第十三章智能传感器与检测技术的发展详解
智能传感技术介绍课件(2024)
05
智能传感技术发展趋势与挑战
2024/1/29
20
技术创新方向预测
微型化与集成化
随着微电子技术的发展，智能传 感器将趋向微型化、集成化，实 现更高精度的测量与更广泛的应
用。
2024/1/29
智能化与网络化
借助人工智能、大数据等技术，智 能传感器将具备自学习、自决策能 力，同时通过网络实现互联互通， 构建智能传感网络。
2024/1/29
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数据分析和结论总结
2024/1/29
• 根据实验数据，评估传感器的性能指标和优缺点 。
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数据分析和结论总结
结论总结
分析实验结果与预期目标的 差异，探讨可能的原因和改 进措施。
2024/1/29
总结实验过程中遇到的问题 和解决方法，提出改进意见 和建议。
根据实验结果和数据分析， 得出关于智能传感器设计和 制作的结论和启示。
2024/1/29
嵌入式系统与微处理器在智能传感技术中的应用
实现传感器的智能化、网络化、集成化等功能，提高传感器的测量速度、精度和可靠性。同时，嵌入式系统 和微处理器还可以实现传感器的自诊断、自校准等功能，提高传感器的维护性和使用寿命。
14
04
典型应用场景分析
2024/1/29
15
工业自动化领域应用
2024/1/29
传感器通过敏感元件感受被测量，然后通过转换元件将敏感元件感受到的被测量转换成电信号或其他形 式的信号输出。
8
传感器类型与特点
根据传感器的工作原理，传感器可分为电阻式、电容式、电感式 、压电式、热电式、光电式等多种类型。
电阻式传感器利用电阻应变效应原理，将被测量转换成电阻值的 变化；电容式传感器则是将被测量的变化转换成电容量的变化。
第十三章智能传感器与检测技术的发展详解
（2）传感器网络的应用
①军事侦察：采集尽可能多的有关敌方部队的移动、布防 和其他相关信息； ②危险品监测：监测化学物品、生物物品、放射性物品、 核物品和爆炸性物品等； ③环境监测：检测平原、森林和海洋的环境变化情况； ④交通监控监控：高速公路的交通状况和城市交通的拥堵 情况； ⑤公共安全：提供购物中心、停车场和其他公共设施的安 全监测； ⑥车位管理：实现停车场车位检测和管理。
全国高等职业教育规划教材 省级精品课程配套教材
传感器与检测技术
董春利 主编 潘洪坤 执笔
大连职业技术学院电气电子工程系
2008年3月
第十三章 智能传感器与检测技术的发展
13.1 智能传感器 13.2 检测技术的新技术发展
第一节 智能传感器
一、智能传感器概述
国际电气电子工程师学会（IEEE）的定义：
1．智能传感器的功能
从功能上，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。
P3
嵌入式微处 理器及软件
转换 定位器
P4 T L
输入 输出 输入 输出
阀前压力 阀后压力
P1
P2
2．智能调节阀系统的智能 （1）控制智能 （2）通信智能 （3）诊断智能 （4）保护智能
传感器技术的应用及其发展详解
传感器技术的应用及其发展摘要：传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节，而测试技术与自动控制水平高低，是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。
本文列举了传感器技术在当前一些重要领域里的应用，并讲述了其发展趋势。
关键词：传感器技术应用现状发展趋势一、引言传感器技术是当今世界令人瞩目，迅速发展的高新技术之一，也是当代科学发展的一个重要标志，与通许技术、计算机技术共同构成21世纪信息产业的三大支柱。
如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。
因此各发达国家都将传感器技术作为本世纪重点技术加以发展。
随着国内工业自动化、信息化和国防现代化的发展，传感器的年需求量持续增长。
传感器的应用也越来越广泛、已渗透到各个专业领域。
但是目前国内传感器技术的创新和新产品开发能力落后于国内外先进水平，制约了我国工业自动化和信息化技术的发展。
二、传感器介绍传感器一般由敏感元件、传感元件和其他辅助件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。
传感器通常可以按照一系列方法进行分类。
根据输入物理量的分类，传感器常以别测物理量命名，如位移传感器，速度传感器、温度传感器、压力传感器等；根据工作原理分类，传感器常可以依据工作原理进行命名，如应变式、电容式、电感式、热电式、光电传感器等；按输出信号分类，可分为模拟传感器和数字式传感器。
输出量为模拟量则称为模拟式，输出量为数字式则称为数字式传感器等等。
三、主要传感器技术分类传感器技术是当前代表国家综合科研水平的重要技术，传感器技术的具体应用是传感器技术转化的重要途径和方法。
加强对传感器技术应用的研究也是了解传感器技术发展现状并对其未来发展进行预测的基础和前提。
3．1 光电传感器技术光电传感器技术又称为光传感器技术，是将光信号转化为电信号的一种传感器技术。
光电传感器技术可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度辐射测温、气体成分分析等，也可用来检测能转换成光电量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度、以及物体形状、工作状态等，光电传感技术具有非接触、响应快、性能可靠等特点，目前主要应用于工业自动化装置和机器人技术中。
传感器技术的发展和趋势综述
4、无线通信：为了更好地实现远程监控和管理，无线通信技术将被广泛应 用于传感器领域。无线传感器将能够更方便地进行数据传输和控制，提高设备的 可维护性和可扩展性。
5、多功能化：未来的传感器将不再仅限于单一的感知功能，还将具备测量、 控制、执行等多功能一体化的能力。这将大大提高设备的实用性和灵活性。
6、互联网化：随着物联网技术的发展，传感器也将越来越多地连接到互联 网。通过互联网，传感器能够实现大规模的数据采集和远程监控，为大数据分析 和预测提供基础数据。
7、安全性：随着传感器在各个领域的广泛应用，传感器的安全性问题也日 益突出。未来的传感器将更加注重安全性设计，包括数据加密、访问控制、防篡 改等功能。
传感器技术的发展和趋势综述
目录
01 一、传感器技术的演 进
03 三、结语
02
二、传感器技术的发 展趋势
04 参考内容
传感器，这个看似平凡却无比重要的工具，已经在我们生活的各个领域中扮 演着举足轻重的角色。无论是医疗、工业、交通、农业，还是我们日常生活中的 手机、电视、空调等电子产品，都离不开传感器的身影。本次演示将带大家领略 传感器技术的发展历程和未来趋势。
谢谢观看
一、传感器技术应用综述
1、工业领域
传感器技术在工业领域中的应用主要包括过程控制、故障检测、产品质量控 制等方面。通过传感器的实时监测，能够有效地提高生产效率，降低能源消耗， 保证产品质量。例如，在石油化工行业中，传感器能够监测生产线上的压力、温 度、流量等参数，确保生产过程的稳定性和安全性。
2、医疗领域
8、可再生能源供电：为了降低对传统能源的依赖，未来的传感器将更多地 采用可再生能源供电，如太阳能、风能等。这将有助于实现绿色环保和可持续发 展。
智能传感器的应用及其发展
1.《传感器与智能检测技术》0绪论教学教案
复习本节课所讲知识点
『教学后记』
『授课内容』
一、传感器与智能检测技术的发展
1.传感器的发展
2.智能检测技术的发展
二、传感器与智能检测技术基础
1.传感器的定义与作用
2.传感器的组成
3.智能检测技术基础
三、课程性质及主要任务
【课堂提问】
人类社会的每一次技术革命都促进了检测技术的发展，大家知道四次工业革命都是什么，每次工业革命的标志是什么？
教学重点
1.掌握传感器的定义与作用。
2.熟悉传感器的组成及分类。
教学难点
传感器的分类。
参考教材
《传感器与智能检测技术》秦洪浪 郭俊杰主编 机械工业出版社ISBN978-7-111-65262-5
教
学
内
容
『新课导入』
美国宇航局在研发宇宙飞船过程中发现宇宙飞船上需要用大量的传感器不断向地面发送温度、位置、速度和姿态等数据信息，用一台大型计算机很难同时处理如此庞杂的数据，于是需要把CPU分散化，从而提出智能化传感器和智能检测技术。
【课堂讨论】
在我们日常生活中有哪些产品用到了智能传感器？
【引入案例】
传感器的历史可以追溯到远古时代，公元前1000年左右，中国的指南针、记里鼓车已开始使用。埃及王朝时代开始使用的天平，一直延用到现在。
【多媒体演示】
多媒体课件见教材配套教学PPT
『课堂小结』
传感器与智能检测技术是一门涉及多种学科的综合技术，是当今世界正在发展中的高新技术。
《传感器与智能检测技术》课程教案来自授课章节绪论0.1传感器与智能检测技术的发展
0.2传感器与智能检测技术基础
0.3课程性质及主要任务
建议课时
智能传感器与传感系统的发展及应用
智能传感器与传感系统的发展及应用
智能传感器与传感系统是当今社会发展的重要组成部分，是先进的技
术技术，能够检测、采集及传输信息的设备，在众多的应用中表现出了极
大的用处，被众多的行业广泛的使用。
随着信息技术的发展，智能传感器
与传感系统已经成为最具创新性的技术，可以提供准确的数据，以改善和
完善现有的系统，满足各种不同行业的命令。
智能传感器与传感器系统的技术革新，可以把现有的传感器性能提升
到新的高度，使产品更先进，效率更高。
智能传感器使用灵活多样的接口，可以快速收集多种多样的原始信号，可以提供准确、可靠的信号数据，使
传感器性能更高，速度更快，量测更准，可以在各种环境下工作。
智能传感器和传感系统的硬件和软件配置得恰到好处，可以在许多不
同系统中应用，可以实现自动检测、识别和跟踪，并能够根据变化，对新
环境采取必要的行动。
它可以检测物体的位置、运动状态、动作、温度、
亮度等各种属性，可以跟踪物体可能发生的变化，并实施及时的响应。
陈杰 传感器与检测技术课后答案
第一章习题答案1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？解：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为和之有确定对应关系的、便于使用的某种物理量的测量装置，能完成检测任务；传感器由敏感元件，转换元件，转换电路组成。
敏感元件是直接感受被测量，并输出和被测量成确定关系的物理量；转换元件把敏感元件的输出作为它的输入，转换成电路参量；上述电路参数接入基本转换电路，便可转换成电量输出。
2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？解：（1）开发新的敏感、传感材料：在发现力、热、光、磁、气体等物理量都会使半导体硅材料的性能改变，从而制成力敏、热敏、光敏、磁敏和气敏等敏感元件后，寻找发现具有新原理、新效应的敏感元件和传感元件。
（2）开发研制新型传感器及组成新型测试系统①MEMS技术要求研制微型传感器。
如用于微型侦察机的CCD传感器、用于管道爬壁机器人的力敏、视觉传感器。
②研制仿生传感器③研制海洋探测用传感器④研制成分分析用传感器⑤研制微弱信号检测传感器（3）研究新一代的智能化传感器及测试系统：如电子血压计，智能水、电、煤气、热量表。
它们的特点是传感器和微型计算机有机结合，构成智能传感器。
系统功能最大程度地用软件实现。
（4）传感器发展集成化：固体功能材料的进一步开发和集成技术的不断发展，为传感器集成化开辟了广阔的前景。
（5）多功能和多参数传感器的研究：如同时检测压力、温度和液位的传感器已逐步走向市场。
3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。
1）传感器的线性度是指传感器的输出和输入之间数量关系的线性程度；2）传感器的灵敏度S是指传感器的输出量增量Δy和引起输出量增量Δy的输入量增量Δx的比值；3）传感器的迟滞是指传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间其输出-输入特性曲线不重合的现象；4）传感器的重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。
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3．汽车制动性能检测仪
第二节 检测技术的新技术发展
一、检测技术的发展趋势
发展变化包括； ①组传感器的复合检测技术 ②微机械量检测技术 ③智能传感器技术和智能仪表 ④计算机多媒体化的虚拟仪表 ⑤传感器、变送器和调节器的网络化。
1．检测领域新技术及其相互关系
1）软测量 2）在测量缺乏明确模型、内部作用机理非常复杂 3）虚拟仪器 4）新材料、新传感器件
典型的数字信号处理硬件：
（1）微控制器MCU （2）数字信号处理器DSP （3）专用集成电路ASIC （4）场编程逻辑门阵列FPGA （5）微型计算机
2．计算型智能传感器基本结构
计算型智能传感器基本结构图
三、生物传感器
1．生物传感器的定义与发展
第一代生物传感器为血糖测试用酵素电极。 第二代的生物传感器定义为使用抗体或受体蛋白当分子识 别组件，换能器的选用则朝向更为多样化，诸如场效半导 体(FET)，光纤(FOS)，压晶体管(PZ)，表面声波器(SAW) 等。 第三代的生物传感器定位在更具携带式，自动化，与实时 测定功能。
2．基于新技术的检测仪器的特点
1）新型传感元件的研制 2）新的测量方法和它在微处理器硬件和软件平台 上的实现 3）新型自动测量单元，是系统往往采用多传感器 技术
二、检测新技术简介 1．软测量技术
（1）软测量的概念 软测量是指利用一些容易测得的过程参数或物理 参数，借助于测量模型，由程序或神经元网络计 算出难以直接测量的过程参数。
3．生物传感器的主要应用 （1）发酵工业 （2）食品工业 （3）医学领域 （4）环境监测
4．生物传感器的未来发展 （1）功能全微型化 （2）智能化 （3）生物传感器发展的条件
四、其他类型智能传感器
1．特殊材料型智能传感器 2．几何结构型智能传感器
五、智能传感器实例
1．智能压力传感器
2．气象参数测试仪
二、计算型智能传感器 1．计算型智能传感器构成方式
1）非集成化方式：非集成化传感器是把基本传感器、信号 处理电路和带数字总线接口的微处理器相隔一定距离组合 在一起，构成智能传感器系统。 此类智能传感器系统实现方式方便快捷，熟悉自动化仪表 与嵌入式系统设计的人都能入手。 2）集成化方式：集成化方式是采用微型计算机技术和大规 模集成电路工艺，把传感元件、信号处理电路、微处理器 集成在一个硅材料芯片上制成独立的智能传感器功能块。 作为商品已有多种集成化智能传感器，如单片智能压力传 感器和智能温度传感器等。 3）混合集成方式：混合集成方式是将智能传感器的传感元 件、信号处理电路、微处理器等各个部分以不同的组合方 式分别集成在几个芯片上。然后封装在同一个外壳里。
除产生一个被测量或被控量的正确表示之外 还同时具有简化换能器的综合信息 用于网络环境的功能的传感器
1．智能传感器的功能
先看一个智能传感器的例子（工作原理）
红外传感器将被检测目标的温度转为电信号，A／D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。
（2）软测量中传感器的模型
传感器模型可分为动态模型和静态模型 动态模型要用一组微分方程表达 ； 静态模型是系统输入输出在稳态时的关系
（3）软测量的应用举例
对于气固两相流中的固体粒子的质量流量，很难 用—个传感器直接测得，这时可以利用管道上的 压力传感器、温度传感器、测量内部摩擦噪声的 声音传感器，以及管道上其他的受该两相流体的 湿度、密度、粒子分布影响的接触或非接触式传 感器的输出，将这些传感器信号进行适当的处理 （如滤波预处理），送入通过实验回归得到的测 量公式，或送入通过训练得到的含有神经元网络 的运算单元，从而估算管道中实时的质量流量。
2．生物传感器的分类
（1）生物亲和性传感器 当固定生物组件与待测定之分析物发生亲和性结合时，造 成生物分子形状改变与/或引起诸如荷电、厚度、质量、 热量或光学等物理量的变化。 此种经由分子辨认─结合类型的生物传感器有免疫传感器、 化学受体传感器等，其分析可为荷尔蒙、蛋白质、醣类、 抗原或抗体，而相对应的受体可为荷尔蒙受体、染剂、外 源凝集素(lectins)、抗体或抗原等。 （2）生物催化型感应器 此类传感器之信号侦测并不在于分子辨认─结合的阶段， 而且当固定划分子与待测物反应后，产生生化代谢物质， 再经特定电极侦测特定代谢物后以电子讯号表现出来。 最为人所熟悉的为属第一代生物传感器的理想智能传感器的层次结构应是三层：
①底层，分布并行传感过程，实现被测信号的收集。 ②中间层，将收集到的信号融合或集成，实现信息处理。 ③顶层，中央集中抽象过程，实现融合或集成后的信息的知 识处理。
3．智能传感器的实现
有3条不同的途径： ①利用计算机合成方式，称作计算型智能。 ②利用特殊功能的材料，称作智能材料型。 ③利用功能化几何结构，称作智能结构型。
全国高等职业教育规划教材 省级精品课程配套教材
传感器与检测技术
董春利 主编 潘洪坤 执笔
大连职业技术学院电气电子工程系
2008年3月
第十三章 智能传感器与检测技术的发展
13.1 智能传感器 13.2 检测技术的新技术发展
第一节 智能传感器
一、智能传感器概述
国际电气电子工程师学会（IEEE）的定义：
1．智能传感器的功能
从功能上，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。