主要專業領域介紹

傳感器單片機原理及應用信號與系統數字信號處理數字圖像處理傳感器技術認識傳感器傳感器概念、組成傳感器基本特性123傳感器分類4傳感器的發展趨勢5內容提要山東科技大學“沒有傳感器就沒有現代科學技術”的觀點已為全世界所公認。以傳感器為核心的檢測系統就像神經和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為人們認識自然、改造自然的有利工具。一、認識傳感器

傳感器是人類通過儀器探知自然界的觸角，它的作用與人的感官相類似。如果將計算機視為識別和處理信息的“大腦”，將通信系統比作傳遞信息的“神經系統”，將執行器比作人的肌體的話，那么傳感器就相當于人的五官。

“感”——傳感器對被測量的對象敏感“傳”——傳送傳感器感受被測量的信息1．日常生活中使用的傳感器

家電中使用的傳感器一、認識傳感器

自動水龍頭自動門1．日常生活中使用的傳感器

一、認識傳感器

液位傳感器光電傳感器位置傳感器食用油的自動化生產線2．工業生產中使用的傳感器

一、認識傳感器

光電計數機光電傳感器2．工業生產中使用的傳感器

一、認識傳感器

音頻探測器生命探測設備3．地震救助中使用的傳感器

一、認識傳感器

視頻探測器雷達波探測器紅外熱成像生命探測儀塑料大棚4．農業生產中使用的傳感器一、認識傳感器

汽車中使用的部分傳感器5．汽車中使用的傳感器一、認識傳感器

山東科技大學電阻式遠傳壓力表感應式流量表稱重傳感器CCD傳感器傳感器的概念山東科技大學質子旋進式磁敏傳感器壓阻式液位傳感器光敏傳感器溫度傳感器傳感器的概念山東科技大學風力參數傳感器地震檢波器磁、氣、力敏傳感器超聲傳感器傳感器的概念山東科技大學溫度傳感器壓力傳感器扭矩傳感器角位移傳感器位移傳感器傳感器的概念山東科技大學壓電式加速度傳感器激光位移傳感器光纖式位移傳感器超聲波位移傳感器傳感器電感式位移傳感器傳感器的概念人與機器的機能對應關系圖外界對象感官傳感器人腦微機肢體執行器一、認識傳感器

二、傳感器

傳感器是一種能把特定被測量的信息按一定規律轉換成某種可用信號并輸出的器件或裝置，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。在傳感器中包含兩個必不可少的概念，一是檢測信號；二是能把檢測的信息變換成一種與被測量有確定函數關系，而且便于傳輸和處理的量。例如，傳聲器（話筒）就是這種傳感器，它感受聲音的強弱并將其轉換成相應的電信號；又如，電感式位移傳感器能感受位移量的變化，并把它轉換成相應的電信號。1．概念

根據國家標準（GB/T7665－1987），《傳感器通用術語》中對傳感器的定義：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。其中，敏感元件是指傳感器中能直接感受或響應被測量的部分；轉換元件是指傳感器中將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適于傳輸或測量的電信號部分。”二、傳感器2．定義傳感器的定義中包含以下信息：

它是由敏感元件和轉換元件構成的一種檢測裝置，能感受到被測的量的信息，并能檢測感受到的信息。能按一定規律將被測的量轉換成電信號輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的輸出與輸入之間存在確定的關系。對傳感器的要求：高精度；信號（或能量）無失真轉換；反映被測的量的原始特征。二、傳感器2．定義傳感器的組成框圖直接感受非電量，并按一定規律轉換成與被測的量有確定關系的其他量（一般仍為非電量）將敏感元件輸出的量轉換成為電量輸出將電信號放大，并轉換成為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號二、傳感器3．組成自動控制系統的組成框圖二、傳感器4．作用是物聯網的基礎技術之一，處于物聯網構架的感知層。互聯互通。傳感器技術傳感器作用：傳感器處于研究對象與檢測系統的接口位置，是感知、獲取與檢測信息的窗口，它提供物聯網系統賴以進行決策和處理所必需的原始數據。二、傳感器4．作用三、傳感器的基本特性1．靜態特性線性度靈敏度分辨力遲滯重復性2．動態特性響應速度頻率響應四、傳感器的分類四、傳感器的分類四、傳感器的分類四、傳感器的分類按被測量分類

物理量

力學量壓力傳感器、力傳感器、力矩傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、流量傳感器、位移傳感器、位置傳感器、尺度傳感器、密度傳感器、粘度傳感器、硬度傳感器、濁度傳感器熱學量溫度傳感器、熱流傳感器、熱導率傳感器光學量可見光傳感器、紅外光傳感器、紫外光傳感器、照度傳感器、色度傳感器、圖像傳感器、亮度傳感器磁學量磁場強度傳感器、磁通傳感器電學量電流傳感器、電壓傳感器、電場強度傳感器聲學量聲壓傳感器、噪聲傳感器、超聲波傳感器、聲表面波傳感器射線x射線傳感器、β射線傳感器、γ射線傳感器、輻射劑量傳感器化學量離子傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器生理量生物量體壓傳感器、脈搏傳感器、心音傳感器、體溫傳感器、血流傳感器、呼吸傳感器、血容量傳感器、體電圖傳感器生化量酶式傳感器、免疫血型傳感器、微生物型傳感器、血氣傳感器、血液電解質四、傳感器的分類

五、傳感器的發展趨勢傳感器的發展趨向包括社會對傳感器需要的新動向和傳感器發展的新趨勢兩個方面的內容。

1社會發展對傳感器需求的新動向

2傳感器的發展趨勢（1）開發新型傳感器（2）傳感器的集成化和多功能化（3）傳感器的智能化（4）研究生物感官，開發仿生傳感器社會需求是傳感器發展的強大動力，隨著現代科學技術，特別是大規模集成電路技術的飛速發展和計算機的普及，傳感器在新的技術革命中的地位和作用將更為突出；竟相開發和應用傳感器的熱潮已在世界范圍內掀起。這是因為：（1）“電五官”落后于電腦的現狀，已成為微型計算機的進一步開發和應用的一大障礙；（2）許多有竟爭力的新產品開發和卓有成效的技術改造，都離不開傳感器；（3）傳感器的應用直接帶來了明顯的經濟效益和社會效益；（4）傳感器普及于社會的各個領域，將造成良好的銷售前景。五、傳感器的發展趨勢五、傳感器的發展趨勢目前的傳感器。無論在數量上還是在質量上和功能上，都遠不適應社會多方面的發展需要。當前，人們在充分利用先進電子技術條件，研究和采用合適的外部電路以最大限度地提高現有傳感器的性能價格比的同時，正在尋求傳感器技術發展的新途徑。1開發新型傳感器由于傳感器的工作機理是基于效應和定律，于是啟發人們進一步地探索具有新效應的敏感功能材料，并由此研制出具有新原理的新型物性傳感器，這是發展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途經。其中利用量子力學諸效應研制的高靈敏閥門傳感器，用來檢測極微信號，是傳感器發展匠新趨勢之一。五、傳感器的發展趨勢2傳感器的集成化和多功能化固態功能材料------半導體、電介質、強磁體的進一步開發和集成技術的不斷發展，為傳感器集成化開辟了廣闊的前景。集成化----就是在同一芯片上，將眾多同一類型的單個傳感器集成為一維線性、二維陣列（面）型傳感器，或將傳感器與調理、補償等電路集成一體化。前一種集成化使傳感器的檢測參數由點到線到面到體多維圖像化，甚至能加上時序，變單參數檢測多參數檢測；后一種集成化傳感器由單一的信號變換功能，擴展為兼有放大、運算、干擾補償等多功能------實現了橫向向縱向的多功能。五、傳感器的發展趨勢3傳感器的智能化“電五官”與“電腦”相結合，就是傳感器的智能化。智能傳感器不僅具有信號檢測、轉換功能，同時還具有記憶、存貯、解析、統計處理以及自診斷、自校準、自適應等功能。如進一步將傳感器與計算機的這些功能集成在一芯片上，就構成了智能傳感器。五、傳感器的發展趨勢4研究生物感官，開發仿生傳感器大自然是生物傳感器的優秀設計師。它經過漫長的歲月，不僅造就了集多種感官于一身的人類本身，而且還設計了許許多多功能奇特、性能高超的生物傳感器。例如，狗的嗅覺（靈敏閥為人的106倍）、鳥的視覺（視力為人的8---50倍）、蝙蝠、飛海豚的聽覺（主動性生物雷達----超聲波傳感器）、蛇的接近覺等。這些生物的感官性能，是當今傳感技術望塵莫及的。研究它們的機理，開發仿生物傳感器，也是非常引人注目的方向。

（1）可靠性（2）靜態精度（3）動態性能（4）抗干擾能力（5）通用性（6）小的輪廓尺寸（7）低成本（8）低能耗等五、傳感器的發展趨勢對傳感器的一般要求五、傳感器的發展趨勢如何選用傳感器？山東科技大學傳感器的應用——日常生活中的傳感器電冰箱、電飯煲中的溫度傳感器;空調中的溫度和濕度傳感器;煤氣灶中的煤氣泄漏傳感器;電視機和影碟機中的紅外遙控器;照相機中的光傳感器;汽車中燃料計和速度計；光電鼠標等等。山東科技大學感溫鐵氧體的應用：感溫鐵氧體在常溫下具有鐵磁性，但溫度升高到103℃時便失去了鐵磁性，這個溫度稱為這種材料的“居里溫度”或“居里點”。傳感器的應用——日常生活中的傳感器（電飯鍋）山東科技大學光電三極管是煙霧火警報警器中的光傳感器。平時，發光二極管發出的光被不透明擋板擋住。當有煙霧時，煙霧對光有散射作用，光電三極管接收到散射光，電阻變小，使報警電路工作。傳感器的應用——日常生活中的傳感器（火災報警）山東科技大學傳感器的應用——日常生活中的傳感器（滾輪鼠標）鼠標中的紅外接收管就是光傳感器。鼠標移動時，滾球帶動x、y

方向兩個碼盤轉動，紅外管接收到一個個紅外線脈沖。計算機分別統計

x、y兩個方向上的脈沖信號，就能確定鼠標的位置。山東科技大學1、動圈式話筒：膜片在聲波下振動，使得與膜片相連的線圈中產生周期性變化的感應電流。2、電容式話筒：金屬膜片M

和固定電極

N

形成一個電容器,M

在聲波作用下振動,電容器的電容作周期性變化，電阻R

兩端的電壓也做相應的周期性變化。絕緣支架傳感器的應用——日常生活中的傳感器（話筒）山東科技大學i/A100501500.150.100.05-0.05-0.10-0.15S/m0SOB傳感器的應用——交通中的傳感器（列車的自動駕駛）電磁或光電測速與加速度測偏儀及定位技術山東科技大學EPASBR0AEPASBR0A被測物體質量較小時,電流較小.被測物體質量較大時,電流較大.傳感器的應用——交通中的傳感器（重量衡）重量衡的應用山東科技大學2023/1/1446安裝有直線光柵的數控機床加工實況

防護罩內為直線光柵光柵掃描頭被加工工件切削刀具角編碼器安裝在夾具的端部傳感器的應用——工業中的傳感器山東科技大學R1R2信號處理系統光電計數器用于測量工件數量傳感器的應用——工業中的傳感器

超聲波傳感器用于液位測量

厚度測量

渦流傳感器用于轉速測量

山東科技大學美國Veridicom公司FPS100指紋識別芯片傳感器的應用——安全相關的應用為計數或安全目的，進行人員探測

用于處理器的溫度檢測

醫療上的應用山東科技大學SARS、禽流感等突發性流行病的快速診斷與預防

——

需要具有快速分析能力的生物傳感器山東科技大學環境監測傳感器的應用——環境監測中的傳感器山東科技大學山東科技大學

由陀螺制成的角速度計主要用于慣性導航，通信天線的定向。由美國Systron公司生產的QRS11－00010－20型角速度計的指標為:最大量程土100/s，分辨力為0.050/s(均方根值);通數帶為0Hz一60Hz。傳感器的應用——航空中的傳感器山東科技大學傳感器的應用——航空中的傳感器山東科技大學傳感器的應用——軍事中的傳感器山東科技大學作戰環境偵查傳感器的應用——軍事中的傳感器山東科技大學戰場監測與指揮傳感器的應用——軍事中的傳感器山東科技大學傳感器的應用——航天中的傳感器（探月）山東科技大學神州六號飛船的儀表板

“神六”由643個部件組成，各種電子元器件有10萬多個。焊點12萬個，飛船上的電纜總長度有80公里拍攝月球三維影像的立體相機CCD傳感器的應用——航天中的傳感器（探月）小結掌握傳感器的定義、組成和應用。理解傳感器的分類，認識常見傳感器。了解傳感器的特性。了解傳感器發展的趨勢，學會根據需要選用合適傳感器。單片機原理及應用63單片機技術的應用遍布國民經濟與人民生活的各個領域64從一個簡單的測控應用實例說起動作選擇按鈕紅外線傳感器89C2051單片機復位按鈕電源指示燈65簡單測控實例原理圖66單片機實現的電子鐘67繼電控制串行模塊LED顯示嗡鳴器開關輸入電源模塊單片機芯片下載接口紅外遙控數碼管顯示一塊單片機系統學習板68電磁爐信號與系統

信息的獲取、交換、傳輸、處理、存儲、再現、控制與利用等。一切信息活動都離不開信號與系統的作用。信息時代的特征——

用信息科學和計算機技術的理論和手段來解決科學、工程和經濟問題。信息活動是指——信號與系統的概念出現在范圍相當廣泛的各種領域，信號與系統的思想在很多科學技術領域起著很重要的作用。如：通信、航空航天、電路設計、生物工程、聲學、地震學、語音和圖象處理、能源產生與分配、化工過程控制、工業自動化等等。

一.信號與系統的概念雖然在不同領域所表現出的信號與系統的物理性質不同，但有兩個基本點是共同的，即：1.信號總是作為一個或幾個獨立變量（自變量）的函數而出現，并攜帶著某些物理現象或物理性質的相關信息。正弦波信號心電圖信號2.系統總會對給定的信號作出響應，產生另一個信號或另外的幾個信號。幾個基本概念：1.信息：是指存在于客觀世界的一種事物形象，一般泛指消息、情報、數據、指令等有關周圍環境的知識。凡是物質的形態、特性在時間或空間上的變化，及人類的各種社會活動都會產生信息。人類通過自己的感覺器官從客觀世界獲取各種信息。2.消息：是用來表達信息的某種客觀對象。如電報報文、電視圖象、火光、聲音、文字、圖表、數字等等。3.

信號：是消息的表現形式，消息是信號的具體內容。信號通常表現為隨自變量變化的物理量。如聲、光、電、溫度、力、速度等。系統4.系統：是由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的具有特定功能的整體。它是一個非常廣泛的概念。系統可以是物理的，也可以是非物理的。系統可以很簡單，也可以很復雜。例如：一個RC電路是一個系統，一架照相機、電視機、汽車、輸變電網、交通網、計算機網絡、通信網、導彈防御控制系統等都是物理的系統；一個政府的經濟決策支持過程、企業的管理調控體系、國家的司法體系、金融財政體系也是一個系統，只不過是非物理的系統。因此，系統的概念是非常廣泛的。系統分析的理論與方法當然也是極其重要的。二.本課程所涉及的內容兩大模塊：信號分析、系統分析研究對象：確知信號與線性時不變系統（LinearTime-InvariantSystem)信號與系統的分類連續時間信號與離散時間信號連續時間信號—自變量連續變化的信號，信號本身可以有間斷點。離散時間信號—只在某些離散的時間點上才有定義的信號，本質上是一串有序的數值，也稱為序列。這兩類信號都是自然界客觀存在的。2.連續時間系統與離散時間系統如果一個系統的輸入是連續時間信號，輸出響應也是連續時間信號，則稱該系統是連續時間系統。如果系統的輸入與輸出都是離散時間信號，則稱該系統是離散時間系統。長期以來，連續時間信號與系統在物理學、近代電路理論、通信系統等方面有很深的淵源。而離散時間信號與系統方法卻在數值分析、統計學以及與經濟學、人口統計學有關的數據分析、時間序列分析中有很深的根基。隨著計算機、集成電路、數字技術的發展，用時間樣本來表示和處理連續時間信號，顯示出越來越多的優點，促使這兩大類信號與系統分析的理論與方法越來越緊密地交織在一起。三.《信號與系統》課程的任務與地位建立確知信號分析的理論與方法；

建立LTI系統分析的理論與方法；系統設計；本課程將并行地討論這兩大類信號與系統的分析。信號與系統是電氣信息類各專業的核心課程。四.信號與系統分析的主要應用領域信號與系統分析的一個目的是研究系統對給定輸入信號所產生的輸出響應。信號處理、圖象恢復與增強、噪聲抑制等；通信、電路設計、生物工程、遠程醫療等；另一個目的是研究為了使給定輸入信號經過系統后，其輸出響應符合人們的希望或要求，系統應該具有什么樣的特性，進而設計出該系統。噪聲干擾圖象恢復工業控制、化工過程控制、資源遙感、地震預報、測控導航與制導、人工智能、高效農業、交通監控等；經濟預測、財務統計、股市分析等；直流電動機調速系統學習《信號與系統》課程的目標與方法1.強烈建議擁有自己的計算機。2.規劃自己的學習目的（考研？工程？）。3.由填鴨式學習到自主學習的轉變。4.一定要會使用matlab。5.好老師，Google,自己是最好的老師。6.這個世界上，喜歡和不喜歡某件事情都是有源頭的，萬事開頭難。數字信號處理96課程性質：專業基礎課

關聯課程：信號與系統

DSP原理及應用

數字圖像處理97數字信號處理系統的基本組成

數字信號處理就是用數值計算的方法對信號進行變換和處理。不僅應用于數字化信號的處理，而且也可應用于模擬信號的處理。模擬信號數字化處理系統框圖：前置預濾波器A/D變換器數字信號處理器D/A變換器平滑濾波器模擬xa(t)PrFADCDSPDACPoF模擬ya(t)9899數字信號處理的特點與模擬系統（ASP）相比，數字系統具有：精度高可靠性高靈活性大易于大規模集成時分復用可獲得高性能指標數字圖像處理101人類離不開圖像，計算機圖像技術滲透到各個科技領域，百聞不如一見。畫面比文字更形象生動，人