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2024-01-31
传感器与检测技术概论
目
录
传感器基本概念与分类
传感器工作原理与特性
检测技术基础与应用
新型传感器技术发展趋势与挑战
传感器与检测系统设计与实现
实验环节与课程设计要求
传感器基本概念与分类
01
传感器是一种能够感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
定义
将被测量转换为易于处理、传输、记录、显示和控制的信号，是实现自动检测和自动控制的首要环节。
作用
发展历程
从传统的机械式传感器到现代的半导体传感器、智能传感器等，经历了多个发展阶段。
发展趋势
微型化、集成化、智能化、网络化是传感器发展的重要趋势。
按被测量类型、工作原理、输出信号性质等进行分类。
电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式等，各类传感器具有不同的特点和应用范围。
常见类型及特点
分类方式
工业领域
环保领域
医疗领域
军事领域
用于工业自动化生产线上的各种参数检测，如温度、压力、流量等。
用于医疗设备的各种生理参数检测，如血压、血糖等。
用于环境监测和污染控制，如气体浓度、水质监测等。
用于军事装备的各种参数检测和目标识别等。
传感器工作原理与特性
02
能量转换原理
传感器能将非电量转换成电量，其工作原理基于各种物理、化学或生物效应，如压电效应、热电效应、光电效应等。
信号传递与处理
传感器输出的电量通常需要进行信号调理、放大、滤波等处理，以便于后续的数据采集、传输和处理。
静态灵敏度
传感器在静态工作状态下，输出变化量与输入变化量之比，反映了传感器对输入信号的响应能力。
线性度
传感器输出与输入之间的线性关系程度，通常用实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差来表示。
重复性
在相同条件下，对同一输入量进行多次测量时，传感器输出值之间的一致性程度。
迟滞性
传感器在正反行程中输出输入曲线不重合的程度，反映了传感器机械部分存在的摩擦、间隙等因素对测量结果的影响。
传感器对动态输入信号的响应能力，通常用幅频特性和相频特性来描述。
频率响应
阻尼比
固有频率
传感器动态响应过程中，阻尼对自由振荡的衰减作用，影响传感器的测量精度和稳定性。
传感器在无阻尼自由振荡时的频率，与传感器的结构、材料等参数有关。
03
02
01
VS
传感器误差主要来源于原理误差、制造误差、安装误差和使用环境误差等。
补偿方法
针对不同类型的误差，可以采取硬件补偿和软件补偿两种方法进行校正。硬件补偿包括电路补偿、机械补偿等；软件补偿则是通过算法对测量结果进行修正，提高测量精度。
误差来源
检测技术基础与应用
03
指利用各种物理、化学或生物效应，将被测非电量转换为电信号或其他所需形式的信息，并进行传输、处理、存储、显示和记录的技术。
检测技术定义
根据测量原理不同，检测技术可分为电量检测和非电量检测；根据测量方式不同，可分为接触式检测和非接触式检测；根据测量对象不同，可分为热工检测、机械量检测、成分分析等。
检测技术分类
信号处理
指对检测到的原始信号进行放大、滤波、变换、分析、识别等处理，以提取有用信息并抑制干扰信号的过程。
调理电路设计
指针对特定传感器输出信号的特点，设计合理的电路结构，实现信号的放大、滤波、线性化、隔离等功能，以便于后续的数据采集和处理。
指将经过处理后的有用信号转换为数字信号，并进行存储、传输和记录的过程。数据采集系统通常由传感器、信号调理电路、数据采集卡和计算机等组成。
指将采集到的数据通过有线或无线方式传输到上位机或远程服务器，以实现数据的实时监测、远程控制和信息共享等功能。常见的传输技术包括串口通信、以太网通信、无线通信等。
数据采集
传输技术实现
智能家居领域
如智能家居系统中的烟雾报警器、温湿度传感器等，通过实时检测室内环境参数并传输到控制中心，实现对家居环境的智能调节和安全保障。
工业自动化领域
如生产线上的温度、压力、流量等参数检测与控制系统，通过实时采集和处理这些数据，实现对生产过程的精确控制和优化管理。
医疗健康领域
如心电图机、血压计等医疗设备中的传感器和检测技术，通过实时采集患者的生理参数并进行处理和分析，为医生提供准确的诊断依据和治疗方案。
新型传感器技术发展趋势与挑战
04
1
2
3
智能化传感器融合了传感器、微处理器、人工智能等技术，具有自动校准、自动补偿、数据存储与处理等功能。
目前，智能化传感器已广泛应用于工业、医疗、环保等领域，实现了对温度、压力、流量、物位等参数的精确测量。
随着物联网、云计算等技术的发展，智能化传感器正朝着更加智能化、网络化的方向发展。
微型化传感器采用微机械加工技术制造，具有体积小、重量轻、功耗低等特点，适用于微型化设备和系统。
集成化传感器将多个传感器和信号处理电路集成在一起，实现了单一芯片上的多功能测量，提高了测量精度和可靠性。
目前，微型化、集
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