传感器及检测系统的基本概念

第1章 传感器与检测技术基础检测技术是人们认识和改造世界的一种必不可少的重要技术手段。

而传感器是科学实验和工业生产等活动中对信息资源的开发获取、传输与处理的一种重要手段。

我们已经知道，对于电量参数的测量具有测量精度高、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、可以与计算机方便地连接进行数据处理、也可采用微处理器做成智能仪表、能实现自动检测与转换等一系列优点。

但是在工程上和实际的测量中，所需要测量的参数往往有相当大的部分为非电量，例如温度、位移、压力、流量等，所以通常就把将这些非电量转换为电信号输出的装置或设备称为传感器。

传感器与检测技术是一门随着现代科学技术发展而迅猛发展的综合性技术学科，广泛应用于人类的社会生产和科学研究中，起着越来越重要的作用，成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要技术。

检测的基本任务就是获取有用的信息，通过借助专门的仪器、设备，设计合理的实验方法以及进行必要的信号分析与数据处理，从而获得与被测对象有关的信息，最后将结果提供显示或输入其他信息处理装置、控制系统。

因此，传感器与检测技术属于信息科学范畴，它与通信技术、计算机技术一起分别构成信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”，是信息技术的三大支柱(传感技术、通信技术和计算机技术)之一。

检测技术的发展与生产和科学技术的发展是紧密相关的，它们互相依赖、相互促进。

现代科技的发展不断地向检测技术提出新的要求，推动了检测技术的发展。

与此同时，检测技术迅速吸取各个科技领域(如材料科学、微电子学、计算机科学等)的新成果，开发出新的检测方法和先进的检测仪器，同时又给科学研究提供了有力的工具和先进的手段，从而促进了科学技术的发展。

在各种现代机械设备的设计和制造中，检测技术的成本已达到设备系统总成本的50%～70%。

据资料统计：一辆汽车需要30～100余种传感器及配套检测仪表用以检测车速、方位、转矩、振动、油压、油量、温度等；而一架飞机需要3600余种传感器及配套检测仪表用来监测飞机各部位的参数(压力、应力、温度等)和发动机的参数(转速、振动等)等。

传感器总结一、概念传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。

通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

二、传感器1.3mm/5mm红绿双色LED（共阴）模块：可以用于电子词典、PDA、MP3、耳机、数码相机、VCD、DVD、汽车音响等等。

2.3色LED模块（RGB）：用Arduino控制。

有三个颜色。

3.7彩自动闪烁LED模块：5mm圆头高亮度发光二极管，发光颜色：粉、黄、绿(高亮度)。

4.继电器模块：继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中。

可以：a.扩大控制范围，b.放大，c.综合信号，d.自动、遥控、监测。

5.按键开关模块：按键开关模块和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作按键提示灯利用数字13 接口自带的LED，将按键开关传感器接入数字3接口，当按键开关传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。

6.磁簧模块：磁环模块和数字13 接口自带LED 搭建简单电路，制作磁场提示灯利用数字13 接口自带的LED，将磁环传感器接入数字3接口，当磁环传感器感测到有按键信号时，LED 亮,反之则灭。

7.高感度声音检测模块：用于声音检测。

8.光敏电阻：光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快，光谱特性及r 值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性，可广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。

传感器及检测技术教案第一章：传感器及检测技术概述1.1 教学目标了解传感器的定义、分类及作用理解检测技术的概念及其在自动化系统中的应用掌握传感器与检测技术的基本原理1.2 教学内容传感器的概念与分类传感器的基本特性检测技术的基本原理及方法传感器与检测技术在自动化系统中的应用1.3 教学方法采用讲授、讨论相结合的方式，让学生理解传感器及检测技术的基本概念和原理通过实例分析，使学生了解传感器与检测技术在实际工程中的应用1.4 教学评估课堂问答：了解学生对传感器及检测技术基本概念的理解程度课后作业：巩固学生对传感器基本特性和检测技术基本原理的掌握第二章：温度传感器2.1 教学目标掌握温度传感器的种类及工作原理了解温度传感器的选用方法及应用场合熟悉温度传感器的安装与维护2.2 教学内容温度传感器的种类与工作原理温度传感器的选用方法温度传感器的应用实例温度传感器的安装与维护2.3 教学方法通过讲解、实例分析，使学生掌握温度传感器的原理与应用结合实验室实践，让学生了解温度传感器的安装与维护方法2.4 教学评估课堂问答：检查学生对温度传感器原理的理解程度课后作业：巩固学生对温度传感器选用方法及应用场合的掌握第三章：压力传感器3.1 教学目标掌握压力传感器的原理及性能了解压力传感器的应用及选用方法熟悉压力传感器的安装与维护3.2 教学内容压力传感器的原理及性能压力传感器的应用及选用方法压力传感器的安装与维护3.3 教学方法通过讲解、实例分析，使学生掌握压力传感器的原理与应用结合实验室实践，让学生了解压力传感器的安装与维护方法3.4 教学评估课堂问答：检查学生对压力传感器原理的理解程度课后作业：巩固学生对压力传感器选用方法及应用场合的掌握第四章：流量传感器4.1 教学目标掌握流量传感器的原理及性能了解流量传感器的应用及选用方法熟悉流量传感器的安装与维护4.2 教学内容流量传感器的原理及性能流量传感器的应用及选用方法流量传感器的安装与维护4.3 教学方法通过讲解、实例分析，使学生掌握流量传感器的原理与应用结合实验室实践，让学生了解流量传感器的安装与维护方法4.4 教学评估课堂问答：检查学生对流量传感器原理的理解程度课后作业：巩固学生对流量传感器选用方法及应用场合的掌握第五章：位移传感器5.1 教学目标掌握位移传感器的原理及性能了解位移传感器的应用及选用方法熟悉位移传感器的安装与维护5.2 教学内容位移传感器的原理及性能位移传感器的应用及选用方法位移传感器的安装与维护5.3 教学方法通过讲解、实例分析，使学生掌握位移传感器的原理与应用结合实验室实践，让学生了解位移传感器的安装与维护方法5.4 教学评估课堂问答：检查学生对位移传感器原理的理解程度课后作业：巩固学生对位移传感器选用方法及应用场合的掌握第六章：光学传感器6.1 教学目标掌握光学传感器的原理及性能了解光学传感器的应用及选用方法熟悉光学传感器的安装与维护6.2 教学内容光学传感器的原理及性能光学传感器的应用及选用方法光学传感器的安装与维护通过讲解、实例分析，使学生掌握光学传感器的原理与应用结合实验室实践，让学生了解光学传感器的安装与维护方法6.4 教学评估课堂问答：检查学生对光学传感器原理的理解程度课后作业：巩固学生对光学传感器选用方法及应用场合的掌握第七章：湿度传感器7.1 教学目标掌握湿度传感器的原理及性能了解湿度传感器的应用及选用方法熟悉湿度传感器的安装与维护7.2 教学内容湿度传感器的原理及性能湿度传感器的应用及选用方法湿度传感器的安装与维护7.3 教学方法通过讲解、实例分析，使学生掌握湿度传感器的原理与应用结合实验室实践，让学生了解湿度传感器的安装与维护方法7.4 教学评估课堂问答：检查学生对湿度传感器原理的理解程度课后作业：巩固学生对湿度传感器选用方法及应用场合的掌握第八章：气体传感器掌握气体传感器的原理及性能了解气体传感器的应用及选用方法熟悉气体传感器的安装与维护8.2 教学内容气体传感器的原理及性能气体传感器的应用及选用方法气体传感器的安装与维护8.3 教学方法通过讲解、实例分析，使学生掌握气体传感器的原理与应用结合实验室实践，让学生了解气体传感器的安装与维护方法8.4 教学评估课堂问答：检查学生对气体传感器原理的理解程度课后作业：巩固学生对气体传感器选用方法及应用场合的掌握第九章：超声波传感器9.1 教学目标掌握超声波传感器的原理及性能了解超声波传感器的应用及选用方法熟悉超声波传感器的安装与维护9.2 教学内容超声波传感器的原理及性能超声波传感器的应用及选用方法超声波传感器的安装与维护9.3 教学方法通过讲解、实例分析，使学生掌握超声波传感器的原理与应用结合实验室实践，让学生了解超声波传感器的安装与维护方法9.4 教学评估课堂问答：检查学生对超声波传感器原理的理解程度课后作业：巩固学生对超声波传感器选用方法及应用场合的掌握第十章：传感器信号处理与补偿10.1 教学目标理解传感器信号处理的基本方法掌握传感器信号的误差补偿技术熟悉传感器信号处理与补偿在实际应用中的重要性10.2 教学内容传感器信号处理的基本方法传感器信号的误差补偿技术传感器信号处理与补偿的应用实例10.3 教学方法通过理论讲解和案例分析，让学生掌握传感器信号处理的基本技术和方法利用仿真软件或实验室设备，演示传感器信号处理与补偿的实际应用10.4 教学评估课堂问答：评估学生对传感器信号处理与补偿基本概念的理解课后作业：通过实际案例，让学生运用所学知识进行传感器信号的处理与补偿第十一章：传感器的智能化与网络化11.1 教学目标理解传感器智能化与网络化的意义和趋势掌握智能传感器的基本原理和应用了解传感器网络的概念、架构和关键技术11.2 教学内容传感器智能化与网络化的背景和驱动力智能传感器的设计原理和关键技术传感器网络的架构、协议和应用案例11.3 教学方法通过讲解和讨论，让学生了解传感器智能化与网络化的背景和重要性分析智能传感器的实例，让学生掌握其工作原理和应用探讨传感器网络的架构和关键技术，让学生了解其在未来物联网中的应用11.4 教学评估课堂问答：评估学生对传感器智能化与网络化概念的理解课后作业：通过案例分析，让学生应用所学知识解决实际问题第十二章：传感器的标定与校准12.1 教学目标理解传感器标定和校准的意义和过程掌握传感器标定的方法和技术熟悉传感器校准的设备和流程12.2 教学内容传感器标定和校准的基本概念和重要性传感器的静态和动态标定方法传感器标定和校准的实验设备和操作流程12.3 教学方法通过讲解和实验演示，让学生了解传感器标定和校准的基本概念和方法引导学生参与实验，让学生掌握传感器标定和校准的操作流程和技巧12.4 教学评估课堂问答：评估学生对传感器标定和校准的理解程度课后作业：通过实验报告，让学生巩固传感器标定和校准的实践技能第十三章：传感器的故障诊断与可靠性分析13.1 教学目标理解传感器故障诊断的意义和过程掌握传感器故障诊断的方法和技巧了解传感器可靠性的分析和提高方法13.2 教学内容传感器故障诊断的基本概念和方法传感器故障诊断的常用技术和算法传感器可靠性的分析指标和提高策略13.3 教学方法通过讲解和案例分析，让学生了解传感器故障诊断的基本概念和方法利用仿真软件或实验设备，让学生实践传感器故障诊断的技巧探讨传感器可靠性的分析和提高方法，让学生了解其在实际应用中的重要性13.4 教学评估课堂问答：评估学生对传感器故障诊断和可靠性分析的理解程度课后作业：通过案例分析，让学生应用所学知识解决实际问题第十四章：传感器的应用案例分析14.1 教学目标理解传感器在不同领域的应用案例掌握传感器在实际工程中的应用技巧了解传感器技术发展的趋势和机遇14.2 教学内容传感器在工业自动化、生物医疗、交通运输等领域的应用案例传感器在实际工程应用中的设计和优化技巧传感器技术发展的趋势和未来机遇14.3 教学方法通过讲解和案例分析，让学生了解传感器在不同领域的应用案例引导学生参与讨论，让学生掌握传感器在实际工程中的应用技巧探讨传感器技术发展的趋势和机遇，让学生了解其在未来技术进步中的重要性14.4 教学评估课堂问答：评估学生对传感器应用案例的理解程度课后作业：通过案例分析，让学生应用所学知识解决实际问题第十五章：综合实践与创新15.1 教学目标培养学生对传感器技术的综合应用能力激发学生对传感器技术创新的兴趣和潜能培养学生的团队协作和项目管理能力15.2 教学内容传感器技术综合应用的实践项目传感器技术创新的设计思路和方法团队协作和项目管理的技巧15.3 教学方法通过实践项目，让学生将所学知识综合应用于实际问题中鼓励学生进行创新设计，培养其技术研发的能力组织团队协作和项目管理的学习，让学生掌握项目实施的方法和技巧15.4 教学评估实践项目报告：评估学生对传感器技术的综合应用能力创新设计评价：评估学生对传感器技术创新的思路和能力团队协作和项目管理评估：评估学生在团队中的角色和贡献重点和难点解析重点：1. 传感器的基本概念、分类及作用2. 传感器的基本特性3. 传感器的选用方法及安装与维护4. 常见传感器的原理、性能及应用领域5. 传感器信号处理与补偿的方法和技术6. 传感器智能化与网络化的趋势和关键技术7. 传感器的标定与校准方法8. 传感器故障诊断与可靠性分析的方法和技巧9. 传感器在不同领域的应用案例分析10. 传感器技术的综合应用能力及创新设计思路难点：1. 传感器的精确选型及与系统的匹配优化2. 传感器信号处理与补偿的高级算法3. 传感器智能化与网络化的系统设计与实现4. 传感器的标定与校准实验操作5. 传感器故障诊断与可靠性分析的理论和实践6. 传感器应用案例的深入理解和实际应用7. 传感器技术创新的设计思路和方法8. 团队协作和项目管理在实践中的应用。

基础篇利用仿真打通物联网的奇经八脉利用Protues软件仿真的方法仿真物联网数据采集层（数据采集及控制终端），用PC编写上位机程序模拟数据采集网关，用PC编写通信服务器，数据库服务器，构建WEB服务器，编写手机APP。

那么整个物联网系统就呈现在我们面前，其体系结构如图0-1所示。

图0-1 利用仿真打通物联网的奇经八脉第一章传感器及检测技术基本概念第一节传感器的基本概念一、传感器的定义与组成- 1 -- 2 -测量仪器一般由信号检出器件和信号处理两部分组成。

信号检出器件的任务是检测出测量环境下的被测信号。

例如在测量面包烤箱（测量环境）的温度（被测信号）时，将热敏电阻（信号检出器件）插入烤箱中，热敏电阻的阻值便随着温度的变化而变化。

这种能感应被测量的变化并将其转换为其他物理量变化的器件，就是狭义的传感器（Transducer 或Sensor ）。

也就是说信号检出器就是传感器。

对于各种各样的被测量，有各种各样的传感器与之相对应，其输出信号有如下特点：（1）传感器输出信号的形式多样化，有电阻、电感、电荷、电压等；（2）传感器输出信号微弱，不易于检测；（3）传感器的输入阻抗较高，会产生较大的信号衰减；（4）传感器输出信号动态范围宽，输出信号会受到环境因素的影响，影响到测量的精度。

大多数检测仪器最终所需输出的信号一般为电流、电压、电容和数字信号等标准形式，所以，实际应用中，一般将各种传感器的不同输出信号形式转换成所希望的信号形式，然后用于检测仪器的输出或送至控制器进行调节控制，或送至计算机做进一步的信息处理。

从广义的角度来说，传感器应是信号检出器件和信号处理部分的总称。

广义的传感器一般由敏感元件、转换元件和信号调理与转换电路组成。

其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适用于传输或测量的电信号部分。

由于传感器的输出信号一般都很微弱，因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大、运算调制等。

一、概述随着科技的不断发展，检测系统在工业生产和科学研究中扮演着越来越重要的角色。

检测系统由多个部件组成，每个部件都有其特定的作用，只有各个部件协同工作，才能确保检测系统的正常运转。

本文将就检测系统的组成及各部件的作用进行简要分析和阐述，以期帮助读者更好地了解检测系统。

二、检测系统的组成及各部件的作用1. 传感器传感器是检测系统中最核心的部件之一，其作用是将被测量的物理量转换成可读的电信号。

传感器根据测量的物理量不同可以分为温度传感器、压力传感器、光电传感器等。

传感器的种类繁多，选用合适的传感器对检测系统的精度和稳定性有着至关重要的影响。

2. 信号处理器信号处理器是将传感器采集到的电信号进行处理的部件，其作用是对传感器采集到的信号进行放大、滤波、线性化等处理，以便将其转换为可供分析的信号。

信号处理器的质量将直接影响检测系统的测量精度和稳定性。

3. 控制器控制器是检测系统中的另一个重要部件，其作用是根据测量信号和预设参数对被测量对象进行控制。

控制器可以根据具体的应用场景选择不同的控制算法，如PID控制算法、模糊控制算法等，以实现对被测量对象的精确控制。

4. 数据采集器数据采集器是将传感器采集到的信号转换成数字信号，并存储在计算机中，以便后续的数据分析和处理。

数据采集器的性能直接影响了检测系统对信号的采集速度和精度。

5. 软件系统软件系统是检测系统中不可或缺的一部分，其作用是对采集到的数据进行实时监测、分析和处理。

软件系统可以根据具体的需求定制开发，以满足不同应用场景的需求。

6. 显示器显示器是将经软件系统处理后的数据进行可视化显示的部件，其作用是让操作人员直观地了解被测量对象的状态和参数。

显示器的性能将直接影响操作人员对检测系统的使用体验。

7. 联网模块联网模块是检测系统中的辅助部件，其作用是将检测系统与其他设备或互联网连接起来，以实现远程监控和数据共享的功能。

联网模块的稳定性和安全性是保证检测系统正常运行的重要保障。

《传感器与现代检测技术》复习参考前言知识点第一章 概论1、检测的定义2、传感器的定义、组成、分类传感器(狭义):能感应被测量的变化并将其转换为其他物理量变化的器件.传感器(广义):是信号检出器件和信号处理部分的总称.传感器的分类：按测量的性质划分:位移传感器,压力传感器,温度传感器等.按工作的原理划分:电阻应变式,电感式,电容式,压电式,磁电式传感器等.按测量的转换特征划分:结构型传感器和物性型传感器.按能量传递的方式划分:能量操纵型传感器和能量转换型传感器.3、检测系统的静、动态性能指标静态特性可用下列多项式代数方程表示：y=a0+a1x+a2x2+a3x3+…+anx n式中：y—输出量；x—输入量；a0—零点输出；a1—理论灵敏度；a2、a3、… 、an—非线性项系数。

1）线性度：指输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度,又叫非线性误差.2）灵敏度：指传感器的输出量增量与引起输出量增量的输入量的比值.3）迟滞：指传感器在正向行程和反向行程期间,输出-输入曲线不重合的现象.4）重复性：指传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时,所得特性曲线不一致性的程度.5）分辨率：指传感器在规定测量范围内所能检测输入量的最小变化量.6）稳定性：指传感器在室温条件下,通过相当长的时刻间隔,传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异.7）漂移：指传感器在外界的干扰下,输出量发生与输入量无关的变化,包括零点漂移和灵敏度漂移等.4、 传感器的动态特性1）瞬态响应法2）频率响应法第二章 常用传感器1、电阻式传感器（1）基本原理：将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路显示或记录被测量值的变化。

（2）电阻应变片结构（3）应变效应电阻应变片满足线性关系：，S即为应变片灵敏系数，或用K表示，K=1+2μ。

半导体应变片满足： （4）测量电路A ．直流电桥 （电桥形式（单臂、双臂、全桥）、输出电压表达式、电压灵敏度、应变片的位置安放）见课后习题P242 3.5 B ．交流电桥（5）温度误差缘由及补偿方法2、 电容式传感器（1） 结构、原理（2） 类型：变极距型：非线性误差大，适用于微小位移量测量变极板面积型：面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型相比，灵敏度较低，适用于较大角位移及直线位移的测量。