1、1 1課程類型課程類型 專業(yè)基礎(chǔ)課專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)時學(xué)分學(xué)時學(xué)分 共共32學(xué)時學(xué)時課程時間課程時間 16周理論教學(xué)周理論教學(xué)課程簡介 （1 1）建立傳感器技術(shù)的整體概念；）建立傳感器技術(shù)的整體概念； （2 2）掌握傳感器技術(shù)的基本理論、常用傳感器的工作原）掌握傳感器技術(shù)的基本理論、常用傳感器的工作原理和應(yīng)用技術(shù)；理和應(yīng)用技術(shù)； （3 3）培養(yǎng)學(xué)生進一步學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用傳感器技術(shù)的興）培養(yǎng)學(xué)生進一步學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用傳感器技術(shù)的興趣；趣； （4 4）為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和獨力解決實際問題打下必要的基）為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和獨力解決實際問題打下必要的基礎(chǔ)。礎(chǔ)。 課程簡介4 41.1 1.1 課程簡介課程簡介第一章

2、概述1.1.1 1.1.1 本課程的地位和作用本課程的地位和作用工科最重要的專業(yè)課工科最重要的專業(yè)課起源于仿生研究起源于仿生研究人體系統(tǒng)：人體系統(tǒng)： 人類有五大感覺器官，即眼、人類有五大感覺器官，即眼、耳、鼻、舌、皮膚。通過這些感耳、鼻、舌、皮膚。通過這些感覺器官感知外界信息。覺器官感知外界信息。機器系統(tǒng)：機器系統(tǒng)： 機器系統(tǒng)中，傳感器是各種機器系統(tǒng)中，傳感器是各種機械和電子設(shè)備的感覺器官。感機械和電子設(shè)備的感覺器官。感知光、色、溫度、壓力、聲音、知光、色、溫度、壓力、聲音、濕度、氣味及輻射等。濕度、氣味及輻射等。7 7眼（視覺）眼（視覺）耳（聽覺）耳（聽覺）鼻（嗅覺）鼻（嗅覺）皮膚（觸覺）皮

3、膚（觸覺）舌（味覺）舌（味覺）感知外界信息感知外界信息人體系統(tǒng)和機器系統(tǒng)比較人體系統(tǒng)和機器系統(tǒng)比較大腦大腦肌體肌體2022-6-242022-6-249 9外外部部信信息息行動行動1010傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，傳感器是信息采集系統(tǒng)的首要部件，計算機的計算機的“五官五官”沒有傳感器對原始信息進行精確、可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切測沒有傳感器對原始信息進行精確、可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切測量和控制都是不可能實現(xiàn)的。量和控制都是不可能實現(xiàn)的。傳感器在信息傳感器在信息社會的地位？社會的地位？1.1 1.1 課程簡介課程簡介第一章 概述1.1.2 1.1.2 本課程的內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)本課程的內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)三大

4、模塊三大模塊傳感器原理傳感器原理檢測技術(shù)檢測技術(shù)檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)1313傳感原理傳感原理檢測技術(shù)檢測技術(shù)+ += =檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)傳感器傳感器感受規(guī)定的感受規(guī)定的被測被測量量并按照一定的并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的輸出信號的器件器件是一門是一門應(yīng)用科學(xué)應(yīng)用科學(xué)，研究自動檢測系統(tǒng)中，研究自動檢測系統(tǒng)中的的信息提取信息提取、信息轉(zhuǎn)換信息轉(zhuǎn)換、信息處理信息處理的理的理論和技術(shù)。論和技術(shù)。自動檢測系統(tǒng)是自動測量、自動計量、自動檢測系統(tǒng)是自動測量、自動計量、自動保護、自動診斷、自動信號處理等自動保護、自動診斷、自動信號處理等諸系統(tǒng)的總稱。諸系統(tǒng)的總稱。從待測對象那獲得反映待測對象

5、的特征與狀態(tài)的信號被測對象包含的信息進行被測對象包含的信息進行定性定性了解了解和和定量掌握定量掌握所采取的一系所采取的一系列措施列措施1.1 1.1 課程簡介課程簡介第一章 概述1.1.3 1.1.3 本課程的任務(wù)及要求本課程的任務(wù)及要求先修課程：先修課程：高等數(shù)學(xué)、普通物理學(xué)、電路基高等數(shù)學(xué)、普通物理學(xué)、電路基礎(chǔ)、模擬與數(shù)字電子技術(shù)礎(chǔ)、模擬與數(shù)字電子技術(shù)涉及眾多基礎(chǔ)理論和技術(shù)的涉及眾多基礎(chǔ)理論和技術(shù)的綜合性技術(shù)課程綜合性技術(shù)課程空調(diào)遙控器空調(diào)遙控器2.2.溫度傳感器溫度傳感器3.3.氣體傳感器氣體傳感器4.4.光電傳感器光電傳感器嫦娥一號衛(wèi)星搭載嫦娥一號衛(wèi)星搭載的的CCD立體相機立體相機 嫦

6、娥二號的嫦娥二號的CCD立體相機可以獲得立體相機可以獲得直徑大于直徑大于21米的月坑的清晰圖像；米的月坑的清晰圖像；電冰箱、電飯煲電冰箱、電飯煲煤氣灶煤氣灶 煙霧傳感器煙霧傳感器1.1.紅外線傳感器紅外線傳感器1.2 1.2 傳感器的定義與組成傳感器的定義與組成第1節(jié) 傳感器一種能把特定的一種能把特定的被測信號被測信號按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可可用信號用信號輸出的輸出的器件或裝置器件或裝置，以滿足信息的傳輸、處理、以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求記錄、顯示和控制等要求。5.5.汽車上使用的傳感器汽車上使用的傳感器1.2 1.2 傳感器的定義與組成傳感器的定義與組成

7、第1節(jié) 傳感器“阿波羅阿波羅10”10”：火箭部分火箭部分-2077-2077個傳感器個傳感器飛船部分飛船部分-1218-1218個傳感器個傳感器檢測參數(shù)檢測參數(shù)-加速度、溫度、壓力、加速度、溫度、壓力、 振動、流量、應(yīng)變、振動、流量、應(yīng)變、 聲學(xué)等聲學(xué)等1.2 1.2 傳感器的定義與組成傳感器的定義與組成第1節(jié) 傳感器國家標準（國家標準（GB7665-87GB7665-87）中傳感器的定義：）中傳感器的定義：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。器件或裝置。 傳感器是測量傳感器是測量裝置，裝置，能完成檢測任務(wù)；

8、能完成檢測任務(wù)； 輸入量是某一被測量，物理量、化學(xué)量、生物量等；輸入量是某一被測量，物理量、化學(xué)量、生物量等； 輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，可以是氣、光、電物理量，是氣、光、電物理量，主要是電物理量主要是電物理量； 輸出與輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。輸出與輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。傳感器功用：傳感器功用：一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。非電量電測技術(shù)非電量電測技術(shù)1.2 1.2 傳感器的定義與組成傳感器的定義與組成第1節(jié) 傳感器輔助電源輔助電源敏感元件敏

9、感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 信號調(diào)理信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路與轉(zhuǎn)換電路電量輸出電量輸出敏感元件敏感元件：直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電量信號直接轉(zhuǎn)換為電信：將敏感元件輸出的非電量信號直接轉(zhuǎn)換為電信號。號。測量電路測量電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進行調(diào)理，使之便于：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進行調(diào)理，使之便于顯示、處理和傳輸。顯示、處理和傳輸。1.2 1.2 傳感器的定義與組成傳感器的定義與組成第1節(jié) 傳感器基本部分基本部分被測對象被測對象（1 1）只有一個轉(zhuǎn)換元件）只有一個轉(zhuǎn)換元件

10、傳感器由一個敏感元件傳感器由一個敏感元件( (兼轉(zhuǎn)換元件兼轉(zhuǎn)換元件) )組成，感受被組成，感受被測量時直接輸出電量，如測量時直接輸出電量，如熱電偶熱電偶。不同傳感器的組成不同傳感器的組成熱電偶熱電偶先看一個實驗先看一個實驗熱電偶工作原理演示熱電偶工作原理演示 結(jié)論：當兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。結(jié)論：當兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。 熱電極熱電極A A右端：自右端：自由端（參由端（參考端、冷考端、冷端）端） 左 端 ： 測左 端 ： 測量 端 （ 工量 端 （ 工作 端 、 熱作 端 、 熱端）端） 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢AB（2 2）有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)

11、換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路。）有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，沒有轉(zhuǎn)換電路。壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器不同傳感器的組成不同傳感器的組成如如壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器質(zhì)量塊是敏感元件，壓電片是轉(zhuǎn)換元件質(zhì)量塊是敏感元件，壓電片是轉(zhuǎn)換元件。石英晶體的壓電效應(yīng)演示石英晶體的壓電效應(yīng)演示 當力的方向改變時，電荷的極性隨之改變，當力的方向改變時，電荷的極性隨之改變，輸出電壓的頻率與動態(tài)力的頻率相同；當動態(tài)力輸出電壓的頻率與動態(tài)力的頻率相同；當動態(tài)力變?yōu)殪o態(tài)力時，電荷將由于表面漏電而很快泄漏變?yōu)殪o態(tài)力時，電荷將由于表面漏電而很快泄漏、消失。、消失。分類法 類型 說明 1.3 1.3 傳

12、感器的分類傳感器的分類輸入量分類位移、溫度、壓力式等 以被測量被測量命名 輸出量分類 模擬式數(shù)字式 輸出量為模擬信號模擬信號輸出量為數(shù)字信號數(shù)字信號 工作原理分基本效應(yīng)分按能量關(guān)系分 所蘊含的技術(shù)特征電阻、電感、電容、壓電等以傳感器對信號的轉(zhuǎn)換的工作原理工作原理命名 物性型結(jié)構(gòu)型化學(xué)型生物型以其敏感元件物理特性變化實現(xiàn)物理特性變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換 以其轉(zhuǎn)換元件結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換能量控制型有源型參量型能量轉(zhuǎn)換型無源型發(fā)電型傳感器的輸出量由外源供給，但受被測量控制 傳感器的輸出量直接由被測量能量轉(zhuǎn)換而得普通型新型傳統(tǒng)技術(shù)的傳感器智能傳感器、模糊傳感器、微傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器應(yīng)變電阻

13、式、電應(yīng)變電阻式、電感式、電容式及感式、電容式及磁電式磁電式光電式、壓電式、光電式、壓電式、熱電式熱電式必須由外部必須由外部提供激勵源提供激勵源，如電阻、電感、電，如電阻、電感、電容等傳感器。容等傳感器。傳感器將從被測對象獲取的信息能量直接轉(zhuǎn)換傳感器將從被測對象獲取的信息能量直接轉(zhuǎn)換成輸出信號能量，成輸出信號能量，不需要外電源不需要外電源。如基于壓電。如基于壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)等傳感器都屬于此類傳感器。效應(yīng)、熱電效應(yīng)等傳感器都屬于此類傳感器。氣體、液體、固體分析、氣體、液體、固體分析、PHPH值、濃度值、濃度酶、微生物、抗體、免疫抗原酶、微生物、抗體、免疫抗原252526262727能量能量變換

14、變換型型傳感器傳感器 能量形式電量能量形式電量（電動勢、電荷等）（電動勢、電荷等） 測量電路測量電路非電量非電量電量電量電壓、電流電壓、電流輔助電源輔助電源能量能量控制控制型型傳感器傳感器 非能量形式電量非能量形式電量（電阻、電容、電感（電阻、電容、電感 測量電路測量電路非電量非電量電量電量電壓、電流電壓、電流能量轉(zhuǎn)換型傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器光電式鼠標光電式鼠標高精度熱電偶高精度熱電偶壓電式無源蜂鳴器壓電式無源蜂鳴器發(fā)電型傳感器發(fā)電型傳感器光電傳感器光電傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器能量轉(zhuǎn)換型傳感器差動技術(shù)差動技術(shù)平均技術(shù)平均技術(shù)補償與修正技術(shù)補償與修正技術(shù)1.4.1 1.4.1 傳感器性能的改善傳感

15、器性能的改善1.4 1.4 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展屏蔽、隔離與干擾抑制屏蔽、隔離與干擾抑制穩(wěn)定性處理穩(wěn)定性處理1.4.2 1.4.2 傳感器基礎(chǔ)理論研究傳感器基礎(chǔ)理論研究1.4 1.4 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展v 新原理新原理 1.4.2 1.4.2 傳感器基礎(chǔ)理論研究傳感器基礎(chǔ)理論研究1.4 1.4 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展v新型敏感材料新型敏感材料敏感材料是傳感器技術(shù)的敏感材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)重要基礎(chǔ)。材料科學(xué)的進步，人們可任意控制成分，材料科學(xué)的進步，人們可任意控制成分，設(shè)計制造出用于各種傳感器的功能材料。設(shè)計制造出用于各種傳感器的功能材料。用復(fù)雜材料來制

16、造性能更加良好的傳感用復(fù)雜材料來制造性能更加良好的傳感器是今后的發(fā)展方向之一。器是今后的發(fā)展方向之一。半導(dǎo)體敏感材料半導(dǎo)體敏感材料化合物半導(dǎo)體材料化合物半導(dǎo)體材料磁性材料磁性材料陶瓷敏感材料陶瓷敏感材料智能材料智能材料氣體傳感器氣體傳感器溫濕度溫濕度傳感器傳感器納米堆垛納米堆垛1 1）微電子）微電子加工技術(shù)加工技術(shù)2 2）以激光精密加工為主體的超精密機械加工技術(shù)）以激光精密加工為主體的超精密機械加工技術(shù)3 3）X X射線深層光刻電鑄成形技術(shù)射線深層光刻電鑄成形技術(shù)1.4.2 1.4.2 傳感器基礎(chǔ)理論研究傳感器基礎(chǔ)理論研究1.4 1.4 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展v 新工藝新工藝 v 新

17、功能傳感器新功能傳感器微型內(nèi)窺鏡，像普通藥片一樣吞入微型內(nèi)窺鏡，像普通藥片一樣吞入口中，在人體內(nèi)的路線與食物一樣?？谥?，在人體內(nèi)的路線與食物一樣。通過它，醫(yī)生和護士能夠觀察發(fā)現(xiàn)通過它，醫(yī)生和護士能夠觀察發(fā)現(xiàn)更多的人體內(nèi)臟器官，探測體外掃更多的人體內(nèi)臟器官，探測體外掃描設(shè)備未曾發(fā)現(xiàn)的問題。描設(shè)備未曾發(fā)現(xiàn)的問題。光纖流速傳感器光纖流速傳感器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器1.4.2 1.4.2 傳感器基礎(chǔ)理論研究傳感器基礎(chǔ)理論研究1.4 1.4 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展1.4.3 1.4.3 傳感器的集成化傳感器的集成化1.4 1.4 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展1.1.點的測

18、量變成面和空間的測量點的測量變成面和空間的測量2.2.不同功能傳感器的一體化測量不同功能傳感器的一體化測量傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合相結(jié)合微處理器和傳感器微處理器和傳感器相結(jié)合相結(jié)合1.4.4 1.4.4 傳感器的智能化傳感器的智能化1.4 1.4 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展典型的工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型的工業(yè)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)1.4.5 1.4.5 傳感器的網(wǎng)絡(luò)化傳感器的網(wǎng)絡(luò)化1.4 1.4 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展微型壓力傳感器微型壓力傳感器1.4.6 1.4.6 傳感器的微型化傳感器的微型化1.4 1.4 傳感器技術(shù)的發(fā)展傳感器技術(shù)的發(fā)展糧倉的溫濕度檢測糧倉的溫濕度檢測無論是金屬糧倉還是土倉，為防止霉變，糧食都是無論是金屬糧倉還是土倉，為防止霉變，糧食都是分層存放分層存放，倉內(nèi)溫度和濕度不能過高，為此，需在各層安放倉內(nèi)溫度和濕度不能過高，為此，需在各層安放溫濕度傳感器溫濕度傳感器進行檢測