傳感器技術(shù)及應(yīng)用（第2版）第1章緒論《傳感器技術(shù)及其應(yīng)用》課程目標(biāo)掌握傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理、工作特性及其應(yīng)用；掌握信號處理電路的工作原理及接口技術(shù)；初步掌握傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用、開發(fā)的綜合技術(shù)，能夠根據(jù)工程需要選擇合適的傳感器構(gòu)成各種控制與檢測電路；通過文獻(xiàn)查詢、文獻(xiàn)總結(jié)和課程報告等形式，了解傳感器與檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢及前沿。2課程性質(zhì)：專業(yè)課總學(xué)時：理論**學(xué)時+實驗**學(xué)時傳感器簡述1.2傳感器技術(shù)的作用與地位1.11.2無人裝備中的傳感器簡介1.31.4第1章緒論3本章小結(jié)1.1傳感器技術(shù)的作用與地位4國家標(biāo)準(zhǔn)《傳感器通用術(shù)語》中：能感受（或響應(yīng)）規(guī)定的某種被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的器件或裝置。狹義地定義為：“能把外界非電信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出的器件或裝置”或“能把非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件或裝置”。5傳感器的定義傳感器是一種測量裝置，可用于對指定被測非電量進(jìn)行檢測；它能感受某種被測量（傳感器的輸入）并將其按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理、存儲、應(yīng)用的另一參量（傳感器的輸出）；傳感器的輸出量與輸入量之間具有對應(yīng)關(guān)系，一般要求滿足一定的技術(shù)指標(biāo)，如量程、精確度、靈敏度、線性度等。6傳感器的定義包含以下幾個方面的含義：傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成：

7傳感器的組成：敏感元件：傳感器中直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換器件通常是指將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換為便于處理、存儲、應(yīng)用的參量的部分。轉(zhuǎn)換元件：以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成參量。傳感器的命名8主題詞——傳感器。第一級修飾語——被測量，包括修飾被測量的定語。第二級修飾語——轉(zhuǎn)換原理，一般可后續(xù)以“式”字。第三級修飾語——特征描述，指必須強調(diào)的傳感器結(jié)構(gòu)、性能、材料特征、敏感元件及其他必要的性能特征，一般可后續(xù)以“型”字。第四級修飾語——主要技術(shù)指標(biāo)（量程、精確度、靈敏度等）?！纠?-1-1】傳感器，絕對壓力，應(yīng)變式，放大型，1~3000kPa?！纠?-1-2】傳感器，溫度，熱電阻式，Pt100，－100~600℃。傳感器的作用與地位9“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點已為全世界所公認(rèn)。以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)就像神經(jīng)和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認(rèn)識自然、改造自然的有利工具。[Mendelyeev,DmitryIvanovich]

科學(xué)僅僅是在人們懂得了測量才開始的－門捷列夫人通過五官（視、聽、嗅、味、觸）接受外界的信息，經(jīng)過大腦的思維（信息處理），作出相應(yīng)的動作。而用計算機控制的自動化裝置來代替人的勞動，則可以說電子計算機相當(dāng)于人的大腦（一般俗稱電腦），而傳感器則相當(dāng)于人的五官部分（“電五官”）。10傳感器的作用與地位機器系統(tǒng)與人體結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系圖11五官和皮膚外部世界大腦肌體傳感器控制器執(zhí)行器傳感器的作用與地位12傳感器的作用與地位現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱：傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)如果沒有高度保真和性能可靠的傳感器，沒有先進(jìn)的傳感器技術(shù)，信息的準(zhǔn)確獲得與精密檢測就成了一句空話，通信技術(shù)和計算機技術(shù)也就成了無源之水，無本之木，現(xiàn)代測量與自動化技術(shù)隨之變成水中之月、鏡中之花。現(xiàn)階段，從宇宙探索、海洋開發(fā)，到國防建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；從環(huán)境保護(hù)、災(zāi)情預(yù)報，到包括生命科學(xué)在內(nèi)的每一項現(xiàn)代科學(xué)研究；從生產(chǎn)過程的檢測與控制，到人民群眾的日常生活等等，幾乎都離不開傳感器。傳感器技術(shù)已成為科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟發(fā)展水平的標(biāo)志之一。1.2傳感器簡述13傳感器的分類14分類方法傳感器的種類說明按傳感器輸入?yún)⒘糠治灰苽鞲衅?、壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、物位傳感器等以傳感器被測參量命名按傳感器工作原理分電阻式、電容式、電感式、壓電式、超聲波式、霍爾式等以敏感器的信號轉(zhuǎn)換方式命名按物理現(xiàn)象分結(jié)構(gòu)型傳感器依賴結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換物性型傳感器依賴敏感元件物理特性的變化實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換按輸出信號分模擬式傳感器輸出為模擬量數(shù)字式傳感器輸出為數(shù)字量按能量關(guān)系分能量轉(zhuǎn)換型傳感器直接將被測對象的能量轉(zhuǎn)換為輸出能量能量控制型傳感器由外部供給傳感器能量，由被測量大小比例控制傳感器的輸出能量傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域15傳感器技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療診斷、軍事國防、航空航天、自動化生產(chǎn)、現(xiàn)代辦公設(shè)備、智能樓宇和家用電器等領(lǐng)域。傳感器在工業(yè)檢測和自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用在汽車中的應(yīng)用傳感器在機器人中的應(yīng)用傳感器在航空航天中的應(yīng)用傳感器在遙感技術(shù)中的應(yīng)用傳感器在家用電器中的應(yīng)用傳感器在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用傳感器在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用傳感器在軍事方面的應(yīng)用傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢16傳感器技術(shù)涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，它是利用物理定律和物質(zhì)的物理、化學(xué)和生物特性，將非電參量轉(zhuǎn)換為電參量。所以努力探索新現(xiàn)象、新理論，采用新技術(shù)、新工藝、新材料以研發(fā)新型傳感器，或提高現(xiàn)有傳感器的轉(zhuǎn)換效能、轉(zhuǎn)換范圍或某些技術(shù)性能指標(biāo)和經(jīng)濟指標(biāo)，將是傳感器總的發(fā)展方向。傳感器技術(shù)大致可分三代：結(jié)構(gòu)型傳感器固體型傳感器智能型傳感器1.3無人裝備中的傳感器簡介1718

1.機器人系統(tǒng)

2.無人駕駛汽車

3.無人機系統(tǒng)無人裝備中的傳感器傳感器檢測參數(shù)檢測器件應(yīng)用位置位置角度電位器、直線感應(yīng)同步器角度式電位器、旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器位置移動檢測角度變化檢測速度速度角速度測速發(fā)電機、轉(zhuǎn)速表增量式碼盤、測速發(fā)電機、轉(zhuǎn)速表速度檢測角速度檢測加速度加速度應(yīng)變片加速度傳感器、壓電式加速度傳感器、伺服加速度傳感器、壓阻式加速度傳感器加速度檢測視覺平面位置距離形狀缺陷攝像機、位置傳感器測距儀線圖像傳感器畫圖像傳感器位置決定、控制移動控制物體識別、判別檢查，異常檢測觸覺接觸把握力荷重分布壓力多元力力矩滑動限制開關(guān)應(yīng)變計、半導(dǎo)體感壓元件彈簧變位測量器導(dǎo)電橡膠、感壓高分子材料應(yīng)變計、半導(dǎo)體感壓元件壓阻元件、馬達(dá)電流計光學(xué)旋轉(zhuǎn)檢測器、光纖動作順序控制把握力控制張力控制、指壓控制姿勢、形狀判別裝配力控制協(xié)調(diào)控制滑動判定、力控制力覺受力應(yīng)變片力覺傳感器、壓電式力覺傳感器、差動變壓器傳感器、電容式力覺傳感器感知受力距離與接近覺接近間隔傾斜光電開關(guān)、LED、紅外、激光光電晶體管、光電二極管電磁線圈、超聲波傳感器動作順序控制障礙物躲避軌跡移動控制、探索聽覺聲音超聲波麥克風(fēng)超聲波傳感器語言控制（人機接口）導(dǎo)航嗅覺氣體成分氣體傳感器、射線傳感器化學(xué)成分探測味覺味道離子敏感器、PH計機器人用內(nèi)、外部傳感器分類表1-2內(nèi)部傳感器外部傳感器19

1.機器人系統(tǒng)

2.無人駕駛汽車

3.無人機系統(tǒng)無人裝備中的傳感器圖1-5無人駕駛系統(tǒng)常見傳感器及其位置圖無人駕駛汽車首先需要對自身參數(shù)進(jìn)行測量與控制，主要包括轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器、溫/濕度傳感器等。汽車自動/輔助駕駛系統(tǒng)所用到傳感器主要包括微波/毫米波雷達(dá)、可見光攝像頭、激光雷達(dá)、紅外傳感器、超聲波傳感器等。20

1.機器人系統(tǒng)

2.無人駕駛汽車

3.無人機系統(tǒng)無人裝備中的傳感器加速度傳感器磁傳感器傾角傳感器電流傳感器慣性測量單元發(fā)動機進(jìn)氣口流量傳感器

圖1-6四旋翼無人機系統(tǒng)常用傳感器示意圖無人機已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氣象監(jiān)