电子信息科学技术导论教学课件ppt作者吴莉莉第4章传感器与检测技术课件.ppt

4.1 检测技术概述 4.1.1 检测技术 检测是指对一些参量进行定性检查和定量测量。 测量是人们借助于专门设备，对被测对象收集信息，取得数量概念的过程。 “检测”是测量、“计量”也是测量。 检测技术是信息技术的基础技术之一。 现代工程装备中检测环节的成本已经达 到装备系统总成本的50％～70％。 检测技术是研究信息的提取、转换和处理的一门应用技术学科。 检测技术的任务是：寻找与自然信息具有对应关系的表现形式的信号，以及确定二者间的定性、定量的关系；从反映某一信息的多种信号表现中挑选出最为合适的表现形式，以及寻求最佳的采集、变换、处理、传输、存储、显示等的方法和相应的设备。 现代检测系统的组成 4.1.2 获取信息的传感器 传感器实质上就是代替人的五种感觉（视、嗅、听、味、触）器官的装置。能感受被测量并将它转换成可用信号输出的器件。又叫探测器、换能器等。 定义 （国家标准GB/T7665-2005 ） 4.1.3 传感器的发展与现状 聋哑传感器：模拟仪表和计算机时代的产物。主要设计思想是把外部信息转变成摸拟电压或电流信号。它的功能很少、输出幅值小、灵敏度低。 智能传感器：传感器技术与计算机技术相结合，具备一定的数据处理能力，并能自检、自校、自补偿 。 网络传感器：网络控制芯片与智能传感器集成起来并把通信协议固化到智能传感器ROM中，产生了“网络传感器”，从而也迎来了智能传感器的真正信息化时代。 目前传感器的发展正处于“智能传感器”发展阶段的鼎盛时期，世界各国都在研制和开发各类智能传感器。 “网络传感器”的发展还处于起步阶段，在国内外还没有十分成熟的产品，而这一阶段将是传感器发展的必然阶段。 4.2 传感器的组成与分类 组成 最简单的传感器由一个敏感元件（兼转换元件组成），它感受被测量时直接输出电量，如下图所示的热电偶。 有些传感器仅由敏感元件和转换元件组成。如图所示的压电式加速度传感器，其中质量块是敏感元件，压电片是转换元件。由于压电片的输出是电量，因此不需要信号转换电路。 4.3 传感器的基本特性 　传感器：输入量——电量 　传感器的一般特性：描述此种变换的输入与输出关系 　　１.输入量为常量或变化极慢时（慢变或稳定信）—静态特性 　　２.输入量随时间变化极快时（快变信号）—动态特性 　 4.3.1 传感器的静态特性 线性度：度量传感器输出与输入之间线性程度的一种指标。 灵敏度：传感器对被测量变化的反应能力，定义为传感器在稳定条件下，输出变化量与输入变化量之比 。 精度 4.3.2 传感器的动态特性 动态特性就是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性，它反映传感器测量动态信号的能力。 从数学上可以用常系数线性微分方程表示传感器输出量y与输入量x的关系，这种方程的通式如下： 4.4 几种现代传感器技术 4.4.1 智能传感器 智能传感器的层次结构 人类的智能是基于即时获得的信息和原先掌握的知识。 人类的智能是实现了多重传感信息的融合并且把它与人类积累的知识结合了起来，如下图所示。 智能传感器也应该由多重传感器或不同类型传感器从外部目标以分布和并行的方式收集信息； 通过信号处理过程把多重传感器的输出或不同类型传感器的输出结合起来或集成在一起，实现传感器信号融合或集成； 最后，根据先前拥有的关于被测目标的有关知识，进行最高级的智能信息处理过程。 将信息转换为知识和概念提供使用。 智能传感器的功能 红外传感器将被检测目标的温度转换为电信号，经A／D变换后输入单片机。 温度传感器将环境温度转换为电信号，经A／D变换后输入单片机。 单片机中存放有红外传感器的非线性校正数据。 红外传感器检测的数据经单片机计算处理，消除非线性误差后，可获得被测目标的温度特性与环境温度的关系。 供记录、显示、存储备用。 可见，智能传感器是具备了记忆、分析和思考能力，输出期望值的传感器。 （1）能提供更全面、更真实的信息，消除异常值、例外值。 （2）具有信号处理包括温度补偿、线性化等功能。 （3）随机调整和自适应。 （4）一定程度的存储、识别和自诊断。 （5）含有特定算法并可根据需要改变算法。 这种传感器不仅在物理层面上检测信号，而且在逻辑层面上对信号进行分析、处理、存储和通信。 相当于具备了人类的记忆、分析、思考和交流的能力，即具备了人类的智能。 所以称之为智能传感器。 智能传感器应用举例