传感器检测技术.ppt

第一章绪论
引言
传感器技术是当今世界令人瞩目、迅猛发展的高新技术之一,也是当代科学发展的一个重要标志,与通信技术、计算机技术共同构成21实际信息产业的三大支柱。如果说计算机是人类大脑的扩展,那么传感器就是人类五官的延伸。因此各发达国家都将传感器技术作为本世纪重点技术加以发展。随着国内工业自动化、信息化和国防现代化的发展,传感器的年需求量持续增长。但是目前国内传感器技术的创新和新产品开发能力落后于国外先进水平,制约了我国工业自动化和信息化技术的发展。
传感器技术的发展现状
国外发展传感器技术主要有两条不同路径,一条是以美国为代表的先军工后民用、先提高后普及的发展方式;另一条是以日本为代表的侧重实用化和商品化,先普及后提高,由引进、消化、仿制到自行改进设计创新的发展方式。前者花钱多,后者花钱少,发展速度更快。国外在传感器的研究、开发、生产和应用方面发展速度很快,主要表现为:
(1)十分重视对传感器技术开发;
(2)重视传感器制作工艺研究;
(3)重视质量管理与市场分析。
我国近20多年来,经过科技攻关,敏感元件与传感器的制造技术有了长足的进步,在设计、关键工艺、可靠性、产品开发等方面均有不同程度的突破与创新,但我国传感器的整体水平与国外发达国家相比仍有较大差距,主要表现为:
(1)核心制造技术严重滞后于国外,国内产品差强人意;
(2)产品品种不全、规格少,新品欠缺;
(3)科技创新差,拥有自主知识产权的产品少;
(4)工艺装备落后,产品质量差;
(5)人才资源匮乏,产业发展不足;
(6)统筹规划不足,投资力度不够。
传感器的地位和作用
传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。新技术革命的到来,世界开始进入信息时代,在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。
传感器技术的发展趋势
随着科学技术的发展,社会的进步,人们对传感器的要求也越来越高,从整体上看,传感器技术的发展趋势有以下几个方面:
(1)向高精度发展;
(2)向高可靠性、宽温度范围发展;
(3)向微型化发展;
(4)向微功耗及无源化发展;
(5)向智能化数字化发展。
第二章传感器应用技术理论基础概述
传感器的基本概念
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器一般由敏感元件、转换元件、调理电路、辅助电源四部分组成,如下图所示:
(1)敏感元件:直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
(2)转换元件:将敏感元件的输出转换成便于传输和测量的电参量(电阻)或电信号。
(3)调理电路:调理电路则对转换原件输出的信号进行放大、滤波、运算、调制等,以便于实现远距离传输、显示、记录和控制。
(4)辅助电源:辅助电源为调理电路和转换原件提供稳定的工作电源。
传感器的特性
传感器的性能指标在检测控制系统和科学实验中,需要对各种参数进行检测和控制,而要达到比较优良的控制性能,则必须要求传感器能够感测被测量的变化并且不失真地将其转换为相应的电量,这种要求主要取决于传感器的基本特性。传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性。静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时,系统的输出与输入之间的关系。主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等;动态特性是指检测系统的输入为随时间变化的信号时,系统的输出与输入之间的关系。
第三章传感器的分类及工作原理
传感器的分类
目前对传感器尚无一个统一的分类方法,但比较常用的有如下三种:
(1)按传感器的物理量分类,可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。
(2)按传感器输出信号的性质分类,可分为:输出为开关量(“1”和“0”或“开”和“关”)的开关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器。
(3)按传感器的工作原理分类,可分为应变式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、光电式传感器、电阻式传感器、热电偶式传感器、超声波式传感器等。
传感器的工作原理
1、应变式传感器的工作原理是在外力作用下,导体或半导体材料产生机械变形,从而引起材料电阻值发生相