傳感及檢測技術(shù)1-1

1、傳感及檢測技術(shù)1-1第一頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域傳感器技術(shù)是材料學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、精密機(jī)械、仿生學(xué)、測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、乃至系統(tǒng)科學(xué)、人工智能、自動(dòng)化技術(shù)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航空航天、兵器、信息產(chǎn)業(yè)、機(jī)械、電力、能源、交通、冶金、石油、建筑、郵電、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、材料、災(zāi)害預(yù)測預(yù)防、農(nóng)林漁業(yè)、食品、煙酒制造、汽車、艦船、機(jī)器人、家電、公共安全等領(lǐng)域。 第二頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域傳感器技術(shù)與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱。21世紀(jì)是人類全面進(jìn)

2、入信息電子化的時(shí)代，隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展，使得人們需要獲得的自然信息的種類日益增加，需要信息傳遞的速度加快，信息處理能力增強(qiáng)，因此要求與此相對(duì)應(yīng)的信息獲取技術(shù)即傳感技術(shù)必須跟上信息化發(fā)展的需要。第三頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域傳感器的主要應(yīng)用信息處理電信電話科技測試設(shè)備控制交通控制輸電系統(tǒng)機(jī)床機(jī)器人家用電器照相機(jī)汽車飛機(jī)船舶氣象海洋環(huán)境污染醫(yī)療防火光能利用熱能利用土木建筑農(nóng)林機(jī)械能利用貨幣金融食品11155110103473659816127783431 3147111707693612621242014第四頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域1.傳感器與家用電器自動(dòng)電飯鍋

3、、吸塵器、空調(diào)器、電子熱水器、風(fēng)干器、電熨斗、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、照相機(jī)、電冰箱、電視機(jī)、錄像機(jī)、家庭影院等。全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度) 液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測)。第五頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域1.傳感器與家用電器鼠標(biāo):光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風(fēng):電容傳聲器第六頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域2.傳感器與機(jī)器人機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器：轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器等。 第七頁

4、，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域2.傳感器與機(jī)器人超聲波測距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車位置識(shí)別；條形碼傳感器，貨品識(shí)別。第八頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域3.傳感器與生物醫(yī)學(xué)對(duì)人體的健康狀況進(jìn)行診斷需要進(jìn)行多種生理參數(shù)的測量。國內(nèi)已經(jīng)成功地開發(fā)出了用于測量近紅外組織血氧參數(shù)的檢測儀器。人類基因組計(jì)劃的研究也大大促進(jìn)了對(duì)酶、免疫、微生物、細(xì)胞、DNA、RNA、蛋白質(zhì)、嗅覺、味覺和體液組份以及血?dú)狻⒀獕?、血流量、脈搏等傳感器的研究。 醫(yī)學(xué)第九頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域3.傳感器與生物醫(yī)學(xué)生物酶血樣分析傳感器光纖流速傳感器熒光材料

5、制作的電子鼻傳感器第十頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域4.傳感器與航空及航天航天飛行器：控制在預(yù)定軌道上速度、加速度、飛行距離測量周圍環(huán)境、內(nèi)部設(shè)備監(jiān)控、本身狀態(tài)陀螺儀、陽光傳感器、星光傳感器、地磁傳感器第十一頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域5.傳感器與汽車高級(jí)轎車需要用傳感器對(duì)溫度、壓力、位置、距離、轉(zhuǎn)速、加速度、濕度、電磁、光電、振動(dòng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測量，一般需要301 00種傳感器。第十二頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域6.傳感器與環(huán)境保護(hù)保護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須進(jìn)行大氣監(jiān)測和江河湖海水質(zhì)檢測，需要大量用于污水流量、PH值、電導(dǎo)、濁度、COD、BOD、T

6、P、TN、礦物油、氰化物、氨氮、總氮、總磷、金屬離子濃度特別是重金屬離子濃度以及風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、工業(yè)粉塵、煙塵、煙氣、SO2、NO、O3、CO等參數(shù)測量的傳感器，這些傳感器中大多數(shù)亟待開發(fā)。煙塵濁度測量第十三頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域7.傳感器與軍事技術(shù)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)總是最先被應(yīng)用于戰(zhàn)爭。以坦克、飛機(jī)、軍艦為標(biāo)志的作戰(zhàn)平臺(tái)是傳統(tǒng)的主戰(zhàn)兵器，各類傳感器不過是配屬的保障設(shè)施。而當(dāng)前由信息技術(shù)發(fā)展推動(dòng)的軍事革命把重點(diǎn)從作戰(zhàn)平臺(tái)轉(zhuǎn)向如何觀察戰(zhàn)場、怎樣傳遞所觀察到的戰(zhàn)場情況、怎樣運(yùn)用那些性能優(yōu)越的精確武器的問題上來，從重視軍艦、坦克和飛機(jī)轉(zhuǎn)為重視信息獲取技術(shù)和信息獲取裝置的作用，傳感

7、器、通信以及精確制導(dǎo)武器等已在戰(zhàn)爭中至關(guān)重要的作用。 第十四頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域7.傳感器與軍事技術(shù)海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克在科威特戰(zhàn)區(qū)部署了4280輛坦克，多國部隊(duì)只有3800輛坦克。但結(jié)果是伊拉克的坦克89被毀，而多國部隊(duì)的坦克僅損失20輛。這種懸殊的損毀比，正是由于雙方信息優(yōu)勢及精確制導(dǎo)武器方面的明顯差距造成的。由近期的幾場高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭可以看到，隨著新軍事革命浪潮的到來，高度信息化的武器平臺(tái)已經(jīng)開始發(fā)揮戰(zhàn)場主導(dǎo)作用。第十五頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域7.傳感器與軍事技術(shù)數(shù)字化戰(zhàn)爭需要利用全方位、多手段的傳感器系統(tǒng)感知和收集戰(zhàn)場各種信息，對(duì)這些信息進(jìn)行判讀、

8、分析、綜合與管理，實(shí)現(xiàn)“傳感器-控制器-武器”一體化。戰(zhàn)場生物傳感器不但能準(zhǔn)確識(shí)別各種生化戰(zhàn)劑，而且可與計(jì)算機(jī)配合，及時(shí)提出最佳防護(hù)和治療方案，還可通過測定炸藥、火箭推進(jìn)劑的降解情況來發(fā)現(xiàn)敵人庫存彈藥的數(shù)量和位置，成為偵察的有效手段。 第十六頁，共24頁。1.1 傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域8.傳感器與農(nóng)業(yè)信息獲取手段是實(shí)現(xiàn)高水平設(shè)施農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，設(shè)施農(nóng)業(yè)用傳感器的品種較多，主要用于溫度、濕度、土壤干燥度、CO2、光照度、土壤養(yǎng)分等參數(shù)的測量。信息獲取技術(shù)還在農(nóng)田和果園生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生物學(xué)研究、農(nóng)藥殘留量檢測等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 農(nóng)業(yè)21世紀(jì)的農(nóng)業(yè)將是知識(shí)密集、技術(shù)密集的產(chǎn)業(yè)，設(shè)施農(nóng)業(yè)可以有效提高農(nóng)

9、業(yè)生產(chǎn)效益和增強(qiáng)抗災(zāi)能力，借助溫室及其配套裝置來調(diào)節(jié)和控制作物生產(chǎn)環(huán)境條件，擺脫自然制約，以達(dá)到高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)。第十七頁，共24頁。1.2 傳感器的定義性能凌駕于人的感官之上：（1）測量人體無法感知的量（2）惡劣環(huán)境下工作（3）測量范圍寬，精度高，可靠性好人體的五官是感受外界刺激的感覺器官，它把感受到的刺激傳給大腦，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，傳感器相當(dāng)于人類的感覺器官，它能把檢測到的各種物理量、化學(xué)量、生物量和狀態(tài)量等信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳給控制器進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和控制。第十八頁，共24頁。1.2 傳感器的定義什么是傳感器？傳感器：指將感受到的物理量、化學(xué)量等信息，按照一定的規(guī)律，轉(zhuǎn)

10、換成便于測量和傳輸?shù)钠骷蜓b置。（國標(biāo)GB7665-1987：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(hào)的器件或裝置）溫度傳感器：-1961800壓力傳感器：0.01psi10000psi精度：0.1%0.01%第十九頁，共24頁。1.2 傳感器的定義這是一個(gè)比較廣泛的定義，包含下面含義：（1）是測量裝置，能完成測量任務(wù)；（2）輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等；（3）輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量；（4）輸入輸出有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確度。傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。第二十頁，共24頁。傳感器一般是利用物理、化學(xué)和生物等學(xué)科的某些效應(yīng)或機(jī)理按照一定的工藝和結(jié)構(gòu)研制出來的。因此，傳感器的組成的細(xì)節(jié)有較大差異。但是，總的來說，傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路3部分組成，如圖所示。1.3 傳感器的組成傳感器組成框圖秋天到了。第二十一頁，共24頁。敏感元件：直接感受被測非電量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系的其它量的元件。轉(zhuǎn)換元件：又稱變換器。能將敏感元件感受到