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传感器与检测技术 哈工大ppt课件

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传感器与检测技术ppt课件

传感器与检测技术ppt课件

22
重复性
图1-4所示为校正曲线的重复特性。
正行程的最大重复性偏差为△Rmax1, 反行程的最大重复 性偏差为△Rmax2，重复性误差取这两个最大偏差中之较 大者为△Rmax，再以满量程输出的百分数表示，即
rR
Rmax yFS
100%
（1-15）
式中 △Rmax----输出最大不重复误差。
精选课件ppt
现代人们的日常生活中，也愈来愈离不开检测技术。例 如现代化起居室中的温度、湿度、亮度、空气新鲜度、防火、 防盗和防尘等的测试控制，以及由有视觉、听觉、嗅觉、触 觉和味觉等感觉器官，并有思维能力机器人来参与各种家庭 事务管理和劳动等，都需要各种检测技术。
精选课件ppt
34
自动检测系统的基本组成
自动检测系统是自动测量、自动资料、自动保护、自动 诊断、自动信号处理等诸系统的总称，基本组成如图1-7。
图1-10 微差法测量稳压电源输出电压的微小变化
精选课件ppt
44
误差处理 主要内容
• 一、误差与精确处理 • 二、测量数据的统计处理 • 三、间接测量中误差的传递 • 四、有效数字及其计算法则
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45
误差与精确处理
主要内容
(1)绝对误差与相对误差 (2)系统误差、偶然误差和疏失误差 (3)基本误差和附加误差 (4)常见的系统误差及降低其对测量结果影响的方法
（1-17）
由于种种原因，会引起灵敏度变化，产生灵敏度误差。灵 敏度误差用相对误差来表示
k10% 0 sk
（1-18）
精选课件ppt
25
分辨率
分辨率是指传感器能检测到的最小的输入增量。 分辨率可用绝对值表示，也可以用满量程的百分比表 示。

传感器与检测技术第一章(共41张PPT)

传感器与检测技术第一章(共41张PPT)

1.2 检测系统的组成
信号调理模块实物图
单通道信号调理电路
1.2 检测系统的组成
3. 数据采集 基于ARM9核的嵌入式控制器
转换速度 单位次/秒； 检测是指在生产、科研、试验及服务等各个领域，为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测
量信。噪比高，抗干扰性数能要据好。 采集是对信号调理后的连续模拟信号离散 化并转换成与模拟信号电压幅度相对应的数值信息， 状态量 颜色、透明度、磨损量、裂纹、缺陷、泄漏、表面质量等。
检测仪表和检测系统的输出信号通常有4～20 mA的电流模拟信号和脉宽调制PWM信号及串行数字通信信号等多种形式，需根据系统的具体要
求确定。
基于ARM9核的嵌入式控制器
1 传感器与检测技术的地位与作用
检测是指在生产、科研、试验及服务等各个领域，为及时获得被测、被控对象的有关信息而实时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测
应用领域主要有： ➢石化行业的自动 化控制。 如右图，有液位、 温度、压力等检测。
1.1 传感器与检测技术的地位与作用
➢城市生活污水处理
主要有流量 检测、液位检 测和成分量检 测。
1.1 传感器与检测技术的地位与作用
➢新型武器和装备的研制与测试
定位与导航，图为中国研制的DF-21和雷达。
1.1 传感器与检测技术的地位与作用
7.输入设备 输入设备用于输入设置参数，下达有关命
令等。最常用的输入设备是各种键盘、拨码盘、 条码阅读器等。通过网络或各种通信总线利用 其他计算机或数字化智能终端，实现远程信息 和数据输入的方式将会得到更多的应用。
1.2 检测系统的组成
键盘
触摸屏
1.2 检测系统的组成

传感器与检测技术课件ppt课件

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传感器与检测技术
第一篇 基础知识引论
1 绪论
1.1 检测仪表控制系统 1.2 基本概念 1.3 检测仪表技术发展趋势
检测技术
检测≠测量 检测技术是实验科学的一部分，主要研究各
种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。
智能楼宇控制
图示为某公司楼宇自动化 系统。该系统分为：安全 监测、照明控制、空调控 制、水/废水管理等。
滞环效应分析
同一输入，对应多个输出值，出现误差。
1.2.6 滞环、死区和回差
死区： – 死区效应，例如传动机构 的摩擦和间隙。 – 实际上升曲线和实际 下降曲线不重合。 – 仪表输入小到一定范围后不 足以引起输出的任何变化。
死区效应分析
1.2.6 滞环、死区和回差
综合效应： – 既有储能效应，也具有 死区效应。 – 各种情况下，实际上升曲 线和实际下降曲线间的差 值称为回差或变差。
误差函数的有关符号：
– 1）y f x
：误差x发生的概率密度
– 2）p x f x dx ：误差为x的概率，称为概率元
– 3）p a x b b f x dx ：误差在a与b之间的概率 a
– 4）p x f x dx 1 ： 检测值存在或检测误差存在的概率为1
(a) 线性传感器
(b) 非线性传感器
作图法求灵敏度过程
y
Δy
切点
传感器 特性曲线
x1
0
K y
Δx
x
xmax x
两者关系
灵敏度高的仪表一定分辨率高（充分条件） 分辨率高的仪表不一定灵敏度高（非必要条件）
原因：分辨率高的仪表，如量程也很小，则灵 敏度也不高。
灵敏度具有可传递性，首尾串联的多仪表系统 总灵敏度是各仪表灵敏度的乘积。

传感器与检测技术-ppt课件第十章[1]

传感器与检测技术-ppt课件第十章[1]

执行机构C
转速传感器N
轴N
执行机构N
2024/9/29
18
10.3.4 传感器在伺服控制系统中的应用概述
伺服控制系统原理示意图
传感器
控制命令 控制器
驱动器
执行电动机
输出量 控制对象
传感器
2024/9/29
19
10.3.4 传感器在伺服控制系统中的应用概述
1. 开环控制数控机床
2024/9/29
第10章 传感器在工业中的应用
2024/9/29
1
引言
传感器作为获取信息的敏感元件，在现代信息社 会中扮演着越来越重要的作用。如果把一台工业 设备比拟做一个人的话，那么毫不夸张地说，传 感器就应该是他的眼睛。信息的采集通过传感器 来完成，传感器的正确使用与否直接关系到工业 设备能否正常运行。传感器的精度、稳定性直接 关系到系统的性能好坏。由此可见，作为现代信 息技术的三大基础之一的传感器技术，与通信技 术和计算机技术一样在信息社会中扮演者无可替 代的作用。
2024/9/29
11
10.3 传感器在工业中的应用概述
随着电子计算机、生产自动化、航空、 遥测、遥感等科学技术的发展，对传感 器的需求量与日俱增，其应用领域已渗 入到社会的各个领域，并起着巨大的作 用。下面仅将传感器在一些主要领域中 的应用作以简介。
2024/9/29
12
10.3.1 传感器在航天工业中的应用概述
2024/9/29
7
10.1 传感器测试系统简介
3. 测试软件的编写
便于测试数据的分析和显示，需要编
写专门的软件读取测试系统采集的数据， 并加以显示。测试软件中还可以加入信号 处理模块，以便数据的分析和处理。

传感器与检测技术ppt课件第一章

传感器与检测技术ppt课件第一章

2024/2/29
16
1.2检测技术理论基础
1.2.2 测量方法
1) 直接测量、间接测量和组合测量 (又称联立 测量)。经过求解联立方程组，才能得到被测物理量的最后
结果，则称这样的测量为组合测量。
2) 偏差式测量、零位式测量与微差式测量
3) 等精度测量与非等精度测量
4) 静态测量与动态测量
2024/2/29
2024/2/29
23
2024/2/29
3
1.1.3 传感器基本特性
当传感器的输入信号是常量，不随时间变化时，其 输入输出关系特性称为静态特性。
传感器的基本特性是指系统的输入与输出关系特性 ，即传感器系统的输出信号y(t)和输入信号（被测 量）x(t)之间的关系，传感器系统示意图如下图所 示。
2024/2/29
4
1.1.3 传感器基本特性
2．传感器的分类
（1）按照其工作原理，传感器可分为电参数式(如电阻式、 电感式和电容式)传感器、压电式传感器、光电式传感器及 热电式传感器等。
（2）按照其被测量对象，传感器可分为力、位移、速度、 加速度传感器等。常见的被测物理量有机械量、声、磁、温 度和光等。
（3）按照其结构，传感器可分为结构型、物性型和复合型 传感器。物性型传感器是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。结构型传感器是依 靠传感器结构参数的变化实现信号变换，如：电容式传感器。
敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量电信号 的元件。
测量电路(measuring circuit)： 将转换
元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，如 放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特 性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功 能。

传感器与检测技术-ppt

传感器与检测技术-ppt

2024/9/29
22
霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中旳应用
带有微
型磁铁
霍尔
旳霍尔
传感器
钢质
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生 危险。用霍尔转速传感器来检测车轮旳转 动状态有利于控制刹车力旳大小。
2024/9/29
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ABS旳工作原理
1—车速齿轮传感器 2—压力调整器 3—控制器
2024/9/29
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霍尔转速表
在被测转速旳转轴上安装一种齿盘，也可 选用机械系统中旳一种齿轮，将线性型霍尔器 件及磁路系统接近齿盘。齿盘旳转动使磁路旳 磁阻随气隙旳变化而周期性地变化，霍尔器件 输出旳微小脉冲信号经隔直、放大、整形后能 够拟定被测物旳转速。
线性霍尔
NS
磁铁
2024/9/29
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霍尔式接近开关
当磁铁旳有效磁 极接近、并到达动作 距离时，霍尔式接近 开关动作。霍尔接近 开关一般还配一块钕 铁硼磁铁。
SL3501T
N
mA
DC
DC
VCC 12V
10mA
1
3
V
2
+
_
·
2024/9/29
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8.2.2 线性集成霍尔传感器
2.线性集成霍尔传感器旳主要技术特征
输出电压UOUT（V）
2.5
2.0
R=0
1.5
R=15Ω
1.0
R=100Ω
0.5
0 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.24 0.28 0.32 磁感应强度B（T）
14
8.2.1 开关型集成霍尔传感器
3. 开关型集成霍尔传感器旳工作特征

传感器与检测技术完整ppt课件

xmin 100% YFS
.
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）。
.
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
.
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

传感器与检测技术-ppt课件第四章[1]

为了提高灵敏度，减小误差，常采用差动形式， 其电路如图所示。Cx1和Cx2表示差动式电容传感器 的两个电容。
2024/7/16
16
4.2电容式传感器的测量电路
1.电桥电路--电桥测量电路框图
2024/7/16
17
4.2电容式传感器的测量电路
2.二极管双T形交流电桥
二极管双T形交流电桥电路原理如图4-12所示。图中，C1 、C2为差动电容式传感器的电容，RL为负载电阻，VD1、 VD2为理想二极管，R1、R2为固定电阻；e为高频电源， 它提供幅值为Ue的对称方波。
极时，检测板与大地间的电容量C非常小，它
与电感L构成高品质因数（Q）的LC振荡电路，
Q=1（ωCR）。当被检测物体为地电位的导
电体（如与大地有很大分布电容的人体、液体
等）时，检测极板对地电容C增大，LC振荡电 路的Q值将下降，导致振荡器停振。
2024/7/16
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工作过程（2）
当不接地、绝缘被测物体接近检测极板时，由 于检测极板上施加有高频电压，在它附近产生 交变电场，被检测物体就会受到静电感应，而 产生极化现象，正负电荷分离，使检测极板的
2024/7/16
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4.2电容式传感器的测量电路
4.调频电路: 把电容式传感器作为振荡器谐振电路
的一部分，其部分电路如图所示。当被测量引起电容 量变化时，振荡器的振荡频率就会发生变化，然后通 过鉴频器把频率的变化转换为幅值的变化，再经过放 大后就可以通过仪表显示出来。
调频电路具有较高的灵敏度，可测至0.01μm级位移变化量。易于用数字仪器测量， 并能与计算机通讯，抗干扰能力强。
2024/7/16
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4.2电容式传感器的测量电路
5.谐振电路: 振荡器提供稳定的高频信号通过L1、C1回

传感器与检测技术ppt课件


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；

传感器与检测技术第1章 传感与检测技术基础PPT课件


1.2.1检测系统的组成
1.检测的概念 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，将被测量 的有关信息通过检查与测量获取定性或定 量信息的过程。这些仪器和设备的核心部 件就是传感器。检测包含检查与测量两个 方面，检查往往是获取定性信息，而测量 则是获取定量信息。
检测技术是以研究检测系统中的信息提取、 信息转换以及信息处理的理论与技术为主
如果传感器的输入量从零值开始缓慢地增
（5）迟滞
在传感器内部，由于某些元器件具有储能 效应，例如：弹性形变、磁滞现象、极化 效应等，使得被测量逐渐增加和逐渐减少 时，测量得到的上升曲线和下降曲线出现 不重合的现象，使传感器特性曲线形成环 状迟，滞误这差种γH现以正象、称反为向输迟出滞量，
的最大偏差与满量程输出之比的 百分数表示，即
种传感器产品的全称由“主题词 + 四级修 饰语”构成。 主题词 —— 传感器； 一级修饰语 —— 被测量，包括修饰被测量 的定语； 二级修饰语 —— 转换原理，一般可后缀以 “式”字；
2. 传感器的代号
国家标准 GB /T7666 —2005 规定，一种传 感器的代号应包括以下四部分：
主称——传感器，代号C；
1.2检测技术基础知识
当今传感器检测技术早已无处不在，如商 场、银行的自动门，酒店自动升降电梯， 洗手间的自动水龙头等都应用了传感器检 测与控制技术。 如何有效地利用传感器实 现各种参数的自动检查和精确测量，则是 整个自动控制系统的基础。为了更好地掌 握传感器检测技术的相关知识，需要对检 测技术的基本概念、基本测量方法、检测 系统的组成、测量误差及数据处理等方面 的理论及工程应用进行学习和研究，只有
传感器的量程可用测量范围的大小来表示， 即量程就是传感器测量上限值与测量下限 值的代数差。
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第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
4．按敏感元件与被测对象之间的能量关系: 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. 结构型:依靠传感器结构参数的变化实现信号转变. 例如:电容式和电感式传感器.
第一章 传感器概述 5．按输出电信号类型分类
哈尔滨工业大学
根据传感器输出电信号的类型不同，可以分为 ： 模拟量传感器
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
火灾报警器
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
机械鼠标的内部结构
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
传感器就是将 光、声音、温 度等物理量， 转换成为能够 用电子电路处 理的电信号即 电压与电流的 器件。
第一章 传感器概述 3、汽车与传感器
哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
2．按工作原理分类:
磁电式，热电式，机械式，电气式，光学式，流体式等。
切削力测量应变片
动圈式磁电传感器
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
3．按信号变换特征: 能量转换型和能量控制型. 能量转换型:直接由被测对象输入能量使其工作. 例如:热电偶温度计,压电式加速度计. 能量控制型:从外部供给能量并由被测量控制外部 供给能量的变化.例如:电阻应变片.
③ 它的输出量是某种物理量，这种量应便于传输、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； ④ 输出与输入之间有确定的对应关系，且能达到一定的精 度。
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元 件、基本转换电路三部分组成。
电信号
敏感元件 转换电路 光信号
传感器
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
§1-2 传感器的定义
传感器 （ Transducer/Sensor ）的定义是：“能够感受规定
的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装 置”。
定义包含的意思：
① 传量是某一种被测量，可能是物理量，也可能是化 学量、生物量等。
课程教材和参考书
哈尔滨工业大学
•课程教材和参考书
• 教材： 唐文彦主编《传感器》第4版 机械工业出版社 2007年 • 参考书：
1、强锡富主编《传感器》第3版 机械工业出版社 ， 2002年 2、余瑞芬主编.传感器原理.北京：航空工业出版社， 1995年 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年 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年 5、黄继昌，徐巧鱼等编著. 传感器工作原理及应用实 例. 人民邮电出版社，1998 年
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
§1-3 传感器的分类
非电学量→传感器→电学量
角度 位移 速度 压力 温度 湿度 声强 光照 磁场 电压 传感器 电流 电阻
电容
第一章 传感器概述 1．按被测物理量分类 常见的被测物理量
机械量:长度,厚度,位移,速度,加速度, 旋转角,转数,质量,重量,力, 压力,真空度,力矩,风速,流速, 流量; 声: 声压,噪声. 磁: 磁通,磁场. 温度: 温度,热量,比热. 光： 亮度，色彩
课程的考核方式
哈尔滨工业大学
• 本课程总成绩的组成
1、平时考核成绩（作业+平时测验）， 约占20% 2、实验成绩，约占15%
3、课程结业综合考试，约占70%
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
第一章 传感器概述
§1-1 传感器与非电量测量
一、非电量与非电量测量
二、非电量电测系统
物理信息 化学信息
生物信息
被测量
敏感 元件
中间量
转换 元件
基本转 输出电量 换电路
敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确 定关系的某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。 有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元 件（敏感元件）实现的。 基本转换电路：将敏感元件或转换元件输出的电路参数 转换、调理成一定形式的电量输出。
这种麦克 风是一种将声 音信号转换为 电信号的传感 器。
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
温湿度传感器 透光率传感器
温度传感器
电子门
感应水龙头
第一章 传感器概述 Ucc R1 a R3 b + + - A uo1 功 放
加 热 元 件
哈尔滨工业大学
uo
R2
Rt 温控室
这种温度室是一种将温度变化转换 为电信号的传感器。
超声波检测
电容指纹识别
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
这种遥控器所利用的是一种肉眼看不见的 第一章 传感器概述 哈尔滨工业大学 红外光，又称为红外线。 2、传感器与家用电器
肉眼看不见
电视机的遥控器 中就是使用着光 学传感器。
第一章 传感器概述
唱卡拉OK时使用的麦克风， 也是一种传感器。
哈尔滨工业大学
课程要求
哈尔滨工业大学
• 课程要求
1、对课程的内容分“了解、理解、掌握”三 个层次提出要求； 2、对各类传感器的工作原理、基本结构、应 用领域中较重要的敏感技术有相当的认识 ； 3、在未来具体工作中，在传感器和执行器选 择、使用、设计以及进一步深入研究方面具备 良好的基础 ；
4、在学习过程中，应当从应用的角度出发。
数字量传感器
开关量传感器。 如：接近开关是一种采用非接触式检测、输出开 关量的传感器。
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
§1-4 传感器的应用领域
一、传感器技术发展的重要性 二、传感器的应用领域
现在我们的身边大量地使用 着各种各样的传感器
第一章 传感器概述
哈尔滨工业大学
1、传感器在工业检测和自动控制系统中的应用
哈尔滨工业大学
传感器与检测技 术 哈工大
课程特点
哈尔滨工业大学
• 本门课程的特点：
1、是大四的专业课 2、课程具有较强实践性 3、课程涉及的知识面广 4、是一门工程性、应用性都非常强的课程
课程的重要性
哈尔滨工业大学
• 课程的重要性
1、传感器技术、通信技术、计算机技术是信息 产业的三大支柱，它们分别是智能系统的“感 官”、“神经”和“大脑”。 2、传感器是测量装置和控制系统的首要环节。 如果没有传感器对原始参数进行准确可靠的测 量，就无法实现信号的转换和信息处理、无法 完成最佳数据的显示和控制。