传感器原理及应用.pptx

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传感器原理及应用第一章基本概念基本概念1-1传感器的定义与组成传感器的定义与组成1-2传感器的特性传感器的特性1-3传感器的误差及信噪比传感器的误差及信噪比第一章基本概念基本概念1-1传感器的定义与组成传感器的定义与组成1-2传感器的特性传感器的特性1-3传感器的误差及信噪比传感器的误差及信噪比1-11-1传感器的定义与传感器的定义与组成组成传感器的定义传感器的定义传感器的分类传感器的分类被测量与能量变换被测量与能量变换一、传感器的定义一、传感器的定义1、定义所谓传感器是来自“感觉”一词传感器技术属现代高新技术（电五官）根据GB7665-87，【传感器】（TransducerSensor）的定义定义为：

能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

我国往往把“传感器”和“敏感元件”等同使用传感器的定义传感器的定义2、传感器的组成敏感元件敏感元件（Sensingelement）直接感受或响应被测量的部分。

有时也将敏感元件称为传感器。

转换元件转换元件（Transductionelement）能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。

传感器的定义传感器的定义3、传感器的特征参数传感器的特征参数被测量传感器输入量，是传感器命名和分类的重要依据。

输出量含有原始信号，且为便于接收与处理的信号形式。

传感器的定义传感器的定义4、传感器的传感器的应用从被检测对象中获取原始信号

（1）用于自动检测系统传感器的定义传感器的定义4、传感器的传感器的应用续

（2）用于测控系统自动检测与自动控制系统自动检测与自动控制系统在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。

通常建立设备运行状态关系到整个生产线流程。

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通常建立2424小小小小时在线监测系统。

时在线监测系统。

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石化企业输油管道、储油罐等压力容器石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测的破损和泄露检测在汽车、机床、电机、发动机等产品出在汽车、机床、电机、发动机等产品出厂时，必须对其性能质量检测厂时，必须对其性能质量检测图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。

通过对抽样汽车的测试，工程温度、燃油压力及发动机转速等。

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通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。

师可以了解产品质量。

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汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床加工精度测量汽车与传感器汽车与传感器高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、高级轿车需要用传感器对温度、压力、位置、距离、转速、加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，加速度、湿度、电磁、光电、振动等进行实时准确的测量，一般需要一般需要一般需要一般需要30303030100100100100种传感器。

种传感器。

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传感器与家用电器传感器与家用电器传感器与家用电器传感器与家用电器自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、风干器、电熨斗、电风扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院扇、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、电视机、录像机、家庭影院等。

等。

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传感器在机器人上的应用传感器在机器人上的应用机械手、机器人中的传感器：

机械手、机器人中的传感器：

机械手、机器人中的传感器：

机械手、机器人中的传感器：

转动转动转动转动/移动位置传感器、力传感器、移动位置传感器、力传感器、移动位置传感器、力传感器、移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距视觉传感器、听觉传感器、接近距视觉传感器、听觉传感器、接近距视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感离传感器、触觉传感器、热觉传感离传感器、触觉传感器、热觉传感离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。

器、嗅觉传感器。

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密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型机器人服务员机器人服务员AGVAGV自动送货车自动送货车香港理工香港理工AGV模型模型传感器在生物医学上的应用传感器在生物医学上的应用对人体的健康状况进行对人体的健康状况进行对人体的健康状况进行对人体的健康状况进行诊断需要进行多种生理诊断需要进行多种生理诊断需要进行多种生理诊断需要进行多种生理参数的测量。

参数的测量。

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国内已经成功地开国内已经成功地开国内已经成功地开国内已经成功地开发出了用于测量近红外发出了用于测量近红外发出了用于测量近红外发出了用于测量近红外组织血氧参数的检测仪组织血氧参数的检测仪组织血氧参数的检测仪组织血氧参数的检测仪器。

人类基因组计划的研究器。

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人类基因组计划的研究也大大促进了对酶、免疫、也大大促进了对酶、免疫、也大大促进了对酶、免疫、也大大促进了对酶、免疫、微生物、细胞、微生物、细胞、微生物、细胞、微生物、细胞、DNADNA、RNARNA、蛋白质、嗅觉、味、蛋白质、嗅觉、味、蛋白质、嗅觉、味、蛋白质、嗅觉、味觉和体液组份以及血气、血觉和体液组份以及血气、血觉和体液组份以及血气、血觉和体液组份以及血气、血压、血流量、脉搏等传感器压、血流量、脉搏等传感器压、血流量、脉搏等传感器压、血流量、脉搏等传感器的研究。

的研究。

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医学医学传感器与航空及航天传感器与航空及航天飞行器：

控制在预定轨道飞行器：

控制在预定轨道飞行器：

控制在预定轨道飞行器：

控制在预定轨道上上上上陀螺仪、阳光传感器、星陀螺仪、阳光传感器、星陀螺仪、阳光传感器、星陀螺仪、阳光传感器、星光传感器、地磁传感器光传感器、地磁传感器光传感器、地磁传感器光传感器、地磁传感器航天航天传感器与环境保护传感器与环境保护保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须保护环境和生态平衡，实现可持续发展，必须进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量进行大气监测和江河湖海水质检测，需要大量用于污水流量、用于污水流量、用于污水流量、用于污水流量、PHPH值、电导、浊度、值、电导、浊度、值、电导、浊度、值、电导、浊度、CODCOD、BODBOD、TPTP、TNTN、矿物油、氰化物、氨氮、总、矿物油、氰化物、氨氮、总、矿物油、氰化物、氨氮、总、矿物油、氰化物、氨氮、总氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓氮、总磷、金属离子浓度特别是重金属离子浓度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、度以及风向、风速、温度、湿度、工业粉尘、烟尘、烟气、烟尘、烟气、烟尘、烟气、烟尘、烟气、SO2SO2、NONO、O3O3、COCO等参数测等参数测等参数测等参数测量的传感器，这些传感器中大多数亟待开发。

量的传感器，这些传感器中大多数亟待开发。

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烟尘浊度测量烟尘浊度测量传感器与遥感技术传感器与遥感技术传感器与遥感技术传感器与遥感技术飞机及航天飞行器：

近紫外线、可见光、远红外线、微波飞机及航天飞行器：

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近紫外线、可见光、远红外线、微波船舶：

超声波传感器船舶：

超声波传感器船舶：

超声波传感器船舶：

超声波传感器微波微波微波微波红外接收传感器红外接收传感器红外接收传感器红外接收传感器红外线分布差异红外线分布差异红外线分布差异红外线分布差异矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区矿藏埋藏地区地地地地面面面面二、传感器的分类二、传感器的分类11、按传感器输入量（用途）分类、按传感器输入量（用途）分类生产厂家往往按输入量分类，以向户提供基本的使用信息。

如：

位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器、流速传感器、温度传感器、光强传感器、湿度传感器、粘度传感器、浓度传感器、。

传感器的分类传感器的分类2、按传感器工作机理分类此种分类方法能表示输入变量和输出变之间的关系。

传感器的分类传感器的分类2、按传感器工作机理分类续1

（1）物性型传感器是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量的传感器。

如：

各种压电晶体传感器。

（2）结构型传感器是以结构（如形状、尺寸）为基础，利用某些物理规律实现把被测量转换为电量。

如：

气隙型电感式传感器。

传感器的分类传感器的分类2、按传感器工作机理分类续2（3）化学传感器是利用化学反应的原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。

如：

离子选择性电极。

（4）生物传感器是一种利用生物活性物质选择性的识别和测定生物化学物质的传感器。

近年来发展很快。

传感器的分类传感器的分类3、按信息能量变换方式分类在传感器内部，信息的传递与变换伴随着能量的流动。

（1）能量变换型：

传感器从被测对象中获取能量，用于直接输出。

如：

热电偶、光电池、压电式、电磁感应式、固体电解质气敏传感器等。

（2）能量控制型：

传感器从被测对象中获取能量，用于控制激励源，故又称有源型传感器。

如：

电阻式、电感式、电容式、霍尔式、。

三、被测量与能量变换三、被测量与能量变换11、示容变量和示强变量、示容变量和示强变量

（1）示容变量或称为流通变量、扩展量（Extensive）示容变量是与空间分布成比例的量，表示能容纳多少的量。

如：

长度、面积、体积、质量、位移、速度、电荷、磁力线、电流、热流、熵、。

被测量与能量变换被测量与能量变换1、示容变量和示强变量

（2）示强变量或跨越变量,密集量（Intensive）示强变量是指在某种场合下，表示作用程度的量。

如：

力、压力、温度、温差、电压、磁通、光通、气体浓度、湿度。

被测量与能量变换被测量与能量变换1、示容变量和示强变量示容量与示强量组合之积是与某种能量相对应的。

如：

力与位移之积是功、力与速度之积是功率、压力与体积之积是气体力学能量、温度与熵之积是热能、温差与热流之积是热功率、电压与电荷之积是电能、电压与电流之积是电功率。

被测量与能量变换被测量与能量变换2、传感器能量变换传感器的工作过程可以视为是将示容量与示强量由一种组合变成另一种组合。

被测量与能量变换被测量与能量变换33、能量变换与误差、能量变换与误差

（1）传感器从被测物体拾取能量时对被测物体的状态产生了影响，从而导致了误差。

如：

热电偶测温时，输入的热流是被测物体