传感器及实用检测技术课件第0章.ppt

传感器是一种采集信息的器件。其作用是将被测对象的有关参数转换成电信号。 从日常生活到工业自动化、国防工程、航空航天、石油化工、生物工程、环境检测、交通控制等各方面得到了广泛的应用。 0.1　传感器的应用领域 　 　 在工业过程控制中,传感器有着“工业耳目”、“前沿哨兵”的美喻。它能替代人类五官感知外在信息。例如在离子成分分析、磁场强弱、高温高压强腐蚀等环境下的参数,都是人类无法直接感知的。传感器将自动化生产过程中的各种控制参量进行精确的测量,为系统采集原始信息,保证工业生产的自动化、智能化。 　　在国防工程中,传感器应用在武器装备、军事监测、辅助决策、航天器等方面,大大地提高了武器的命中率和部队的快速响应能力,成为现代化装备部队的标志。　　传感器又是典型的机电结合部或综合体,因此,在机电一体化产品中,传感器的应用对产品性能的开发有着重要作用。 机器人上安装了位移、速度、加速度、视觉、听觉、触觉、味觉等大量的高品质的传感器,其花费是研制成本的一大半。而民用化产业中, 一辆普通轿车大约要安90多个传感器,而豪华轿车中传感器的数量多达200余只。 0.2　传感器的发展概述　　1.世界各国对传感器发展的重视　　世界性“传感器热潮”始于20世纪80年代初期。随后美、日、英、法、德和独联体等发达国家都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。　　美国列出的国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有6项与传感器信息处理技术直接相关。 　　日本将传感器技术列为国家重点发展的6大核心技术之一,并声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。　　我国也把传感器技术列为国家八五重点攻关项目及中长期科技发展重点新技术之一。20世纪80年代后我国在黑龙江(气敏)、安徽(力敏)、陕西(电压敏)组建了三个产业基地与企业集团,现在又建立了昆山光电传感器基地。 　　“九五”国家重点科技攻关项目中又将传感器技术研究立项,希望在传感器的关键制造工艺、新产品开发、科技成果的工程化等方面提高我国传感器的技术水平,促进我国传感器产业的形成,缩小与世界先进水平的差距。 　　2.传感器的发展方向和新技术的应用 随着各种控制系统对自动化程度、复杂性以及环境适应性(如高温、高速、野外、地下、高空等) 、获取的信息量、测量精度、响应速度、信号远距离传输、可靠性等提出了很高的要求, 。显然,传统的传感器已很难满足要求,集成化、微型化、智能化、网络化传感器将成为传感器的主流和方向,纳米、仿生等新技术的应用也使传感器走在了科技前沿。 　　1)传感器的集成化　　集成传感器是利用半导体的真空镀膜技术、扩散技术、光刻技术、精密加工技术和密封技术等将单个或多个敏感元件、信息转换单元、调理单元和电源等电路制作在同一个芯片上,实现多功能化发展的传感器。如集成温度传感器、多功能气体传感器等。 　　2)传感器的微型化　　微传感器是在一种具有重大影响的核心技术——微电子机械加工技术(MEMT，MicroElectroMechanicalTechnology)的支撑下提出的。 MEMS  例如，一个压力成像微系统含有1024个微型压力传感器；传感器之间的距离为250μm。 相信随着传感器技术、固态技术、微电子技术、计算技术等学科的飞速发展,一种高精度、低驱动、高可靠性、低功耗、占用空间小、重量轻和快速响应的崭新的微型电子机械系统的传感器即将面世。 图0－2　MEMS所涉及的技术领域 　　3)传感器的智能化、网络化　　智能传感器系统是具有微处理器单元的集成芯片,它具有自检测、自补偿、自校正、自诊断、远程设定、状态组令、信息储存和记忆等功能。随着信息技术的发展,特别是计算机网络技术的不断进步,对智能传感器的通信功能提出了新的要求。　　为了实现信息的采集、处理和传输的协同和统一,将计算机网络技术和智能传感器技术有机结合成为必要。 　　智能传感器网络发展大致经历了三个阶段:　　第一代传感器网络是由传统传感器组成的点到点输出的测控系统,它采用二线制4～20mA电流和1～5V电压标准,其缺点是布线复杂、抗干扰性差,虽然目前仍广泛应用,但最终将被淘汰。　　第二代传感器网络是基于智能传感器的测控网络,它的信号传输方式与第一代基本相同,随着现场采集的信息量不断增加,在DCS(DiscreteControlSystem)中,数据通信标准RS－232,RS－485等被广泛应用。但智能传感器与控制设备之间仍然采用传统的模拟电流或电压信号通信。 　　第三代智能传感器网络即基于现场总线(FieldBus)的智能传感器网络。 场总线是连接智能化现场设备和控制室之间全数字式、开放式、双向的通信网络,现场总线的不断发展和