中南大学传感与检测ch1-传感与检测技术-概述 ppt课件

传感器 在本教材中是指一个能将被测的非电量变 换成电量的器件
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传感器与检测技术课程介绍
能够将温度转换成电压的传感器——热电偶
传感器 是实现 现代检 测技术 的最基 本器件
开动脑筋想一想：
传感器与检测技术
在生活中的应用实 例？
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项目1 传感器误差与特性分析
例：某温度计的量程范围为0-500ºC，校 验时该表的最大绝对误差为6ºC，试确定 其精度等级？
解：
m

xm Am
100% 6 100% 1.2% 500
查表1.1，精度等级应定为1.5级
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项目1 传感器误差与特性分析 任务1 检测结果的数据整理
任务1：
被测温度为400ºC，现有量程0~500ºC 、精度1.5级和量程0~1000ºC 、精 度1.0级的温度仪表各一块，问选用哪一块仪表测量好？为什么？
实施：
量程0~1000ºC 、精度1.0级的温度仪表测量时可能出现的最大绝对误差为：
xm2 m2 Am2 1.0%(1000 0) 10
x x L0 x x L
理想真值
修正值c
实际真值
c x L x
将测量值和修正值相加可得到实际真值
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• 真值：理论值。 • 约定真值A0：国家标准计量机构标定过的标准仪器的
测量值。 • 绝对误差δ = 示值M－约定真值A0
不能确切的反映测量的准确程度。
现有0.5级的0~300ºC和1.0级0~100ºC的两个温度计，欲测量80ºC的温度， 试问选用哪一个温度计好？为什么？在选用仪器时应考虑哪些方面？

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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。
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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。
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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
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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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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）
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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。

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

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
沈理工测控教研室
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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

2024/9/29
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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。
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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
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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
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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
+
_
·
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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）
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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

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；

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
1
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。

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。

L 2H 2R 2S 2
.
1.3测量误差与数据处理基础
测量的定义：以确定量值为目的的一组操作，此 操作可以通过手动或自动的方式来进行。从计量学 的角度来讲，测量就是利用实验手段，把待测量与 已知的同类量进行直接或间接的比较，将已知量作 为计量单位，求得比值的过程。
.
例如： ①在实验室为确定各种机械工件、光学材料及电子器件等 的属性，对反映它们特定的物理化学属性的量值进行精密 测量；在工厂车间对产品性能的检验； ②在商贸部门对商品的检验； ③在部队靶场对武器系统的性能进行的试验和测试； ④在计量部门对测量量具与仪器的检定、校准、比对，对 标准物质和标准器具的定值，乃至对整个测量设备的计量 确认活动，以及对整个实验室的认可活动。
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
4、电量测量和非电量测量 根据被测量的属性。

域。
压阻式传感技术
总结词
利用压力作用来检测和感知物质的技术。
详细描述
压阻式传感技术通过测量压力作用下材料的 电阻变化，来检测和感知物质的存在、性质 和浓度。该技术具有高灵敏度、高精度和高 可靠性等优点，广泛应用于压力、重量、位 移等物理量的测量。
磁电阻式传感技术
总结词
利用磁场作用来检测和感知物质的技术。
催化性能等，使其在检测与传感领域具有广泛的应用前景。
02 03
纳米材料在检测方面的应用
利用纳米材料的特性，可以实现对气体、液体和生物分子等物质的快速 、灵敏和准确地检测。例如，纳米孔传感器可以用于DNA测序和蛋白 质检测。
纳米材料在传感方面的应用
纳米材料可以用于制造高灵敏度的传感器，用于监测各种物理、化学和 生物量。例如，纳米压阻传感器可以用于监测压力、应变和温度等参数 的变化。
应用领域与发展趋势
应用领域
检测与传感技术在工业自动化、环境监测、医疗诊断、安全防范等领域有着广泛的应用。
发展趋势
随着科技的不断发展，检测与传感技术正朝着智能化、微型化、集成化、网络化的方向发展。同时， 随着新材料的不断涌现，新型的检测与传感技术也不断涌现，为未来的科技发展提供了更多的可能性 。
02
生物技术在检测与传感中的应用
生物技术的特点
生物技术利用生物分子的特性和反应，可以实现高度特异 性和灵敏的检测与传感。
生物技术在检测方面的应用
利用生物技术的特性，可以实现对生物分子、细胞和组织的快速 、准确地检测。例如，生物芯片和生物传感器可以用于检测基因
、蛋白质和细胞等物质。
生物技术在传感方面的应用
微纳加工技术在传感方面的应用
微纳加工技术还可以用于制造各种类型的传感器，如压力传感器、温度传感器和加速度传 感器等。这些传感器具有高灵敏度、快速响应和低成本等特点，广泛应用于汽车、医疗和 航空等领域。