传感器概论——【高级电工】
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传感器概论.ppt
学习纪律： 考试要求：笔试＋实验＋平时作业 教师答疑： 联系方式：陈光柱，cgzhu@
压力传感器
光栅传感器
气体传感器
热电偶
CCD传感器 无线传感器
光纤传感器
本书需要掌握的内容
掌握传感器的共性性质 掌握主要传感器的工作原理及特性 掌握传感器的信号调理电路设计 掌握传感器的应用选择 具有初步设计传感器结构的能力
第1章 传 感 器 概 述
1.1 传感器的组成和分类 1.2 传感器的重要性 1.3 传感器技术的发展
/chgq/chap111/cgq001.htm 具体参考书： 1. 传感器与应用电路设计 ,科学出版社，2002 2. 最新传感器实用手册 ,人民邮电出版社， 2004 3. 传感器实用电路设计与制作 ,科学出版社， 2005
课程学习
实验（4学时）课地点：南湖校区机电学 院楼
显 示 装置
数据处理环节
变送器：将非标准信号转换成标准电信号的仪 器
处于信息采集系统的前端，其性能会影响整个 系统的工作状态和质量
1.3 传感器技术的发展
基础研究的促进：新现象、新材料、新加工技术 集成化、智能化、网络化
课程学习
参考资料： 检索相关主题的资料，网络资料 1. 应用：中国传感器网 2. 学习：东南大学，
图0.1 身体与机器人的对应关系
传感器的定义
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规 律转换成可用输出信号的器件或装置。
传感器的作用：把外界输入的非电信号转换成 电信号
传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等
说明
1.传感器是测量装置，能完成检测任务 2.它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也 可能是化学量、生物量等 3.输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转 换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电 量，但主要是电量。 4.输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。
压力传感器
光栅传感器
气体传感器
热电偶
CCD传感器 无线传感器
光纤传感器
本书需要掌握的内容
掌握传感器的共性性质 掌握主要传感器的工作原理及特性 掌握传感器的信号调理电路设计 掌握传感器的应用选择 具有初步设计传感器结构的能力
第1章 传 感 器 概 述
1.1 传感器的组成和分类 1.2 传感器的重要性 1.3 传感器技术的发展
/chgq/chap111/cgq001.htm 具体参考书： 1. 传感器与应用电路设计 ,科学出版社，2002 2. 最新传感器实用手册 ,人民邮电出版社， 2004 3. 传感器实用电路设计与制作 ,科学出版社， 2005
课程学习
实验（4学时）课地点：南湖校区机电学 院楼
显 示 装置
数据处理环节
变送器：将非标准信号转换成标准电信号的仪 器
处于信息采集系统的前端，其性能会影响整个 系统的工作状态和质量
1.3 传感器技术的发展
基础研究的促进：新现象、新材料、新加工技术 集成化、智能化、网络化
课程学习
参考资料： 检索相关主题的资料，网络资料 1. 应用：中国传感器网 2. 学习：东南大学，
图0.1 身体与机器人的对应关系
传感器的定义
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规 律转换成可用输出信号的器件或装置。
传感器的作用：把外界输入的非电信号转换成 电信号
传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等
说明
1.传感器是测量装置，能完成检测任务 2.它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也 可能是化学量、生物量等 3.输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转 换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电 量，但主要是电量。 4.输入输出有对应关系，且应有一定的精确度。
传感器原理介绍及应用ppt课件
西门子 Senaco AS100 声传感器
目录
1 传感器的基本概念 2 常用传感器 3 公司产品介绍 4 产品应目方案分析
项目评估 工艺流程图
沈阳某电视台网管中心空调自控工程
一、项目背景 通常现代建筑中的中央空调系统冷冻主机的负荷能 随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹 配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，不仅造 成电能的极大耗费，同时也恶化了中央空调的运行 环境和运行质量。 随着新技术、新设备在电视台的 广泛应用，数字化、网络化、智能化有效的提高了 电视信号的播出水平。沈阳某电视台网管中心集中 着电视的大部分关键设备，使用空调自控系统对设 备的安全起到保障作用。因此，这对电视台网管中 心的空调系统自动控制改造提出了更高要求。沈阳 新华控制系统有限公司成功中标沈阳某电视台网管 中心的空调自控系统的设计、安装与调试工程。
常用传感器—霍尔传感器
概念：霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁
场传感器。
分类：霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型
霍尔传感器两种。
结构：霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、
霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。
应用：测量电流、位移、转速、风速、流速、自
动电路。
常用传感器—温度传感器
概念：是指能感受温度并转换成可用输出信号的
SITRANS FM MAG 1100 F电 磁流量传感器是 特地为食品、饮 料和制药工业而 设计的，配置各 种卫生型快速接 头。
公司产品介绍—西门子工业业务
西门子 SITRANS P ZD 系列压力测量仪表可 配置的压力变送器， 测量气体、液体和蒸 汽的表压和绝压。带 数字显示，量程比10 ︰1，数字显示与过程 连接的可选经向或轴 向两种方式。
目录
1 传感器的基本概念 2 常用传感器 3 公司产品介绍 4 产品应目方案分析
项目评估 工艺流程图
沈阳某电视台网管中心空调自控工程
一、项目背景 通常现代建筑中的中央空调系统冷冻主机的负荷能 随季节气温变化自动调节负载，而与冷冻主机相匹 配的冷冻泵、冷却泵却不能自动调节负载，不仅造 成电能的极大耗费，同时也恶化了中央空调的运行 环境和运行质量。 随着新技术、新设备在电视台的 广泛应用，数字化、网络化、智能化有效的提高了 电视信号的播出水平。沈阳某电视台网管中心集中 着电视的大部分关键设备，使用空调自控系统对设 备的安全起到保障作用。因此，这对电视台网管中 心的空调系统自动控制改造提出了更高要求。沈阳 新华控制系统有限公司成功中标沈阳某电视台网管 中心的空调自控系统的设计、安装与调试工程。
常用传感器—霍尔传感器
概念：霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁
场传感器。
分类：霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型
霍尔传感器两种。
结构：霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、
霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成。
应用：测量电流、位移、转速、风速、流速、自
动电路。
常用传感器—温度传感器
概念：是指能感受温度并转换成可用输出信号的
SITRANS FM MAG 1100 F电 磁流量传感器是 特地为食品、饮 料和制药工业而 设计的，配置各 种卫生型快速接 头。
公司产品介绍—西门子工业业务
西门子 SITRANS P ZD 系列压力测量仪表可 配置的压力变送器， 测量气体、液体和蒸 汽的表压和绝压。带 数字显示，量程比10 ︰1，数字显示与过程 连接的可选经向或轴 向两种方式。
传感器ppt课件
汽车电子
总结词
传感器在汽车电子中发挥重要作用，提高车 辆安全性能和驾驶体验。
详细描述
现代汽车中，传感器被广泛应用于发动机控 制、底盘控制、车身控制等系统中。通过使 用传感器，车辆可以实现燃油喷射、点火时 刻控制、刹车防抱死等复杂的功能。同时， 传感器还为驾驶者提供诸如车速、转速、水 温等实时信息，帮助驾驶者更好地掌握车辆
将传感器输出的信号通过数据采集系统进行 采集，并将其转换为计算机能够处理的数字 信号。
数据处理
采集到的数字信号需要进行数据处理，包括 数据分析和处理、数据存储和检索等，以便 得到有用的信息和结果。
04
传感器在自动化中的应用
工业自动化
要点一
总结词
传感器在工业自动化中应用广泛，提高生产效率和产品质 量。
05
传感器的发展趋势与挑战
新材料与新技术的应用
纳米材料
随着纳米材料的发展，传感器正朝着纳米级精度和灵 敏度的方向发展，提高传感器的响应速度和准确性。
新型传感器材料
新型传感器材料如碳纳米管、石墨烯等具有优异的物理 、化学性能，为传感器设计提供了更多的选择和可能性 。
智能化与微型化趋势
智能化
智能化传感器能够通过算法和数据处理技术对感知数据进行处理、分析和解释，提高传感器输出的准确性和可靠 性。
压电式传感器
总结词
高精度、响应快、适合动态测量
详细描述
压电式传感器利用压电效应原理，通过检测压电材料的电压变化来检测物理量，如压力、加速度等。 由于其具有高精度、响应快、适合动态测量等优点，因此在振动、冲击、噪声等测量领域得到广泛应 用。
磁性传感器
总结词
高灵敏度、宽测量范围、易于实现小型化和集成化
传感器技术概论PPT教案学习
第6页/共16页
2021/4/28
7
一.传感器概念与例子
3 转换元件 将敏感元件的输出转换成合适的形式。
变送器
凡能输出标准信号的传感器就称为变送器 标准信号是物理量的形式和数值范围都符 合国际标准的信号。
直流电流4—20mA、空气压力20～100kPa
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器：
传感器是第1一页/共种16页检测装置
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2
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5
一.传感器概念与例子
2 敏感元件
能够灵敏地感受被测变量并作出响应的元件。 例如
铂电阻能感受温度的升降而改变其阻值，阻值的变化就是对温度升降的响应，
传感器技术概论
会计学
1
一.传感器概念与例子
1.传感器
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是： 能感受规定的被测量并按照一定的规律转
换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元 件和转换元件组成。
感：能感受到被测量的信息
传：
并能将感受到的信息，按一定规律变
换成为电信号或其他所需形式的信息输出，
第13页/共16页
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14
四.关于本课程
如何学好本课程
1.理解＋观察＋思考+综合 2.学习做读书报告
考核
1.平时成绩（15％） 2.课程论文（15％） 3.期末考试（70％）
第14页/共16页
2021/4/28ຫໍສະໝຸດ 15四.关于本课程
参考书 《传感器原理设计与应用》刘迎春 《传感器与变送器》王家桢王俊杰
传感器技术概述 课件
3.特点： 金属应变片的灵敏度较低，但其温度稳定性好，可用于对 精度要求较高的测量。
三、压阻式传感器
1.原理：压阻效应
dR R(12)dd
d
L
LE
灵敏度：
S0
dR/
R LE
两种应变片在工作原理上的区别： 金属应变片－金属材料受力后几何变形→电阻的相对变化 半导体应变片－半导体材料受力后电阻率变化→电阻的相对变化 2.特点： 优点：灵敏度高，分辨率高，横向效应，机械滞后小。 缺点：温度稳定性差，在较大应变下，非线性误差大。
n
若系统由n个环节串联而成，其传递函数为 H(s) Hi(s) i1
相应地，系统的频率响应为
n
H() Hi()
i1
其幅频特性：
n
A() Ai()
i1
相频特性：
()
n
i()
i1
2.环节的并联
系统总输出为 H (s ) Y X ( ( s s ) ) Y 1 (s X ) ＋ (s Y ) 2 (s ) H 1 (s ) ＋ H 2 (s )
（2）独立直线是指使输入与输出曲线上各点的线性误差
Bi2最小的直线。
（2）灵敏度 ☆ S＝ y x
作用：用来描述测试系统对输入信号变化的一种反应能力。 1、对于定常线性系统，其灵敏度恒为常数。 2、实际的测试系统，灵敏度为定度曲线上该点处切线的斜率。
3、量纲：取决于输入和输出量的单位。
（3）分辨力：测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量。 通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。 数字测试系统－－输出显示系统的最后一位 模拟测试系统－－输出指示标尺最小分度值的一半
二、电阻应变式传感器
三、压阻式传感器
1.原理：压阻效应
dR R(12)dd
d
L
LE
灵敏度：
S0
dR/
R LE
两种应变片在工作原理上的区别： 金属应变片－金属材料受力后几何变形→电阻的相对变化 半导体应变片－半导体材料受力后电阻率变化→电阻的相对变化 2.特点： 优点：灵敏度高，分辨率高，横向效应，机械滞后小。 缺点：温度稳定性差，在较大应变下，非线性误差大。
n
若系统由n个环节串联而成，其传递函数为 H(s) Hi(s) i1
相应地，系统的频率响应为
n
H() Hi()
i1
其幅频特性：
n
A() Ai()
i1
相频特性：
()
n
i()
i1
2.环节的并联
系统总输出为 H (s ) Y X ( ( s s ) ) Y 1 (s X ) ＋ (s Y ) 2 (s ) H 1 (s ) ＋ H 2 (s )
（2）独立直线是指使输入与输出曲线上各点的线性误差
Bi2最小的直线。
（2）灵敏度 ☆ S＝ y x
作用：用来描述测试系统对输入信号变化的一种反应能力。 1、对于定常线性系统，其灵敏度恒为常数。 2、实际的测试系统，灵敏度为定度曲线上该点处切线的斜率。
3、量纲：取决于输入和输出量的单位。
（3）分辨力：测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量。 通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。 数字测试系统－－输出显示系统的最后一位 模拟测试系统－－输出指示标尺最小分度值的一半
二、电阻应变式传感器
传感器的基本概念课件
学习本课程所需的预备知识 电路基础、电子测量技术、电子线路。 教学提要（重难点）、课程内容、教学要求、实验指
导 传感器的概念以及传感器的基本特性是本章重点。
从传感器的作用开始，逐一介绍了传感器的概念、组 成以及分类，对传感器的基本特性作了详细阐述。
《传感器的基本概念》PPT课件
1.1 传感器的定义
x(t)
h(t)
y(t)
系统分析中的三类问题：
1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输 特性。 (系统辨识)
2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出
的输入量。 (反求)
3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(
预测)
《传感器的基本概念》PPT课件
1). 微分方程 绝大多数传感器都属模拟(连续变化)系列。描述模拟系统的一般方法是采用微分方程。
在实际的模型建立过程中，一般采用线性时不变系统理论描述传感器的动态特性，即 用高阶线性常系数微分方程表示传感器输出量y和输入量x的关系。其通式如下：
式中，y为输出量，x为输入量，ai,bi为常数。 对于复杂的系统，其微分方程的建立求解都是很困难的；但是一旦求解出微分方程的
只要知道Y(S)，X(S)，H(S)三者中任意两者，第三者便可方便地求出。这时 可见，无需 了解复杂系统的具体内容，只要给系统一个激励信号x(t)，便可 得到系统的响应y(t)，系统特性就能被确定。它们可用图(a)框图表示。
对于多环节串、并联组成的传感器，如果各个环节阻抗匹配适当，可忽略相 互间的影。则传感器的等效传递函数可按下列代数方式求得：
压力传感器的外形及内部结构
《传感器的基本概念》PPT课件
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元 件转换成电参量
导 传感器的概念以及传感器的基本特性是本章重点。
从传感器的作用开始，逐一介绍了传感器的概念、组 成以及分类，对传感器的基本特性作了详细阐述。
《传感器的基本概念》PPT课件
1.1 传感器的定义
x(t)
h(t)
y(t)
系统分析中的三类问题：
1)当输入、输出是可测量的(已知)，可以通过它们推断系统的传输 特性。 (系统辨识)
2)当系统特性已知，输出可测量，可以通过它们推断导致该输出
的输入量。 (反求)
3)如果输入和系统特性已知，则可以推断和估计系统的输出量。(
预测)
《传感器的基本概念》PPT课件
1). 微分方程 绝大多数传感器都属模拟(连续变化)系列。描述模拟系统的一般方法是采用微分方程。
在实际的模型建立过程中，一般采用线性时不变系统理论描述传感器的动态特性，即 用高阶线性常系数微分方程表示传感器输出量y和输入量x的关系。其通式如下：
式中，y为输出量，x为输入量，ai,bi为常数。 对于复杂的系统，其微分方程的建立求解都是很困难的；但是一旦求解出微分方程的
只要知道Y(S)，X(S)，H(S)三者中任意两者，第三者便可方便地求出。这时 可见，无需 了解复杂系统的具体内容，只要给系统一个激励信号x(t)，便可 得到系统的响应y(t)，系统特性就能被确定。它们可用图(a)框图表示。
对于多环节串、并联组成的传感器，如果各个环节阻抗匹配适当，可忽略相 互间的影。则传感器的等效传递函数可按下列代数方式求得：
压力传感器的外形及内部结构
《传感器的基本概念》PPT课件
被测量通过敏感元件转换后，再经传感元 件转换成电参量
高二物理选修课件第六章传感器
压电材料
具有压电效应的材料称为压电材料。常见的压电材料有 石英、酒石酸钾钠等晶体和铌镁酸铅、铌钛酸铅等人工 合成多晶材料。
压电式传感器工作原理
工作原理
压电式传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的。其核心部件是一个压电 元件，当压电元件受到外力作用时，会在其表面产生电荷，从而实现非电量到电量的转
等压力测量领域具有广泛应用。
03
位移测量
利用滑线变阻器随位移变化的特性，将位移变化转换为电阻值的变化，
再通过测量电路转换为电压或电流信号进行测量。滑线变阻器在机械位
移、角度等测量领域具有广泛应用。
03 电容式传感器
CHAPTER
电容式传感器原理及结构
电容式传感器原理
利用电容器原理，将非电量转换为电容量变化。传感器由两个平行金属极板组 成，中间为绝缘介质。当被测参数变化时，导致极板间距离或相对面积变化， 从而引起电容量变化。
无线接口
通过无线通信技术将传感器的输 出信号传输到远程设备中，实现 无线传感网络的构建和应用。常 见的无线接口有蓝牙、Wi-Fi等
。
谢谢
THANKS
电容式传感器应用实例
压力测量
利用电容式压力传感器测量气体或液体的压力。传感器极板受压变形导致电容量变化，通过测量电路转换为标准信号 输出。广泛应用于工业控制、航空航天等领域。
位移测量
利用电容式位移传感器测量物体位移或位置变化。传感器极板与被测物体之间距离变化导致电容量变化，通过测量电 路转换为位移量输出。应用于机床加工、自动化生产线等领域。
05 光电式传感器
CHAPTER
光电效应及光电器件
光电效应
是指光照射在物质上，引起电子 从束缚状态进入自由状态，从而 产生电流的物理现象。
传感器技术概论
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
第一篇 工程测试技术基础
第4章 传感器技术概论
1.掌握传感器的基本概念 2.了解常用的弹性敏感元件及其特性 3.了解传感器的应用及发展趋势
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
4.1 传感器的基本概念 1.传感器的定义及组成
定义：传感器是能够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。
物理量
电量
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
组成：敏感元件、变换元件、辅助元件等。 敏感元件：被测非电量→其他形式信号（易 于转换成电量:形变）； 变换元件：非电量→电量（电阻、电感、电 容等) 辅助元件：信号调节与转换等。
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
传感器组成实例
将管内压力或轴向力变为波 纹管的形变(拉伸或压缩)。
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
8）弹性敏感元件的组合 可获得较高的灵敏度，但固有频率低，不宜动 态测量。
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
4.3 传感器的应用及发展趋势
传感器作为信息的源头，广泛应用于各个领 域——科技进步的推动力。 目前，传感器技术的主要发展动向： 一是不断提高和改善现有传感器的性能； 二是开展基础研究，发掘新效应，重点研究传感 器的新材料和新工艺； 三是实现传感器的集成化、多功能化与智能化。
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
3.传感器常用的技术性能指标
传感器技术概论
机电学院 机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
第4章 传感器技术概论
第一篇 工程测试技术基础
第4章 传感器技术概论
1.掌握传感器的基本概念 2.了解常用的弹性敏感元件及其特性 3.了解传感器的应用及发展趋势
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
4.1 传感器的基本概念 1.传感器的定义及组成
定义：传感器是能够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。
物理量
电量
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
组成：敏感元件、变换元件、辅助元件等。 敏感元件：被测非电量→其他形式信号（易 于转换成电量:形变）； 变换元件：非电量→电量（电阻、电感、电 容等) 辅助元件：信号调节与转换等。
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
传感器组成实例
将管内压力或轴向力变为波 纹管的形变(拉伸或压缩)。
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
8）弹性敏感元件的组合 可获得较高的灵敏度，但固有频率低，不宜动 态测量。
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
4.3 传感器的应用及发展趋势
传感器作为信息的源头，广泛应用于各个领 域——科技进步的推动力。 目前，传感器技术的主要发展动向： 一是不断提高和改善现有传感器的性能； 二是开展基础研究，发掘新效应，重点研究传感 器的新材料和新工艺； 三是实现传感器的集成化、多功能化与智能化。
机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
3.传感器常用的技术性能指标
传感器技术概论
机电学院 机电学院
传感器与测试技术
第4章 传感器技术概论
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10
1、机电工程中的应用
在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作 用，是其重要组成部分。
a)机械手、机器人中的传感器 转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离
传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。
密歇根大学的机械手装配模型
广州中鸣数码的机器狗 11
b) AGV自动送货车
简单的测量系统组成
被测 被测对象 信号
传感器
U、I
信号调节器 U、I 记录.显示.分析处理
R、L、C
伺服驱动机构
1.3 自动检测技术概述
• 自动检测技术是研究自动检测系统中的信息提 取、信息转换及信息处理的理论和技术，其核 心是“测量＋信号检出”，是检测方法、检测 结构、检测信号处理的综合性技术。
1.1 检测的目的和意义
• 检测是指在各类生产、科研、试验及服务等各个 领域为及时获得被测、被控对象的有关信息而实 时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测 量的技术措施。
1.1 检测的目的和意义 例1 人与机器的机能对应关系
感官
人脑
肢体
外
界
对
象
传感器
微机
执行器
例2：开发区海湾公司生产的感温、 感烟火灾报警器
➢ 非电量：除电量以外的一切物理量，如高度、 速度、重量、压力、温度等。
• 非电量电测技术
自从人类发现了电能并加以利用以后，伴随着 出现了各种电量的测量仪表。随着电子技术的发展 ，使对电量的测量技术相应得到提高。电量的测量 特点是机械量测量所不能比拟的，基于电量测量的 优点，人们根据一些物理原理及效应，把一些非电 量转化成电量，然后用电测仪表对其进行测量和标 定，这就形成了非电量电测法—用电量测量方法来 测量非电量。
机床加工精度测量
15
4、楼宇控制与安全防护
为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工 作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在 楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温 度监测、电梯运行状况。
图示为某公司楼宇自动化系 统。该系统分为：电源管理 、安全监测、照明控制、空 调控制、停车管理、水/废水 管理和电梯监控。
• 内容提要
• 本章介绍自动检测技术、传感器和变送器的基 本知识、测量误差及其处理方法和检测系统的性 能评价。通过本章学习，了解检测的目的、意义 和检测技术的发展趋势；掌握自动检测系统的基 本组成、测量方法及其选择；掌握传感器的定义、 分类和命名方法，了解变送器的作用；学会误差 的表示方法和基本处理手段；对检测系统的性能 评价指标有一定的理解。
非电量电测法的特点：
使测量仪器统一化，规格化。不同的非电量转换成 相同的电量，使后继仪器标准化。
便于信号长距离传输、远程监测及控制。 对参数进行动态测量（信号随时间变化），可测量
其瞬时值及变化过程。 可测微小信号及瞬变信号（作用时间很短）。 易于与计算机联接，分析处理方便。
• 非电量电测系统的组成
传感器技术概论
• 了解检测和传感器的基本知识 • 掌握各类传感器的基本特性和工作原理、典型测量电路 • 了解各类传感器的典型应用 • 了解微机自动检测技术 • 了解检测技术的抗干扰技术
第一章 检测技术的基本知识
• 1.1 检测的目的、意义 • 1.2 检测与计量的区别 • 1.3 自动检测技术概述 • 1.4 传感器与变送器的基本知识 • 1.5 测量误差及其处理方法 • 1.6 检测系统或仪表的性能评价
石化企业输
油管道、储
油罐等压力
容器的破损
和泄露检测
。
14
3、产品质量测量
在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时 ，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。
汽车扭距测量
图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包 括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发 动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程 师可以了解产品质量。
其监控系统组成框图如图2:
探头11
探头12
集 控 器
1
中 央 监 控
探头1N
图 监控系统组成框图
例3：热轧带钢表面温度的测量
检测技术是：
国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官 ”
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检测技术的工程应用
测试技术是人类认识和改造客观世界的基础；测试技术的水平，在相当程 度上影响科学技术发展的速度和深度；先进的测试技术已成为生产系统不可缺 少的组成部分。
“检测”通常是指在生产、实验等现场，利用某
种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象 进行在线、连续的测量。
➢ 电量及非电量 ➢ 在科学实验中及生产制造过程中，研究与观
测的对象是多种多样的，因此，物理量也是多种 多样的，这些物理量可大致分为两大类，即电量 与非电量。
➢ 电 量：电流I、电压V、电荷Q、电功率W、 电路参数R 、L、C和电信号频率f 等等；
烟雾传感器
亮度传感器
红外人体探测器
16
5、家庭与办公自动化
在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用 了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。
全自动洗衣机中的传感器 ：衣物重量传感器，衣质 传感器，水温传感器，水 质传感器，透光率光传感 器(洗净度) 液位传感器， 电阻传感器(衣物烘干检 测)。
超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置 ；红外线色彩传感器控制运动轨迹和AGV小车位置识别 ；条形码传感器，货品识别。
香港理工AGV模型
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c) 生产加工过程监测
切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器 、红外接近开关传感器等。
密歇根大学数字化工厂
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2、流程工业设备运行状态监控
在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上 设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在 线监测系统。
指纹传感器
透光率传感器
温湿度传感器
温度传感器 17
6、其他应用
航天
农业
交通
医学
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7、PC机中的测试技术应用
鼠标:光电位移传感器 摄象头:CCD传感器
软驱:速度,A/D卡 + D/A卡
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1.2 检测与计量的区别
“检测”是测量，“计量”也是测量，两者有什 么区别呢？ 一般说来，“计量”是指用精度等级更高的标准 量具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行 考核性质的测量； 这种测量，通常具有非实时及离线和标定的性质， 一般在规定的具有良好环境条件的计量室、实验 室采用比对被测样品、样机、更高精度并按有关 计量法规经定期校准的标准量具、器具或标准仪 器进行。
1、机电工程中的应用
在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作 用，是其重要组成部分。
a)机械手、机器人中的传感器 转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离
传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。
密歇根大学的机械手装配模型
广州中鸣数码的机器狗 11
b) AGV自动送货车
简单的测量系统组成
被测 被测对象 信号
传感器
U、I
信号调节器 U、I 记录.显示.分析处理
R、L、C
伺服驱动机构
1.3 自动检测技术概述
• 自动检测技术是研究自动检测系统中的信息提 取、信息转换及信息处理的理论和技术，其核 心是“测量＋信号检出”，是检测方法、检测 结构、检测信号处理的综合性技术。
1.1 检测的目的和意义
• 检测是指在各类生产、科研、试验及服务等各个 领域为及时获得被测、被控对象的有关信息而实 时或非实时地对一些参量进行定性检查和定量测 量的技术措施。
1.1 检测的目的和意义 例1 人与机器的机能对应关系
感官
人脑
肢体
外
界
对
象
传感器
微机
执行器
例2：开发区海湾公司生产的感温、 感烟火灾报警器
➢ 非电量：除电量以外的一切物理量，如高度、 速度、重量、压力、温度等。
• 非电量电测技术
自从人类发现了电能并加以利用以后，伴随着 出现了各种电量的测量仪表。随着电子技术的发展 ，使对电量的测量技术相应得到提高。电量的测量 特点是机械量测量所不能比拟的，基于电量测量的 优点，人们根据一些物理原理及效应，把一些非电 量转化成电量，然后用电测仪表对其进行测量和标 定，这就形成了非电量电测法—用电量测量方法来 测量非电量。
机床加工精度测量
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4、楼宇控制与安全防护
为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工 作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在 楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温 度监测、电梯运行状况。
图示为某公司楼宇自动化系 统。该系统分为：电源管理 、安全监测、照明控制、空 调控制、停车管理、水/废水 管理和电梯监控。
• 内容提要
• 本章介绍自动检测技术、传感器和变送器的基 本知识、测量误差及其处理方法和检测系统的性 能评价。通过本章学习，了解检测的目的、意义 和检测技术的发展趋势；掌握自动检测系统的基 本组成、测量方法及其选择；掌握传感器的定义、 分类和命名方法，了解变送器的作用；学会误差 的表示方法和基本处理手段；对检测系统的性能 评价指标有一定的理解。
非电量电测法的特点：
使测量仪器统一化，规格化。不同的非电量转换成 相同的电量，使后继仪器标准化。
便于信号长距离传输、远程监测及控制。 对参数进行动态测量（信号随时间变化），可测量
其瞬时值及变化过程。 可测微小信号及瞬变信号（作用时间很短）。 易于与计算机联接，分析处理方便。
• 非电量电测系统的组成
传感器技术概论
• 了解检测和传感器的基本知识 • 掌握各类传感器的基本特性和工作原理、典型测量电路 • 了解各类传感器的典型应用 • 了解微机自动检测技术 • 了解检测技术的抗干扰技术
第一章 检测技术的基本知识
• 1.1 检测的目的、意义 • 1.2 检测与计量的区别 • 1.3 自动检测技术概述 • 1.4 传感器与变送器的基本知识 • 1.5 测量误差及其处理方法 • 1.6 检测系统或仪表的性能评价
石化企业输
油管道、储
油罐等压力
容器的破损
和泄露检测
。
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3、产品质量测量
在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时 ，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。
汽车扭距测量
图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包 括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发 动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程 师可以了解产品质量。
其监控系统组成框图如图2:
探头11
探头12
集 控 器
1
中 央 监 控
探头1N
图 监控系统组成框图
例3：热轧带钢表面温度的测量
检测技术是：
国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官 ”
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检测技术的工程应用
测试技术是人类认识和改造客观世界的基础；测试技术的水平，在相当程 度上影响科学技术发展的速度和深度；先进的测试技术已成为生产系统不可缺 少的组成部分。
“检测”通常是指在生产、实验等现场，利用某
种合适的检测仪器或综合测试系统对被测对象 进行在线、连续的测量。
➢ 电量及非电量 ➢ 在科学实验中及生产制造过程中，研究与观
测的对象是多种多样的，因此，物理量也是多种 多样的，这些物理量可大致分为两大类，即电量 与非电量。
➢ 电 量：电流I、电压V、电荷Q、电功率W、 电路参数R 、L、C和电信号频率f 等等；
烟雾传感器
亮度传感器
红外人体探测器
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5、家庭与办公自动化
在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用 了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。
全自动洗衣机中的传感器 ：衣物重量传感器，衣质 传感器，水温传感器，水 质传感器，透光率光传感 器(洗净度) 液位传感器， 电阻传感器(衣物烘干检 测)。
超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置 ；红外线色彩传感器控制运动轨迹和AGV小车位置识别 ；条形码传感器，货品识别。
香港理工AGV模型
12
c) 生产加工过程监测
切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器 、红外接近开关传感器等。
密歇根大学数字化工厂
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2、流程工业设备运行状态监控
在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上 设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在 线监测系统。
指纹传感器
透光率传感器
温湿度传感器
温度传感器 17
6、其他应用
航天
农业
交通
医学
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7、PC机中的测试技术应用
鼠标:光电位移传感器 摄象头:CCD传感器
软驱:速度,A/D卡 + D/A卡
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1.2 检测与计量的区别
“检测”是测量，“计量”也是测量，两者有什 么区别呢？ 一般说来，“计量”是指用精度等级更高的标准 量具、器具或标准仪器，对被测样品、样机进行 考核性质的测量； 这种测量，通常具有非实时及离线和标定的性质， 一般在规定的具有良好环境条件的计量室、实验 室采用比对被测样品、样机、更高精度并按有关 计量法规经定期校准的标准量具、器具或标准仪 器进行。