傳感器技術(shù)0緒論中英對(duì)照課件

Sensor/TransducerTechnology

傳感器技術(shù)Instructor:Dr.JinboFu(符金波)Ph.D.ofMechanicalEngineering,PennStateUniv.,USAM.S.ofElectricalEngineering,PennStateUniv.,USAM.S.ofMechanicalEngineering,PennStateUniv.,USAM.E.ofPrecisionInstrument,TsinghuaUniv.,PRCB.E.ofPrecisionInstrument,TsinghuaUniv.,PRCOfficeAddress:Room528,CentralBuildingTel:; Email:Tipsforthisclass

課程注意事項(xiàng)Prerequisite課程必備條件WiderangeofknowledgeinPhysics,Mechanics,Electronics,Machinery,Optics,etc.物理、力學(xué)、電子學(xué)、機(jī)械、光學(xué)等等廣泛的知識(shí)

Goodattitude&somedevotion好的學(xué)習(xí)態(tài)度+一些投入Somerulesofthisclass本課的一些規(guī)定Rulesofabsence缺課的規(guī)定

allow1absencew/priornotice允許事先請(qǐng)假缺課一次Rulesofhomework家庭作業(yè)的規(guī)定

homeworkisdueinclassaweekfromtheassignment

家庭作業(yè)布置一周后在課堂上提交

Rulesofclassinteraction課堂互動(dòng)

pleaseraiseyourhand,speakloudandclearinEnglishorChinese

請(qǐng)先舉手，然后用英文或中文大聲回答Chapter0:Preface緒論1.2傳感器的作用和重要性Functionsandimportanceofsensor0.10.20.30.4傳感器的定義和組成Definitionandcompositionofsensor傳感器的分類和要求Classificationandrequirementofsensor傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)NewtrendanddirectionofsensorR&DThefunctionsofsensor傳感器的作用傳感器實(shí)際上是一種功能塊(functionmodule)，其作用是將來(lái)自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(electricsignal)。傳感器所檢測(cè)的信號(hào)近來(lái)顯著地增加，因而其品種也極其繁多。為了對(duì)各種各樣的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、控制，就必須獲得盡量簡(jiǎn)單易于處理的信號(hào)，這樣的要求只有電信號(hào)能夠滿足。電信號(hào)能較容易地進(jìn)行放大(amplify)、反饋(feedback)、濾波(filter)、微分(differentiate)、存貯(store)、遠(yuǎn)距離操作(remotecontrol)等。Theimportanceofsensor傳感器的重要性作為人腦(humanbrain)的一種模仿(imitation)，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展極為迅速，可是起感覺(jué)模仿作用的傳感器卻發(fā)展很慢，因而如果不進(jìn)行傳感器的開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)將不能適應(yīng)實(shí)際需要。現(xiàn)代社會(huì)要求傳感器(sensor)、電子計(jì)算機(jī)(computer)和執(zhí)行器(activator)三者都能相互協(xié)調(diào)才行。這樣，傳感器就成了現(xiàn)代科學(xué)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(centralnervesystem)，它日益受到人們的普遍重視，這已成為現(xiàn)代傳感器技術(shù)的必然趨勢(shì)。Theapplicationsofsensor傳感器的應(yīng)用傳感器技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化(Industrialautomation)、軍事國(guó)防(Militarydefense)和以宇宙探索(Spaceexploration)、海洋開(kāi)發(fā)(Oceanexploitation)為代表的尖端科學(xué)與工程等重要領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。同時(shí)，它正以自己的巨大潛力，向著與人們生活密切相關(guān)的方面滲透；生物工程(Bio-engineering)、醫(yī)療衛(wèi)生(Medicalcare)、環(huán)境保護(hù)(Environmentalprotection)、安全防范(Securityenforcement)、家用電器(Householdappliances)、網(wǎng)絡(luò)家居(Networkhousing)等方面的傳感器已層出不窮，并在日新月異地發(fā)展。Thedefinitionofsensor傳感器的定義傳感器是一種以一定的精確度(accuracy)把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量(physicalquantity)的測(cè)量裝置。其包含以下下幾個(gè)方面的意思：傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)(test)任務(wù)它的輸入量是某一被測(cè)量，可能是物理量(physicalquantity)，也可能是化學(xué)量(chemicalquantity)、生物量(biologicalquantity)等輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸(transport)、轉(zhuǎn)換(transform)、處理(process)、顯示(display)等，這種量可以是氣(gas)、光(light)、電(electricity)，但主要是電量。輸入輸出有對(duì)應(yīng)關(guān)系(correspondence)，且應(yīng)有一定的精確度(accuracy)。Thecompositionofsensor傳感器的組成電量被測(cè)量

敏感元件轉(zhuǎn)化元件轉(zhuǎn)換電路注：有的書上不包括虛線后部分傳感器一般由敏感元件(Sensingelement)、轉(zhuǎn)換元件(Transducingelement)、轉(zhuǎn)換電路(Transformingcircuit)三部分組成：有些傳感器很簡(jiǎn)單，僅由一個(gè)敏感元件（兼作轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測(cè)量時(shí)直接輸出電量。如熱電偶(thermocouple)。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒(méi)有轉(zhuǎn)換電路。有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不止一個(gè)，要經(jīng)過(guò)若干次(multiple)轉(zhuǎn)換。Theclassificationofsensor傳感器的分類傳感器種類繁多，目前常用的分類有兩種：

以被測(cè)量來(lái)分(basedonmeasurements)以傳感器的原理來(lái)分(basedonprinciples)被測(cè)量類別被

測(cè)

量熱工量Quantityofthermalengineering

溫度temperature、熱量quantityofheat、比熱specificheat、壓力pressure、壓差differentialpressure、真空度vacuumdegree、流量volumeofflow、流速velocityofflow、風(fēng)速airspeed機(jī)械量Quantityofmechanicalengineering位移displacement（線linear位移、角angular位移）、尺寸size、形狀shape；力force、力矩torque、應(yīng)力stress、重量weight、質(zhì)量mass、轉(zhuǎn)速speedofrotation、線速度linearvelocity；振動(dòng)幅度amplitudeofvibration、頻率frequency、加速度acceleration、噪聲noice按被測(cè)量來(lái)分類Theclassificationofsensor傳感器的分類按傳感器原理來(lái)分類電阻式resistive，光電式photoelectric（紅外式infrared、光導(dǎo)纖維式opticalfiber），電感式inductive，諧振式resonant，電容式capacitive，霍爾式hall（磁式magnetic），阻抗式impedance（電渦流式eddycurrent），超聲式ultrasonic，磁電式electromagnetic，同位素式isotopic，熱電式electrothermic，電化學(xué)式electrochemical，壓電式piezoelectric，微波式microwaveThepurposeofclassification分類的目的了解各類傳感器的工作原理(principles)、主要性能(performance)及其特點(diǎn)(characteristics)、應(yīng)用(applications)。合理地選擇和使用傳感器。了解常用傳感器的工程設(shè)計(jì)方法(engineeringdesignmethods)和掌握常用傳感器的試驗(yàn)研究方法(experimentandstudyingapproaches)。了解傳感器地發(fā)展方向(directionsoffuturedevelopment)等。Requirementsofsensors傳感器的要求足夠的容量(sufficientcapacity)—傳感器的工作范圍或量程(range)足夠大，具有一定的過(guò)載能力(overloadcapacity)。靈敏度高，精度適當(dāng)(highsensitivityandappropriateaccuracy)—即要求其輸出信號(hào)與被測(cè)信號(hào)成確定的關(guān)系（通常為線性），且比值要大；傳感器的靜態(tài)響應(yīng)staticresponse與動(dòng)態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確度能滿足要求。

響應(yīng)速度快(fastresponse)，工作穩(wěn)定(stableperformance)，可靠性好(goodreliability)使用性和適應(yīng)性強(qiáng)(easytouseandeasytoadapt)—體積小，重量輕，動(dòng)作能量小，對(duì)被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)影響??；內(nèi)部噪聲小而又不易受外界干擾的影響；其輸出盡量采用通用或標(biāo)準(zhǔn)形式，以便與系統(tǒng)對(duì)接。使用經(jīng)濟(jì)(economictouse)—成本低，壽命長(zhǎng)，且便于使用、維修和校準(zhǔn)(calibrate)。NewtrendsofsensorR&D傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)“電五官”落后于“電腦”的現(xiàn)狀，已成為微型計(jì)算機(jī)(micro-computer)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的一大障礙(obstacle)許多有競(jìng)爭(zhēng)力的(competitive)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和卓有成效的(effective)技術(shù)改造，都離不開(kāi)傳感器傳感器的應(yīng)用直接帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益(economicbenefits)和社會(huì)效益(socialbenefits)傳感器普及于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，將造成良好的市場(chǎng)前景(prospectofmarketing)NewtrendsofsensorR&D傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和需求量NewtrendsofsensorR&D傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)，大致分為如下四個(gè)方面：發(fā)現(xiàn)新效應(yīng)(neweffects)，開(kāi)發(fā)新材料(newmaterials)、新功能(newfunctions)。集成化(integrated)，多功能化(multi-functional)，微型化(miniaturized)。數(shù)字化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化-智能傳感器(intelligentsensors)向未開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域挑戰(zhàn)—生物傳感器(Bio-sensors)。NewtrendsforsensorR&D傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)集成化，多功能化，微型化積極應(yīng)用半導(dǎo)體(semiconductor)集成電路(integratecircuit-IC)技術(shù)及其開(kāi)發(fā)思想將多個(gè)或多種傳感器集成制造在同一個(gè)芯片(chip)上。微米/納米技術(shù)(Micro/Nanotechnology)的問(wèn)世和微機(jī)械加工技術(shù)的出現(xiàn)為微型傳感器(Micro-transducer)的研制鋪平了道路。NewtrendsforsensorR&D傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)數(shù)字化，智能化，網(wǎng)絡(luò)化同一般傳感器相比，智能式傳感器有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：精度高

highprecision穩(wěn)定、可靠性好stableandreliable檢測(cè)與處理方便

easytotestandprocess功能廣

widerangeoffunctions性價(jià)比高

goodperformancepriceratio

NewtrendsforsensorR&D傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)從構(gòu)成上看，智能式傳感器是一個(gè)典型的以微處理器(micro-processor)為核心的計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)(detectionsystem)。NewtrendsforsensorR&D傳感器開(kāi)發(fā)的新趨勢(shì)檢測(cè)與處理方便：

智能傳感器不僅具有一定的可編程(programmable)自動(dòng)化能力(automationcapacity)，可根據(jù)檢測(cè)對(duì)象或條件的改變，方便地改變量程及輸出數(shù)據(jù)的形式等，而且輸出數(shù)據(jù)可通過(guò)串行serial或并行parallel通訊線直接送入遠(yuǎn)地計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。功能廣：

不僅可以實(shí)現(xiàn)多傳感器多參數(shù)