傳感器與智能檢測技術(shù) 課件 1.1 傳感器技術(shù)概論

2022-2023-2檢測技術(shù)2傳感器技術(shù)中國電力出版社，2019教材：

上課時間：

周一1、2節(jié)，（周1-12,16-19）

地點(diǎn)：教1-518周二1、2節(jié)，（周1-9，13-19）

地點(diǎn)：訓(xùn)1-505周三1、2節(jié)，（周1-13，13-15,18-19）地點(diǎn)：教2-511成績構(gòu)成：

出勤：15%作業(yè)：15%實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)：20%期末考試：50%傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用，劉迎春，國防科技大學(xué)出版社；自動檢測技術(shù)及應(yīng)用，梁森等， 機(jī)械工業(yè)出版社網(wǎng)上各種資料，各種數(shù)據(jù)庫專業(yè)期刊.參考資料：

課程安排3傳感器技術(shù)基礎(chǔ)定義分類發(fā)展趨勢特性參數(shù)選用原則輸出接線數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換電路傳感器技術(shù)檢測技術(shù)濕敏傳感器磁敏傳感器氣敏傳感器光敏傳感器位移傳感器力敏傳感器溫度傳感器課程主要內(nèi)容傳感器的工作原理、特性、選型、轉(zhuǎn)換電路及其典型應(yīng)用流量傳感器4課程學(xué)習(xí)要求專業(yè)知識能夠分析常用傳感器的工作原理、性能和特點(diǎn)能夠分析電橋等常見轉(zhuǎn)換電路的基本原理和特性能夠掌握常用傳感器的適用場合和使用方法能夠理解和掌握傳感器選型的性能指標(biāo)能夠掌握傳感器的安裝與調(diào)試方法能夠掌握信號處理及抗干擾技術(shù)的基本知識學(xué)會分析典型檢測系統(tǒng)的組成及工作原理學(xué)會應(yīng)用誤差理論及測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理等知識專業(yè)技能學(xué)會查閱傳感器技術(shù)資料、相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范學(xué)會傳感器性能判別和篩選能夠依據(jù)檢測要求實(shí)現(xiàn)傳感器的選型能夠進(jìn)行典型傳感器的信號檢測與轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)學(xué)會常見傳感器的安裝與調(diào)試學(xué)會使用和維護(hù)典型電子檢測儀表能夠應(yīng)用誤差與統(tǒng)計(jì)理論對傳感器測量結(jié)果進(jìn)行分析處理學(xué)會編制相關(guān)技術(shù)文件職業(yè)素質(zhì)具備容忍、溝通和協(xié)調(diào)人際關(guān)系的能力具備團(tuán)隊(duì)合作和獨(dú)立工作能力具備批評與自我批評的意識能夠進(jìn)行勞動組織與實(shí)施能夠遵守勞動紀(jì)律和具備職業(yè)安全意識具備信息查詢、資料收集與整理的能力具備工作分析、總結(jié)的能力具備制訂工作進(jìn)度表以及控制進(jìn)度的能力具備方案設(shè)計(jì)與決策評估的能力

學(xué)習(xí)要求原理特點(diǎn)選型裝調(diào)數(shù)處學(xué)習(xí)流程“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)已為全世界所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識自然、改造自然的有力工具?？茖W(xué)僅僅是在人們懂得了測量才開始的－門捷列夫[Mendelyeev,DmitryIvanovich]

1傳感器技術(shù)基礎(chǔ)傳感器的概念地位及作用自動檢測/控制系統(tǒng)現(xiàn)狀及趨勢

1.1傳感器技術(shù)概論1.1.1傳感器的概念

1.1傳感器技術(shù)概論1.1.1什么是傳感器眼（視覺）耳（聽覺）鼻（嗅覺）皮膚（觸覺）舌（味覺）人體系統(tǒng)和機(jī)器系統(tǒng)比較

感知外界信息→大腦→肌體1.1.1什么是傳感器人的體力和腦力勞動通過感覺器官接收外界信號，將這些信號傳送給大腦，大腦對信號分析處理后傳遞控制信息給肌體；如果用機(jī)器完成這一過程，數(shù)據(jù)處理裝置（如計(jì)算機(jī)等）相當(dāng)人的大腦，執(zhí)行機(jī)構(gòu)相當(dāng)人的肌體，傳感器相當(dāng)于人的五官和皮膚。傳感器好比人體感官的延伸，有人又稱“電五官”。

圖1.1.1人體與機(jī)器系統(tǒng)的比較1.1.2傳感器技術(shù)的作用和地位

構(gòu)成現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱是：

傳感器技術(shù)（信息采集）；

通信技術(shù)

（信息傳輸）；

計(jì)算機(jī)技術(shù)（信息處理）；它們在信息系統(tǒng)中分別起到

“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”的作用。在利用信息的過程中，首先要解決獲取準(zhǔn)確可靠的信息問題，而傳感器是獲取信息的主要途徑和手段。

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傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)械制造、工業(yè)過程控制、汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品、起居生活、生物醫(yī)療等。就世界范圍而言，傳感器市場上增長最快的是汽車市場的需求，占第二位的是過程控制市場，前景看好是通訊市場?？茖W(xué)研究的先行官

諾貝爾獎獲得者R.R.Ernst說“現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步越來越依靠尖端儀器的發(fā)展”

俄國化學(xué)家門捷列夫指出“科學(xué)是從測量開始的”

近80年來，與科學(xué)儀器密切相關(guān)的諾貝爾獎獲得者達(dá)38人1.1.2傳感器技術(shù)的地位及作用15（1）傳感器在工業(yè)監(jiān)測和控制中的應(yīng)用

1.1傳感器技術(shù)概論數(shù)字化工廠項(xiàng)目（來源：深圳立德通訊）16產(chǎn)品質(zhì)量測量

在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動機(jī)等零部件出廠時，必須對其性能質(zhì)量進(jìn)行測量和出廠檢驗(yàn)。

汽車扭距測量機(jī)床加工精度測量汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖17產(chǎn)品質(zhì)量測量

1.1.2

傳感器技術(shù)的地位及作用

工業(yè)生產(chǎn)汽車參數(shù)檢測位置檢測（2）傳感器與智慧人居20

這種遙控器所利用的是一種肉眼看不見的紅外光，又稱為紅外線。電視機(jī)的遙控器中就是使用著光學(xué)傳感器。肉眼看不見（2）傳感器與智慧人居21

這種麥克風(fēng)是一種將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。唱卡拉OK時使用的麥克風(fēng)，也是一種傳感器。電容指紋識別22透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器感應(yīng)水龍頭電子門23火災(zāi)報(bào)警器24（3）傳感器在汽車中的應(yīng)用發(fā)動機(jī)：向發(fā)動機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動機(jī)的工作狀況信息，對發(fā)動機(jī)工作狀況進(jìn)行精確控制溫度、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

普通轎車：約安裝幾十到近百只傳感器，豪華轎車：傳感器數(shù)量可多達(dá)二百余只。

底盤：控制變速器系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動防抱死系統(tǒng)等車速、踏板、加速度、節(jié)氣門、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油溫車身：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、測距、圖象等2526汽車氣囊的保護(hù)作用

使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣。27輔助泊車傳感器雙聲納間隙檢測聲納后聲納間隙警告ECU間隙檢測聲納集成開關(guān)面板主要功能是判斷正前方及側(cè)前方的障礙物28（4）傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗觸覺能力：主要指確定工作對象是否存在，以及它的尺寸大小和形狀等。接近覺：主要用于探測機(jī)器人自身與周圍物體之間相對位置或距離的傳感器。接近覺界于觸覺與視覺之間。視覺：孔、邊、拐角的檢測及工作對象形狀的檢測等。壓覺：主要用于檢測機(jī)器人與作業(yè)對象之間接觸面的法向壓力值的大小?；X：主要用于檢測物體因自重相對于機(jī)器人手爪的滑移量的大小。1.1.2傳感器技術(shù)的作用和地位

機(jī)器人

視覺:平面、立體非視覺:觸覺、滑覺、熱覺、力覺、接近覺、…

30第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)弧焊機(jī)器人31噴漆機(jī)器人第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)32（5）傳感器在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第一章傳感器技術(shù)基礎(chǔ)外科手術(shù)機(jī)器人（馬里蘭大學(xué)）1.1.3

自動檢測/控制系統(tǒng)控制器執(zhí)行器過程傳感器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)_+圖1.1.2典型單閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)

1.1傳感器技術(shù)概論液位控制系統(tǒng)古埃及傳感器天平1.1.4傳感器技術(shù)的發(fā)展歷程

中國古代傳感器司南（戰(zhàn)國時期）“司南之杓，投之于地，其柢指南?！?--東漢王充《論衡》）指南車（上古時期）1.1.4傳感器技術(shù)的發(fā)展歷程指南魚（北宋時期）“平放魚在水面令浮，其首常南向午也?！?-《武經(jīng)總要》羅盤（南宋時期）“羅盤（指南針）打開了世界市場并建立了殖民地。”--馬克思《機(jī)器、自然力和科學(xué)的應(yīng)用》李約瑟（JosephNeedham，1900-1995）：

中國人發(fā)明了指南針、火藥，但歐洲人用指南針發(fā)現(xiàn)了新大陸，用火藥多次打敗了清政府，為什么？思考：歷史的貢獻(xiàn)要銘記、宣揚(yáng)，同時要不斷學(xué)習(xí)、創(chuàng)新和發(fā)展！1.1.4傳感器的發(fā)展歷程

傳感器現(xiàn)狀據(jù)統(tǒng)計(jì)目前全世界約有40個國家從事傳感器的研制、生產(chǎn)和開發(fā)，研發(fā)機(jī)構(gòu)6500余家。

其中以美、日、德等國實(shí)力較強(qiáng)，美、日、德等國建立了包括物理量、化學(xué)量、生物量三大門類的傳感器產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品20000多種，大企業(yè)的年生產(chǎn)能力達(dá)到幾千萬支到幾億支。

我國的傳感器產(chǎn)業(yè)在科技投入(經(jīng)費(fèi)、高級人才資源)、產(chǎn)業(yè)環(huán)境以及科技實(shí)力(專利件數(shù)、新品開發(fā)周期、關(guān)鍵材料與零組件、量產(chǎn)能力)三大方面的綜合競爭能力遠(yuǎn)低于美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家。目前系統(tǒng)越來越復(fù)雜，自動化已經(jīng)陷入低谷，其主要原因之一是傳感技術(shù)落后，一方面表現(xiàn)為傳感器在感知信息方面的落后；另一方面也表現(xiàn)為傳感器在智能化和網(wǎng)絡(luò)方面的落后。我國“十三五”提出新的戰(zhàn)略導(dǎo)向“智能制造”“中國制造2025”有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。智能制造將成為未來制造業(yè)變革的方向，也是各國提升國力、搶占未來世界經(jīng)濟(jì)先機(jī)的必由之路。1.1.4傳感器的發(fā)展歷程40五、傳感器的發(fā)展動向

引入多種技術(shù)途徑，提高與改善傳感器的技術(shù)指標(biāo)

利用原有或新發(fā)現(xiàn)的原理、材料和工藝等，開發(fā)新型傳感器

微型化、微功耗化、綜合化網(wǎng)絡(luò)化、智能化

1.1.4傳感器的發(fā)展歷程

1.1傳感器技術(shù)概論內(nèi)在發(fā)展（內(nèi)涵）外在表現(xiàn)（外延）411．基于新原理利用原有的物理和化學(xué)效應(yīng)，根據(jù)被測物理量的要求,巧妙地運(yùn)用于傳感器技術(shù)。利用集成技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)的新型傳感器。

422．利用新材料半導(dǎo)體敏感材料陶瓷材料磁性材料智能材料43

3．采用新工藝微機(jī)械加工技術(shù)（MEMS）微米/納米技術(shù)44

4．微型化、微功耗化、

多功能化同