传感器检测技术及应用课件--视觉传感器及其应用58页PPT

应用
优点：成本低，能够识别具体障碍物的种类，识别准确； 车道线识别，行人
缺点：无法识别没有明显轮廓的障碍物。
识别和车辆识别
没有识别率限制，无需先识别，可直接进行测量，直接 利用视觉差计算距离，精度更高，无需维护样本数据库。 交通参与者测距
感知范围大，需同时标定三个摄像头，算法较复杂
远距离检测功能
能实现360°广角，图像畸变大，如鱼眼球摄像头
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谢谢！
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任务2 视觉传感器的工作原理
2.1 视觉传感器的结构组成
视觉传感器主要由镜头、图像传感器、模数转换器、图像处理器、图像存储器等组成， 其主要功能是获取视觉传感器要处理的最原始图像。
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任务2 视觉传感器的工作原理
2.1 视觉传感器的工作原理
视觉传感器的工作原理及流程：被拍摄物体的光线透过镜头，在图像传感器中的感光材 料将光强和颜色信息转换成模拟图像信号，数模转换器将模拟图像信号转换成数字图像信号， 经过算法优化处理后，以图像文件的形式存储在图像存储器中。
（3）标定流程 进入标定模式的触发条件：车辆行驶至如上图所示的标定车位中，通过车辆的OBD口发送标定
指令，视觉传感器系统收到指令后悔进入标定模式，首先判断车辆是否在标定车位，如不符合标定 条件则会提示“视觉传感器检测失败！”，并退出标定模式。如车辆在标定车位，将在指定时间内 自动完成标定，标定完成后系统自动退出标定模式，返回正常工作模式，标定工作完成。
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模块九 视觉传感器的应用与检测
任务1 任务2 任务3 任务3
视觉传感器的认知 视觉传感器的工作原理 视觉传感器的应用 视觉传感器的标定
任务4 视觉传感器的标定
4.1 视觉传感器的拆装方法

专题11 视觉传感器
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整体概况
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概况2
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概况3
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7.1 光参量传感器
7.1.5 视觉传感器--CCD图像传感器件
1）概述
人从自然界获取的信息中以视觉获取的量最多，约占信息总量 的80%。视觉传感器扩展人的视觉范围，使人看到视觉范围外 的微观和宏观世界。视觉技术快速发展，使信息摄取方法由一 维发展到二维及三维，敏感器件由一维线阵发展到二维面阵。
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7.1 光参量传感器
7.1.5 视觉传感器--CCD图像传感器件
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7.1 光参量传感器
7.1.5 视觉传感器--CCD图像传感器件
2) CCD的工作原理
(a) 光生电荷存储
光敏元存储光生电荷的能力取决于栅极所加正阶跃电压UG。 未加UG时P型Si的空穴分布均匀；加UG后，排斥空穴后产生耗 尽区。增大UG，耗尽区向半导体内延伸。UG>Uth(阈值电压)时，
加时钟脉冲1、2及3，三相时钟（驱动）脉冲时序波形如
图b所示。电荷移位过程如图c所示，按驱动脉冲时序，栅极下 光生电荷沿半导体表面按一定方向逐个单元转移。
பைடு நூலகம்
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7.1 光参量传感器
7.1.5 视觉传感器--CCD图像传感器件
2) CCD的工作原理
图a CCD结构原理图
图b 三相驱动脉冲时序波形
面积；tc为光照时间(光积分时间)，由电荷移位脉冲周期决定. 光敏元结构确定后，面积A一定，Qin取决于光子流速率n。由

CMOS视觉传感器耗电小，其耗电量约为CCD视 觉传感器的1/3。
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7.3.3 CMOS视觉传感器的应用
CMOS视觉传感器与CCD视觉传感器一样，可 用于自动控制、自动测量、摄影摄像、视觉识别 等各个领域。
CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。 CMOS视觉传感器用于数码相机有助于改善 人们心目中数码相机是“电老虎”的不良印象。
(4) 作为机器人的视觉，监控机器人的运行。
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7.3 CMOS 视觉传感器
佳能数码单反相机EOS D30 采用的CMOS传感器
尼康D2X上所使用的CMOS
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CCD和CMOS的主要区别
制造上的区别： CMOS和CCD同为半导体。但CCD是集成在半导体单晶材料上， 而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上。
用一般的串行计算机处理二维图像，运算时 间很长，为了缩短时间，可用专用图像处理器， 这种处理器有局部并列型、完全并列型、流水线 型、多处理器型等。
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3．物体图像的识别
首先输入被识别物体的图像模型，并抽出其几何形状特 征，然后用视觉传感器输入物体的图像并抽出其几何形状特 征，用比较判断程序比较两者的异同。 如果各几何形状特征相同，则该物体就是所需要的物体。
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4．立体视觉
距离信息是处理三维图像不可缺少的，而距 离计测多以三角原理进行处理。立体视觉使用两 台视觉传感器，象人类的两眼组成立体视觉。
通过比较两台摄像机摄入的两个图像而找出 其对应点，再从两个图像内的位置与两台摄像机 几何位置的配置，决定相当于对应点对象物体上 一点的距离信息。距离的检测也可使用一台视觉 传感器和一台激光发射器，当测知角r 、 及距离L 时，即可运用三角原理计算出到被测物体上A点的 距离。

xmin 100% YFS
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6．稳定性。稳定性有短期稳定性和长期稳定性之分。对于传感器常用长期 稳定性描述其稳定性。所谓传感器的稳定性是指在室温条件下，经过相当长 的时间间隔，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异。因此，通常又 用其不稳定度来表征传感器输出的稳定程度。
7．漂移。传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时 间变化，此现象称为漂移。产生漂移的原因有两个方面：一是传感器自身结 构参数；二是周围环境（如温度、湿度等）。
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1.3.1测量误差及其分类
误差的定义
测量误差(error of measurement)是指测得值与被
测量真值之差，可用下式表示： 测量误差=测得值-真值
若定义中的测得值是用测量方式获得的被测量的测
量结果，则得到测量误差的定义为：测量误差=测量结果-真
值
若定义中的测得值是指计量仪器的示值，则得到计
1.1.3传感器的分类 1．按输入量（被测量）分类 2．按工作原理（机理）分类 3、按能量的关系分类 4．按输出信号的形式分类
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1.2 传感器的特性
静态特性和动态特性
输入量X和输输出Y的关系通常可用多项式表示
静态特性可以用一组性能指标来描述，如线性度、灵敏度、精确度（精 度）、重复性、迟滞、漂移、阈值和分辨率、稳定性、量程等。
2替代法其实质是在测量装置上测量被测量后不改变测量条件立即用相应标准量代替被测量放到测量装置上再次进行测量从而得到此标准量测量结果与已知标准量的差值即系统误差取其负值即可作为被测量测量结果的修正先将被测量x放于天平一侧标准砝码p放于另一侧调至天平平衡则有xpl此时移去被测量x用标准砝码q代替使天平重新平衡则有qpl2l1所以有xq

控制系统的自动化水平高低。
传感器的选用主要取决于建模参数和被测 量、测量精度和灵敏度要求以及测量系统的 成本等因素。

(4) 传感器的品质参数 灵敏度 分辨率 准确度 精密度




重复性
线性度
灵敏度
灵敏度反映传感器对被测量变化的 响应能力。
O S I
输出变化量
输入变化量
分辨率
如果已知总体精度上限，要计算各部件的 误差，则假定各部件误差对总精度的影响 是均等的。
f N xi xi n
N xi f n xi
[实例]已知角速度与作用力的关系式 试求转速的不确定性。 [解]
F 5 0 0 3 1 6 . 2 3 m r 0 . 20 . 0 2 5
霍尔传感器的应用—— 测量焊接电流
在标准的园环铁芯开一 小缺口，将霍尔元件放在 缺口处，被测电流的导线 穿过铁心时就产生磁场B， 则霍尔传感器有输出。当 测出的小于 规定的焊接电流时，可 控硅的导通角增大，焊接 电流变大，测出的电压大 于规定的焊接电流时，可 控硅的导通角减，焊接电 流变小，控制焊接回路的 电流。
性；
没有机械电位器特有的滑片，彻底解决了滑 片接触不良的问题；体积小，节省空间，易于装 配；寿命长，可靠性高。
数字电位器与机械式电位器的区别
类 特 型 性 机 无 械 源 式 数 有 字 源 式 电阻变 调节 位置 自动 化规律 方法 记忆 复位 连续 变化 阶梯 变化 手动 有 没有 使用 体 寿命 积 短 大
为减小零点残余电压的影响，一般要用电路进行补偿, 电路补偿的方法较多,可采用以下方法。
• 串联电阻：消除两次级绕组基波分量幅值上的差异；
• 并联电阻电容：消除基波分量相差，减小谐波分量；

传感器的分类及对它的一般要求
传感器的分类
1. 按传感器的工作机理：物理型，化学型、生物型等； 2. 按构成原理：结构型与物性型两大类； 结构型：依靠传感器结构参数的变化实现信号转变，如：电容 式压力传感器 物性型：依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变 换。如：水银温度计
3. 根据传感器的能量转换情况：能量控制型和能量转换型两大类； 能量转换型：直接由被测对象输入能量使其工作。如：热电偶 温度计。
课程教材和参考书
教材： 唐文彦主编《传感器》第四版 机械工业出版社 参考书： 1. 强锡富主编《传感器》第三版 机械工业出版社 ，2002 2. 余瑞芬主编.传感器原理.北京:航空工业出版社,1995 3. 王化祥，张淑英编著.传感器原理及应用.天津大学出版社，1999 4. 刘迎春，叶湘滨编著.传感器原理设计与应用，国防科技大学出版 社，1997
包含的意思：
1. 传感器是测量装置，能完成检测任务；
2. 他的输入时某一种被测量，可能是物理量，也可能是化学量、 生物量等。 3. 他的输出量是某种物理量，这种量便于传输、转换、处理、 显示等等，这种量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理 量，但主要是电物理量
2.组成：传感器一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路 三部分组成，组成框图见图0-1.
发开新型传感器：利用物理现象、化学反应和 生物效应是各种传感器工作的基本原理，所以发现 新现象与新效应是研制新型传感器的重要基础，其 意义极为深远。例如日本夏普公司利用超导技术研 制成功高温超导 磁传感器，是传感器技术的重大突 破，其灵敏应比霍尔器件高，仅次于超导量子干涉器 件．而其制造工艺远比超导量子干涉器件简单，它可 用于磁成像技术，具有广泛推广价值。 开发新材料：传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学的进步．人们在制 造时，可任意控制它们的成分，从而可以设计制造用于各种传感器的功能材料。 采用新工艺：主要指微细加工技术，又称为微机械加工技术 集成化、多功能化与智能化： 传感器体积更小，功能更多，自动分析处理信号（数 据） 的能力更强。

根据方框图可求出电路输出为：
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要使VOUT(t)在0°C时为零，必须 有
则VOUT(t) 为
这样250 0°C时， VOUT(t)＝2.5V,落在拟合直线的 中点上。可以把2％的误差降到0.1%。
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2.恒压工作电路
eOUT
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如图所示电桥， RP1为调零电阻，要求R8、R9并 联 阻值等于0°C时热电阻的阻值RT(0)，在0°C时电 桥 平衡。
EAB(T,Tn)与连接导线电势
EA’B’ (Tn,T0)的代数和。
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连接导体定律是工业上运用补偿导线进行温度测量的 理论基础。用公式表示为
(3) 中间温度定律
对于图8－29，当导体A与A’ 、B与B’材料分别相同时 ，连接导体定律为
回路总热电势等于EAB(T,Tn)与 Tn称为中间温度。 (4) 参考电极定律
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(3) 二端集成传感器补偿
四、 热电偶的放大电路
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五、 非线性校正电路 非线性校正的方法之一采用多 项式，设温度为T，则热电偶 的热电势E可表示为
K型热电偶的热电势近似表达式为
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当温度为600°C，热电势为24.903mV时，根据上式 可得Vout=600mV。若要获得6000mV输出电压，把上 式乘以10，则有
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8.2热敏电阻传感器及应用
热敏电阻是由金属氧陶瓷半导体化物材料经成 形、烧结等工艺制成的对温度敏感的元件。 一、 热敏电阻分类及结构

作 用：现代工程装备中， 检测环节的成本约占 50~70%
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一、检测技术的作用和地位
检测技术在汽车中的应用日新月异
汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容 普通轿车：约安装几十到近百只传感器， 豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。
发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息， 对发动机工作状况进行精确控制 温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等
1、直接测量与间接测量 （3）研制海洋探测用传感器
五、现代检测技术发展趋势
通常把这个误差称为单次测量的极限误差δlimx,即
• 直接测量：直接将被测量与标准量进行比较 5—油杯 6—被标传感器
从加热炉出来的钢坯最后到卷取机之前的整个轧制线上，如加热炉出口、粗轧机的入口和出口、精轧机的入口和出口以及在卷取机之
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一、检测的地位和作用
工业生产倍增器
检测技术是带动国民经济增长的一个 关键领域 在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%
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一、检测的地位和作用
检测技术在工业生产领域的应用
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….
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一、检测技术的作用和地位
检测技术在工业生产领域的应用
离线检测：零件参数、 尺寸与形位公差、 品质参数
神州飞船：
185台（套）仪器装置 检测参数---加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、 声学、
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一、检测技术的作用和地位
直接测量 （绝对测量、相对测量）
利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的数值
“物化法官” 制成力敏、热敏、光敏、磁敏气敏等敏感元件。
标定仪器设备精度等级的确定

1.2 传感器技术的发展现状
国外发展传感器技术主要有两条不同路径，一条是以美国 为代表的先军工后民用、先提高后普及的发展方式；另一 条是以日本为代表的侧重实用化和商品化，先普及后提高， 由引进、消化、仿制到自行改进设计创新的发展方式。前 者花钱多，后者花钱少，发展速度更快。国外在传感器的 研究、开发、生产和应用方面发展速度很快，主要表现为： ❖ （1）十分重视对传感器技术开发； ❖ （2）重视传感器制作工艺研究； ❖ （3）重视质量管理与市场分析。
结束语
▪ 本文是在张老师悉心指导和亲切关怀下，并且 在实习期间得到公司有关领导的帮助，经过不 断的学习和修改完成的。黑龙江建筑技术学院 的各位老师给了我很大帮助和启示，使我学到 更多的知识，但是由于本人能力有限，论述过 程中还存在很多的问题，请答辩老师提出宝贵 意见。感谢各答辩老师的认真聆听，祝愿您身 体健康、吉祥如意！
第二章 传感器应用技术理论基础概述
2.1 传感器的基本概念
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感 受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器 件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器 是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测 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。传感器一般由敏感元件、转换 元件、调理电路、辅助电源四部分组成，如下图所示：
2.2 传感器的特性
• 传感器的性能指标在检测控制系统和科学实验中，需要 对各种参数进行检测和控制，而要达到比较优良的控制 性能，则必须要求传感器能够感测被测量的变化并且不 失真地将其转换为相应的电量，这种要求主要取决于传 感器的基本特性。传感器的基本特性主要分为静态特性 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 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。

为了更好地掌握传感器, 需要对测量的基本概念 测量系统的特性, 测量误差及数据处理等方面的 理论及工程方法进行学习和研究, 只有了解和掌 握了这些基本理论, 才能更有效地完成检测任务
第1章 传感与检测技术的理念基础
测量概论
一、测量 测量是以确定被测量的值或获取测量结果
为目的的一系列操作。
由测量所获得的被测的量值叫测量结果。 测量结果可用一定的数值表示, 也可以用一条 曲线或某种图形表示。但无论其表现形式如何, 测量结果应包括两部分：比值和测量单位。 确 切地讲, 测量结果还应包括误差部分。
测量概论 二、测量方法
2、偏差式测量、 零位式测量与微差式测量 电位差计式测量：
UX：传感器信号 （未知量）
UK：标准量信号 （已知量）
D： 检零计 （电压表）
平衡：UK=UX
测量概论 二、测量方法
2、偏差式测量、 零位式测量与微差式测量 微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的
传感器世界
中国传感器
第1章 传感与检测技术的理念基础 测量概论.
表征物质特性或其运动形式的参数很多，总的 可分为电量和非电量两大类，电量一般是物理 学中的电学量（电压、电流等）。非电量是指 电量之外的一些参数（压力、流量等）。
法测量; 根据被测量变化快慢可分为静态测量与 动态测量等。
测量概论 二、测量方法
1、直接测量、间接测量与组合测量
直接测量：
在使用仪表或传感器进行测量时, 对仪表读 数不需要经过任何运算就能直接表示测量 所需要的结果的测量方法称为直接测量。
例如,用磁电式电流表测量电路的某一支路 电流, 用弹簧管压力表测量压力等, 都属于 直接测量。直接测量的优点是测量过程简 单而又迅速, 缺点是测量精度不高

Байду номын сангаас
图像采集与处理
图像采集
通过光学镜头和图像传感器将目标物 体转换为图像信号的过程，包括光学 成像、光电转换和数字化处理三个步 骤。
图像处理
图像压缩
通过去除图像中的冗余信息来减少图 像存储或传输所需的数据量，同时保 持图像质量的过程。
对采集到的图像进行预处理、增强、 变换等操作，以改善图像质量、突出 目标特征或提取有用信息的过程。
镜头选择与调整技巧
焦距
焦距越长，视角越窄， 景深越浅。需根据拍摄 距离和范围选择合适的
焦距。
光圈
光圈越大，进光量越多 ，景深越浅。需根据光 线条件和拍摄需求进行
调整。
对焦方式
自动对焦和手动对焦各 有优缺点，需根据实际
情况进行选择。
防抖技术
对于需要移动拍摄的场 合，可选择具有防抖技 术的镜头以减少图像抖
专题11视觉传感器 ppt课件
REPORTING
• 视觉传感器概述 • 视觉传感器技术基础 • 视觉传感器硬件设备 • 视觉传感器软件算法 • 视觉传感器在机器人领域的应用 • 视觉传感器在工业检测中的应用 • 视觉传感器技术挑战与发展趋势
目录
PART 01
视觉传感器概述
REPORTING
定义与分类
定义
视觉传感器是一种利用光学原理和技 术，将光信号转换为电信号，进而实 现对物体形状、大小、位置、颜色等 特征进行识别和测量的装置。
分类
根据工作原理和应用领域不同，视觉 传感器可分为光电式、激光式、红外 式、超声波式等多种类型。
工作原理及特点
工作原理
视觉传感器通过接收物体反射或 发射的光信号，将其转换为电信 号进行处理和解析，从而获取物 体的相关信息。

组成十几至几十种检测仪表实时监测和指示各部位的工作
状况。至于在新机型设计、试验过程中需要检测的物理量 更多，而检测点通常在5000点以上。在火箭、导弹和卫星 的研制过程中，需动态高速检测的参量很多，要求也更高；
没有精确、可靠的检测手段，要使导弹精准确命中目标和 卫星准确入轨是根本不可能的。
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玻璃
温度计不属 于本教材所 讲授的传感
器范围。
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能将温度转换为电压的传感器—热电偶
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2.检测的基本概念
• 检测就是人们借助于仪器、设备，利用各 种物理效应，采用一定的方法，，将客观 世界的有关信息通过检查与测量获取定性 信息的认识过程。
• 核心部件就是传感器 • 两个方面：检查获取定性信息，测量获取
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• （2） 信号处理电路
• 传感器输出的信号常常需要加工和处理，如放大、 调制、解调、滤波、运算以及数字化等，通常由 信号处理电路来完成。它的主要作用是把传感器 输出的电学量变成具有一定功率的模拟电压（电 流）信号或数字信号，以推动后级的输出显示或 记录设备、数据处理装置及执行机构。如图0—1 中b部分为信号处理电路。
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目前常用的显示器有四类：模拟显示、数字 显示、图象显示及记录仪等
模拟显 示的特 点：直
观
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数字式仪表
数字式仪表 的特点： 准确，但最 后一位经常 跳动不止。
热敏电阻
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LED、LCD的特点：
LED亮度高、耐振动；LCD耗电省、集成度高， 但不利于夜间观察。
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60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
传感器检测技术及应用课件--认识传感器
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、