的電學量變成具有一定功率的模擬電壓（電流）信號或數(shù)字信號，以推動后級的輸出顯示或記錄設備、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機構。如圖0—1中b部分為信號處理電路。2023/2/420（3）顯示裝置測量的目的是使人們了解被測量的數(shù)值，所以必須有顯示裝置。目前常用的顯示裝置有四種：模擬顯示、數(shù)字顯示、圖像顯示和記錄儀。模擬顯示是指利用指針對標尺的相對位置來表示讀數(shù)，如毫伏表、毫安表等；數(shù)字顯示是指用數(shù)字形式來顯示讀數(shù)，目前大多用LED或LCD數(shù)碼管來顯示；圖像顯示是指用屏幕顯示（CRT）讀數(shù)或被測參數(shù)變化的曲線；記錄儀主要用來記錄被測量的動態(tài)過程的變化情況，如筆式記錄儀、光線示波器、打印機等。如圖0—1中c為顯示裝置，d為打印機。2023/2/421目前常用的顯示器有四類：模擬顯示、數(shù)字顯示、圖象顯示及記錄儀等

模擬顯示的特點：直觀2023/2/422數(shù)字式儀表數(shù)字式儀表的特點：準確，但最后一位經(jīng)常跳動不止。熱敏電阻2023/2/423

LED亮度高、耐振動；LCD耗電省、集成度高，但不利于夜間觀察。

LED、LCD的特點：2023/2/424

圖像顯示

特點——能顯示復雜的圖形和曲線，但價格昂貴。2023/2/425記錄儀

主要用來記錄被檢測對象的動態(tài)變化過程。2023/2/426（4）數(shù)據(jù)處理裝置和執(zhí)行機構數(shù)據(jù)處理裝置用來對被測結果進行處理、運算、分析，對動態(tài)測試結果作頻譜分析、能量譜分析等，完成這些工作必須用計算機技術。如圖0—1中的e為數(shù)據(jù)處理裝置（微機）。2023/2/4274.自動檢測技術在國民經(jīng)濟中的作用和地位在工業(yè)生產(chǎn)中的應用越來越重要。在軍工設備儀器中占據(jù)的位置越來越重。在醫(yī)療設備中有廣泛的應用。在日常生活中，檢測設備也非常重要的應用。2023/2/428檢測技術在衛(wèi)星中的應用紅外掃描區(qū)域人造衛(wèi)星2023/2/429檢測技術在飛行器中的應用2023/2/430一種典型的自動檢測系統(tǒng)（檢測系統(tǒng)在發(fā)電廠的應用）2023/2/431在工業(yè)生產(chǎn)中，為了保證生產(chǎn)過程能正常、高效、經(jīng)濟地運行，必須對生產(chǎn)過程的某些重要工藝參數(shù)(如溫度、壓力、流量等)進行實時檢測與優(yōu)化控制。例如城鎮(zhèn)生活污水處理廠在污水的收集、提升、處理、排放的生產(chǎn)過程中，通常需要實時準確檢測液位、流量、溫度、濁度、泥位（泥、水分界面位置）、酸堿度（pH）、污水中溶解氧含量（DO）、五日化學需氧量（COD）、各種有害重金屬含量等多種物理和化學成分參量；再由計算機根據(jù)這些實測物理、化學成份參量進行流量、（多種）加藥（劑）量、曝氣量、排泥優(yōu)化控制；為保證設備完好及安全生產(chǎn)，需同時對污水處理所需機電動力設備、電氣設備的溫度、工作電壓、電流、阻抗進行安全監(jiān)測，這樣才能實現(xiàn)污水處理安全、高效率和低成本運行。2023/2/432在軍工生產(chǎn)和新型武器、裝備研制過程中更離不開現(xiàn)代檢測技術，對檢測的需求更多，要求更高。研制任何一種新武器，從設計到零部件制造、裝配到樣機試驗，都要經(jīng)過成百、上千次嚴格的試驗，每次試驗需要高速、高精度地同時檢測多種物理參量，測量點經(jīng)常多達上千個。至于飛機、潛艇等在正常使用時都裝備了上百個各種檢測傳感器、組成十幾至幾十種檢測儀表實時監(jiān)測和指示各部位的工作狀況。至于在新機型設計、試驗過程中需要檢測的物理量更多，而檢測點通常在5000點以上。在火箭、導彈和衛(wèi)星的研制過程中，需動態(tài)高速檢測的參量很多，要求也更高；沒有精確、可靠的檢測手段，要使導彈精準確命中目標和衛(wèi)星準確入軌是根本不可能的。2023/2/433用各種先進的醫(yī)療檢測儀器可大大提高疾病的檢查、診斷速度和準確性，有利于爭取時間、對癥治療，增加患者戰(zhàn)勝疾病的機會。隨著生活水平的提高，檢測技術與人們?nèi)粘Ｉ钣鷣碛芮?。例如，新型建筑材料的物理、化學性能檢測、裝飾材料有害成分是否超標檢測；城鎮(zhèn)居民家庭室內(nèi)的溫度、濕度、防火、防盜及家用電器的安全監(jiān)測；這些都不難看出檢測技術在現(xiàn)代社會中的重要地位與作用。2023/2/4345.檢測技術的發(fā)展趨勢不斷拓展測量范圍，努力提高檢測精度和可靠性。傳感器逐漸向集成化、組合化、數(shù)字化方向發(fā)展。重視非接觸式檢測技術研究檢測系統(tǒng)智能化2023/2/435隨著科學技術的發(fā)展，對檢測儀器和檢測系統(tǒng)的性能要求，尤其是精度、測量范圍、可靠性指標要求愈來愈高。以溫度為例，為滿足某些科研實驗的需求，不僅要求研制測溫下限接近絕對零度-273.15℃、且測溫范圍盡可能達到15K(約-258℃)的高精度超低溫檢測儀表；同時，某些場合需連續(xù)測量液態(tài)金屬的溫度或長時間連續(xù)測量25003000℃的高溫介質(zhì)溫度。目前雖然已能研制和生產(chǎn)最高上限超過2800℃的熱電偶，但測溫范圍一旦超過2500℃，其準確度將下降，而且極易氧化從而嚴重影響其使用壽命與可靠性；因此，尋找能長時間連續(xù)準確檢測上限超過2000℃被測介質(zhì)溫度的新方法、新材料和研制（尤其是適合低成本大批量生產(chǎn)）出相應的測溫傳感器是各國科技工作者的許多年來一直努力試圖解決的課題。2023/2/436提高可靠性

承受劇烈振動2023/2/437應用新技術和新的物理效應，擴大檢測領域月球車2023/2/438鑒于傳感器與信號調(diào)理電路分開，微弱的傳感器信號在通過電纜傳輸?shù)倪^程中容易受到各種電磁干擾信號的影響，各種傳感器輸出信號形式眾多，使檢測儀器與傳感器的接口電路無法統(tǒng)一和標準化，實施起來頗為不便。隨著大規(guī)模集成電路技術與產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，采用貼片封裝方式、體積大大縮小的通用和專用集成電路愈來愈普遍；因此，目前已有不少傳感器實現(xiàn)了敏感元件與信號調(diào)理電路的集成和一體化，對外直接輸出標準的4～20mA電流信號；成為名符其實的變送器。這對檢測儀器整機研發(fā)與系統(tǒng)集成提供了很大的方便，從而亦使得這類傳感器身價倍增。其次，一些廠商把兩種或兩種以上的敏感元件集成于一體，而成為可實現(xiàn)多種功能新型組合式傳感器。例如，將熱敏元件和濕敏元件和信號調(diào)理電路集成在一起，一個傳感器可同時完成溫度和濕度的測量。2023/2/439發(fā)展集成化、功能化的傳感器

可拍照的手機2023/2/440在檢測過程中，把傳感器置于被測對象上，敏感被測參量的變化，這種接觸式檢測方法通常比較直接、可靠，測量精度較高；但在某些情況下，因傳感器加入會對被測對象的工作狀態(tài)產(chǎn)生干擾，而影響測量的精度。而在有些被測對象上，根本不不允許或不可能安裝傳感器，例如測量高速旋轉軸的振動、轉矩等。因此，各種可行的非接觸式檢測技術的研究愈來愈受到重視，目前已商品化的光電式傳感器、電渦流式傳感器、超聲波檢測儀表、核輻射檢測儀表等正是在這些背景下不斷發(fā)展起來的。今后不僅需要繼續(xù)改進和克服非接觸式（傳感器）檢測儀器易受外界干擾及絕對精度較低等問題，而且相信對一些難以采用接觸式檢測、或無法采用接觸方式進行檢測，尤其是那些具有重大軍事、經(jīng)濟或其它應用價值的非接觸檢測技術課題的研究投入會不斷增加，非接觸檢測技術的研究、發(fā)展和應用步伐都將明顯加快。2023/2/441近十年來，由于包括微處理器、單片機在內(nèi)的大規(guī)模集成電路的成本和價格不斷降低，功能和集成度不斷提高，使得許許多多以單片機、微處理器或微型計算機為核心的現(xiàn)代檢測儀器（系統(tǒng)）實現(xiàn)了智能化，這些現(xiàn)代檢測儀器通常具有系統(tǒng)故障自測、自診斷、自調(diào)零、自校準、自選量程、自動測試和自動分選功能、自校正功能、強大數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計功能、遠距離數(shù)據(jù)通信和輸入、輸出功能，可配置各種數(shù)字通訊接口，傳遞檢測數(shù)據(jù)和各種操作命令等，可方便地接入不同規(guī)模的自動檢測、控制與管理信息網(wǎng)絡系統(tǒng)。與傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)相比智能化的現(xiàn)代檢系統(tǒng)具有更高的精度和性能/價格比。2023/2/442采用計算機技術，使檢測技術智能化（續(xù)）

單片機芯片2023/2/4436.本課程的內(nèi)容、任務和學習方法本課程（1）介紹傳感器與自動檢測技術的基本概念；（2）然后較詳細地敘述生產(chǎn)、生活中常用各類傳感器、測量轉換電路及其應用；（