传感检测系统及其应用
常用传感器及其应用
传感器
• 传感器是指测试器系统的检测部分直接与被测对 象发生关系，直接感受被测参数的变化，并把被 测参数转为易于运输、处理、测量的信号，完成 这一任务的装置称为传感器。 • 我们的五官（眼，耳，皮肤，鼻，舌）就是传感 器。五官通过五种感觉（视觉，听觉，触觉，嗅 觉，味觉）接受来自外界的信号，并将这些信号 传递给大脑，大脑对这些信号进行分析处理，然 后将指令传给肌体，这是我们常见的一种传感器。
Rt R 0(1 t )
4.28 10 / C
3
式中Rt和R0分别为T度和0度的铜电阻值。铜电 阻有两种分度号Cu50和Cu100。
2、热电偶 热电偶是工程上应用最广泛的一种温度传感器， 它构造简单，使用方便，温度测量范围宽（40~1700℃。 两种不同的导体或半导体组成一个闭合回路， 当两接触点温度不同时就会产生电动势E。
热敏电阻
热敏电阻计算公式
• 虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃ 甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用 这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下：
• Rt =R*EXP(B*(1/T1-1/T2)
热敏电阻测温电路
建立热敏电阻温度表
t0 t1 t2
.
480us 60-240us
t3 t4
.
.
总线t0时刻发送一复位脉冲（最短为480us的低 电平信号），接着在t1时刻释放总线并进入接 收状态，DS18B20在总线的上升沿之后等待1560us，然后在t2时刻发出存在脉冲（低电平持 续60-240us），单片机接收到低电平脉冲说明 复位成功，否则需重新进行复位操作。
t3
.
.
传感器技术应用与应用
七、传感器的基本特性
传感器的基本特性一般是指传感器的输出与输入之 间的关系，有静态和动态之分。通常是以建立数学 模型来体现的，为了简化传感器的静、动态特性， 可以分开来研究。
1．传感器的静态特性
静态特性是指在静态信号作用下，传感器输出与 输入量间的一种函数关系，其静态特性可表示为
y=a0+a1x+a2x2+…+anxn
% | y max | 100%
L
y max
（1-4）
图1-2 传感器的线性度误差
图1-3 传感器的重复性
（3）重复性 重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程 连续多次变动时所得到的特性曲线的不一致程度， 如图1-3所示，用公式表 示为
x%
mmax ymax
（1-5）
式中，⊿mmax取⊿ m1、 ⊿ m2中最大的计算，ymax为满 量程输出值。
可靠性程度，引入精确度这个等级概念，用A表示，
它表示允许的最大绝对误差与满度量程的比值的百
分数，即
A A 100%
ymax
（1-8）
式中 A——传感器精确度； ⊿ A——测量范围内允许的最大绝对误差； ymax ——满度量程输出值。
常用的档次为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、5.0。例如，0.5级的仪表表 示其允许的最大使用误差为0.5%。
三、传感器的发展趋势
1．新材料的开发、应用
如：半导体材料 、功能陶瓷材料 、功能金属、功能 有机聚合物、非晶态材料、固体材料及薄膜材料等， 都可进一步提高传感器的产品质量，降低生产成本。
2．新工艺、新技术的应用 将半导体的精密细微加工技术应用在传感器的制造中， 可极大提高传感器的性能指标，并为传感器的集成化、 超小型化提供技术支撑。借助半导体的蒸镀技术、扩 散技术、光刻技术、静电封闭技术、全固态封接技术， 也可取得类似的功效。
光纤传感检测技术
光纤材料相对脆弱，容易损坏或断裂，对 传感器的长期稳定性和可靠性构成挑战。
发展展望
集成化和微型化
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
广泛应用
随着微纳加工技术的发展，光纤传感 器有望实现更高程度的集成化和微型 化，从而提高其测量精度和便携性。
光纤传感检测技术在石油、化工、电 力、交通等多个领域具有广泛的应用 前景，未来有望在更多领域得到应用。
光纤传感检测技术
contents
目录
• 光纤传感检测技术概述 • 光纤传感检测技术的基本原理 • 光纤传感器的分类与特性 • 光纤传感检测技术的应用实例 • 光纤传感检测技术的挑战与展望
01
光纤传感检测技术概述
定义与特点
定义
光纤传感检测技术是一种利用光 纤作为传感器进行信息检测的技 术。
特点
高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀 、可在恶劣环境下工作、易于组 网等。
光纤压力传感器
总结词
高灵敏度、抗干扰能力强、长期稳定 性
详细描述
光纤压力传感器利用光纤传递信号， 通过感知压力对光纤的影响来测量压 力，具有高灵敏度、抗干扰能力强和 长期稳定性等优点，适用于高压、高 温和腐蚀性环境。
光纤液位传感器
总结词
非接触式测量、高精度、安全可靠
详细描述
光纤液位传感器利用光在液体中的折射率变化感知液位，具有非接触式测量、高精度和安全可靠等优点，适用于 石油、化工等领域的液位测量。
多功能化和智能化
开发具有多种感知功能和智能化处理 能力的光纤传感器是未来的重要发展 方向。
未来研究方向
新材料和新技术的研究
探索新型的光纤材料和传感技术，以提高传感器的性能和功能。
交叉敏感问题的解决
研究解决光纤传感器交叉敏感问题的方法和技术，提高其测量精度 和可靠性。
传感器在检测技术中的应用及发展的研究
传感器在检测技术中的应用及发展的研究一：传感器在检测技术中的作用及地位检测（Detection）是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。
能够自动的完成整个检测处理过程的技术称为自动检测与转换技术。
检测技术是现代化领域中很有发展前途的技术，他在国民经济中起着极其重要的作用。
近几十年来，自动控制理论和计算机技术迅速发展，并已应用到生产和生活的各个领域。
但是，由于作为“感觉器官”的传感器技术没有与计算机技术协调发展，出现了信息处理功能发达、检测功能不足的局面。
目前许多国家已投入大量人力、物力，发展各类新型传感器，检测技术在国民经济中的地位也日益提高。
传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态，为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。
随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。
传感器技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，也是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一，其水平高低在很大程度上影响和决定着系统的功能；其水平越高，系统的自动化程度就越高。
在一套完整的机电一体化系统中，如果不能利用传感检测技术对被控对象的各项参数进行及时准确地检测出并转换成易于传送和处理的信号，我们所需要的用于系统控制的信息就无法获得，进而使整个系统就无法正常有效的工作。
传感器（Sensor）是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。
对于传感器来说，按照输入的状态，输入可以分成静态量和动态量。
我们可以根据在各个值的稳定状态下，输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。
传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。
光电检测技术与应用光纤传感技术与系统PPT课件
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探针型光纤传感器：
是非功能型光纤传感器，不需要外加敏感元件。光纤把测量对象辐射 或反射、散射的光信号传播到光电元件。
使用单模光纤或多模光纤。典型的例子有光纤激光多普勒速度传感器 和光纤辐射温度传感器等。
测 量
光纤
对
象
敏感元件
光源
测
量
对
光电元件 象
-
光纤
光电元件
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3.2 光纤传感检测系统的器件
果光脉冲变得太宽以致发生重叠或完全吻合，施加在光束上的信息就会丧 失。
光纤中产生的脉冲展宽现象称为色散。
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2.2 光纤中光的传输及性质
光纤的色散分为三种：
★ 材料色散： 因光纤的折射率随波长变化产生的。
★ 结构色散： 由光纤的几何结构决定的色散，它是模式本身的色散。
★ 模式色散： 多模式传输下，因模式不同引起的色散。
应用广泛，发光原理与发光二极管相似，输出光由非相干光变为了相干 光。 (5) 光纤激光器：
与光纤耦合好，与光纤器件兼容，能进行全光纤测试。
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3.2 光纤传感检测系统的器件
光探测器 包括光敏二极管、光敏三极管、光电倍增管、光电池等。光探测
器在光纤传感器中有着十分重要的地位，它的灵敏度、带宽等参数将直 接影响传感器的总体性能。
多模梯度光纤
50～100 125～150 0.1～0.2
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3 光纤传感原理
一、光纤传感技术的分类 （1）功能型（传感型光纤传感器）
光纤既感知信息，又传输信息。 主要使用单模光纤，改变光纤的几何尺寸和材料性质可以改善 灵敏度。
测
光纤
量
对
传感器原理及应用ppt课件
图1-3 传感器的重复性
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（3）重复性 重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量
程连续多次变动时所得到的特性曲线的不一致程 度，如图1-3所示，用公 式表示为
x
mmax ymax
100%
（1-5）
式中，⊿mmax取⊿ m1、 ⊿ m2中最大的计算，ymax为满 量程输出值。
传感器输出特性的不重复性主要是由传感器的机械
定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由
对被测量敏感的元件和转换元件组成，其中敏感元件
是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，如应
变式压力传感器中的弹性膜片，就是敏感元件；转换
元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测
量转换成适于传输或测量的电信号（电压、电流）部
分，如电阻应变片就是转换元件。
要，传感器必须向小型化、微型化方向发展，以便减小体积 和质量。
4. 向多功能化方向发展 传感器多功能化也是传感器今后发展的一个重要方向，
在一块集成传感器上综合多个传感器的功能，可以同时测量 多个被测量，它可以借助于敏感元件中的不同物理结构或化 学物质及其不同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时 实现多种传感器的功能。
组成网络直接通信，实现数据的实施发布、共享，以 及网络控制器对节点的控制操作。另外，通过 Internet网，传感器与用户之间可异地交换信息，厂 商能直接与异地用户交流，能及时完成传感器故障诊 断，指导用户维修或交换新仪器改进的数据，软件升 级等工作。另外，在微机电技术、自组织网络技术、 低功耗射频通信技术及低功耗微型计算机技术的共同 促进下，传感器朝微型化和网络化的方向迅速发展， 产生了无线传感器网络。
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传感器原理及用用
一、传感器的作用随着现代测量、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视。
特别是近年来，由于科学技术、经济发展及生态平衡的需要，传感器在各个领域中的作用也日益显著。
在工业生产自动化、能源、交通、灾害预测、安全防卫、环境保护、医疗卫生等方面所开发的各种传感器，不仅能代替人的五官功能，并且在检测人的五官所不能感受的参数方面创造了十分有利的条件。
工业生产中，它起到了工业耳目的作用。
例如，冶金工业中连续铸造生产过程中的钢包液位检测，高炉铁水硫磷含量分析等方面就需要多种多样的传感器为操作人员提供可靠的数据。
此外，用于工厂自动化柔性制造系统（FMS）中的机械手或机器人可实现高精度在线实时测量，从而保证了产品的产量和质量。
在微型计算机广为普及的今天，如果没有各种类型的传感器提供可靠、准确的信息，计算机控制就难以实现。
因此，近几年来传感器技术的应用研究在许多工业发达的国家中已经得到普遍重视。
二、传感器及传感技术传感器（transducer 或sensor）是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。
过去人们习惯地把传感器仅作为测量工程的一部分加以研究，但是自６０年代以来，随着材料科学的发展和固体物理效应的不断发现，目前传感器技术已形成了一个新型科学技术领域，建立了一个完整的独立科学体系———传感器工程学。
传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，它是检测（传感）原理、材料科学、工艺加工等三个要素的最佳结合。
检测（传感）原理指传感器工作时所依据的物理效应、化学反应和生物反应等机理，各种功能材料则是传感技术发展的物质基础，从某种意义上讲，传感器也就是能感知外界各种被测信号的功能材料。
传感技术的研究和开发，不仅要求原理正确，选材合适，而且要求有先进、高精度的加工装配技术。
除此之外，传感技术还包括如何更好地把传感元件用于各个领域的所谓传感器软件技术，如传感器的选择、标定以及接口技术等。
传感检测技术及其应用 01到03章
2011年5月23日
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二、传感器的工作机理和分类 1.传感器工作机理 传感器工作机理 传感器的工作机理是基于各种物理、 传感器的工作机理是基于各种物理、化学和生 物效应等，并受相应的定律和法则支配。 物效应等，并受相应的定律和法则支配。了解这些 定律和法则有助于对传感器本质的理解和对新效应 传感器的开发。 传感器的开发。 守恒定律：包括能量、动量、电荷量等守恒定律。 ＊守恒定律：包括能量、动量、电荷量等守恒定律。 场的定律：如重力场、静电场、磁场等。 ＊场的定律：如重力场、静电场、磁场等。遵守场定 律的传感器可称为“结构型传感器” 律的传感器可称为“结构型传感器” 物质定律：表示物质本身内在性质的定律。 ＊物质定律：表示物质本身内在性质的定律。遵守物 质定律的传感器称为“物性型传感器” 质定律的传感器称为“物性型传感器”
优点： 优点：通过解微分方程易于分清暂态响应和稳态 响应。 响应。通解仅与传感器本身特性及初始条件有关 特解不仅与传感器的特性有关， ；特解不仅与传感器的特性有关，而且还与输入 量有关。 量有关。 缺点：求解麻烦， 缺点：求解麻烦，尤其是通过增减环节来改善传 感器的特性时显得更不方便。 感器的特性时显得更不方便。
表示输出与输入量之间的关系曲线称为特性曲线 表示输出与输入量之间的关系曲线称为特性曲线
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2.动态数学模型 2.动态数学模型 传感器的动态数学模型是指传感器在受到时变 输入量作用时，其输出－输入之间的关系， 输入量作用时，其输出－输入之间的关系，通常称 为响应特性。 为响应特性。 有些传感器虽然有良好的静态特性，但由于传 有些传感器虽然有良好的静态特性， 感器总存在着弹性、惯性、阻尼等因素， 感器总存在着弹性、惯性、阻尼等因素，使传感器 的输出量不仅与输入量有关， 的输出量不仅与输入量有关，而且还与输入量的变 化速度等有关，所以将导致严重的动态误差， 化速度等有关，所以将导致严重的动态误差，这就 必须认真研究传感器的动态响应特性，为此建立的 必须认真研究传感器的动态响应特性， 数学模型称为动态模型。常用的动态方程有： 数学模型称为动态模ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。常用的动态方程有：微分 方程、传递函数、频率响应函数。 方程、传递函数、频率响应函数。