检测与传感技术绪论

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1、检测与传感技术绪论主讲：宁耀斌2007年4月1本课程的研究内容及性质传感技术检测技术+=检测与传感技术传感器将非电量转换为与之确定对应关系电量输出的装置是一门应用科学，研究自动检测系统中的信息提取、信息转换、信息处理的理论和技术。自动检测系统是自动测量、自动计量、自动保护、自动诊断、自动信号处理等诸系统的总称。2本课程的地位传感器技术已成为现代信息技术的重要支柱之一。什么是传感器？传感器是怎样发展的呢？现代信息技术的三大重要支柱信息处理信息采集信息传输3传感器的发展和作用人类从外界获取信息，必须借助于感觉器官。使用传感器的历史可以追溯到远古时代中国的指南针古埃及的天平16世纪利用液体膨

2、胀测量温度19世纪以电磁学为基础建立的物理测量法则以电量作为输出的传感器，其发展历史最短，但发展最为迅猛。4指南车复原模型5铜壶滴漏6候风地动仪图7以电量作为传感器输出的优越性可以灵活地改变测量仪器的灵敏度，有利于扩大量程。较宽的频带便于远距离传输。便于信息的数字化、微型化、智能化。8910111213传感器技术能够迅速发展的原因电子工业和信息技术的促进。政府的产业导向和扶植。国防、空间技术和民用产品的市场需求。许多高新技术为开发新型传感器提供了理论基础和生产工艺。14自动防空火力控制系统在第二次世界大战期间，为了防空火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出各种

3、精密的自动调节装置，开创了防空火力系统和控制这一新的科学领域。15“伽利略”号木星探测器16RQ-1“捕食者”无人机17181920南航无人机院ck无人机21远望号22什么是传感器传感器是与人的感觉器官相对应的元件。能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可输出信号的器件或装置。传感器通常由敏感元件和转换元件组成。检出器被测量测量环境狭义传感器输入匹配放大变换输出信号处理部分广义传感器23传感器的数学描述设测量信号为x，传感器输出为y,比例系数为k则有：y=kx(理想状态）考虑非线性、零位：y=f(x)设环境因素为N则：y=(x,N)由于环境对输出的影响为：灵敏度漂移24传感元件的

4、输出形式热电偶、pH电极等输出直流电压。光电二极管输出直流电流。差动变压器输出交流电压。热敏电阻等输出电阻值。电感式传感器输出电感量的变化。晶体传感器输出为振动频率的变化。电容式传感器输出电容值的变化。而测量仪器输出要求为4~20mA或0~10V25检测系统的基本构成非电量测量电路模拟显示仪表控制器传感器非电量测量电路传感器A/D转换电路微计算机控制器记录器显示器26信号处理（1）——差动法V0ER1Rx传感器x=0时V0≠0V0ER1RxR2R3当x=0时V0=0满足27信号处理（2）——零位法VsRsRvVABAB电压式传感器动圈式电压表仅当Rv>>Rs时VAB才能代替Vs这种方法

5、为偏转法电位差计恒流源VsRsRdVABAB滑线电阻I-Vr+VD+-测量电压从滑线电阻器刻度读出当Vs与Vr平衡时，I=0，内阻不影响测量结果一般而言，零位法测量不从信号源获取能量，从而可与实现高精度测量28信号处理（3）——信号放大传感器的输出电压一般都很小，往往是毫伏级。VsRsV0R1I++-+-R2Vf电压放大器V0IsRsRfIi+--+Vf电流电压变换放大器I0Ie29信号处理（4）——交流信号变为直流信号二极管压降问题K1K2Vm-VmsinωctVdVo方波变换低通滤波同步整流电路K1:onK2:onsinωct开关控制Vm-VmVd30信号处理（5）——数字式输出①

6、计数器式A/D转换计数器D/A比较器ui启动时钟数字输出特点：简单、便宜、速度慢、很少采用31信号处理（5）——数字式输出②双积分式A/D转换计数器-+12t1t2基准电压ui特点：速度慢、抗干扰能力强32信号处理（5）——数字式输出③逐次逼近式A/D转换首先置最高位当前位置当前位为1后续位为0若uo>ui,则清零若uo≤ui,则保持后移一位当前位重复操作对半搜索过程逐次逼近寄存器D/A转换器比较器ui时钟数字输出置数选择逻辑uo特点：速度较快33信号处理（5）——数字式输出④并行A/D转换处理速度快在完成位数较多时器件数量急剧增加价格高34现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具

7、体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。35传感器选用要点1)根据测量对象与测量环境确定传感器的类型2)灵敏度的选择3)频率响应特性4)线性范围5)稳定性6)精度36测量系统实例介绍具有丰富科学内容的THz频段开发电涡流位移传感器在空预器间隙控制系统中的应用板形检测技术研究红外测温在铸坯表面温度检测中的应用绝缘子污秽度检测方法37103106109101210151018102