1、现代传感与检测技术（课程编号：ME405）王伟北京石油化工学院机械学院Email:Email:现代传感与检测技术教 学 方 式1、课堂讲授2、实践操作3、专题作业现代传感与检测技术成 绩 评 定1、期末考试（50%）2、小论文（30%）3、专题作业（20%）现代传感与检测技术教 材现代传感技术基础及应用赵学增编著清华大学出版社 2010现代传感与检测技术参 考 书传感器与现代检测技术陶红艳 清华大学 出版社 2009现代传感器技术及应用秦志强 电子工业出版社 2010现代传感器技术周旭 国防工业出版社 2007传感器与现代检测技术余成波 清华大学出版社 2009现代传感器技术与应用基础曾光宇
2、北京理工大学出版社 2006现代传感器应用技术王俊峰 机械工业出版社 2006现代传感技术与系统曾周末 机械工业出版社 2009现代传感与检测技术主要内容传感器的概述传感器的基本特性传统传感器现代传感器传感器的误差补偿及抗干扰技术现代传感与检测技术主要内容u常见缺陷的分类描述u超声检测u声发射检测u涡流检测第一章第一章 绪论绪论 能够感受规定的被测量并按照一定的能够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，规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由通常由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成。组成。1 1、传感器的定义、传感器的定义电量或非电量，电量或非电量，一般指非电
3、量一般指非电量将一种形态的信将一种形态的信息变换成另一种息变换成另一种形态的信息。形态的信息。便于传输、便于传输、处理的信号处理的信号一、传感器一、传感器 （Sensor transducerSensor transducer）第一章第一章 绪论绪论 2、传感器的基本组成敏感元件、转换元件、转换电路、辅助电源敏感元件、转换元件、转换电路、辅助电源第一章第一章 绪论绪论 2、传感器的基本组成（续）敏感元件敏感元件：直接感受被测量，以确定的关系直接感受被测量，以确定的关系输出某一物理量（包括电学量）输出某一物理量（包括电学量）。转换元件转换元件：将敏感元件输出的非电量物理量将敏感元件输出的非电量物
4、理量转换为电学量（包括电路参数量）。转换为电学量（包括电路参数量）。转换电路转换电路：将转换元件输出的信号变为易于：将转换元件输出的信号变为易于传输、转换、处理和显示的形式（一般为电传输、转换、处理和显示的形式（一般为电压或电流信号）。压或电流信号）。第一章第一章 绪论绪论 2、传感器的基本组成（续）辅助电源辅助电源：提供传感器正常工作所需要的电：提供传感器正常工作所需要的电源部分，它有内部供电和外部供电两部分。源部分，它有内部供电和外部供电两部分。电阻应变片测力传感器电阻应变片测力传感器 热电偶传感器热电偶传感器 第一章第一章 绪论绪论 第一章第一章 绪论绪论 3、传感器的分类 按基本效应分
5、类按基本效应分类（1 1）物理传感器）物理传感器 基于物理效应（光、基于物理效应（光、电、声等效应）。电、声等效应）。光电式传感器、压电传感器、压阻式传光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等光导纤维传感器等.第一章 绪论（2 2）化学传感器）化学传感器 基于化学效应（化学基于化学效应（化学吸附、选择性化学反应等效应）。吸附、选择性化学反应等效应）。pHpH计、气体分析仪计、气体分析仪 、色谱仪等。、色谱仪等。（3 3）生物传感器）生物传感器 基于酶、抗体、激素基于酶、抗体、激素等分子识别功能。等分子识别功能。酶传感
6、器、微生物传感器、细胞传感器、组酶传感器、微生物传感器、细胞传感器、组织传感器、免疫传感器等。织传感器、免疫传感器等。第一章 绪论 应变式、电容式、电感式、光电式、压应变式、电容式、电感式、光电式、压电式、热电式等。电式、热电式等。3、传感器的分类（续）按工作原理分类按工作原理分类半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器、金属传感器、高分子材料传感器、器、金属传感器、高分子材料传感器、复合材料传感器复合材料传感器 按敏感材料分类按敏感材料分类第一章 绪论 力学量传感器、热量传感器、磁传感器、力学量传感器、热量传感器、磁传感器、光传感器、放射线传感器、气体成分传光传
7、感器、放射线传感器、气体成分传感器、液体成分传感器、离子传感器和感器、液体成分传感器、离子传感器和真空传感器。真空传感器。3、传感器的分类（续）按被测量分类按被测量分类第一章 绪论（1 1）能量控制型）能量控制型 变换的能量由外部电变换的能量由外部电源供给，而外界的变化源供给，而外界的变化(即传感器输入量即传感器输入量的变化的变化)只起到控制的作用。只起到控制的作用。按能量关系分类按能量关系分类3、传感器的分类（续）电阻应变片传感器、电容传感器、电电阻应变片传感器、电容传感器、电感传感器等。感传感器等。第一章 绪论（2 2）能量转换型）能量转换型 由传感器输入量的变由传感器输入量的变化直接引起
8、能量的变化。化直接引起能量的变化。磁电式传感器、压电式传感器、热电磁电式传感器、压电式传感器、热电式传感器等式传感器等。（3 3）能量传递型）能量传递型 在某种能量发生器与在某种能量发生器与接收器进行能量传递过程中实现敏感检接收器进行能量传递过程中实现敏感检测功能的测功能的。核辐射检测器、激光等核辐射检测器、激光等。第一章 绪论 3、传感器的分类（续）（1 1）结构型传感器）结构型传感器 依靠传感器结构参依靠传感器结构参数的变化实现信号变换的。数的变化实现信号变换的。按场的定律还是物质的定律分类按场的定律还是物质的定律分类（2 2）物性型传感器）物性型传感器 依靠传感元件材料依靠传感元件材料本
9、身物理性质的变化来实现信号变换的。本身物理性质的变化来实现信号变换的。（3 3）复合型传感器）复合型传感器 两者组合兼有两者特征的传感器。第一章 绪论 3、传感器的分类（续）（1 1）有源传感器）有源传感器 敏感元件工作不需要敏感元件工作不需要外加电源的。外加电源的。按是否依靠外加能源分类按是否依靠外加能源分类（2 2）无源传感器）无源传感器 敏感元件工作需要外敏感元件工作需要外加电源的。加电源的。第一章 绪论 3、传感器的分类（续）（1 1）模拟传感器）模拟传感器 按输出时模拟量还是数字量分类按输出时模拟量还是数字量分类（2 2）数字传感器）数字传感器 第一章 绪论 3、传感器的应用 在机械
10、加工、石油、化工、电力、在机械加工、石油、化工、电力、钢铁等工业生产中需要检测各种工艺参钢铁等工业生产中需要检测各种工艺参数信息，通过电子计算机或控制器对生数信息，通过电子计算机或控制器对生产过程进行自动控制。产过程进行自动控制。传感器在工业检测和自动控制系统中传感器在工业检测和自动控制系统中的应用的应用第一章 绪论 3、传感器的应用（续）传感器不仅测量汽车的行驶速度、行传感器不仅测量汽车的行驶速度、行驶距离、发动机转速和燃料消耗量等相关驶距离、发动机转速和燃料消耗量等相关参数，而且在新型汽车的安全气囊、防盗参数，而且在新型汽车的安全气囊、防盗抢、电子变速控制、防滑、电子燃料喷射抢、电子变速控
11、制、防滑、电子燃料喷射等装置中都起到了非常重要的作用。等装置中都起到了非常重要的作用。传感器在汽车领域中应用传感器在汽车领域中应用第一章 绪论 3、传感器的应用（续）现代家用电器中，空调、电冰箱、洗现代家用电器中，空调、电冰箱、洗衣机、电热水器、照相机、安全报警器、衣机、电热水器、照相机、安全报警器、厨房用具等都用到了各种各样的传感器。厨房用具等都用到了各种各样的传感器。传感器在家用电器领域的应用传感器在家用电器领域的应用第一章 绪论 3、传感器的应用（续）各种医疗仪器和设备应用传感器对人各种医疗仪器和设备应用传感器对人体温度、血压、心脑电波及肿瘤等进行准体温度、血压、心脑电波及肿瘤等进行准确
12、的监测和诊断，以及是对治疗和康复效确的监测和诊断，以及是对治疗和康复效果进行观察检测。果进行观察检测。传感器在医疗仪器和设备中的应用传感器在医疗仪器和设备中的应用第一章 绪论 3、传感器的应用（续）各种功能的机器人上都采用了许多传各种功能的机器人上都采用了许多传感器，如位置传感器、速度传感器、触觉感器，如位置传感器、速度传感器、触觉传感器、视觉传感器、嗅觉传感器等。传感器、视觉传感器、嗅觉传感器等。传感器在机器人中的应用传感器在机器人中的应用第一章 绪论 3、传感器的应用（续）监测大气、水质及噪声污染的传感器监测大气、水质及噪声污染的传感器广泛应用于资源和环境保护工作中。广泛应用于资源和环境保
13、护工作中。传感器在资源和环境保护中的应用传感器在资源和环境保护中的应用 飞机、火箭等飞行器上，要使用多种先飞机、火箭等飞行器上，要使用多种先进的传感器对飞行速度、飞行加速度、飞进的传感器对飞行速度、飞行加速度、飞行方向、飞行距离和飞行姿态进行及时准行方向、飞行距离和飞行姿态进行及时准确的测量。确的测量。传感器在航空航天中的应用传感器在航空航天中的应用第一章 绪论 3、传感器的应用（续）在飞机及卫星等飞行器上利用紫外、红外在飞机及卫星等飞行器上利用紫外、红外光电传感器及微波传感器探测气象、海洋和地光电传感器及微波传感器探测气象、海洋和地质等情况。质等情况。传感器在遥感中的应用传感器在遥感中的应用
14、 利用红外探测传感器可以观测地形、地貌利用红外探测传感器可以观测地形、地貌及敌方的各种军事目标，利用雷达可以搜索、及敌方的各种军事目标，利用雷达可以搜索、跟踪飞行目标，其他还有红外制导、红外夜视跟踪飞行目标，其他还有红外制导、红外夜视传感器的使用等。传感器的使用等。传感器在军事方面的应用传感器在军事方面的应用第一章 绪论 4、传感器的发展（1）开展基础研究）开展基础研究：寻找新原理、新材：寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等料、新工艺及新功能等 发展方向发展方向 第一章 绪论 随着物理学和材料科学的随着物理学和材料科学的发展，人们已经在很大程度上能够根据对发展，人们已经在很大程度上能够根据对材
15、料功能的要求来设计材料的成分，并通材料功能的要求来设计材料的成分，并通过对生产过程的控制，制造出各种所需材过对生产过程的控制，制造出各种所需材料。料。第一章 绪论 微细加工技术除微细加工技术除全面继承氧化、光刻、扩散、淀积等微全面继承氧化、光刻、扩散、淀积等微电子技术外，还发展了平面电子工艺技电子技术外，还发展了平面电子工艺技术、各向异性腐蚀、固相结合工艺和机术、各向异性腐蚀、固相结合工艺和机械切断技术。利用这些技术对硅材料进械切断技术。利用这些技术对硅材料进行三维形状的加工，能制造出各式各样行三维形状的加工，能制造出各式各样的新型传感器。的新型传感器。第一章 绪论 第一章 绪论 研究人体感觉
16、器官，开发能够模仿人体嗅研究人体感觉器官，开发能够模仿人体嗅觉、味觉、触觉等感觉的仿生传感器，用觉、味觉、触觉等感觉的仿生传感器，用工程传感器要完全替代人的五官工程传感器要完全替代人的五官 。第一章 绪论（2 2）提高与改善传感器的技术性能，扩大提高与改善传感器的技术性能，扩大应用范围应用范围第一章 绪论 第一章 绪论 第一章 绪论 第一章 绪论 4、传感器的发展（续）（1）向高精度发展）向高精度发展：灵敏度高、精确度：灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好。高、响应速度快、互换性好。发展趋势发展趋势（2）向微型化发展）向微型化发展：体积小、质量轻、：体积小、质量轻、低能耗。低能耗。（3）向集成化发展）向集成化发展：功能集成、多信息。：功能集成、多信息。第一章 绪论（4）向智能化、网络化发展）向智能化、网络化发展：多功能、：多功能、高性能、可通讯。高性能、可通讯。（5）向光纤传感器发展）向光纤传感器发展：高速、可靠、：高速、可靠、低能耗、载信息量大。低能耗、载信息量大。（6）向生物和仿生传感器发展）向生物和仿生传感器发展：低成本、：低成本、高灵敏度、高稳定性、高寿命。高灵敏度、高稳定性、高寿命。第一章 绪论 4、传感器的命名 式 传感器表示用途，指出被测量的种类表示变换元件、变换原理的种类
