传感器与检测技术课件
第一篇：传感器与检测技术概述
传感器是一种能够将物理、化学或生物量转化为电信号
输出的检测设备，是检测技术中的重要组成部分。传感器有着广泛的应用领域，如生产现场、环境监测、医疗卫生等。
传感器的工作原理一般分为两个步骤：第一步是将检测
对象的物理、化学或生物量转化为能够感知的信号，第二步是将信号转化为电信号输出，用于数字化处理。
传感器按照测量量的种类可分为物理量测量的传感器、
化学量测量的传感器和生物量测量的传感器。按照检测信号输出的形式，传感器可分为模拟输出传感器和数字输出传感器。模拟输出传感器输出的是模拟信号，在后续处理中需通过模数转换器进行数字化处理；数字输出传感器则直接输出数字信号，无需后续处理。
传感器的检测精度与灵敏度是影响其检测效果和应用范
围的两个重要指标。由于传感器检测的对象十分复杂多样，为了提高检测精度和灵敏度，传感器技术不断发展，如微型化、智能化、多参数检测等。
总之，传感器与检测技术的发展在很大程度上推动了各
个领域的科学技术进步和高效生产，是实现智能化、数字化、网络化的重要手段。
第二篇：物理量测量传感器
物理量测量传感器是将检测对象热、电、力、速、压、
形状等物理量转化为电信号的传感器，广泛应用于工业控制、
安全监测、航空航天、自动化等领域。
热量传感器是常用的传感器之一，其应用广泛，如温度计、热电偶等。温度传感器可根据其测量方式分为接触式和非接触式，前者需直接贴附于被测物体表面，后者则通过红外线感应热量进行测量。热电偶的测量原理是热电效应，通过两种金属的连接和温度差产生电势差输出。
电流传感器是电气检测中常用的传感器，其原理是利用
电气量之间的联系进行检测。电流传感器包括闭环和开环类型，闭环传感器结构简单但对被测物体有一定的装置要求；开环传感器在结构上更灵活，但灵敏度较低。
压力传感器是测量物体静态或动态压力变化的传感器，
其应用广泛如汽车制造、工业生产等。最常见的压力传感器是电容式和电阻应变式传感器，前者根据电容变化输出信号，后者根据应变程度变化输出信号。
总的来说，物理量测量传感器有着广泛的应用领域和重
要作用，其不断发展创新将会推动工业生产和各个领域科技进步。
第三篇：化学量测量传感器
化学量测量传感器是将化学反应中的物理或化学量在传
感器中转化为电信号输出的传感器，可广泛应用于环境监测、医疗卫生等领域。
PH传感器是最常用的化学量测量传感器之一，用于测量
物质的酸碱度，其原理是根据酸碱离子在溶液中的自动平衡反应测量PH值。一般来说，PH传感器根据不同的测量范围分为
玻璃电极和绕线电极两种类型。
离子选择性传感器可根据特定离子的选择性进行测量，
如钙、汞、铊等离子的测量。其测量原理是利用离子交换膜选
择性地吸附特定离子，使吸附离子的浓度发生变化，在膜表面受到光电离或其他方式激活后输出电信号。
氧气传感器主要用于氧气浓度的测量，其测量原理是利用氧分子与电极表面发生化学反应，测量氧分子含量。氧气传感器属于生物测量传感器的常见类型，应用于血液中氧气浓度的测量等领域。
总之，化学量测量传感器的应用范围十分广泛，对环境保护、医疗卫生等领域的发展有着重要的促进作用。
第一章绪论 1课程简介 【引题，作为整门课程的开始，开篇引题要能抓住学生兴趣】 设计1： 带几个机器人去教室，演示机器人功能，以其中一个机器人（排雷机器人）为例， 提问：以这个排雷机器人为例，分析一下它具体实现了哪些功能？ 首先，当地面有雷的时候，它能够“看”到。 然后，它能将“看”到的信息，通过它的“神经”，也就是这些数据线，传达给它的“大脑”。它的大脑就做出反应：此处有雷。 引出：这其实也就是我们这门课程中，主要研究的问题：怎样让一个系统去感知它周围的世界，然后，把它所感知到的信息，传递给它的大脑，来完成相应的系统任务。（接课程内容） 提到武器测试技术这个名词，我们可能都不陌生，我们在很多新闻、书籍、电影乃至动画片当中，都见到过关于武器测试技术的片段（图1.1 武器测试技术应用）。如果我们把研究的对象放宽，那测试技术可以说遍布我们身边的方方面面（图1.2 测试技术的应用）。仔细看一看这些系统我们能够发现，它们的基本任务大体一致：将研究目标的相关信息检测出来，再传输给系统，来完成相应的系统任务。 1.1课程内容 也就是说，我们这门课当中的主要内容： 1、是系统感知世界的感官，也就是传感器。 2、是我们怎样利用这些感官，以及这些感官所感知到的信息（测试技术）。 3、最后，我们一起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。
图1.3 课程内容及学时安排 我们这门课的主要内容，就一起来学习一下，作为一个电气系统，它们用什么来感知外界的信息（传感器），又如何对感知到的信息加以处理，并应用到系统中去的（测试技术），最后，我们一 起来简单的了解一下这门学科当前的应用以及未来的发展趋势。
第一章传感器与检测技术基础 1 传感器就是能感知外界信息并将其按一定规律转换成可用信号的机械电子装置。传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置，它由敏感器件和转换器件两部分组成。 2 灵敏度是指传感器或检测系统在稳态下输出量变化和引起此变化的输入量变化的比值，可表示为：s= dy/dx 或者 s=Δy/Δx 3 如果检测系统由多个环节组成，各环节的灵敏度分别为S1，S2，S3，而且各环节以串联方式相连接，则整个系统的灵敏度为：s=S1*S2*S3 4 分辨率是指检测仪表能够精确检测出被测量最小变化值的能力。 5 线性度是用实测的检测系统输入/输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示的，E f=Δm/Y FS *100% 6 传感器的迟滞：迟滞特性表明检测系统在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程期间，输入/输出特性曲线不一致的程度。迟滞的可能是由仪表元件存在能量吸收或传动机构的摩擦、间隙等原因造成的。 7 传感器的重复性：重复性是指传感器在检测同一物理量时每次测量的不一致程度，也叫稳定性。 8 一个完整的检测系统或装置通常由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转化、显示和处理等功能。 9 传感器按输出量的性质分为：参量型传感器、发电型传感器。 10 测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于传输的电压或电流信号。 11 测量无论表现形式如何，在测量结果中必须注明单位，否则，测量结果就毫无意义。 12 绝对误差是仪表的指示值x与被测量的真值x0之间的差值，记做δ=x-x0 13 相对误差是仪表指示值的绝对误差δ与被测量真值x0的比值，即r= δ/x0 *100% 14 引用误差是绝对误差δ与仪表量程上的比值。r0=δ/L *100% 15 最大引用误差r0M是测量仪表整个量程中可能出现的绝对误差最大值δm代替，即 r om=δm/L *100% 16 常用的精度等级有0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级、2.0级、2.5级、5.0级。精密度和精确度等级为1.0的仪表，在使用时它的最大引用误差不超过±1.0%。 17 系统误差：在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化，这种误差称为系统误差。 18 随机误差：在相同的条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化，这种误差称为随机误差。 19 系统误差的消除方法：交换法、抵消法、代替法、对称测量法、补偿法 20 电桥电路：电流输出型、电压输出型 21 电压输出型：单臂工作状态、 22 课后习题：4、5、6 第二章电阻式传感器 1 电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，它的电阻值也会发生相应的变化，这一物理现象称为电阻应变效应。 2 热电阻是中、低温区最常用的一种温度检测传感器。铂热电阻的测量精度是最高的。 3 热电阻的应用：热电阻温度计、热电阻式流量计。 4 热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。 5 根据应变片的材质，可以分为金属和半导体应变片两大类。金属应变片：丝式应变片，它的结构简单，价格低，强度高，但允许通过的电流较小，测量精度较低，适用于测量要求不
传感器与检测技术课件 第一篇：传感器与检测技术概述 传感器是一种能够将物理、化学或生物量转化为电信号 输出的检测设备，是检测技术中的重要组成部分。传感器有着广泛的应用领域，如生产现场、环境监测、医疗卫生等。 传感器的工作原理一般分为两个步骤：第一步是将检测 对象的物理、化学或生物量转化为能够感知的信号，第二步是将信号转化为电信号输出，用于数字化处理。 传感器按照测量量的种类可分为物理量测量的传感器、 化学量测量的传感器和生物量测量的传感器。按照检测信号输出的形式，传感器可分为模拟输出传感器和数字输出传感器。模拟输出传感器输出的是模拟信号，在后续处理中需通过模数转换器进行数字化处理；数字输出传感器则直接输出数字信号，无需后续处理。 传感器的检测精度与灵敏度是影响其检测效果和应用范 围的两个重要指标。由于传感器检测的对象十分复杂多样，为了提高检测精度和灵敏度，传感器技术不断发展，如微型化、智能化、多参数检测等。 总之，传感器与检测技术的发展在很大程度上推动了各 个领域的科学技术进步和高效生产，是实现智能化、数字化、网络化的重要手段。 第二篇：物理量测量传感器 物理量测量传感器是将检测对象热、电、力、速、压、 形状等物理量转化为电信号的传感器，广泛应用于工业控制、
安全监测、航空航天、自动化等领域。 热量传感器是常用的传感器之一，其应用广泛，如温度计、热电偶等。温度传感器可根据其测量方式分为接触式和非接触式，前者需直接贴附于被测物体表面，后者则通过红外线感应热量进行测量。热电偶的测量原理是热电效应，通过两种金属的连接和温度差产生电势差输出。 电流传感器是电气检测中常用的传感器，其原理是利用 电气量之间的联系进行检测。电流传感器包括闭环和开环类型，闭环传感器结构简单但对被测物体有一定的装置要求；开环传感器在结构上更灵活，但灵敏度较低。 压力传感器是测量物体静态或动态压力变化的传感器， 其应用广泛如汽车制造、工业生产等。最常见的压力传感器是电容式和电阻应变式传感器，前者根据电容变化输出信号，后者根据应变程度变化输出信号。 总的来说，物理量测量传感器有着广泛的应用领域和重 要作用，其不断发展创新将会推动工业生产和各个领域科技进步。 第三篇：化学量测量传感器 化学量测量传感器是将化学反应中的物理或化学量在传 感器中转化为电信号输出的传感器，可广泛应用于环境监测、医疗卫生等领域。 PH传感器是最常用的化学量测量传感器之一，用于测量 物质的酸碱度，其原理是根据酸碱离子在溶液中的自动平衡反应测量PH值。一般来说，PH传感器根据不同的测量范围分为 玻璃电极和绕线电极两种类型。 离子选择性传感器可根据特定离子的选择性进行测量， 如钙、汞、铊等离子的测量。其测量原理是利用离子交换膜选
１．传感器是指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和装置。所以传感器又被称为敏感元件、检测器件、转换器件等。 ２．传感器的基本功能是检测信号和进行信号的转换。 ３．传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。 ４．传感器的基本特征主要分为静态特性和动态特性。静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。动态性能指标有时域单位阶跃响应性能指标和频域单位阶跃响应性能指标。５．检测就是对系统中各被测对象的信息进行提取、转换以及处理，即利用各种物理效应，将物质世界的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程一个完整的检测控制系统通常由传感器、测量电路、显示记录装置或调节执行装置和电源等几个部分组成。６．传感器按其定义一般由敏感元件、转换元件、信号调理转换电路三部分组成，有时还需外加辅助电源提供转换能量。敏感元件是指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的被测量转换成适合于传输或测量的电信号部分。７．动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时，系统的输出与输入之间的关系。性能指标有时域单位阶跃响应和频域频率特性。 测量就是将被测量与同种性质的标准量进行比较，从而获得被测量大小过程。有直接测量间接测量组合测量。 ８．计量的三个特征：统一性、准确性和法制性。 ９．测试是具有试验性质的测量，即测量和试验的结合。 １０．检测就是对系统中各被测对象的信息进行提取，转换以及处理 １１．检测技术就是以研究检测与控制系统中信息的提取、转换以及处理的理论和技术为主要内容的一门应用科技技术。 １２．检测原理的分类：a物理原理b化学原理c光学原理d生物原理。 １３．检测方法分类：①是否直接测定被测量的原则分为直接测量法和间接测量法。②是否接触分接触式测量和非接触式测量③是否随时间变化分静态测量和动态测量。 １４．按测量性质分时域测量、频域测量、数据测量和随机测量。 １５．检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。 １６．真值，是指在一定的时间及空间条件下，被测量所体现的真实数值。 理论真值又称为绝对真值，是指在严格的条件下，根据一定的理论，按定义确定的数值。１７．约定真值：指用约定的办法确定的最高基准值，就给定的目的而言的它被认为充分接近于真值，因而可以代替真值来使用。 １８．相对真值也称实际值，是指将测量仪表按精度不同分为若干等级，高等级的仪表测量的值。 １９．测量结果与被测量真值之差称为测量误差。有绝对误差、相对误差、引用误差。 ２０．测量误差的来源：方法误差、理论误差、测量装置误差、换进误差、人身误差。 ２１．约定真值是指用约定的办法确定的最高基准值，可以代替真值来使用。 ２２．误差的分类：系统误差、随机误差、粗大误差。 ２３．减少系统误差的方法：①消除系统误差产生的根源②引入更正值法③采用特殊测量方法消除系统误差：㈠直接比较法㈡替代法㈢交换法㈣微差法㈤等时距对称观测法㈥半周期观察法。 ２４．随机误差的估算：①标准差②单次测量值的标准差估计③算术平均值的标准差传递④间接测量的标准差的传递
传感器与检测技术教案 第一课时：传感器与检测技术概述 一、教学目标： 1.了解传感器与检测技术的基本概念和基本原理； 2.熟悉传感器与检测技术在生活中的应用； 3.学习传感器与检测技术的分类和特点。 二、教学内容： 1.传感器与检测技术的基本概念和基本原理 a.传感器的定义和作用； b.检测技术的定义和作用； c.传感器的基本原理：传感器的输入、输出和转换过程。 2.传感器与检测技术的应用 a.生活中的传感器与检测技术应用案例介绍； b.传感器与检测技术在工业自动化、环境监测、医疗健康等领域的应用。 3.传感器与检测技术的分类和特点 a.传感器的分类：按测量物理量分类、按传感原理分类； b.传感器的特点：灵敏度、精度、响应时间、线性度等。 三、教学过程：
1.导入（5分钟） a.讲解传感器与检测技术在日常生活中的应用案例，如智能家居、智 能手机等； b.引发学生对传感器与检测技术的兴趣和思考。 2.讲解传感器与检测技术的基本概念和基本原理（20分钟） a.定义传感器并解释其作用； b.定义检测技术并解释其作用； c.讲解传感器的基本原理，包括输入、输出和转换过程。 3.分组讨论传感器与检测技术的应用（15分钟） a.将学生分为小组，每组讨论一个特定领域的传感器与检测技术应用； b.每组汇报讨论结果，展示该领域中的应用案例。 4.传感器与检测技术的分类和特点（30分钟） a.解释传感器的分类，包括按测量物理量分类和按传感原理分类； b.介绍传感器的特点，如灵敏度、精度、响应时间、线性度等。 5.总结与小结（10分钟） a.综合讨论传感器与检测技术的基本概念、基本原理、应用、分类和 特点； b.总结本节课的重点和要点； c.提出下节课的预习任务。
第一章 绪论 1.1 自动检测技术概述 传感器处于研究对象与测试系统的接口位置,即检测与控制系统之首。因此，传感器成为感知、获取与检测信息的窗口，一切科学研究与自动化生产过程要获取的信息，都要通过传感器获取并通过它转换为容易传输与处理的电信号。所以，80年代以来，世界各国都将传感器技术列为重点发展的高技术，倍受重视。 传感器技术是材料学、力学、电学、磁学、微电子学、光学、声学、化学、生物学、精密机械、仿生学、测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、乃至系统科学、人工智能、自动化技术等众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术，广泛应用于航空航天、兵器、信息产业、机械、电力、能源、交通、冶金、石油、建筑、邮电、生物、医学、环保、材料、灾害预测预防、农林渔业、食品、烟酒制造、建筑、汽车、舰船、机器人、家电、公共安全等领域。 1.1.1 自动检测技术的重要性 （1）测试手段就是仪器仪表。 在工程上所要测量的参数大多数为非电量，促使人们用电测的方法来研究非电量，即研究用电测的方法测量非电量的仪器仪表，研究如何能正确和快速地测得非电量的技术。 （2）非电量电测量技术优点： 测量精度高、反应速度快、能自动连续地进行测量、可以进行遥测、便于自动记录、可以与计算机联结进行数据处理、可采用微处理器做成智能仪表、能实现自动检测与转换等。 机械制造业 化工行业 烟草行业 环境保护等部门 现代物流行业 科学研究和产品开发中 文物保护领域 综上所述，自动检测技术与我们的生产、生活密切相关。它是自动化领域的重要组成部分，尤其在自动控制中，如果对控制参数不能有效准确的检测，控制就成为无源之水，无本之木。 1.1.2 自动检测系统的组成 传感器：把被测非电量转换成为与之有确定对应关系，且便于应用的某些物理量（通常为电量）的测量装置。
检测技术 机电工程系 一.填空 1检测误差是指检测结果和被测量的(客观真值)之间存在的差值。 2准确度反应的是(系统)误差的大小，而精密度描述的是(随机)误差的大小。 3某位移传感器，在输入量变化4mv时，输出电压变化为200mv，其灵敏度为(50mv/mm). 4某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.1mv/%,S2=2.5mv/%,S3=4.0mv/%,系统的灵敏度为(1mm/%)。 5电阻应变片是利用(电阻应变)效应制成的，它将材料应变转换为电阻值变化。 6直流电桥中(全桥)接法的灵敏度最高，这种接法的精密度是半桥单臂接法的(四)倍，是半桥双臂接法的(两)倍。 7应变片按制造材质的不同，可分为(金属)电阻应变片和(半导体)应变片，前者主要以(电阻应变)效应为主，而后者主要以(压阻应变)效应为主。 8湿敏电阻是利用(湿敏材料)吸收空气中的水分而导致本身(电阻值)发生变化这一原理而制成的！ 9光敏电阻受温度影响较大，随温度的升高，它的暗电阻和灵敏度都会(下降)。 10热敏电阻的缺点是(互换性较差)，同一型号的产品特性参数有较大的差别。 11半导体气敏元件有(N)型和(P)型之分，其中(N)型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小，(P)型阻值随气体浓度的增大而增大。 12电容传感器主要有(变面积式)(变间隙式)和(变介电常数式)三种类型，其中(变间隙)型的输入被测量与输出被测量间的关系是非线性的。 13变面积式电容传感器的灵敏度是一常数，(增加两)极板长度或(缩小两)极板间距离，都可以提高灵敏度。 14变间隙式电容传感器间距过小容易引起击穿，一般在两个极板间放置(云母)(塑料膜)等高介电常数的物质来改变这种情况。 15电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈(自感)和(互感)的变化，从而导致线圈(电感量)改变来实现测量量的。16自感式传感器是利用线圈(自感的变化)进行测量的传感器，其结构形式有变间隙型、(变面积型)和(螺管型)三种类型。 17变间隙型电感传感器由线圈、(铁心)和(衔铁)组成，它的灵敏度随着气隙的增大而(减小)。 18热电动势来源于两个方面，一部分由两个导体的(接触电势)构成，另一部分是单一导体的(温差电势)。 19补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，它的理论依据是(中间温度)定律。 20压电式传感器中压电材料主要有(石英晶体)、(压电陶瓷)和(压电半导体)。 21压电材料在使用中一般是两片以上，在以电荷作为输出的地方一般是把压电元件(并联)起来，而当以电压作为输出的时候则一般是把压电元件(串联)起来。 22热电耦回路中热电动势的大小，只与组成热电耦的(导体材料)和两接点温度有关，而与热电耦的(几何尺度)无关。 23光电器件是光感传感器中最重要的部件，常见的有(真空)光电器件和(半导体)光电器件两大类。 二.判断题 1 精密度是指测量结果与理论真值的一致程度，反映的是系统误差的大小。( 错) 2 随机误差大，测量结果分散，精密度低；反之，测量结果的重复性好，精密度高。( 对) 3 实验证明：在金属丝的弹性范围内，电阻的相对变化与轴向应变成正比。( 对) 4 光敏电阻的暗电阻越大，亮电阻越小，则光敏电阻性能越好。(对) 5 铂热电阻在高温下会发生氧化，因此一般用于所测介质温度不高的场合。(对) 6光敏电阻的暗电流越大，亮电流越小，光敏电阻的灵敏度才会越高。( 错) 7变间隙式自感传感器，当衔铁移动靠近铁心时，铁心上的线圈电感量增加。( 对) 8 变间隙型电感传感器的灵敏度随着气隙的增大而增大。( 错) 9 压电式加速度传感器中为便于装配和增大电容量常用两片极化方向相同的晶片，电学上串联输出。( 错) 10 压电效应是不可逆的，即晶体在外加电场的作用下不能发生形变。(错) 11 压电式传感器只适用于动态测量，而不能用于
图6-1 工业用铂热电阻体的结构 图6-2 铜热电阻体结构
图6-5 热电偶回路 常用的热电偶由两根不同的导线组成，它们的一端焊接在一起，为工作端 ，测温时将它置于温度场中；不连接的两个称为自由端（或称为冷端）T0 的导线相连接。当热端与冷端有温差时检测仪表便能测出被测温度。 根据金属的热电效应，任意两种不同的金属导体都可以作为热电偶回路的电极，但在实 10306。 6-6 热电偶的结构
图6-7 普通热电偶安装形式 ）铠装热电偶 铠装热电偶又称为缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料（通常为电熔氧化镁）和金属保护管三者经拉伸结合而成的。铠装热电偶有单支（双芯）和双支（四芯）之分，其检测端有碰底型、不碰底型、露头型和帽型等几种形式，如图6-8所示。 图6-8 铠装热电偶检测端的结构形式 薄膜热电偶是用真空蒸镀的方法，把两种热电极材料分别沉积在绝缘基片上形成的一种快速感温元件。采用蒸镀工艺，热电偶可以做得很薄，图6-9薄膜热电偶结构尺寸可做得很小。它的特点是热容量小，响应速度快，特别适用于检测瞬变的表面温度和微小面积上的温
图6-9 薄膜热电偶结构热电偶冷端的温度补偿 将热电偶的冷端置于装有冰水混合物的恒温器内，使冷端温度保持
图6-11 热释电红外传感器的结构及内部电路 3.量子型红外传感器 PbS 红外光敏元件的结构如图6-12所示。其主要是由PbS 光敏元件、电极、玻璃基极、引脚等组成。先在玻璃基极上制成金电极，然后蒸镀PbS薄膜，再引出电极线。为了防止 光敏元件被氧化，将PbS 光敏元件封入真空容器中，并用玻璃或蓝宝石做光窗口。当光照射PbS 光敏元件上时，电极两端产生光生电动势，此电动势的大小与光照强度成比例。 6-12 PbS 红外光敏元件的结构 6-13 所示。其由光学系统、调制器、红外传感器、放大器、显示器等部分组成。光学系统是采用透射式的，是根据红外波长的范围而选择的光学材料制成的。调制器是由调制盘、微电机等组成。 图6-13 红外测温仪的结构原理 通过红外测温仪，可以知道物体表面的平均温度，但要了解物体的温度分部情况，探测物体内部的结构等情况，就需要把物体的温度分布以图像的形式直观地显示出来，即红外成像。目前，主要采用了红外变像管、红外摄像管、集成红外电荷耦合器件三种成像器件，显
传感器与检测技术 传感器与检测技术 随着现代工业的不断发展，物联网、工业互联网等新技术的出现，传感器和检测技术在现代工业中的地位日益重要。传感器和检测技术的应用范围非常广泛，从工业制造到医疗保健，从机器人技术到智能家居，都需要传感器和检测技术的支持。 一、传感器的分类 传感器按照测量物理量的原理可以分为以下几种： 1. 电阻式传感器 电阻式传感器是利用材料的电阻值与测量物理量存在的一定关系来实现测量的。常见的电阻式传感器有热敏电阻、光敏电阻和应变式电阻等。 2. 电容式传感器 电容式传感器利用物体与传感器之间的电容变化来实现测量。例如，当物体接近电容传感器时，物体与传感器之间的电容会发生变化，电容传感器就可以根据这种变化来测量物体与传感器之间的距离。 3. 电磁式传感器 电磁式传感器利用物理量对磁场的影响来实现测量。例如，磁电式传感器就是利用磁场的变化来产生电荷，从而实现测量的。 4. 声波式传感器 声波式传感器是利用物理量对声波产生影响来实现测量
的。例如，超声波传感器就是利用声波的时间差来测量物体与传感器之间的距离。 5. 光电式传感器 光电式传感器是利用光线对物理量的变化而产生光信号，从而实现测量的。例如，光电开关就是利用光线来检测物品的位置。 6. 磁电式传感器 磁电式传感器是利用磁场产生的电势差来实现测量。例如，霍尔传感器就是利用磁场的变化来产生电势差，从而实现测量的。 二、传感器的应用 1. 工业自动化 工业自动化是传感器应用最广泛的领域之一，包括机械加工、材料处理、车间控制等多方面。例如，温度传感器用于检测加热设备的温度、光电传感器用于检测零部件的尺寸、压力传感器用于检测机械系统中的压力等。 2. 医疗保健 传感器在医疗保健领域的应用也越来越广泛。例如，心电图传感器可以监测心脏的电信号，脑电图传感器可以检测脑部电信号，实现神经疾病的诊断与治疗。此外，还有血糖检测器、血压监测器、胎儿心率检测器等等。 3. 智能家居 传感器在智能家居领域的应用也越来越多，例如，智能温度传感器可以控制室内温度，智能光敏传感器可以感知室内光线的亮度，从而自动控制灯光。智能家居系统还可以联网远程控制，从而实现智能家居自动化管理。 4. 机器人技术
第一章引言 ➢教学要求 1．掌握传感器的基本概念。 2．掌握传感器的组成框图（p2，图1.1）。 3．掌握传感器的静态性能和动态性能。 4．了解传感器的课程性质和课程任务。 5．了解传感器的分类和发展趋势。 ➢教学内容 1.1 传感器的发展和作用 了解。 1.2 什么是传感器 传感器定义：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和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。顾名思义，传感器的功能是一感二传，即感受被测信息，并传送出去。根据传感器的功能要求，它一般应由三部分组成，即：敏感元件、转换元件、转换电路。 1.3 传感器的分类 1．根据被测物理量分类 速度传感器、位移传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器等。 2．按工作原理分类 应变式、电压式、电容式、涡流式、差动变压器式等。 3．按能量的传递方式分类
有源的和无源的传感器。 1.4 传感器的性能和评价 1.4.1传感器的静态特性 传感器的静态特性是指传感器的输入信号不随时间变化或变化非常缓慢时，所表现出来的输出响应特性，称静态响应特性。通常用来描述静态特性的指标有：测量范围、精度、灵敏度、稳定性、非线性度、重复性、灵敏阈和分辨力、迟滞。 • 稳定性 传感器的稳定性，一是指传感器测量输出值在一段时间内的变化，即用所谓的稳定度表示；二是指在传感器外部环境和工作条件变化时而引起输出值的变化，即用影响量来表示。 •灵敏度 传感器灵敏度是表示传感器的输入增量与由它引起的输出增量之间的函数关系。更确切地说，灵敏度k等于传感器输出增量与被测量增量之比，是传感器在稳态输出输入特性曲线上各点的斜率。用公式表示为： • 灵敏阈与分辨力 灵敏阈是指传感器能够区分出的最小读数变化量。 对模拟式仪表，当输入量连续变化时，输出量只做阶梯变化，则分辨力就是输出量的每个阶梯所代表的输入量的大小。对于数字式仪表，灵敏度阈就是分辨力，即仪表指示数字值的最后一位数字所代表的值。 从物理含义看，灵敏度是广义的增益，而灵敏度阈则是死区或不灵敏度。•迟滞 传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中——输入特性曲线不
图2-1 变阻器原理及其特性 需要注意的是，使用滑线变阻器进行位移检测时，电刷滑动时会产生动态接触电阻，接触电阻阻值一般不确定，这会对检测精度产生难以忽略的影响。 为改善以上两个问题，工业中通常使用直线导电塑料作为变阻器材料， 将变阻器和电刷施加一定的预紧力装配成一个部件，外加金属封装，形成如图 阻尺，又称为导电塑料电位计或电压分配计等。
图2-5 感应同步器 如图2-6所示为感应同步器原理，感应同步器由两个磁耦合部件组成，其工作原理类似于一个多极对的正余弦旋转变压器。 图2-6 感应同步器原理
如图2-8所示，脉冲发生器发出频率一定的脉冲系列，输出参考信号方波和指令信号方波，指令信号方波使励磁供电线路产生振幅频率相同而相位差为90°的正弦信号电压和余弦信号电压，供给感应同步器滑尺或者定尺绕组。在定尺上产生感生电动势，经过放大整形后的信号同样为方波信号，反馈至鉴相器与参考信号进行比较。鉴相器输出是感应电动势与参考信号的相位差，即对应的位移值。 图2-8 感应同步器的鉴相控制示例 三、磁栅尺 与录音技术相似，通过记录磁头在磁性尺（或盘）上录制出间隔严格相等的磁波，称为磁栅。 磁栅的一个重要特点是磁栅尺与磁头处于接触式的工作状态。磁栅的工作原理是磁电转换，为保证磁头有稳定的输出信号幅度，考虑到空气的磁阻很大，磁栅尺与磁头之间不允许存在较大和可变的间隙，最好是接触式的。因此，带型磁栅在工作时磁头是压在磁带上的，这样即使带面有些不平整，磁头与磁带也能良好的接触。线型磁栅的磁栅尺和磁头之间约有0.01 mm的间隙，由于装配和调整不可能达到理想状态，故实际上线型磁栅也处于准接触式的工作状态。 图2-9 磁栅尺 四、光电编码器 1.增量式光电编码器 增量式光电编码器由光栅盘（码盘）和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电编码盘自身有旋转轴，当旋转轴旋转时，经光电二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映编码器轴的转速或者加速度。光电编码器系统结构如图2-12所示。为判断旋转方向，码盘提供相位差90°的两组透光孔，组成辨向系统，通过电路判断正转还是反转，在一般的光电编码系统中，这两组编码称为A、B相，如图2-13外圈和中圈虚线所示。另外，为了实现定位，增加了Z相作为基准，由Z相发出零位脉冲，作为转动的起始点，如图2 13内圈虚线所示。
传感器与检测技术 第一章概述 1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。 一、传感器的组成 2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。 二、传感器的分类 1、按被测量对象分类 （1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。 2、传感器按工作机理 （1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。 （2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。 3、按被测物理量分类 如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。 4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。 5、按传感器能量源分类 （1）无源型：不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型； （2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。 6、按输出信号的性质分类 （1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）； （2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。 三、传感器的特性及主要性能指标 1、传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特性和动态特性。 2、传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性，简称静特性。 表征传感器静态特性的指标有线性度，敏感度，重复性等。 3、传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为动态特性，简称动特性。传感器的动态特性取决于传感器的本身及输入信号的形式。传感器按其传递，转换信息的形式可分为①接触式环节；②模拟环节；③数字环节。评定其动态特性：正弦周期信号、阶跃信号。 4、传感器的主要性能要求是：1）高精度、低成本。2）高灵敏度。3）工作可靠。4）稳定性好，应长期工作稳定，抗腐蚀性好；5）抗干扰能力强；6）动态性能良好。7）结构简单、小巧，使用维护方便等； 四、传感检测技术的地位和作用 1、地位：传感检测技术是一种随着现代科学技术的发展而迅猛发展的技术，是机电一体化系统不可缺少的
传感器与检测技术 1. 传感器的定义与分类 传感器是一种能够将物理量转化为可电信号输出的装置，它是测量与控制技术中不可或缺的一部分。传感器广泛应用于工业、交通、医疗、环境等各个领域。传感器根据其测量的物理量不同，可以分为多种类型。下面就对传感器的一些常见分类进行简单介绍。 1. 按照测量的物理量分：温度传感器、压力传感器、流量传感器、力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、光学传感器、化学传感器等。 2. 按照测量方式分：接触式传感器、非接触式传感器。 接触式传感器是指传感器需要和测量对象有物理接触才能进行测量，比如触碰式开关、弹簧测力计等。非接触式传感器则不需要与测量对象有物理接触，通常是利用无线电磁波、光学信号等方式进行测量。 3. 按照信号输出形式分：模拟传感器、数字传感器。 模拟传感器是指输出的是模拟信号，通常是电压、电流等。数字传感器则输出的是数字信号，通常是二进制信号。 4. 按照工作原理分：电阻型传感器、电容型传感器、磁敏传感器、光敏传感器等。 电阻型传感器是指测量对象对电阻的改变来进行测量的传感器。电容型传感器则是利用测量对象对电容的改变进行测量的传感器。磁敏传感器则是利用磁场的变化进行测量的传感器。光敏传感器则是利用光照强度的变化进行测量的传感器。
2. 传感器的应用领域 传感器作为现代测量与控制技术的重要组成部分，广泛应用于各个领域。下面简单介绍一些传感器应用领域。 1. 工业自动化：传感器在工业生产领域应用十分广泛，如温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器等。利用它们可以对物料、能量、精度等进行严格控制，提高工业生产效率。 2. 医疗健康：传感器在健康监测、疾病诊断等领域有着广泛的应用，如心电传感器、血压传感器、血糖传感器、磁共振传感器等。这些传感器能够监测人体各项生理指标的改变，并及时进行干预。 3. 环境监控：传感器在环境监测领域也有着广泛的应用，如温湿度传感器、气体传感器、光照传感器等。这些传感器能够检测环境中各项数据的异动，及时预警环境风险。 4. 计量领域：计量领域也是传感器的应用领域之一，如电能表、热能表、水表等，这些传感器能够测量物质与能量的各项数据。 3. 传感器的未来发展 随着传感器技术的不断进步，未来传感器将会在多个方面有所发展。 1. 智能化：随着人工智能技术的不断发展，传感器也将向智能化方向发展，能够实现自动识别、自动调节等功能。 2. 微型化：传感器未来的发展将会趋向小型化，可以将传感器植入人体或物体内部，实时监测并进行干预。 3. 应用范围的拓宽：传感器未来的应用领域将会趋向多个领域的拓宽，如资讯科技、物流业等。 4. 效率提升：未来传感器的工作效率将会得到进一步提
传感器及检测技术教案 教案标题：传感器及检测技术 教学目标： 1.理解传感器的基本原理和分类。 2.掌握常见传感器的使用方法和应用场景。 3.了解检测技术及其在传感器领域中的应用。 4.培养学生的动手能力和解决问题的能力。 教材准备： 1.教科书《传感器及检测技术》。 2.多个常见传感器和检测设备。 3.实验仪器和材料。 教学过程： 1.导入（15分钟） a.引入话题：什么是传感器？请举例一些你所熟悉的传感器。 b.分享一些传感器的应用案例，如温度传感器、光敏传感器等。 c.引导学生思考：传感器的作用是什么？为什么需要传感器？ d.提出学习目标：今天我们将学习传感器的基本原理和分类，以及一些常见传感器的使用方法和应用场景。 2.传感器的基本原理和分类（30分钟）
a.讲解传感器的基本原理：物理量与传感器之间的关系。 b.讲解传感器的工作原理和工作流程。 c.介绍常见的传感器分类，如按测量物理量分为温度传感器、湿度传 感器等，按工作原理分为电阻型传感器、电容型传感器等。 3.常见传感器的使用方法和应用场景（40分钟） a.分组探究：每个小组选择一个传感器，研究其使用方法和应用场景，然后进行展示。 b.整合小组的研究成果，汇总常见传感器的使用方法和应用场景，并 进行讲解和讨论。 4.检测技术及其在传感器领域中的应用（30分钟） a.介绍检测技术的基本原理和分类。 b.讲解检测技术在传感器领域中的应用案例，如红外线检测技术在安 防领域的应用。 c.引导学生思考如何选择合适的检测技术和传感器。 5.实验操作（45分钟） a.将学生分成小组，每个小组选择一个传感器进行实验操作。 b.学生掌握传感器的安装、接线和使用方法，进行实验，并记录实验 结果。 c.学生根据实验结果进行数据分析和解释。 6.总结和反思（15分钟）
第一章：概述 1、传感器的组成：敏感元件(直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理 量的元件，) 转换元件：将敏感元件输出的非电量转换成电信号 基本转换电路：将转换的电信号转换成便于传输、处理的电量 2、分类：按被测量对象分类：内部信息传感器主要检测系统内部的位置、速度、 力、力矩、温度及其变化。 外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态。 按工作机理分类：物性型和结构型 按被测物理量分类：位移传感器，温度传感器 按工作原理分类： 按传感器能量源分类：无源型和有源型（能量控制型） 按输出信号的性质分类：开关型、模拟型、和数字型（计数型和代码型）。 ３、传感器的静态特性：当传感器的输入量为常量或随时间做缓慢变化时，传感 器的输出与输入之间的关系称为静态特性，简称静特性。表征传感器特 性的指标有线性度、灵敏度、重复性等。 传感器的动态特性：传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特应特 性传感器的动态特性。 传感器的性能指标：基本参数：测量范围：传感器在允许误差限内，其背测 量的范围 量程：传感器在测量范围内的上限值和下限值之差 灵敏度：Ｋ。＝△Ｙ/△Ｘ，总灵敏度Ｋ。＝Ｋ¹•Ｋ² 静态精度： 动态精度 环境参数：温度，振动、冲击，其他 可靠性 使用条件： 经济性 线性度：δ＝ 重复性：衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所 得结果之间的不一致程度的指标。（所得结果越分散，重复性 越好！） 稳定性：即在相同条件、相当长的时间内，其输入＼输出特性不发生变化的 能力。影响因素是时间和环境。 精确度：简称精度，表示传感器的输出结果与被测量的实际值之间的符合程 度。是测量值的精确程度与准确程度的综合反映。 环境参数：主要是指传感器允许使用的工作温度范围以及环境压力、环境振 动和冲击等引起的环境压力误差、环境振动误差和冲击误差等等。 标定：在明确传感器输入＼输出变化关系的前提下，利用某种标准器具产生 已知的标准非电量（或其他标准量）输入，确定其输出电量与其输入 量之间关系的过程。 校准：传感器在使用前或使用过程中或搁置一段时间再使用时，必须对其性能 参数进行复测或作必要地调整与修正，以确保传感器的测量精度。 静态标定：是指给传感器输入已知不变的标准非电量，以测出其输出，给出标
传感器与检测技术是现代工程技术领域的重要课程之一，学生通过学习这门课程能够掌握传感器的原理、结构和应用，了解各种检测技术的工作原理及其在工程实践中的应用。教师在教学过程中需要有一份完整的、系统的教案，来指导学生学习，本文将对《传感器与检测技朋(第3版)》的教学教案进行详细的阐述和讲解。 一、教学目标 1.了解传感器的基本概念和分类，掌握传感器的工作原理和性能指标。 2.了解各种检测技术的原理和应用，能够选择合适的检测技术解决工程实践中的问题。 3.掌握传感器与检测技术在工程领域中的应用，能够进行传感器系统的设计和应用。 二、教学内容 1.传感器的基本概念和分类 2.传感器的工作原理和性能指标 3.各种检测技术的原理和应用 4.传感器与检测技术在工程领域中的应用 5.传感器系统的设计与应用 三、教学重点和难点 1.传感器的工作原理和性能指标是教学的重点，学生需要仔细学习和掌握。
2.传感器与检测技术在工程领域中的应用是教学的难点，需要学生理解和应用灵活。 四、教学方法 1.理论教学与实验教学相结合，引导学生深入理解传感器和检测技术的原理。 2.案例分析，引导学生了解传感器与检测技术在工程实践中的应用。 3.小组讨论，提高学生分析和解决问题的能力。 五、教学内容与教学步骤 1.传感器的基本概念和分类 (1)传感器的定义和作用 (2)传感器的分类及特点 (3)传感器的性能指标 2.传感器的工作原理和性能指标 (1)传感器的工作原理 (2)传感器的灵敏度、分辨率、动态范围等性能指标的意义和计算方法 (3)传感器的温度补偿和线性化技术 3.各种检测技术的原理和应用 (1)接触式检测技术 (2)非接触式检测技术
一、材料分析( 每题参考分值5分) 1、有实时监测一个加热炉的温度，温度范围50~80℃，测量结果的精度要求达到1℃，现有3种带数字显示仪表的温度传感器，量程分别为0~500℃，0~300℃，0~100℃，精度等级分别为0.2级、0.5级、1.0级，为了满足测量要求，请选择合适的传感器。 若选用量程0~500℃、精度0.2级温度传感器，最大示值相对误差 若选用量程0~300℃、精度0.5级温度传感器，最大示值相对误差 若选用量程0~100℃、精度1.0级的温度传感器，最大示值相对误差 根据技术指标分析和成本考虑最终选择：量程为0~100℃、精度等级1.0级的温度传感器 2、热电偶温度传感器的输入电路如图所示，已知铂佬-铂热电偶在温度0~100℃之间变化时，其平均热电势波动为6uV/℃，桥路中供桥电压为4V，三个锰铜电阻(R1、R2,、R3,)的阻值均为1Ω，铜电阻的电阻温度系数为α=0.004/℃，已知当
温度为0℃时电桥平衡，为了使热电偶的冷端温度在0~50℃范围其热电势得到完全补偿，试求可调电阻的阻值只R s。 3、某测温仪表范围为0～850℃，根据工艺要求，温度的指示值不允许超过±4℃，计算应选仪表的精度等级。 应选择仪表的精度等级为0.2级
4、K型热电偶（含补偿导线）和配有K型分度号的动圈仪表组成一个炉温检测系统，仪表显示的温度是750℃，热电偶冷端温度为20℃：1.计算实际炉温。2.如果热电偶冷端温度不稳定，可采取哪些冷端温度补偿措施？3.K型热电偶测温，输入输出之间存在非线性，可采取哪些措施提高测量精度？ 1.E（t,0）=E(750,0)+E(20,0) =31.2135+0.7981 查表t=769.3℃ 2.冰浴法、补偿导线法、补偿电桥法、系数补正法、基于计算机的自动补偿法 3.线性化电路或集成芯片、代数插值算法、曲线拟合算法 5、例9 现用一只镍铬-铜镍热电偶测某换热器内的温度，其冷端温度为20ºC，显示仪表的机械零位在0ºC时，这时指示值为400ºC，则认为换热器内的温度为420ºC对不对?为什么?正确值为多少?
教学 目标 知识目标：掌握接近开关的基本工作原理，了解各种接近开关的环境特性及使用方法，掌握应用接近开关进行工业技术检测的方法 能力目标：对不同接近开关进行敏感性检测，使用霍尔接近开关完成转动次数的测量。 素质目标： 教学 重点 接近开关的应用 教学 难点 接近开关的基本工作原理 教学 手段 理实一体 实物讲解 小组讨论、协作 教学 学时 10 教学内容与教学过程设计注释 项目一开关量检测 〖理论学习〗 任务一认识接近开关 一、霍尔效应型接近开关 1.霍尔效应 霍尔效应的产生是由于运动电荷在磁场作用下受到洛仑兹力作用的结果。如图1-2所示， 把N型半导体薄片放在磁场中，通以固定方向的电流i图1-2霍尔效应（从a点至b点），那 么半导体中的载流子（电子）将沿着与电流方向相反的方向运动。 图1-2 霍尔效应 2.霍尔元件 霍尔元件的结构简单，由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图1-3所示。 图1-3 霍尔元件 讲解霍尔效应基 本原理，及霍尔电 动势。
3. 霍尔原件的性能参数 1)额定激励电流 2)灵敏度KH 3)输入电阻和输出电阻 4)不等位电动势和不等位电阻 5)寄生直流电动势 6)霍尔电动势温度系数 4.霍尔开关 霍尔开关是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，可把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。 图1-6霍尔开关 5.霍尔传感器的应用 1)霍尔式位移传感器 霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点，它不仅用于磁感应强度、有功功率及电能参数的测量，也在位移测量中得到广泛应用。 图1-7 霍尔式位移传感器的工作原理图 2)霍尔式转速传感器 图1-8 所示的是几种不同结构的霍尔式转速传感器。 图1-8 几种霍尔式转速传感器的结构 3)霍尔计数装置 图1-9 所示的是对钢球进行计数的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感器时，传感器可输出峰值20 mV 的脉冲电压，该电压经运算放大器(μA741)放大后，驱动半导了解霍尔传感器的应用。