传感技术,赵学增 机电工程学院 2015.03.03-2015.05.03,教材： 现代传感技术基础及应用 赵学增等 清华大学出版社,绪论,传感器的地位与作用 传感器的定义 传感器的组成 传感器的分类 对传感器的一般性要求 传感器的发展方向,一、传感器的地位与作用,地位 机械人类的体力的延伸 计算机人类智力的延伸 传感器人类感知力的延伸 电五官：视、听、嗅、味、触5 “觉” 视觉：显微镜的发明，望远镜的发明 听觉：超声、次声波 应用 高新技术领域：阿波罗 2077个传感器 现代生产技术领域：化工生产线、数控机床 日常生活领域：家电、汽车 基础科学研究领域：,一、传感器的地位与作用,基础科学领域：探索极限 距离、时间、温度、压力、磁场等 传感器的发展推动着生产和科技的进步，生产和科技的进步反过来也要求和支持着传感器的发展和进步 现代信息产业的三大技术支柱 传感技术感官 网络技术神经 计算机技术大脑 传感器与其它学科的关系 “伴生”关系,二、传感器的定义,传感器在国内外的一些叫法,传感器的定义,传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量器件或装置。 上述定义包含了以下含义： 传感器是测量装置，能完成检测任务； 其输入量是某种被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等； 其输出量是某种便于传输、转换、处理和显示的物理量，如气、光、电量等，目前主要是电量 输出量与输入输入有对应关系，并且具有一定的精确度。,敏感元件,转换元件,转换电路,辅助电源,传感器的组成框图,三、传感器的组成,一般由敏感元件和转换元件2部分组成 有时还有转换电路和辅助电源2部分,被测量,电参量,电量,另一量,传感器的组成,敏感元件：能直接感受或响应被测量，并输出与之成确定关系的某一另类物理量。 转换元件：将敏感元件的输出转换为电参量。 转换电路：把转换元件输出变为易于处理、显示、记录、控制的信号。既可以和敏感元件作在一起，也可分开。 辅助电源：提供传感器正常工作所需能量的电源部分，它有内部供电和外部供电2种形式。,传感器的组成,弹性体1为敏感元件，它感受被测力F并将它转换成应变； 电阻应变片2是转换元件，它将弹性体输出的应变转换成电阻值的变化； 电桥3是转换电路，它将电阻值的变化转换成电压U输出； 电源4是辅助电源，它为电桥供电。,F,电磁式压力传感器,大气压 Pa,被测气压 P,1-壳体,4-线圈,2-膜盒,3-磁芯,6-电源,5-交流电桥,电量,敏感元件：膜盒，P-x 转换元件: 磁芯、线圈,x-L 转换电路: 交流电桥，L-V 辅助电源: 电源,传感器的组成,实际上，有些传感器并不能明显区分敏感元件和转换元件两个部分，而是二者合为一体。如图所示的热电偶,A,四、传感器的分类,五、对传感器的一般性要求,可靠性 精度（动、静） 抗干扰 通用性 外形小 成本低 能耗小,六、传感器的发展方向,提高精度和扩大测量范围 低功耗及无源化 新原理 新材料 微型化、集成化、智能化 仿生传感器,第一章 传感器基础 传感器的特性,传感器的数学模型 传感器的静态特性 传感器的动态特性 传感器的标定,特性：输入与输出之间的关系，一般用一个输入-输出曲线、一个函数关系或一个微分方程式来表示。,第一节 传感器的数学模型,什么是模型？ 模型是略去无用和次要因素，对所关心的具体问题的内在实质的抽象反映。 研究数学模型的目的和意义 理论指导实践，例如 y=kx 线性模型 可以获得传感器的全面信息 在传感器的设计时不盲目,电动式动态力测力传感器,F-被测动态力 v-速度 E-感生电动势 I-感生电流 F-安培力,构造一个四端网络模型,机电模拟,L,R,C,E,机械系统模型,电路系统模型,机电模拟,机电模拟， F-E；v-I,进一步抽象成信号流程图,激励信号：F；I响应信号：v；E,其它形式的流程图,逆转支路的传输值取倒数 指向逆转支路的传输值取负数,F-v支路逆转、I-E支路逆转,激励信号： v；E 响应信号： F；I,F-v支路逆转、I-E支路不变,激励信号： v；I 响应信号： F；E,参数计算,机械端口可以看作如图所示,参数计算,忽略电容,复习题,简述传感器的地位和作用。 简述传感器的定义,传感器还有哪些其它叫法？ 传感器有哪些环节组成？各有何作用？哪些环节是必需的？举例说明之 传感器按结构分类可以分成那两种类型？ 简述传感器的发展趋势。 什么是模型？如何建立一个模型？ 以电动式动态力测力传感器为例，建立其四端网络、信号流程图和数学模型。,谢谢!,