传感器与检测技术 ppt课件第七章

物体的性质和成分量： • 空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、
浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色 状态量： • 工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异
常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、 断裂等）
电工量（U、I、f、R、Z、E、B ……在电工、电子等
课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）
(2)动态误差。
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5．按使用条件分类
(1)基本误差。
(2)附加误差 。
6．按误差与被测量的关系分类
(1)定值误差。
(2)累积误差。
第三节 随机误差概率密度的正态分布
一、随机误差的实验结果——频率直方图
现在来研究一组无系统误差且无粗差的独立的等精度实验结果。所谓独立和等 精度测量，是指在相同条件下，对某量重复进行的独立测量。
第三页，共76页。
信息转换是将所提取的有用信息，根据下一单元需要，在幅值、功率及精度 等方面进行处理和转换。
信息处理的任务，视输出环节的需要，将变换后的电信号进行数字运算、A／D变 换等处理。
信息传输的任务是，在排除干扰的情况下经济地、准确无误地把信息进 行传递。
第四页，共76页。
检测（Detection）定义： 利用各种物理、化学效应，选择合 适的方法与装置，将生产、科研、生活 等各方面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称为 检测技术。
模拟显示
的特点：
直观
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光柱也属于模拟显光示柱显示
的特点：
一目了然
第十四页，共76页。
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

绝缘材料 定极板 动极板
被测非电量： 外界压力 敏感元件： 弹性体 有用非电量：极板间距变化 传感元件： 电容传感器
有用电量： 电容量C
10.04.2020
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能量角度
自源型 带激励源型 外源型
能量转换型 有源型
能量控制型 无源型
（1）自源型
特点：不需要外能源， 输出电量较弱。
输入 转换元件 输出
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例1-1 举例说明物性型传感器和结构型传感器的区别。
（1）压敏传感器——物性型传感器 压阻效应
压力大小 电阻率的变化
材料性质
压力 P 半导体材料
物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。特性 性能来自成本 应用结构型传感器
结构参数决定 稳定 较高 广泛
物性型传感器
物质性质决定 将迅速提高 将大大降低
把特定的被测量信息按一定规律转换成 某种可用信号输出的器件或装置。
四层含义：
（1）传感器是一种测量器件或装置
发电机是不是传感器？ 测速发电机、发电机测速传感器
（2）“特定的被测量信息”：非电
量
电量
物理量 化学量 生物量
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传感器与检测技术概念 ----0.1传感器的组成与分类
按构成原理： 结构型、物性型传感器
按构成传感器的功能材料：半导体传感器等
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集成传感器、智能传感器 按高新技术：
仿生传感器、机器人传感器
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传感器与检测技术概念 ----0.1传感器的组成与分类
按构成原理：
物性型传感器是利用物质定律构成的,如虎克定律、欧姆定律等。 物质定律是表示物质某种客观性质的法则。这种法则，大多数是 以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的 主要性能。因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异。如， 光电管，它利用了物质法则中的外光电效应。显然，其特性与涂 覆在电极上的材料有着密切的关系。又如，所有半导体传感器， 以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金

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。

• 电压衰减---是接近开关接通负载后（负载电流为Ie时）开关两端的电压值； • 空载电流---是指在没有负载时，测量所得的传感器自身所消耗的电流； • 剩余电流（漏电流）---是接近开关断开时，流过负载的电流；
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第一章 感应式接近开关
输出电路：（直流三线型）
NPN型
棕色(BN)
PNP型
棕色(BN)
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目录
第三章 光电开关
第一节、简 介 第二节、漫反射型光电开关 第三节、反光板型光电开关 第四节、对射型光电开关
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第三章 光电开关
第一节 简介 光电开关利用光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的
目的。
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第三章 光电开关
基本工作原理
目标物
发射器
控制电路
1 0
1
0
接收器
信号处理电路 输出电路
第三节 热电阻 热电阻常用于低温测量（测温范围：-200-500℃）。
工作原理： 热电阻是由一种对温度非常敏感的金属材料构成。自身电阻随温度 变化而变化（电阻增加或减少），输出信号：电阻。
电气符号
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第四章 温度传感器
第三节 热电阻 分类：
热电阻分正温度系数和负温度系数。 正温度系数：热电阻 阻值随着温度的升高而增大； 负温度系数：热电阻 阻值随着温度的升高而减小；
近开关的工作电压及输出电流需 通过计算确定串联开关的数量。
总压降 U总降= U降 * n; 额定电流Ie串= Ie - Io * n
U降----单个接近开关的电压衰减值； Ie----单个接近开关的额定电流；
n----串联接近开关数量；
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第一章 感应式接近开关
多开关并联接线图：

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

2
工业自动化
传感器实现自动化生产线和机器人的精准控制。
3
健康监测
传感器帮助监测心率、血压和步数，促进个人健康。
检测技术的发展趋势
1 微纳传感技术
越来越小型化，可实现更 高灵敏度和更低功耗的传 感器。
2 无线传感技术
通过无线通信技术，传感 器可以实现远程监测和数 据传输。
3 多模态传感技术
结合多个传感器的数据， 实现更全面和准确的检测 和监测。
应用案例
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智能家居
传感器可以自动调节室内温度、灯光亮度和安防系统。
加速度传感器
测量物体的加速度和振动，用于运动控制和结 构健康监测。
传感器应用领域
工业领域
传感器在工厂自动化和生产过程控制中发挥关键作 用。
医疗领域
传感器用于监测患者的生命体征和医疗设备的运行 状态。
环境监测领域
传感器帮助监测大气污染、水质和噪音水平等环境 指标。
智能家居领域
传感器用于实现智能灯光、温度控制和安全监测等 功能。
传感器与检测技术课件
欢迎来到传感器与检测技术课件！通过本课程，您将了解传感器的定义和作 用，以及检测技术的概述。我们还将探讨传感器与检测技术之间的关系气体的压力变化，广泛应用于工业 和汽车领域。
光电传感器
检测光线，广泛应用于自动化和安全系统中。
温度传感器
测量温度变化，广泛用于气象、医疗和电子设 备等领域。

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

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二、光子探测器
光子探测型器件基于光电效应原理，即利用光 子本身能量激发载流子。这类器件有一定的截 止波长，但响应速度快，灵敏度高，使用最为 广泛。
什么是光电效应？
光是由光子组成的，其能量和频率关系为
E=hf
光照在物体上可看成是一连串具有能量为E的光 子轰击物体，如果光子能量足够大，物质内部
第七章 光电式传感器
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组成
光电传感器一般由辐射源、光学通路、光电器 件组成。
工作原理
首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然 后通过光电转换元件变换成电信号。
被测量通过对辐射源或者光学通路的影响将待 测信息调制到光波上，通过改变光波的强度、 相位、空间分布和频谱分布等，由光电器件 将光信号转化为电信号。电信号经后续电路 解调分离出被测量信息，实现测量。
特点：灵敏度高，体积小，重量轻，光 谱响应范围宽，机械强度高，耐冲击和 振动，寿命长。纯电阻元件，无源器件， 有电流通过时，会产生热的问题。电路 简单。适用于红外探测。
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（三）光电结型探测器 与光电导型工作原理相似，利用光子引 起的电子跃迁将光信号转变为电信号， 只是光照射在半导体结上而已，。 主要有：光电二极管和光电三极管。
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图7-8 硅光电池构造原理和图示符号
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半导体光电器件的特性 包括：光电特性、伏安特性、光谱特性、件的光电特性
a）硒光敏电阻的光电特性 b）光敏晶体管的光电特性 c）硅光电池的光电特性
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图7-11 半导体光电器件的伏安特性
a）光敏电阻的伏安特性 b）锗光敏晶体管的伏安特性 c）硅光电池的伏安特性
气体放电光源 激光器 电致发光器件
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