《信息转换与传输》PPT课件

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1、第一节信息转换一、信息探测工程与智能传感器1、人类认识事物的信息过程★人们认识和实践的过程，基本上就是信息获取、传递、处理、产生新信息，并以新的信息来控制对象的过程，即基本上是一个信息流通过程（又称信息过程）。★人类认识世界和改造世界的一切活动中，无不牵涉到信息的交换和利用。信息是人类认识世界的出发点（事物是以什么方式在运动？其运动状态如何？），信息又是人类改造世界的归宿（希望事物以什么方式运动？希望它处于怎样的运动状态？）★正如Wiener所说：“信息这个名称的内容，就是我们对外界进行调节，并使我们的调节为外界所了解时，而与外界交换来的东西。”2、人类感

2、官获取信息的局限性★人类通过感觉器官直接获取信息的实验表明,大脑的吸收率分别为：视觉—83%；听觉—11%；嗅觉—3.5%；触觉—1.5%；味觉—1%。★人类感官获取信息的局限性源于人的感官和大脑具有过滤信息的本能。（1）感官机能视觉器官只接收0.38～0.78μm的光信号，听觉器官只接收20～20kHz声信号。（2）智力（或知识）结构同一信源发出的信息，所产生的效果因人而异。与人的智力、知识结构、职业、爱好、年龄等因素相关。（3）理性作用人的一生，每时每刻都在接受信息。然而，接受信息的方式因人而异，一种是非自觉的，只单凭自身实践；而另一种则是主动积极地思

3、维。例如，一个懒汉与一个立志成才的人的差异。3、传感系统的一般模型★传感技术（现代被称为信息探测工程学）——是研究物质的物理效应、化学效应以及生物效应，作为信息探测的实际应用的一门科学。★传感技术的多样性信息的形式丰富多彩，要求有多种多样的感测手段★传感器应具有敏感性和选择性敏感性是从信息化出发，探测微弱有用信息的要求；选择性是从智能化出发，能从大量的噪声背景中提取有用信息。(a)简单感测系统模型(b)复杂传感系统模型★传感系统的一般模型（1）简单感测系统如温度计、风向标（2）复杂传感系统如雷达系统、声纳系统、遥感系统等。为了识别信息4、传感技术的发展★新

4、型固体功能材料与功能元件的发展是新型传感器研发的物质基础；微电子技术为传感器的智能化提供了技术基础。★传感技术发展的两个方向：扩展感测信息的谱域和提高识别信息的智能（1）扩展谱域（a）视觉与光传感器常见的声传感器是鼓膜式微声器，例如电容式拾音器；最近代的是光纤声压传感器，它利用光纤中传输光的特性（例如位相）变化来获得传感功能。可测频率范围——人耳只能感知20～20kHz声信号。现代超声检测远远超过这一范围。例如，检测固体材料断裂时发出的声波的声发射检测技术(AE)及研究生物（如鱼类、鸟类）语言的声检测装置等，可测频率达数兆赫兹。性能人眼光传感器响应谱域0.

5、38～0.78μm10-7μm～0.1m响应速度0.1s10-9s对物体大小的分辨力0.1～0.2mm可放大30万倍，例如激光测长仪的分辨力可达10-7mm远视距离数千米可探知宇宙空间人眼对颜色的识别能力，对图像的立体感觉能力，还远远超过现有的所有光传感器（b）听觉与声压传感器听阈压力——在1000Hz条件下，人耳的听阈压力为2×10-5Pa，而高灵敏微音技术可拾取微弱的声音信息。（c）触觉与与温度、压力传感器测温范围极大——现今，温度传感器的测温范围从接近绝对零度到核融等离子体温度（约一千万摄氏度）。“电子鼻”是利用半导体材料（SnO，ZnO，Fe2O3

6、等）的化学效应特性（当吸收了可燃性气体，如氢、烷、醚、醇、苯、沼气等，会发生还原反应），来辨别气体。此外，味觉传感器用于辨别酸、甜、苦、辣，例如，甜度仪。（d）嗅觉传感器基于微电子技术研发具有校正、变换、统计处理、反馈等多种功能的、具有思维、辨别能力的智能传感器。感温灵敏度极高——如测量极低温的约塞夫逊效应型热噪声温度计及核四重共振吸收量子效应型温度计，在-2630C～1800C，分辨力可达到0.0010C。（2）智能化在信息仿生学方面，传感技术向着信息化、智能化、综合化方向发展，开发人工信息系统、仿生系统与微机结合，开发集信息转换、运算及记忆和传输功能于

7、一块硅片上的多功能智能传感器。此外，从工程应用的角度考察，还应注意传感技术的下列发展动向：（a）动态测量如火箭发射、地质勘探、振动与噪声分析等瞬太变化物理量的测量。（c）特殊环境下测量例如光纤传感器具有不受电磁干扰、以及绝缘、耐水性等优良特性；核辐射传感器不易受到油污、水汽、高温等的影响；激光的高方向性、单色性测量距离、速度、加速度等不易受到环境噪声的干扰。（d）微观分析扫描电镜、X射线衍射仪等打开了人类对微观世界的探测。（b）远距离、非接触测量如自动轧钢过程中检测钢板厚度的非接触式γ射线测厚仪，以及飞机上安装的声发射传感器，在驾驶室内可监视飞机构件的工作

8、状况等。二、工程中的新型传感器“新”体现的是20世纪70年代以来，