北京工业大学现代传感与检测技术PPT推荐.ppt

北京工业大学现代传感与检测技术PPT推荐.ppt

《北京工业大学现代传感与检测技术PPT推荐.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京工业大学现代传感与检测技术PPT推荐.ppt（170页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

,二、现代传感器的定义,现代传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。

国际电工委员会的定义为：

“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。

国家标准GB7665-87的定义为：

“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可输出信号的器件或装置”。

定义包含以下几方面的含义：

传感器是测量装置，能完成检测任务，在检测系统中，传感器是必备装置。

它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；

它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量；

输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。

传感器的构成：

敏感元件,转换元件,基本转换电路,被测量,电量,敏感元件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并将信号进行必要的转换输出。

转换元件将敏感元件的输出转换成电路参量。

基本转换电路是一些能把敏感器件或转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录和处理等有用的电信号的装置。

随着集成电路制造技术的发展，现在已能把一些处理电路和传感器集成在一起，购车功能集成传感器。

进一步的发展是将传感器和微处理器相结合，装在一个检测器中形成了一种新型“智能传感器”。

它将具有一定的信号调理、信号分析、环境适应等能力，甚至具有一定的辨认、识别、判断的功能。

二、传感技术的发展方向,当今传感器技术的主要发展动向：

开展基础研究，重点研究传感器的新原理、新材料和新工艺；

实现传感器的微型化、阵列化、集成化和智能化。

从当前高新技术发展趋势来看，传感技术发展方向具体表现在以下几个主要方面。

（1）发现并利用新现象与新效应利用物理现象、化学反应和生物效应是各种传感器工作的基本原理，发现新现象与新效应是传感器技术发展的重要工作，是研究开发新型传感器的基础。

例如，利用超导技术,研制成功高温超导磁传感器，其灵敏度比霍尔器件高。

制造工艺相对简单，可用于磁成像技术。

（1）发现并利用新现象与新效应（续）据报道，美国国立实验室的研究人员正在研制变色传感器，当存在目标物质时传感器由蓝色变成红色。

参照细胞膜的模型，可针对一种特定的生物目标设计传感器。

一旦识别出目标物质，膜将由蓝色变成红色，提示有目标物质存在。

钱永健（RogerYonchienTsien）,1952年出生，美国生物化学家。

2008年诺贝尔化学奖得主，美国国家科学院院士，美国国家医学院院士，美国艺术与科学院院士。

从事的研究工作：

生物发光现象研究,

（2）利用新材料传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学的进步，人们可制造出各种新型传感器。

以下三个方向：

A在已知的材料中探索新现象、效应和反应，然后使他们能在传感器技术中得到实际应用；

B探索新材料，应用那些已知现象、效应和反应来改进传感器技术；

C在研究新型材料的基础上，探索新现象、新效应和新反应，并在传感器技术中加以实施。

近年来，对传感器材料的开发研究有了较大进展，主要发展趋势如下：

A单晶体到多晶体、非晶体；

B单一型材料到复合材料；

C原子（分子）型材料的人工合成。

现代传感器制造业的发展取决于传感器技术的新材料和敏感元件的开发。

传感器开发的基本趋势和半导体以及介质材料的应用密切关联。

目前人们已在采用硅或金属和非金属合成的化合物半导体等敏感材料、陶瓷材料、非晶化或薄膜化磁性材料和智能材料（包括生物体材料、形状记忆合金、形状记忆陶瓷和形状记忆聚合物等）等来研制传感器。

例如：

等离子聚合法聚苯乙烯薄膜湿度传感器测湿范围宽、使用温度范围可达-4001500、响应速度快（小于1s），且其尺寸小，可用于小空间测湿。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所报道了一种新型柔性可穿戴仿生触觉传感器人造仿生电子皮肤。

以丝绸为模板方式，实现了具有微纳米结构薄膜的可控制备，并与自支撑单壁碳纳米管超薄膜结合，构筑了具有高灵敏度的柔性仿生电子皮肤，并将其应用于对脉搏、语音等人体生理信号的实时快速检测，通过对人体说话时喉部肌肉群运动产生的微弱压力变化及脉搏波形变化分析,推进了可穿戴设备在语音辅助输出系统、人体健康评价和疾病前期诊断方面的应用。

（AdvancedMaterials,2014）,（3）微型化、量子化拓广采用微细加工技术（包括离子束、电子束、分子束、激光束、化学刻蚀等微电子加工技术）制造各种新型传感器，如利用半导体技术制造出硅微传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，利用溅射薄膜工艺制成压力传感器等。

此外，传感器的检测极限正在迅速延伸，如利用约瑟夫逊效应研制的热噪声温度计，可测出0.00001K的低温。

（4）向集成化、多功能化、多维化与数据融合、系统化方向发展随着半导体技术的发展，现在已经将原先分开的敏感元件与信号处理以及电源部分制作在同一基片上，从而使检测及信号处理一体化、集成化，便于提高生产率。

如利用光电转换原理组成网状阵列，将电信号转换成光学图像的显示器件。

并已经出现了多功能传感器，可以同时测量多种参数或具有多种功能。

（续）如美国单片硅多维力传感器（3个线速度、3个离心加速度、3个角加速度）；

温、气、湿三功能陶瓷传感器。

数据融合技术是指建立在多个测试参数、多个数据信息进行综合处理的基础上而实现的数据融合。

多维传感、智能传感、光信息传感等，构成复杂的传感系统。

如航空测量中的侧视孔径合成雷达，就是通过多个传感器在计算机中形成虚拟光学成象系统的一种新型传感系统。

（5）向智能化发展随着微处理器芯片的发展，已广泛内置在各种传感器中，再利用人工神经网络、人工智能和先进信息处理技术（如信息融合技术、模糊理论等），使传感器具有更高级的智能。

传感器与微处理机相结合，使之不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、自诊断、以及“思维”等人工智能，称之为传感器的智能化。

5.1智能传感器的定义关于智能传感器的中、英文称谓尚未完全统一。

英国人将智能传感器称为“IntelligentSensor”；

美国人则习惯于把智能传感器称作“SmartSensor”，直译就是“灵巧的、聪明的传感器”。

所谓智能传感器，就是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器。

智能传感器的最大特点就是将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地融合在一起。

具有类似人工智能的作用。

“带微处理器”包含两种情况：

1将传感器与微处理器集成在一个芯片上构成所谓的单片智能传感器2传感器能够配微处理器后者的定义范围更宽，但二者均属于智能传感器的范畴。

世界上第一个智能传感器是美国霍尼韦尔（Honeywell）公司在1983年开发的ST3000系列智能压力传感器。

它具有的多参数传感（差压、静压和温度）与智能化的信号调理功能。

目前，ST3000系列智能压力传感器在全球销量已突破50万只，深受广大用户的青睐。

5.2智能传感器的功能

（1）具有自校准和自诊断功能。

智能传感器不仅能自动检测各种被测参数，还能进行自动调零、自动调平衡、自动校准，某些智能传感器还能自标定功能。

（2）具有数据存储、逻辑判断和信息处理等功能，能对被测量进行信号调理或信号处理（包括对信号进行预处理、线性化，或对参数进行自动补偿等）。

（3）具有组态功能，使用灵活。

在智能传感器系统中可设置多种模块化的硬件和软件，用户可通过微处理器发出指令，改变智能传感器的硬件模块和软件模块的组合状态，完成不同的测量功能。

（4）具有双向通信功能，能直接与微处理器（P）或单片机（C）通信。

5.3智能传感器与传感系统的特点5.3.1高精度智能传感器采用自调零、自补偿、自校准等多项新技术，能达到高精度指标。

美国霍尼韦尔公司：

PPT、PPTR系列智能精密压力传感器，测量精度为0.05，比传统,压力传感器的精度大约提高了一个数量级。

（a）PPT系列（b）PPTR系列智能精密压力传感器,5.3.2宽量程智能传感器测量范围很宽，具有很强的过载能力。

例如，美国ADI公司：

ADXRS300型单片偏航角速度陀螺仪集成电路测量转动物体的偏航角速度的范围是300/s。

只需并联一只设定电阻，即可将测量范围扩展到1200/s。

5.3.3多参数、多功能

（1）多路智能温度控制器Pentium4处理器是Intel公司推出的高性能微处理器。

最高主频目前已达3.6GHz，它采用了0.13m制程，集成度高达5500万7700万只晶体管，运行速度的大幅度提高，其功耗,也显著增加，必须采取更完善的散热保护措施。

芯片中还有内置数字温度传感器。

（2）多功能式湿度温度露点智能传感器系统瑞士Sensirion公司：

SHT11/15型高精度、自校准、多功能式智能传感器。

能同时测量相对湿度、温度和露点等参数；

兼有数字湿度计、温度计和露点计这3种仪表的功能；

可广泛用于工农业生产、环境监测、医疗仪器、通风及空调设备等领域。

外形尺寸仅为7.62mm（长）5.08mm（宽）2.5mm（高），质量只有0.1g，其体积与一个大火柴头相近。

SHT11/15型智能传感器的外形,（3）多功能式混浊度/电导/温度智能传感器系统美国霍尼韦尔公司：

APMS10G型带微处理器和单线接口的智能化混浊度传感器系统能同时测量液体的混浊度、电导和温度，构成多参数在线检测系统，可广泛用于水质净化，清洗设备及化工、食品、医疗卫生等部门。

外形,插座引脚,传感器智能化是一门现代综合技术，它把传感器变换、调理、采集、处理、存储、输出等多种功能集成一体，具有自校准、自补偿、自诊断、自动量程、人机对话、数据自动采集存储与处理等能力，又具有分析、判断、自适应、自学习等功能，大大提高了传感器的测量精确度和方便性，从而可完成图像识别、特征检测、多维检测等复杂任务。

智能化传感器与传统传感器相比有很多特点：

A具有判断和信息处理功能，能对测量值进行修正、误差补偿，提高测量精度；

B可实现多传感器多参数测量；

C有自诊断和自校准功能，提高可靠性；

D测量数据可存取，使用方便；

E有数据通讯接口，能与微型计算机直接通信，实现网络化或远程通信；

F具有自能算法及自学功能。

对外界信息具有检测、数据处理、逻辑判断、自诊断和自适应能力的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主机互相对话的功能，可以自行选择最佳方案，能将已获得的大量数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。

传感器+嵌入式计算机智能传感器,智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。

这类传感器具有多