《测试技术基础》PPT课件.ppt

《《测试技术基础》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《测试技术基础》PPT课件.ppt（59页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术基础测试技术基础测试技术基础测试技术基础任课教师：刘增华任课教师：刘增华liuzenghua 67391720基础楼基础楼605北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术基础测试技术基础课程内容：课程内容：主要介绍工业自动化、环境监测、楼宇控制、交通主要介绍工业自动化、环境监测、楼宇控制、交通等领域中常见物理量等领域中常见物理量(应变、位移、加速度、温度、压应变、位移、加速度、温度、压力等力等）的测量原理和信号分析方法。）的测量原理和信号分析方法。北京工业大学机

2、电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术基础测试技术基础实践性强实践性强课程特点：课程特点：期望逐步解决侧重课本教学中存在的一些问题：期望逐步解决侧重课本教学中存在的一些问题：1.1.测试技术应用、发展部分空洞；测试技术应用、发展部分空洞；2.2.传感器部分没有实物对象、枯燥无味；传感器部分没有实物对象、枯燥无味；3.3.信号分析理论部分深奥、难懂。信号分析理论部分深奥、难懂。教学方法：教学方法：理论教学理论教学案例教学案例教学 三者结合三者结合实践教学实践教学北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术基础测试技术

3、基础第一章第一章 绪论绪论本章学习要求：本章学习要求：1.1.掌握传感器及测试技术的基本概念掌握传感器及测试技术的基本概念2.2.了解传感器及测试技术的应用情况了解传感器及测试技术的应用情况 3.3.了解传感器及测试技术的发展动态了解传感器及测试技术的发展动态 4.4.了解主要传感器及测试仪器生产厂商了解主要传感器及测试仪器生产厂商 北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制l测试系统的基本概念测试系统的基本概念l测试技术在国民经济中的地位和作用测试技术在国民经济中的地位和作用l工程测试技术涉及的内容工程测试技术涉及的内容l测试系统的组成测试系统的组成l传

4、感器及测试技术的发展趋势传感器及测试技术的发展趋势测试技术基础测试技术基础第一章第一章 绪论绪论北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制被测对象：被测对象：宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ）传感器、测试仪器、测试装置、测试系统传感器、测试仪器、测试装置、测试系统全部操作：全部操作：测试过程：测试过程：信号的采集、处理、显示、输出信号的采集、处理、显示、输出测试器具：测试器具：被测信息：被测信息：物理量（光、电、力、热、磁、声、物理量（光、电、力、热、磁、声、）化学量（化学量（PHPH、成份、成份）生物量（酶、葡萄

5、糖、生物量（酶、葡萄糖、）测试测试系统（系统（测量测量系统系统/检测检测系统）系统）1.1 测试系统的基本概念测试系统的基本概念 定义：确定被测对象的定义：确定被测对象的属性属性和和量值量值为目的的全部操作为目的的全部操作北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试系统概念（测量系统测试系统概念（测量系统/检测系统）检测系统）测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测物理量的测试原理试原理和和信号分析处理信号分析处理方法。方法。测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必测试技术是进行各种科学实验研究

6、和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人类感官的作用。不可少的手段，起着人类感官的作用。为提高测量精度为提高测量精度和自动化程度，以便和自动化程度，以便于和其它环节一起构于和其它环节一起构成自动化装置，通常成自动化装置，通常先将被测物理量转换先将被测物理量转换为电量，再对电信号为电量，再对电信号进行处理和输出。进行处理和输出。简单的测试系统可以简单的测试系统可以只有一个模块，如玻璃管只有一个模块，如玻璃管温度计。它直接将被测温温度计。它直接将被测温度变化转化为液面示值。度变化转化为液面示值。没有电量转换和分析电路，没有电量转换和分析电路，很简单，但精度低，无法很简单，但精度低，无法实现测量自动

7、化。实现测量自动化。1.1 测试系统的基本概念测试系统的基本概念 北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制例：空调机测量控制室温例：空调机测量控制室温被测对象被测对象：被测信息被测信息：测试器具测试器具：操作过程操作过程：室内空气室内空气温度温度温度传感器温度传感器-热电阻、热电偶热电阻、热电偶空气空气 热敏电阻热敏电阻 电信号电信号 处理处理 显示显示1.1 测试系统的基本概念测试系统的基本概念 北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 工业生产工业生产 倍增器倍增器 科学研究科学研究 先行官先行官 社社 会会

8、物化法官物化法官 军军 事事 战斗力战斗力1.2 测试技术在国民经济中的地位测试技术在国民经济中的地位北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术是带动国民经济增长的一个关键领域测试技术是带动国民经济增长的一个关键领域在美国：测试技术占在美国：测试技术占4%，拉动经济增长，拉动经济增长66%1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试系统的工程应用测试系统的工程应用 在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开

9、测试技术。测试技术应用涉及到航量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个领域。天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个领域。1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1)工业自动化中的应用工业自动化中的应用 机械手、机器人中的传感器机械手、机器人中的传感器 转转动动/移移动动位位置置传传感感器器、力力传传感感器器、视视觉觉传传感感器器、听听觉觉传传感感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。在各种自动控制

10、系统中，测试环节起着系统感官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。的作用，是其重要组成部分。密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗广州中鸣数码的机器狗1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 生产加工过程监测生产加工过程监测 切削力传感器，加切削力传感器，加工噪声传感器，超声波工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近测距传感器、红外接近开关传感器等。开关传感器等。密歇根大学数字化工厂密歇根大学数字化工厂1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大

11、学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制2)流程工业设备运行状态监控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小时在线监测系小时在线监测系统。统。石化企业输石化企业输油管道、储油罐油管道、储油罐等压力容器的破等压力容器的破损和泄漏检测。损和泄漏检测。1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制3)产品质量测量产品质量测量 在汽车

12、、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必在汽车、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。须对其性能质量进行测量和出厂检验。图示为汽车出厂检验原理框图，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。测试，工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床加工精度测量1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥

13、永刚制在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位 检查轴承检查轴承滚珠是否脱漏滚珠是否脱漏检查容器内的液位检查容器内的液位3)产品质量测量产品质量测量 1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制4)PC机中的测试技术应用机中的测试技术应用鼠标鼠标:光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:CCD传感器传感器声位笔声位笔:超声波传感器超声波传感器麦克风麦克风:电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡+D/A卡卡软驱软驱:速度速度,位置伺服位置伺服1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器

14、北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制5)测试技术在汽车中的应用日新月异测试技术在汽车中的应用日新月异发动机发动机：向发动机的电子控制单元（：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工）提供发动机的工 作状况信息，作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制。对发动机工作状况进行精确控制。温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传 感器等。感器等。汽车传感器汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技 术内容。术内容。普通轿车：约安装几十到近百只传感

15、器，普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。底底 盘盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防 抱死系统等抱死系统等 车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温。车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温。车车 身身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、图象等。温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、图象等。1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚

16、刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制5)测试技术在汽车中的应用日新月异测试技术在汽车中的应用日新月异1.2.1 工业生产倍增器工业生产倍增器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制科学研究的先行官科学研究的先行官 诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者R.R.Ernst说说“现代科学的进现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展步越来越依靠尖端仪器的发展”。俄国化学家门捷列夫指出俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始科学是从测量开始的的”。近近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达得者达38人。人。1.2.2 科学研究先行官科学

17、研究先行官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术在军事上的应用测试技术在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器美军研制的未来单兵作战武器-OICW 夜视瞄准机系统夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术：非冷却红外传感器技术激光测距仪激光测距仪：可精确地定位目标。在发射：可精确地定位目标。在发射20mm20mm高爆弹时，激光高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以精确地设定引爆时间。精确地设定引爆时间。1.2.3 军事战斗力军事战斗力北京工业大学机电学院北京工业大学机

18、电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制中国神舟七号飞船内部结构中国神舟七号飞船内部结构 1.2.3 军事战斗力军事战斗力北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制嫦娥登月计划北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制物化法官物化法官 检查产品质量检查产品质量 监测环境污染监测环境污染 识别指纹、假钞识别指纹、假钞 查服违禁药物查服违禁药物 侦破刑事案件侦破刑事案件教学实验教学实验气象预报气象预报大地测绘大地测绘灾情预报灾情预报交通指挥交通指挥涵盖涵盖 吃穿用、农轻重、海陆空吃穿用、农轻重、海陆空1.2.4 社会

19、的物化法官社会的物化法官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制测试技术在日常生活中的应用与日俱增测试技术在日常生活中的应用与日俱增 家用电器：家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器红外测距传感器数字体温计：接触式数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式热敏电阻，非接触式-红外传感器红外传感器自动感应灯：亮度检测自动感应灯：亮度检测-光敏电阻光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器驻极电容传感

20、器遥控接收：红外检测遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管办公商务：办公商务：可视对讲、可视电话：图像获取可视对讲、可视电话：图像获取-面阵面阵CCD扫描仪：文档扫描扫描仪：文档扫描-线阵线阵CCD红外传输数据：红外检测红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：医疗卫生：电子血压计：血压检测电子血压计：血压检测-压力传感器压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪血糖测试仪、胆固醇检测仪-离子传感器离子传感器1.2.4 社会的物化法官社会的物化法官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制楼宇控制与安全

21、防护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、电梯运行状况监测等。度监测、电梯运行状况监测等。图示为某公司楼宇自动化图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为电源管理、系统。该系统分为电源管理、安全监测、照明控制、空调控安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水制、停车管理、水/废水管理和废水管理和电梯监控。电梯监控。烟雾传

22、感器烟雾传感器亮度传感器亮度传感器红外人体探测器红外人体探测器室内恒温器室内恒温器空气质量传感器空气质量传感器适度传感器适度传感器水压传感器水压传感器1.2.4 社会的物化法官社会的物化法官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制家庭与办公自动化家庭与办公自动化 在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量地应在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量地应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。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全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，

23、水温传感器，水质传感器，透光率光电传感器传感器，透光率光电传感器(洗净度洗净度)，液位传感器，电，液位传感器，电阻传感器阻传感器(衣物烘干检测衣物烘干检测)。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器1.2.4 社会的物化法官社会的物化法官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制其它应用其它应用航天航天交通交通医学医学农业农业1.2.4 社会的物化法官社会的物化法官北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1）热工量：）热工量：温度温度t（、K、）压力（压强）压力（压强）

24、p（Pa）、压）、压 差差 p、真空度、流量真空度、流量q（m3）、流速）、流速 v（m/s）、）、物位、液位物位、液位 h（m）2）机械量：）机械量：直线位移直线位移x（m）、角位移）、角位移、速度、加速度、速度、加速度 a（m/s2）、转速转速 n（r/min）、应变）、应变（m/m）力矩力矩 T（Nm）、）、振动、噪声、质量（重量）振动、噪声、质量（重量）m（kg、t）3）几何量）几何量 长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、硬度、材料缺陷等。材料缺陷等。1.3工程测试涉及的内容工程测试涉及的内容北京工业大学机电学院北京工业大学机电

25、学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制4 4）物体的性质和成分：）物体的性质和成分：空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色5 5）状态量：）状态量：工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异 常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞 断裂等）断裂等）6)6)电工量电工量 （U、I、f、R、Z、E、B 在电工、电子等课在电工、电子等课 程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）程中

26、讲授，大多数不属于本课程的范围。）1.3工程测试涉及的内容工程测试涉及的内容北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 一一般般说说来来，测测试试系系统统由由传传感感器器、中中间间变变换换装装置置和显示记录装置三部分组成。和显示记录装置三部分组成。传感器传感器将被测物理量将被测物理量(如噪声如噪声,温度温度)检测出并转换检测出并转换为电信号，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路为电信号，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经进行分析处理或经A/D变换后用软件变换后用软件进行信号分析进行信号分析，显，显示记录装置则将测量结果显示出来，提供给

27、观察者或其示记录装置则将测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。它自动控制装置。测试系统组成测试系统组成1.4 测试系统的组成测试系统的组成信息转换信息转换信息提取信息提取北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1.4 测试系统的组成测试系统的组成北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制国家标准（国家标准（GB7665-87）中传感器（）中传感器（Transducer/Sensor）的定义：）的定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装

28、置。输出信号的器件或装置。传感器是测量装置，能完成检测任务；传感器是测量装置，能完成检测任务；输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学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；量、生物量等；输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量。等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量。传感器名称：变送器、变换器、探测器、敏感元件、传感器名称：变送器、变换器、探测器、敏感元件、换能器、一次仪表、探头等换能器、一次仪表、探头等传感器功用：传感器功用：一感二传一感二传,即感受被测信息即感受被测

29、信息,并传送出去。并传送出去。1.5.1 传感器的定义传感器的定义北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制被测量被测量电量电量敏感元件敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。关系的某一物理量的元件。转换元件转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入量转换成电路参量。量转换成电路参量。基本转换电路基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出称转换电路），便可转换成电量输出。1.5.

30、2 传感器的组成传感器的组成北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 由于空间的限制或者其他原因由于空间的限制或者其他原因,转换电路常装入电箱中。然转换电路常装入电箱中。然而，因为不少传感器要在通过转换电路后才能输出电信号，从而而，因为不少传感器要在通过转换电路后才能输出电信号，从而决定了转换电路是传感器的组成环节之一。决定了转换电路是传感器的组成环节之一。最最简简单单的的传传感感器器由由一一个个敏敏感感元元件件(兼兼转转换换元元件件)组组成成，它它感感受受被被测测量量时时直直接接输输出出电电量量，如如热热电电偶偶。有有些些传传感感器器由由敏敏感感元元件

31、件和和转转换换元元件件组组成成，没没有有转转换换电电路路，如如压压电电式式加加速速度度传传感感器器，其其中中质质量量块块m是是敏敏感感元元件件，压压电电片片（块块）是是转转换换元元件件。有有些些传传感感器器，转转换换元元件件不不只只一一个个，要要经经过过若干次转换。若干次转换。实实际际上上，有有些些传传感感器器很很简简单单，有有些些则则较较复复杂杂，大大多数是多数是开环系统开环系统，也有些是带反馈的，也有些是带反馈的闭环系统闭环系统。热电偶热电偶压电加速度传感器压电加速度传感器气气体体压压力力传传感感器器1.5.2 传感器的组成传感器的组成北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥

32、胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1、按传感器敏感的工作原理，分为物理型、化学型、生物型等、按传感器敏感的工作原理，分为物理型、化学型、生物型等 其中，物理型又可分为：其中，物理型又可分为：结构型与物性型结构型与物性型两大类两大类 2、根据传感器的能量转换情况，可分为、根据传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能能量控制型传感器和能 量转换型传感器量转换型传感器3、按照物理原理分类：十种、按照物理原理分类：十种 4、按照传感器的用途分类、按照传感器的用途分类：位移、压力、振动、温度传感器：位移、压力、振动、温度传感器6、根据传感器输出信号：模拟信号和数字信号、根据传感器输出信号：模拟信号和数字

33、信号 5、根据转换过程可逆与否、根据转换过程可逆与否：单向和双向：单向和双向7、根据传感器使用电源与否：有源传感器和无源传感器、根据传感器使用电源与否：有源传感器和无源传感器 1.5.4 传感器的分类传感器的分类北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1、物性型：依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号、物性型：依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换的。例如水银温度计利用了水银的热胀冷缩性质；压力测变换的。例如水银温度计利用了水银的热胀冷缩性质；压力测力计利用石英晶体的压电效应等。力计利用石英晶体的压电效应等。2、结构型：依靠传感器结构参数

34、的变化而实现信号转换的。例、结构型：依靠传感器结构参数的变化而实现信号转换的。例如，电容传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化；电感式如，电容传感器依靠极板间距离变化引起电容量的变化；电感式传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。传感器依靠衔铁位移引起自感或互感的变化。4、能量控制型：也称有源传感器，是从外部供给能量使传感器、能量控制型：也称有源传感器，是从外部供给能量使传感器工作的，并且由被测量来控制外部供给能量的变化。例如，电工作的，并且由被测量来控制外部供给能量的变化。例如，电阻应变计中电阻接于电桥上，电桥工作能源由外部供给，而由阻应变计中电阻接于电桥上，电桥工作能源由外部供给，而由被

35、测量变化引起电阻变化来控制电桥输出。电阻温度计、电容被测量变化引起电阻变化来控制电桥输出。电阻温度计、电容式测振仪等均属于此类传感器。式测振仪等均属于此类传感器。3、能量转换型：也称无源传感器，是直接由被测对象输入能量、能量转换型：也称无源传感器，是直接由被测对象输入能量使其工作的。例如，热电偶温度计、弹性压力计等。在这种情使其工作的。例如，热电偶温度计、弹性压力计等。在这种情况下，由于被测对象与传感器的能量交换，必然导致被测对象况下，由于被测对象与传感器的能量交换，必然导致被测对象状态的变化和测量误差。状态的变化和测量误差。1.5.4 传感器的分类传感器的分类北京工业大学机电学院北京工业大学

36、机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制外外界界刺刺激激人类五官人类五官传感器传感器大脑大脑计算机计算机骨骼和肌肉骨骼和肌肉执行机构执行机构神经神经机器机器人人通讯通讯神经神经通讯通讯现代信息技术的三大基础：现代信息技术的三大基础：信息采集、传输与处理技术信息采集、传输与处理技术分别应用到：分别应用到：传感技术、通讯技术和计算机技术传感技术、通讯技术和计算机技术构成了信息技术系统中的构成了信息技术系统中的 “感官感官”、“神经神经”、“大脑大脑”1.5.3 传感器的作用传感器的作用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制v 开发新型传感器开发新型

37、传感器 v 开发新材料开发新材料 v 新工艺的采用新工艺的采用 v 集成化、多功能化集成化、多功能化v 智能化智能化 开展基础研究，发现新现象，开发新材料和新开展基础研究，发现新现象，开发新材料和新工艺；实现传感器的集成化与智能化工艺；实现传感器的集成化与智能化1、传感器方面、传感器方面 可拍照的手机可拍照的手机1.6 传感器及测试技术的发展趋势传感器及测试技术的发展趋势北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制新型传感器包括：新型传感器包括：采用新原理；采用新原理；填补传感器空白；填补传感器空白；仿生传感器等方面。仿生传感器等方面。1)开发新型传感器开发

38、新型传感器传感器新新型型视视觉觉传传感感器器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 传传感感器器的的工工作作机机理理是是基基于于各各种种效效应应和和定定律律，由由此此启启发发人人们们进进一一步步探探索索具具有有新新效效应应的的敏敏感感功功能能材材料料，并并以以此此研研制制出出具具有有新新原原理理的的新新型型物物性性型型传传感感器器件件，这这是是发发展展高高性性能能、多多功功能能、低低成成本本和和小小型型化化传传感感器器的的重重要要途途径径。结结构构型型传传感感器器发发展展得得较较早早，目目前前日日趋趋成成熟熟。结结构构型型传传感感器器，一一般般说说它它

39、的的结结构构复复杂杂，体体积积偏偏大大，价价格格偏偏高高。物物性性型型传传感感器器大大致致与与之之相相反反，具具有有不不少少诱诱人人的的优优点点，加加之之过过去去发发展展也也不不够够。世世界界各各国国都都在在物物性性型型传传感感器器方方面面投投入入大大量量人人力力、物物力力加加强强研研究究，从从而而使使它它成成为为一一个个值值得注意的发展动向。得注意的发展动向。新型传感器包括：新型传感器包括：采用新原理；采用新原理；填补传感器空白；填补传感器空白；仿生传感器等方面。仿生传感器等方面。荧光材料制作的电子鼻传感器荧光材料制作的电子鼻传感器生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器1)开发新型传感器开

40、发新型传感器北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 传传感感器器材材料料是是传传感感器器技技术术的的重重要要基基础础，由由于于材材料料科科学学的的进进步步，人人们们在在制制造造时时，可可任任意意控控制制它它们们的的成成分分，从从而而设设计计制制造造出出用用于于各各种种传传感感器器的的功功能能材材料料。用用复复杂杂材材料料来来制制造造性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。性能更加良好的传感器是今后的发展方向之一。(a)半导体敏感材料半导体敏感材料 (b)陶瓷材陶瓷材料料(c)磁性材料磁性材料 (d)智能材智能材料料 如，半导体氧化物可以制造各种气体传

41、感器，而陶如，半导体氧化物可以制造各种气体传感器，而陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它研制的传感器与传统的相比感器材料的重大突破，用它研制的传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料作为传感器材料的研究，引起有突出的特点。有机材料作为传感器材料的研究，引起国内外学者的极大兴趣。国内外学者的极大兴趣。2)开发新材料开发新材料北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 在在发发展展新新型型传传感感器器中中，离离不不开开新新工工艺艺的的采采用用。新新工工艺艺的的含含义义范范围围

42、很很广广，这这里里主主要要指指与与发发展展新新型型传传感感器器联联系系特特别别密密切切的的微微细细加加工工技技术术。该该技技术术又又称称微微机机械械加加工工技技术术，是是近近年年来来随随着着集集成成电电路路工工艺艺发发展展起起来来的的，它它是是离离子子束束、电电子子束束、分分子子束束、激激光光束束和和化化学学刻刻蚀蚀等等用用于于微微电电子子加加工工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域。的技术，目前已越来越多地用于传感器领域。例如利用半导体技术制造出压阻式传感器，利用薄例如利用半导体技术制造出压阻式传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，日本横河膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传

43、感器，日本横河公司利用各向异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅公司利用各向异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅片上构成孔、沟棱锥、半球等各种开头，制作出全硅谐片上构成孔、沟棱锥、半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。振式压力传感器。3)新工艺的采用新工艺的采用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来，如用集成工艺在同一平面上排列起来，如CCD图像传感器。图像传感器。多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等多功

44、能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。环节一体化，组装成一个器件。把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。评价，可反映出被测系统的整体状态。为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元件复合在一起，作成集成块。例如一种温、气、湿三功能陶瓷件复合在一起，作成集成块。例如一种温、气、湿三功能陶瓷传感器已经研制

45、成功。传感器已经研制成功。4)集成化、多功能化集成化、多功能化北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制 对外界信息具有对外界信息具有检测检测、数据处理数据处理、逻辑判断逻辑判断、自诊断自诊断和和自自适应适应能力的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主机能力的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主机互相对话的功能，可以自行选择最佳方案，能将已获得的大量互相对话的功能，可以自行选择最佳方案，能将已获得的大量数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术

46、相结合的智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提产物，它的实现取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具有多功能、高性能、体积小、适宜大高与发展。这类传感器具有多功能、高性能、体积小、适宜大批量生产和使用方便等优点，是传感器重要的发展方向之一。批量生产和使用方便等优点，是传感器重要的发展方向之一。传感器传感器+嵌入式计算机嵌入式计算机 智能传感器智能传感器 5)智能化智能化北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制振动网络传感器振动网络传感器嵌入式计算机嵌入式计算机智能压力

47、网络传感器智能压力网络传感器智能倾角智能倾角RS232传感器传感器IC总线数字温度传感器总线数字温度传感器声发射智能探头声发射智能探头5)智能化智能化传感器传感器+嵌入式计算机嵌入式计算机 智能传感器智能传感器 北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制多探头相关仪组成多探头相关仪组成相关记录仪相关记录仪仪器箱内部结构仪器箱内部结构PCPC机及相应软件机及相应软件北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制多探头相关仪的优点多探头相关仪的优点成本低成本低 结构坚实，结构坚实，IP68IP68封口封口漏电定位可在短时间内完

48、成漏电定位可在短时间内完成可在白天或夜间工作可在白天或夜间工作既可检测主管道上的漏点，也可检测支线管道既可检测主管道上的漏点，也可检测支线管道无需进行有线或无线通讯连接无需进行有线或无线通讯连接友好的友好的WindowsWindows界面，操作简单易学界面，操作简单易学北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制多探头相关仪在管道泄漏检测中应用多探头相关仪在管道泄漏检测中应用北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制检测波形检测波形多探头相关仪在管道泄漏检测中应用多探头相关仪在管道泄漏检测中应用北京工业大学机电学院北京工

49、业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制漏点定位漏点定位多探头相关仪在管道泄漏检测中应用多探头相关仪在管道泄漏检测中应用组数1234567结果16.0213.3612.0415.0614.1515.2315.34北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制智能化智能化-虚拟化虚拟化-网络化网络化微型化微型化软测量技术软测量技术2、测试系统方面、测试系统方面 1.6 传感器及测试技术的发展趋势传感器及测试技术的发展趋势北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制计算机虚拟仪器技术计算机虚拟仪器技术 用用PC机仪

50、器板卡机仪器板卡 代替传统仪器代替传统仪器用计算机软件用计算机软件 代替硬件分析电路代替硬件分析电路优优点点1.6 传感器及测试技术的发展趋势传感器及测试技术的发展趋势北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1.6 传感器及测试技术的发展趋势传感器及测试技术的发展趋势基于传感器网络的雨量监测系统网关服务器网络传感器分布监测区域北京工业大学机电学院北京工业大学机电学院胥胥永永刚刚胥胥永永刚刚胥永刚制胥永刚制1.7 知名传感器及测试仪器生产商知名传感器及测试仪器生产商2、振动、振动/噪声传感器噪声传感器 丹麦丹麦 B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名）（振