1、河南城建学院 电子信息工程专业基础课程,主讲： 王 曦,传感器原理及应用,绪 论,一、传感器的作用和地位,1、传感器的出现是科学技术发展的必然,历史时代：,手工化,机械化,自动化,信息化,生产方式：,人与简单工具,动力机与机械,自动测量控制,智能机械装置,人与机器的 机能对应关系：,一、传感器的作用和地位,2、传感器是科学研究的耳目和先行官,基础科学和尖端技术：,大-上千光年的宇宙 小-10-3 cm的粒子世界 长-数十亿年天体演化 短-10-24 s的瞬间反应 高-104 108的高温 低-0.01K的超低温 强-25T的超强磁场 弱-10-11 T的超弱磁场,人的感官,传感器,仪器/系统,
2、3、传感器技术是带动国民经济增长的一个关键领域,传感器的发展,边缘科学/高新技术进步,人类基因组计划提前完成,“仪器仪表是国民经济增长的倍增器”,在美国：仪器仪表占4%，拉动经济增长65%,4、传感器是社会需求的产物,一、传感器的作用和地位,社会需求是传感器技术发展的最强大的动力和源泉,传感器的应用直接带来明显的经济效益和社会效益,一、传感器的作用和地位,5、传感器在军事、国防、航天、航空等领域举足轻重,军事：五维（空、地、海、天、电）， 第四战区（电脑空间）电子战、网络战， 制空权、制天权、制信权多功能武器装备攻击指挥系统,国防：美国 - 国家导弹防御计划（NMD）中国 - 以导弹为核心的“
3、三打三防”,航天：飞行器测控 - 检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵“阿波罗10”：火箭部分-2077个传感器，飞船部分-1218个传感器，（加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学）,航空：飞机内部各种参数检测/监测（温度、压力、湿度、振动）飞机零部件工况检测（加速度、压力、流量、振动、转速）飞机自动导航系统、自动驾驶系统、自动着陆系统,二、课程体系,课堂教学：,44学时，介绍主要内容,实验教学：,0学时，几种经典传感器实验,课程设计：,0学时（0周），典型传感器设计,课程设计1：0周，传感器机械结构设计（AutoCAD）,课程设计2：0周，传感器电路设计（设计、制作、调试）,教 材：
4、传感器技术，贾伯年 俞朴，东南大学出版社,参考书：传感器(第3版)，强锡富，机械工业出版社传感器与检测技术，徐科军，电子工业出版社非电量电测 技术，严忠豪 谭祖根，机械工业出版社非电量电测 技术，吴道悌，西安交通大学出版社传感器与检测技术，彭 军，西安电子科技大学出版社,考核成绩：平时作业-40%期末考试-60% （闭卷考试）,课程简介这门课综述传感器技术的基础理论，详细介绍各类传感器的工作原理、误差来源与 应用场合，择要阐述主要传感器类型的设计原理与方法。共十一章，可分为三部分：第一部分（绪论和第一章）为共性部分，以新颖的构思介绍了传感器的基本概念与构成方法、传感器的数学模型与特性、提高性能
5、的措施与标定技术等；第二部分（28章）为常用传感器的分析与综合；第三部分（911章）分别介绍光纤传感器、数字传感器、近代检测技术。新型传感器技术的内容约占40。 教材内容广、深兼顾，以求适应不同层次的对象使用；可适用于检测技术、仪器 仪表、自动控制及各种机电类专业的本科生、大专生及研究生，也可供其他专业的学生 或有关工程技术人员参考。,三、传感器的基本概念,人的五官：,眼睛 耳朵 鼻子 舌头 皮肤,视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉,定义： 传感器是一种把特定的被测信息量按照一定规律转换成为 可用信号输出的器件或装置。,被测量：物理量、化学量、生物量 ,规律：确定规律，可以重复（线性、非线性、周期）
6、,可用信号：便于处理和传输的非噪声信号 （电信号、光信号）,传感器：传-传递信息；感-感受被测量；器-器件,sensor：传感器，敏感器 transducer：转换器，变换器,传感器（Sensor） ：从被测对象获取有用的信息，将其转换为适合于测量的变量或信号的装置。 一、国家标准的定义： 1、国家标准 依照【中华人民共和国国家标准GB/T7665-1987 】中对传感器的定义为：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输和测量的
7、电信号的部分”。,2、广义定义：凡是利用一定的物质（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等进行能量转换与信息转换，并且输出与输入严格一一对应的器件或装置均可称为传感器。,四、传感器的构成型式,自源型：仅含有转换元件 - 最简单、最基本的传感器构成形式。 特点：不需外部能源；转换元件具有从被测对象直接吸取能量， 并转换成电量的电效应；输出能量较弱。 实例：热电偶、压电器件等均属于自源型传感器。,(b) 激励型：转换元件 + 辅助能源（起激励作用，电源/磁源） 特点：不需要变换电路即可获得较大的电信号输出。 实例：磁电式传感器和霍尔传感器即属于激励型传感器。,(c) 外源型：由利用被测量实现阻
8、抗变换的转换元件组成， 特点：必须通过带有外接电源的变换（测量）电路才能输出电信号 实例：电阻应变式传感器、电感式传感器等即属于外源型传感器。,四、传感器的构成型式,变换电路：又称“信号调理与转换电路” 或 “测量电路”作用：把转换元件输出的电信号变换成为便于记录、显示、处理和 控制的可用信号的电路，实例：电桥、放大器、振荡器、阻抗变换器、脉冲调宽电路等。,五、传感器的分类,六、传感器技术的发展趋势,1、传感器的集成化、一体化和微型化,一体化：将传感器、转换（测量）电路、补偿元件及电路等集成一体,2、传感器的数字化与智能化,数字化：信息技术 数据通讯,3、开发新型传感器,智能化：微处理器 双向通讯 信号检测、转换、处理、存储、诊断、补偿、,今日作业,无,
