第1講傳感器技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件

1、Technology of Sensor基礎(chǔ)知識定義、分類發(fā)展趨勢選用原則綜合實(shí)訓(xùn)傳感器原理檢測技術(shù)變磁阻式傳感器電阻式傳感器電容式傳感器磁電式傳感器壓電式傳感器熱電式傳感器光電式傳感器光纖傳感器數(shù)字式傳感器化學(xué)傳感器生物傳感器課程主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容傳感器的工作原理、構(gòu)造、主要傳感器的工作原理、構(gòu)造、主要參數(shù)、檢測電路及其典型應(yīng)用參數(shù)、檢測電路及其典型應(yīng)用電阻式遠(yuǎn)傳壓力表感應(yīng)式流量表稱重傳感器CCD傳感器質(zhì)子旋進(jìn)式磁敏傳感器壓阻式液位傳感器光敏傳感器溫度傳感器風(fēng)力參數(shù)傳感器地震檢波器反射式光敏傳感器磁、氣、力敏傳感器超聲傳感器課程目標(biāo)（一總目標(biāo) 掌握傳感器的結(jié)構(gòu)組成和基本原理，具備構(gòu)建測試電

2、路的基本技能 了解傳感器在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用以及傳感器的應(yīng)用技術(shù)和發(fā)展趨勢，學(xué)習(xí)科學(xué)探索方法，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)能力（二具體目標(biāo) 了解傳感器的概念，種類和結(jié)構(gòu)組成，了解傳感器的最新發(fā)展動(dòng)向和水平。 理解常用傳感器的工作原理及相應(yīng)的測量轉(zhuǎn)換電路，信號處理電路。 理解各種傳感器特點(diǎn)及在工業(yè)中的應(yīng)用 了解檢測技術(shù)中常用的誤差處理，彈性元件及抗干擾技術(shù)等相關(guān)知識。目目 錄錄第第0章章 緒論緒論第第1章章 傳感器技術(shù)基礎(chǔ)傳感器技術(shù)基礎(chǔ)第第2章章 電阻式傳感器電阻式傳感器第第3章章 變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器第第4章章 電容式傳感器電容式傳感器第第5章章 磁電式傳感器磁電式傳感器第第6章章 壓電式傳感器壓電式傳

3、感器第第7章章 熱電式傳感器熱電式傳感器第第8 8章章 光電式傳感器光電式傳感器第第9 9章章 光纖傳感器光纖傳感器第第1010章數(shù)字式傳感器章數(shù)字式傳感器第第1111章化學(xué)傳感器章化學(xué)傳感器第第1212章生物傳感器章生物傳感器第第1313章傳感器檢測技術(shù)章傳感器檢測技術(shù)第第1414章傳感器新技術(shù)章傳感器新技術(shù)測量電路測量電路傳感器傳感器電源電源指示儀指示儀記錄儀記錄儀伺服控制伺服控制開環(huán)自動(dòng)測控系統(tǒng)框圖開環(huán)自動(dòng)測控系統(tǒng)框圖 被測量被測量調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)元件給定元件給定元件信息處理信息處理檢測電路檢測電路執(zhí)行元件執(zhí)行元件傳感器傳感器對象對象輸出輸出顯示顯示記錄記錄閉環(huán)自動(dòng)測控系統(tǒng)框圖閉環(huán)自動(dòng)測控系

4、統(tǒng)框圖 第0章 緒論教學(xué)目標(biāo)：要求掌握傳感器的概念，了解傳感教學(xué)目標(biāo)：要求掌握傳感器的概念，了解傳感 器的結(jié)構(gòu)組成、作用及分類器的結(jié)構(gòu)組成、作用及分類1.什么是傳感器什么是傳感器2.傳感器的物質(zhì)定律傳感器的物質(zhì)定律3.傳感器的構(gòu)成和分類傳感器的構(gòu)成和分類4.傳感器有什么作用傳感器有什么作用5.傳感器的發(fā)展趨勢傳感器的發(fā)展趨勢.傳感器定義：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。狹義：能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件或裝置廣義：凡是利用一定的物質(zhì)物理、化學(xué)、生物法則、定理、定律、效應(yīng)等進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換和信息轉(zhuǎn)換，并且輸入和輸出嚴(yán)格一一對應(yīng)

5、的器件和裝置均可稱為傳感器1.什么是傳感器2.傳感器的物理定律（1守恒定律（2場的定律（3物質(zhì)定律（4統(tǒng)計(jì)法則敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件輔助電源輔助電源接口電路接口電路傳感器組成框圖傳感器組成框圖被測非被測非電量電量可用電可用電量量有用非有用非電量電量有用電有用電參量參量3.傳感器的結(jié)構(gòu)與分類舉例:測量壓力的電位器式壓力傳感器自源型熱電偶、壓電器件）輔助能源型光電管、光敏二極管、磁電式和霍爾等電磁感應(yīng)式傳感器）外源型電阻應(yīng)變式、電感、電容式位移傳感器以及氣敏、濕敏、光敏、熱敏等傳感器）相同敏感元件的補(bǔ)償型應(yīng)變式、固體壓阻式）差動(dòng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償型差動(dòng)電阻式、差動(dòng)電容式、差動(dòng)電感式傳感器）不同敏感

6、元件的補(bǔ)償型熱敏元件的溫度補(bǔ)償?shù)?反饋型力平衡式壓力、稱重、加速度傳感器）4.傳感器的地位和作用圖1、1989年研制的SBA-30型乳酸分析儀圖2、1992年研制的SBA-40型谷氨酸-葡萄糖雙功能分析儀圖3、1994年研制的SBA-50型單電極生物傳感分析儀圖4、2000年研制的SBA-60型生物傳感器在線分析系統(tǒng)(四電極)圖5、2019年研制的SBA-70型血糖乳酸自動(dòng)分析儀 SUGV在粗糙地形運(yùn)動(dòng),站立或者低頭監(jiān)測車輛下方爆炸物 UAV 重41磅, 便攜式設(shè)計(jì) newmaker: 可延伸探頭能提供白天和夜晚的照片未來作戰(zhàn)系統(tǒng)5.傳感器的發(fā)展趨勢發(fā)現(xiàn)新效應(yīng)，開發(fā)新材料、新功能傳感器的多功能

7、集成化和微型化傳感器的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化研究生物感官，開發(fā)仿生傳感器第1章 傳感器技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)：教學(xué)目標(biāo)： 了解傳感器的數(shù)學(xué)模型和性能指標(biāo)，以及改善了解傳感器的數(shù)學(xué)模型和性能指標(biāo)，以及改善性能指標(biāo)的技術(shù)途徑。性能指標(biāo)的技術(shù)途徑。 了解傳感器的正確使用及標(biāo)定和校準(zhǔn)。了解傳感器的正確使用及標(biāo)定和校準(zhǔn)。 1.傳感器的數(shù)學(xué)模型傳感器的數(shù)學(xué)模型2.傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性3.改善傳感器性能的技術(shù)指標(biāo)改善傳感器性能的技術(shù)指標(biāo)4.傳感器的正確使用傳感器的正確使用5.傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)1.傳感器的數(shù)學(xué)模型靜態(tài)模型靜態(tài)模型 y=a0+a1x+a2x2+anx

8、n動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型 1.微分方程微分方程 2.傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)xbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111011011)()()(asasabsbsbsXsYsHnnnnmmmm2.傳感器的特性與指標(biāo)靜態(tài)特性（1） 線性度 （2)回差滯后性）(3)重復(fù)性(4)靈敏度(5)分辨力分辨率）(6)閾值(7)穩(wěn)定性(8)漂移(9)靜態(tài)誤差動(dòng)態(tài)特性（1頻率響應(yīng)特性例子： 下圖為一彈簧阻尼器組成的機(jī)械壓力傳感器，分析該傳感器的頻率響應(yīng)。1)(1)(jjH2)(11)(A)()(arctg可見：可見： 在時(shí)間常數(shù)在時(shí)間常數(shù)很小時(shí)，輸出位移能

9、真實(shí)地反應(yīng)很小時(shí)，輸出位移能真實(shí)地反應(yīng)輸入作用力的變化規(guī)律，與作用力頻率無關(guān)。輸入作用力的變化規(guī)律，與作用力頻率無關(guān)。階躍響應(yīng)特性(1)最大超調(diào)量最大超調(diào)量 (2)延遲時(shí)間延遲時(shí)間 (3)上升時(shí)間上升時(shí)間 (4)峰值時(shí)間峰值時(shí)間 (5)響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 pdtrtptst3.改善傳感器性能的技術(shù)途徑構(gòu)造、材料與參數(shù)的合理選擇差動(dòng)技術(shù)平均技術(shù)穩(wěn)定性處理屏蔽、隔離與干擾抑制零示法、微差法與閉環(huán)技術(shù)補(bǔ)償、校正與有源化集成化、智能化與信息融合4.傳感器的正確使用要認(rèn)真閱讀所選傳感器的使用說明書正確選擇測試點(diǎn)并進(jìn)行安裝保證被測信號的有效、高效傳輸傳感器測量系統(tǒng)必須有良好的接地，且有抗干擾措施對非接觸式傳

10、感器，必須與使用前在現(xiàn)場進(jìn)行標(biāo)定必須定期校準(zhǔn)5.傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)靜態(tài)標(biāo)定動(dòng)態(tài)標(biāo)定第2章 電阻式傳感器2.1電阻應(yīng)變計(jì)的基本原理和結(jié)構(gòu)2.1.1導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻效應(yīng) 把導(dǎo)體的機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻應(yīng)變以便于進(jìn)行電測 1.金屬材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)dRdR)21 (mKCRR)21 ()21(2.半導(dǎo)體材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)SKERR)21(綜合上面兩式可得導(dǎo)電絲材的應(yīng)變電阻效應(yīng)為0KRR2.1.2電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)與類型1.應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)敏感柵基底引線蓋層粘結(jié)劑2.應(yīng)變計(jì)的類型見書上36-37頁2.2 電阻應(yīng)變計(jì)的主要特性2.2.1靜態(tài)特性 應(yīng)變計(jì)感受試件不隨時(shí)間變化或變化緩慢的應(yīng)變時(shí)的輸出特性。1.靈敏系數(shù)K） K為應(yīng)變計(jì)的靈敏系數(shù)不等于其敏感柵整長應(yīng)變絲的靈敏系數(shù)K0 , K0KXRRK/2.橫向效應(yīng)及橫向效應(yīng)系數(shù)橫向效應(yīng)及橫向效應(yīng)系數(shù)xxyyxxaHKKKRR)1 ( xya/應(yīng)變-電阻轉(zhuǎn)換公式（1在標(biāo)定條件下，有 那么xxxKHKRR)1 (0由上式可見，在單向應(yīng)力、雙向應(yīng)變情況下，橫向應(yīng)變總是起著抵消縱向應(yīng)變的作用。橫向效應(yīng)：應(yīng)