第1章 绪论（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学·2023）

第一章 绪论 1.1 传感器与检测技术的地位与作用 1.2 检测系统的组成 1.3 传感器与检测系统的分类 1.4 传感器与检测技术的发展趋势 绪论 1.1 传感器与检测技术的地位与作用 1.1.1 传感器的定义 传感器是能以一定精确度把某种被测量（主要为各种非电的物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换为（便于人们应用、处理）另一参量（通常为电参量）的器件或测量装置。 传感器通常由敏感器件和转换器件组合而成。敏感器件是指传感器中直接感受被测量的部分，转换器件通常是指将敏感器件在传感器内部输出转换为便于人们应用、处理外部输出（通常为电参量）信号的部分。 1.1.2 检测的概念 检测是指在生产、科研、试验及服务等各个领域，为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测量。 1.1 传感器与检测技术的地位与作用 “计量”：指用精度等级更高的标准量具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行考核性质的测量。特点：非实时、离线、标定。 “检测” ：指在生产、实验等现场，利用某种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象进行在线、连续的测量。 检测与计量的不同 1.1.3 传感器与检测技术的地位与作用 检测技术是自动化和信息化的基础与前提。 应用领域主要有： 石化行业的自动化控制。 如右图，有液位、温度、压力等检测。 1.1 传感器与检测技术的地位与作用 城市生活污水处理 主要有流量检测、液位检测和成分量检测。 1.1 传感器与检测技术的地位与作用 新型武器和装备的研制与测试 定位与导航，图为中国研制的DF-21和雷达。 1.1 传感器与检测技术的地位与作用 先进医疗检测仪 成分量检测，可测试项目为生化、离子检测、微免疫、肿瘤标志物、毒品检测、同工酶测定、脂类、糖尿病诊断等 。 1.1 传感器与检测技术的地位与作用 生活中化学成分的检测 利用化学反应机理检测成分，上图为酒精检测仪，右图为空气质量检测仪。 1.1 传感器与检测技术的地位与作用 防火防盗和见用电器安全检测 左图为漏电报警器，上图为烟雾报警器。 1.1 传感器与检测技术的地位与作用 1.1 传感器与检测技术的地位与作用 1.2 检测系统的组成 1.3 传感器与检测系统的分类 1.4 传感器与检测技术的发展趋势 绪论 1.2 检测系统的组成 由图可知： 首先通常由各种传感器将非电被测物理或化学成分参量转换成电参量信号，然后经信号调理（包括：信号转换、信号检波、信号滤波、信号放大等）、数据采集、信号处理后，进行显示、输出；加上系统所需的交、直流稳压电源和必要的输入设备，便构成了一个完整的现代检测（仪器）系统 。 1.2 检测系统的组成 1. 传感器 传感器性能要求： 准确性 传感器的输出与输入关系必须是严格的单值函数关系，最好是线性关系 ； 稳定性 传感器的输入、输出的单值函数关系最好不随时间和温度而变化 ； 灵敏度 要求被测参量较小的变化就可使传感器获得较大的输出信号； 其他 如耐腐蚀性、功耗、输出信号形式、体积、售价等。 1.2 检测系统的组成 1.2 检测系统的组成 温度传感器 红外线传感器 电磁流量计 2. 信号调理 信号调理在检测系统中的作用是对传感器输出的微弱信号进行检波、转换、滤波、放大等，以方便检测系统后续处理或显示。对信号调理电路的一般要求是： 能准确转换、稳定放大、可靠地传输信号； 信噪比高，抗干扰性能要好。 1.2 检测系统的组成 1.2 检测系统的组成 单通道信号调理电路 信号调理模块实物图 3. 数据采集 数据采集是对信号调理后的连续模拟信号离散化并转换成与模拟信号电压幅度相对应的数值信息，同时把数据及时传递给微处理器或自动存储。性能指标如下： 输入模拟电压信号范围 单位V； 转换速度 单位次/秒； 分辨率 以模拟信号输入为满度时的转换值的倒数来表征； 转换误差 实际转换数值与理想A/D转换器理论转换值之差。 1.2 检测系统的组成 1.2 检测系统的组成 各类数据采集卡 4. 信号处理 现代检测仪表、检测系统中的信号处理模块通常以各种型号的嵌入式微控制器、专用高速数据处理器（DSP）或为核心来直接采用工业控制计算机构建。 1.2 检测系统的组成 1.2 检测系统的组成 DSP处理芯片 基于ARM9核的嵌入式控制器 5. 信号显示 检测仪表和检测系统在信号处理器计算出被测参量的当前值后送至各自的显示器作实时显示，以及时知道被测参量的