第1章 传感技术基础知识（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学）

1 传感器与检测技术 2 绪 论 “没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。 [Mendelyeev,Dmitry Ivanovich] 科学仅仅是在人们懂得了测量才开始的 －门捷列夫 3 一、传感器的作用 传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 传感器是获取信息的主要途径与手段。 没有传感器，现代化生产就失去了基础。 传感器是边缘学科开发的先驱。 可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步等方面起着重要作用。传感技术、通信技术与计算机技术是信息产业的三大支柱。 传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 物联网 4 实例：电动助力转向系统 电动转向助力系统的部件有方向盘、转向柱、方向盘转角传感器、转向力矩传感器、转向齿轮、转向助力电动机及转向助力控制单元组成 5 转向力矩传感器为磁阻式传感器，其磁性转子和转向柱连接块为一体，磁阻传感元件和转向小齿轮连接块为一体，当转动方向盘时，转向柱连接块和转向小齿轮连接块反向运动，即磁性转子和磁阻传感元件反向运动，因此转向力矩的大小可以被测量出来并传递给控制单元 方向盘转角传感器为光电式传感器，安装于转向柱上。当驾驶员转动方向盘时，转向柱带动方向盘转角传感器的转子随方向盘一起转动，光源就会通过转子缝隙照在传感器的感光元件上产生信号电压。由于转子缝隙间隔大小不同，故产生的信号电压变化也不同 6 2.传感技术的发展方向 集成化，一体化 微型化 数字化 智能化 仿生化 智能型磁致伸缩液位传感器 7 3.传感技术的主要特点 知识密集型：电子、生物、机械制造等 功能智能型：具有记忆、存储、分析、数据处理、自校正、通信等功能 测试精确型 品种庞杂 内容离散 工业复杂 应用广泛 8 应用性强 课程特点： 教学方法： 理论教学 2者结合 案例教学 9 基础知识 定义、分类 发展趋势 选用原则 一般特性 传感器原理 检测技术 电容式传感器 电阻式传感器 电感式传感器 压电式传感器 数字式传感器 热电式传感器 固态传感器 信号变换与抗干扰技术 课程主要内容 传感器的工作原理、结构、主要参数、检测电路及其典型应用 10 课程要求 按时完成作业 遵守课堂纪律 积极思考 1、理论考试：60%； 2、实验与作业：30%； 3、考勤：10% 11 第1章 传感技术基础知识 1.1 基本概念 1.定义 传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的机械电子装置。如下图所示: 物理量 电量 12 1.2、传感器的组成 辅助电源 敏感元件 转换元件 基本转换电路 物理量 电量 敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 13 1.2.传感器的分类 1)按被测物理量分类 常见的被测物理量 机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩 14 机械式,电气式,光学式，流体式等。 2)按工作原理分类: 切削力测量应变片 动圈式磁电传感器 开关、模拟及数字传感器 3)按信号输出性质: 15 4)按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 物性型:依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换.如:水银温度计. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器. 16 传感器的工作机理是基于各种效应和定律，由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型传感器件，这是发展高性能、多功能、低成本和小型化传感器的重要途径。结构型传感器发展得较早，目前日趋成熟。结构型传感器，一般说它的结构复杂，体