自动检测技术及仪表-01

nullnull《自动检测技术及仪表》2010年2月湖北工业大学电气与电子 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 自动化系 杨桦 （一）null1-1：实现自动化的意义及主要内容 1-2：自动化及仪表的发展及应用 1-3：自动检测技术的发展及应用 1-4：学习自动化的意义 1-5：讨论、思考题、作业目 录第一章：绪论第一章 绪论第一章 绪论主要内容：自动化的发展与应用 实现自动化的目的及主要内容 自动检测技术的发展与应用 自动化仪表的发展与应用 课程学习的目的与 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 第一章 绪论 第一章 绪论 1 何为自动化？ 2 如何来构筑一个控制系统 3 自动化的主要内容 4 自动检测技术、自动化仪表的简要发展过程 5 自动检测技术的作用及发展 6 自动化仪表的作用及信号制 7 本课程的主要知识点1-1 实现自动化的意义及主要内容 1-1 实现自动化的意义及主要内容 一、日常生活中的自动控制模式 1. 洗衣机的控制：如 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 漂洗过程→45分钟 → ： 开始注水→洗涤（20min）→排水→脱水（4min） →漂洗1（6min） →排水→脱水（4min） →漂洗2（6min）→排水→脱水（5min） →结束 漂洗过程说明：启动后按照预设先定好的步骤和时间， 逐项自动进行（通常时间也是厂家设好的）。 系统特点：开环控制系统工作和生活中常有自动化一说，何为自动化？2. 普通空调的控制2. 普通空调的控制制冷过程说明：开机后，按照预设先定好的温度值，对环境温度进行循环 温度检测，比较检测结果和设定温度值，根据比较后的差 值进行空调压缩机的开停调节，由此保证环境温度和设定 温度的一致。 系统特点：位式调节 闭环控制系统3. 变频空调的控制3. 变频空调的控制制冷过程说明：开机后，按照预设先定好的温度值，对环境温度进行循环 温度检测，比较检测结果和设定温度值，根据比较后的差 值进行控制空调压缩机的运转方向和速度，由此保证环境 温度和设定温度的一致。 系统特点：连续调节 闭环控制系统4. 工业过程的控制 4. 工业过程的控制 控制过程说明：人工控制时通过眼、脑、手完成液位控制；采用了自动化 仪表后，由自动化装置自动完成液位参数的自动检测、自 动比较分析 、自动调节等作用，自动的将液位控制在设工 艺定值上。 系统特点：连续调节 闭环控制系统  5. 控制方式的比较 5. 控制方式的比较 手动与自动null开环与闭环 开环系统：自动机在操作时，一旦开机，就只能是按照预先规定好的程序 周而复始地运转。这时被控变量如果发生了变化，自动机不会 自动地根据被控变量的实际工况来改变自己的操作。 开环 —— 系统的输出没有被反馈回输入端，执行器仅只根据输入信号进 行 控制的系统称为开环系统，此时系统的输出与设定值与测量 值之间的偏差无关。 闭环系统：有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的大小和 方向，从而使系统的工作状态始终等于或接近于所希望的状态。 闭环 —— 系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统称为闭环系 统，此时系统根据设定值与测量值的偏差进行控制，直至消除偏差二、自动化的定义二、自动化的定义在工艺设备上，配备一些技术先进的设备（也称为自动化装置），用它们来代替操作人员的（眼睛、大脑、手等）直接劳动，使生产在不同程度上按照规定的要求自动地进行。自动化即是：用自动化装置来管理和操纵设备（生产过程）， 使之按要求正常运行。从工艺的角度上讲：所谓自动化是使工艺参数保持在需要的值或状态上； 从控制的角度上讲：所谓自动化是使生产过程按照一定的程序或步骤 运行，保证生产过程运行在最佳状态上（最高目标）。三、实现自动化的目的三、实现自动化的目的1、 提高劳动效率、减轻劳动强度、改善劳动条件； 表现在：自动化生产可以减轻操作人员的劳动强度，避免从事危险的操作， 特别是在易燃、易爆、有毒、腐蚀性、刺激性的生产过程中更是如此。 2、提高产品质量、保证生产安全、延长设备的使用寿命等； 表现在：加快生产速度、减低成本、提高产量和质量、增加产品的附加值。 例如：聚合反应釜控制不当极易发生爆炸。 3、满足现代工业规模化、速度化、精确化的要求。 表现在：生产过程趋向于大型化、复杂化，没有自控系统将无法生产；先 进生产工艺、环保等对自动化的要求日益提高。 总之：自动控制技术已经成了现代工业生产实现安全、高效、优质、低耗 的基本条件和重要保证。四、自动化的意义四、自动化的意义（1）自动化是提高社会生产力的有力工具之一； （2）自动化水平是衡量国家发达程度的重要标志；表现在：无人化生产、 优越的生产环境、优秀的产品质量…… （3）“仪表、控制和自动化技术“决定现代企业的兴衰； （4）（计算机）控制系统是现代工业生产的神经中枢。表现在：控制数 量、控制速度、控制精度、复杂控制模式、算法等……. 五、自动化的主要内容五、自动化的主要内容1、自动检测系统 自动检测系统 利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录。 它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记录，起到人的眼睛的作用。null检测技术及仪表是完成对各种过程参数的测量，并实现必要的数据处理的功能单元。自动检测系统特点：开环系统 被测信号形式：多种（电量、非电量） 工业生产过程中被测量为非电量（参量）信号形式，如压力、温度、流量、物位、成份等。 自动检测系统结构如下： 2、自动控制系统 2、自动控制系统当被控制变量在受到外界干扰（扰动）的影响而偏离工艺要求的数值时，自动控制系统能克服干扰，自动地将被控变量控制回到工艺规定的数值范围内。 控制技术及仪表则是实现各种控制作用的手段和条件，它将检测得到的数据进行运算处理，并通过相应的功能单元实现对被控变量的调节。null自动控制系统特点：闭环负反馈控制系统 被控变量的信号形式：多种（电量、非电量） 工业生产过程中被控变量为非电量（参量）信号形式，如压力、温度、流量、物位、成份等。 系统结构如下：要实现自动控制，系统必须闭环。 闭环控制系统稳定运行的必要条件是负反馈。 null3、自动信号联锁保护系统 当工艺参数超过了允许范围，在事故即将发生以前，信号系统就自动地发出声光信号，提醒操作人员注意，并及时采取 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。如工况已到达危险状态时，联锁系统立即自动采取紧急措施，打开安全阀或切断某些通路，必要时紧急停车，以防止事故的发生和扩大。它是生产过程中的一种安全装置。 系统特点：电气控制系统 开关量信号形式 4. 自动操纵及自动开、停车系统4. 自动操纵及自动开、停车系统自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。 自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。 系统特点：电气控制系统 开关量信号形式 1-2 自动化及仪表的发展及应用1-2 自动化及仪表的发展及应用自动控制的本质：是指应用自动化仪器仪表、自动控制装置代替人，自动地对仪器设备或工业生产过程进行控制，使之有目的地修正被控对象的动力学行为，以达到预期的状态或满足预期的性能要求。 控制问题的本质：就是要求基于对象内在的动力学本质和规律，运用适当的数学工具求取问题的解。 “控制”这一概念本身即反映了人们对征服自然与外在的渴望，作为自动控制科学的核心的控制理论与技术也自然而然地在人们征服自然与改造自然的历史中发展起来。 一、控制理论的简要发展过程一、控制理论的简要发展过程主要分为2大类： 经典控制理论 现代控制理论1、经典控制理论 （40年代末到50年代 ） 经典控制理论建立在传递函数基础上的，主要针对线性定常、单输入单输出对象，基于反馈控制的主导思想，完成控制系统的稳定定任务。实现了：单机自动化；局部自动化；单变量控制；自动调节器；伺服系统的应用与发展。 经典控制理论最辉煌的成果首推PID控制规律，直到目前，在工业过程控制中仍然被广泛应用。（90％以上）null2、现代控制理论 60年代，由于工业生产过程向着大型化、连续化的方向发展，经典控制理论已无法满足解决多变量、非线性、不确定性以及最佳性能要求等问题的需要。此时控制理论上出现了以状态空间法为基础，以极小值原理和动态规划等最优控制理论为基本特征的现代控制理论。 现代控制理论发展的基础： Pontryagin提出的“极大值原理 Bellman提出的动态规划理论 Kalman滤波及其能控、能观和反馈镇定理论 Lyapunov稳定性理论 实现了：传统的单输入单输出系统发展到多输入多输出的多变量控制系统； 最优控制；多种变化因素；航天系统；导弹系统；人造卫星等的应用与发展。 null 现代控制理论主要研究分支有：自适应控制 鲁棒控制 非线性控制 大系统理论 模糊控制 神经网络控制 预测控制 …… 70年代是大系统理论时期，随着工业生产过程向着大型化、连续化的方向发展，逐步实现了：规模庞大、结构复杂、变量参数多、目标不单一、生物系统、社会系统、机器人等多方面的控制系统的开发和应用，以满足社会对控制越来越高要求。 控制系统的渐趋复杂在在整体结构上，表现为非线性、时变性、无穷维、多层次等；在处理信息上，表现为不确定性、随机性、不完全性等。 对控制的要求是：稳定控制＋最优控制。 发展前景：向大系统理论发展----规模庞大 结构复杂 功能综合 因数众多…… 向智能控制系统发展----自组织 自学习 自修复 自繁殖……null经典控制理论和现代控制理论二者的关系 对于经典控制理论和现代控制理论而言，并非意味着相互的否定和排斥，它们之间有着共同发展、互相渗透、相互结合的发展关系。 需要提出的是，在当今的过程控制领域中，几乎有90％以上的控制回路仍然沿用经典的PID控制算法或PID控制算法的变形，并能够获取比较满意的控制效果。 控制论的基本概念和方法是人类认识史上的一个飞跃，开辟了认识世界的新途径。控制理论已形成了以理论控制论为中心的四大分支（也有不同分法）： 工程控制论：技术系统 工程系统 生物控制论：生物系统 社会控制论：社会系统 智能控制论：思维系统二、仪表及自动化的发展过程二、仪表及自动化的发展过程20世纪40年代以前基本上属于手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程，操作人员主要根据观测到的反映生产过程的关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。 20世纪40年代末～50年代：基地仪表与局部自动化阶段，其特点是： 自动化仪表：采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表（气动QDZ-Ⅰ型 和电动DDZ-Ⅰ型）。 DDZ-Ⅰ型仪表核心器件： 电子管作为主要放大元件。 控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ：多为单输入、单输出简单控制系统 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论null20世纪60年代：仪表自动化阶段 自动化仪表：单元组合仪表（QDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅱ型）成为主流产品。 DDZ-Ⅱ型仪表核心器件： 晶体管作为主要放大元 件。 60年代后 期，出现了专门用于过程控制的小型计算机，直接数字控制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。 控制方案：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。 控制目的：是保持工业生产的连续性和稳定性，减少扰动，实现了对生产 过程的集中控制。以单回路PID（比例、积分、微分）控制策 略为主，同时针对不同的对象与要求，制造一些专门的控制 器，如物料按比例配置的比值 控制；克服大滞后的Smith预估 器；克服特定干扰的前馈控制器等。 控制理论：现代控制理论null20世纪70～80年代：计算机、DCS控制 全盘自动化阶段 自动化仪表：核心器件： 线性集成电路、微处理器 QDZ-Ⅲ型和DDZ-Ⅲ型、 以微处理器为主要构成单元的智能控制装置、 集散控制系统（DCS）、 可编程逻辑控制器（PLC） 、 工业PC机、 和数字控制器等，已成为控制装置的主流。 控制方案： 最优控制、非线性分布式参数控制、解耦控制、模糊控制。 控制理论：大系统理论、智能控制理论、模糊控制、专家系统控制、 模式识别技术。 null20世纪90年代至今：现场总线、计算机集成过程系统 自动化仪表：核心器件：高性能微处理器 总线控制系统的出现，引起过程控制系统体系结构和功能结构上的重大变革。 现场仪表的数字化和智能化，形成了真正意义上的全数字过程控制系统。出现各种智能仪表、变送器、无纸纪录仪。 　 控制方案：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。 控制理论：人工智能、神经网络控制。 null50多年来，中国控制仪表和控制系统在经历了气动基地式仪表、电动（气动）单元组合仪表、智能数字调节器几代控制仪表的发展过程后，进入了DCS、PLC、FCS、PCBCS控制系统并存的时代。null在工业生产过程中，1969年问世的PLC可编程控制器和1975年问世的DCS集散控制系统可能是两类影响最为深远的计算机控制系统。 PLC 的问世取代了继电器之类的器件，实现了开关量的连锁控制、程序控制； DCS的问世取代了显示仪、调节器之类的仪表，实现了模拟量的指示、记录和PID回路调节等功能。 20世纪80年代末期，随着计算机技术、通信技术、集成电路技术、智能传感器技术的发展而出现的现场总线控制系统（Fieldbus Control System , FCS ）改变了原有控制系统的结构，使控制系统由封闭向开放走出了重要的一步。null20世纪90年代中期，以PC为基础的控制系统（PC-Based Control System，PCBCS）开始出现，不少学者认为它将是工业自动化领域最具发展潜力的新技术，他们将PCBCS 与PLC 、DCS、 (或者再加上FCS)并称为工业生产过程三大（或四大）控制系统。 PCBCS控制系统主要由以三部分组成：PC机；I/O组件及其连接件；操作系统软件和应用软件。 PCBCS是将经过加固的PC机硬件与控制软件相结合，实施通常由专用PLC、 DCS执行的控制功能，或者说将PLC的控制功能"封装在"软件内，运行在PC的环境中。PC机将以往PLC、DCS控制系统中的操作站、控制站溶为一体，同时具备实施控制、通信及操作显示等多项功能。 nullnull第一章 绪论目前应用最多的检测仪表主要是DDZ－Ⅲ型模拟仪表和部分智能型仪表。 考虑到控制系统逐渐向FCS方向发展，因此现场总线技术和现场总线仪表的应用将日渐广泛。 当采用常规检测和控制仪表时，控制系统的结构是由各仪表单元组合而成和各自独立的控制系统，各环节之间采用的是点对点联接的方法。 当采用计算机或数字控制器作为控制单元时，系统的结构就可能是多样的，但其基本控制原理差别不大。例如：有直接数字控制系统DDC、集散控制系统DCS、现场总线控制系统FCS。 在网络化的控制回路系统中，多数检测和仪表单元均是通过网络相互联接和传送信息的。 科技的进步，促使自动化仪表的不断更新与完善，从而又进一步拓展了自动化仪表的应用领域，构成各种不同功能的自动化装置，推动了控制系统的变革与发展，使控制系统由原来的常规控制系统到直接数字控制系统DDC、集散控制系统DCS、现场总线控制系统FCS等，以满足社会生产力的不同需要。null从控制系统的发展来说，集散型控制系统DCS、可编程序控制器PLC是近年来应用最多的系统，而现场总线控制系统FCS、基于PC的控制系统PCBCS无疑是发展最快的控制系统。  1-3：自动检测技术的发展及应用1-3：自动检测技术的发展及应用 在人类的各项生产活动和科学实验中，为了了解和掌握整个过程 的进展及其最后结果，经常需要对各种基本参数或物理量进行检查和 测量，从而获得必要的信息，并以之作为分析判断和决策的依据。 检测技术就是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施。 随着人类社会进入信息时代，以信息的获取、转换显示和处理为主要内容的检测技术已经发展成为一门完整的技术学科，在促进生产发展和进步的广阔领域内发挥着重要作用。第一章 绪论一、自动检测技术的作用null现代信息技术主要有三大支柱：一是信息的采集技术（检测技术） 二是信息的传输技术（通信技术） 三是信息的处理技术（计算机技术）所谓信息的采集就是指从自然界中、生产过程中或科学实验中获取人们所需的信息，而信息的采集就通过检测技术实现的，因此检测技术实质上就是信息采集技术。可见检测技术在自动化领域里是有着非常重要的地位。 检测技术及仪表是人们认识世界和改造世界必不可少的重要手段。null 在现代新技术的不断发展和引入下，特别是先进的检测技术、现代的传感器技术、计算机技术、网络技术、多媒体技术的不断发展与更新给现代仪表工业生产行业带来了深刻的变革，为适应不断发展的现代工业自动化的要求，世界各国一直未停止进行新的技术革命和探索，其基础就是信息技术的革命，它的发展给人类社会的各个领域都带来了巨大的、广泛的、深刻的的变化，并正在改变着传统工业的生产方式，以及其它新兴产业的更新和变革，是人类社会发展的强大动力。 宇宙中信息的种类很多，除了工业生产、生活中的一些常用的电量和非电量之外，军事国防、航空航天、海洋开发、生物工程、医疗保健、商检质检、环境保护、安全防范、家用电器等等，几乎每一个现代化项目都离不开自动检测技术，其检测技术的体现即主要是在“传感器” 技术及装置上。 应用于工业过程中的自动检测和自动控制系统，其结构中都有与自动检测技术相关的“传感器”环节，它是实现自动化的重要支柱。 检测手段水平决定科学研究的深度和广度； 理论研究成果离不开必要的检测手段。null1、产品检验和质量控制的重要手段在科学技术的发展过程中，人们通过对客观事物所做的大量试验和测量，形成定性和定量的认识，总结出客观世界的规律，并利用这些规律来促进科技的发展。2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用科学的发展和突破就是以检测技术水平为基础的。特别是在工业生产中，采用自动化技术是提高劳动生产率和经济效益最有效的措施。3、自动化系统中不可缺少的组成部分3、自动化系统中不可缺少的组成部分自动化：信息获取、信息转换、 信息处理、信息传送、信息执行 采用自动检测系统进行实时测量及分析产品性能，采用自动控制系统对产品加工过程进行实时控制，则是提高产品质量的现代化方法。可以说，一个国家现代化水平是用自动化水平来衡量的，而在自动化技术中，现代检测技术是有着非常重要的地位和作用的。null4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步 随着新技术的不断涌现，特别是先进的检测技术、现代传感器技术、计算机技术、网络技术和多媒体技术的出现，使传统的检测技术及仪表系统发生了很大的变化，其变化又促使其自身得到了不断的更新和完善 。null新技术的不断涌现，促进检测技术和仪表方面的发展和创新----比如：成组传感器的复合检测技术、微机械量的检测技术、检测信息的融合处理技术、智能传感器和仪表的发展、计算机多媒体化的虚拟仪表以及各种检测单元和仪表的网络化产品等等。 新型的检测技术和仪表的发展更深层次的引导了工业自动控制系统的发展与变革----比如：控制系统的控制网络化；控制系统的系统扁平化；控制系统的组织重构化；控制系统的工作协调化等。从而扩大和巩固了自动化的应用领域，并提出了新的亟待解决的问题。 自动控制系统的发展，又进一步拓展了自动检测技术的应用场所和应用范围，并促使检测技术及仪表的不断更新与完善，以满足社会生产力的需求。 自动检测技术的发展标志着一个国家的自动化水平的高度，自动检测技术的具体体现则是由传感器来完成的。null二、传感器的发展趋势 1、传感器的作用 传感器----是对象与系统之间实现信息交换的“接口”，它为系统提供进行 处理和决策所需的对象的信息，是高度自动化系统及至现代 尖端技术必不可少的关键组成部分。 传感器----不仅用于工业自动化、军事国防和宇宙开发、海洋开发等为 代表的尖端科学与工程等重要领域，还渗透于与人们生活密切 相关的如生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电 器等等方面，并且正日新月异地发展。 传感器----可以解决和处理人的感官和一般的电子设备无能为力的一些 极端巨微的信息。因此某些传感器的发展是一些边缘科学研究 和高、新技术开发的先驱。 总之：无论是何种复杂的工程系统，还是日常生活的衣食住行，几乎每一个 现代化项目，都离不开各种各样的传感器，今后的社会将充满传感器。null2、传感器的发展趋势 在现实世界里，很多信息都是通过传感器获得的，而且与我们的生活息息相关。而信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分，其中信息的获取是信息技术产业链上重要的环节之一，没有它就没有信息的传输、处理和应用。 传感器从测试物理参数、无智能、扁平结构的传感器发展到着重于应用的智能型传感器再到今天的网络智能传感器，其最大的特点就是在信息交换上的高度自由。从目前传感器的产品方向来看，它一方面向小型化高精度的方向发展，一方面向网络化发展，而且更着重在与控制系统进行双向通信方面。null随着无线通信技术、计算机网络技术等的进步以及互联网的迅猛发展，传统的传感器信息获取技术从独立的单一化模式向集成化、微型化，进而向智能化、网络化方向发展，成为信息获取最重要和最基本的技术之一。现代的计算机技术和通信技术由于超大规模集成电路的飞速发展而已经充分发达后，不仅对传感器的精度、可靠性、响应速度、获取的信息量要求越来越高，还要求其成本低廉且使用方便。显然传统传感器因功能、特性、体积、成本等已难以满足要求而逐渐被淘汰。世界许多发达国家都在加快对传感器新技术的研究与开发，并且都已取得极大的突破。 传感器的开发趋势将包含着社会对传感器的新需求和传感器新技术的发展这两个方面。我们主要从以下几点考虑：null1）发现并利用新现象，开发新型传感器 由于传感器的工作原理是基于各种效应和定律，因此启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料，利用物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理，以此研制出具有新原理、高性能、多功能、低成本和小型化的新型物性型传感器件，来满足新领域、新需求。例如： 利用量子力学诸效应研制的高灵敏阈传感器，用来检测极微弱的信号； 利用核磁共振吸收效应的磁敏传感器，将检测限扩展到地磁强度的10-7； 利用约瑟夫逊效应的热噪声温度传感器，可以测量10-6K的超低温； 利用光子滞后效应，制造出响应速度极快的红外传感器等等。 利用抗体和抗原在电极表面上相遇复合时，会引起电极电位的变化，利用这一现象可制出免疫传感器。用这种抗体制成的免疫传感器可对某生物体内是否有这种抗原作检查。如用肝炎病毒抗体可检查某人是否患有肝炎，起到快速、准确作用。美国加州大学巳研制出这类传感器。null传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学进步，人们可制造出各种新型传感器。例如 用高分子聚合物薄膜制成温度传感器： 因为高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。高分子电介常数小，水分子能提高聚合物的介电常数。将高分子电介质做成电容器，测定电容容量的变化，即可得出相对湿度。 利用这个原理制成等离子聚合法聚苯乙烯薄膜温度传感器，其有以下特点：测湿范围宽（可达 -400℃～ +1500℃）；响应速度快，小于1S；尺寸小，可用于小空间测湿；温度系数小。null用光导纤维制成压力、流量、温度、位移等多种传感器： 光导纤维的应用是传感材料的重大突破，光导纤维最早用于光通信技术，在光通信利用中发现当温度、压力、电场、磁场等环境条件变化时，引起光纤传输的光波强度、相位、频率、偏振态等变化，测量光波量的变化，就可知道导致这些光波量变化的温度、压力、电场、磁场等物理量的大小。 利用这些原理研制出光导纤维传感器，它与传统传感器相比有许多特点：灵敏度高，结构简单、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲、便于实现遥测等。 光纤传感受器与集成光路技术相结合，加速光纤传感器技术的发展。将集成光路器件代替原有光学元件和无源光器件，使光纤传感器有高的带宽、低的信号处理电压，可靠性高，成本低。null用陶瓷制成压力传感器：陶瓷电容式压力传感器是一种无中介液的干式压力传感器。采用先进的陶瓷技术，厚膜电子技术，其技术性能稳定，年漂移量小于0.1%F.S，温漂小于±0.15%/10K，抗过载强，可达量程的数百倍。测量范围可从0到60MPa。 用高分子有机材料为敏感元件制成光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器； 利用化学效应和生物效应开发的代替视觉、嗅觉、味觉和听觉的化学传感器、微生物传感器、仿生传感器；它是一个全新的领域。 以及检测超高温、超高压、超低温和超高真空等极端参数的新型传感器。 总之：研究发现新现象与新效应、新材料是传感器技术发展的重要工作，是研究开发新型传感器的基础。null2）传感器的高精度小型化、集成化和多功能化 半导体技术中的加工方法有氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺，各向导性腐蚀及蒸镀，溅射薄膜等，这些都已引进到传感器制造，因而产生了各种新型传感器。例如： ① 日本横河公司利用各向导性腐蚀技术进行高精度三维加工，制成全硅谐振 式压力传感器：其核心部分由感压硅膜片和硅膜片上面制作的两个谐振梁 结成，两个谐振梁的频差对应不同的压力，用频率差的方法测压力，可消 除环境温度等因素带来的误差。当环境温度变化时，两个谐振梁频率和幅 度变化相同，将两个频率差后，其相同变化量就能够相互抵消。其测量最 高精度可达0.01%FS 。null②美国(SMI)公司开发一系列低价位,线性度在0.1%到0.65%范围内的硅微压力传感器,最低满量程为0.15psi(1KPa)，其以硅为材料制成,具有独特的三维结构，轻细微机械加工，和多次蚀刻制成惠斯登电桥于硅膜片上，当硅片上方受力时，其产生变形，电阻产生压阻效应而失去电桥平衡，输出与压力成比例的电信号。 总之，利用半导体技术制造出硅微传感器，它是当今传感器发展的前沿技术，其基本特点是敏感元件体积为微米量级，是传统传感器的几十、几百分之一。另外还有利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，利用溅射薄膜工艺制压力传感器等。 新工艺、新技术、新材料的开发和利用，可以生产出精度高、体积小、重量轻、可靠稳定的、适用于各种不同领域要求的新型传感器。null 新工艺新技术构成的固态功能材料——半导体、电介质、强 磁体的进一 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。 随着微电子机械系统（MEMS）技术的发展，采用微机电系统(MEMS)技术制造的各种微型新型传感器、执行器和微系统的巨大潜力日益显现。这项研发在工业、农业、国防、航空航天、航海、医学、生物工程、交通、家庭服务等各个领域都有巨大的应用前景。采用微机电系统（MEMS）技术开发的微传感器（尺寸从几微米到几毫米的传感器总称）是今后发展的重点之一。微系统研究已处于突破前夜，创新的空间很大，已成为竞争研究开发的重点领域。  null① 集成化传感器：就是采用微电子技术将辅助电路中的元件与传感元件同时集成在 同一芯片上，或将众多同一类型的单个传感器件集成一个芯片或阵列上，形成一维线型、二维阵列（面）的传感器。 特点：可使传感器的检测参数由“点—线—面—体”多维图象化，甚至能加上时序，变单参数检测为多参数检测，从而进行点测量 、以及平面、空间测量。并具有校准、补偿、自诊断和网络通信的功能。它可降低成本、增加产量。 例：电荷耦合器件（CCD）---- 光敏元阵列 →→ 数码相机； ② 一体化：在同一芯片上，将传感器件与调理、补偿等处理电路集成一体。 特点：减少干扰，提高灵敏度，方便使用； 可实现实时数据处理（传感器和数据处理电路集成）null微型化：微米/纳米技术、微机电系统MEMS技术→→体积微小、重量轻微。 例如：目前MEMS器件主要分为惯性测量、压力测量、微流量、光MEMS、 射频MEMS以及其它MEMS器件等多种类型及品种，而市售的MEMS器件主要有5种：压力传感器、加速度传感器、微型陀螺、喷墨头、硬盘驱动头。销售最多的是IT领域的喷墨头、硬盘驱动头和汽车领域中的压力传感器、加速度传感器、微型陀螺。而用于生物、化学测试系统的Lab-onchip (实验室-芯片)和其他类型生物芯片则刚刚显露出巨大的潜力。 null④ 多功能传感：不同功能的传感器集成化。 特点：一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数。 例：测量血液中各种成分的多功能传感器。 总之：这种集成化可使传感器由单一的信号变换功能扩展为兼有放大、运算、干扰补偿等多功能。实现了横向和纵向的多功能化。 null3）传感器的智能化 智能化传感器 ----是一种带微处理器的传感器，是微型计算机和传感器相结合的成果，它兼有检测、判断和信息处理等功能。 与传统传感器相比有很多特点： 具有判断和信息处理功能，能对测量值进行修正、误差补偿，因而提高测量精度； 可实现多传感器多参数测量； 有自诊断和自校准功能，提高可靠性； 测量数据可存取，使用方便； 有数据通信接口，能与微型计算机直接通信。null 高级智能传感器 ---- 是把传感器、信号调节电路、单片机集成在一 芯片上，形成超大规模集成化的高级智能传感器。 其特点： 高精度；高可靠性、高稳定性、强自适应性； 高信噪比、高分辨率；高性能价格比。 例如： 美国霍尼维尔公司ST-3000型智能传感器，芯片尺寸仅有 3×4×2mm3，采用半导体工艺，在同一芯片上制成CPU、EPROM、静压、压差、温度等三种敏感元件。 智能化传感器的研究与开发，美国处于领先地位。美国宇航局在开发宇宙 飞船时称这种传感器为灵巧传感器（Smart Sensor），在宇宙飞船上这种传感器是非常重要的。我国在这方面的研究与开发还很落后，主要是因为我国半导体集成电路工艺水平有限。null4）研究生物感官，开发仿生传感器 在大千世界里，大自然是生物传感器的优秀设计者，它经过漫长的岁月，创造了集多种感官于一体的人类本身，而且还设计了许多功能奇特、性能高超的生物传感器。例如： 狗的嗅觉（灵敏阈为人的106倍）； 鸟的视觉（视力为人的8~50倍）； 蝙 蝠、飞蛾、海豚的听觉（主动型生物雷达——超生波的传感器）； 蛇的接近觉（分辨力达0.001℃的红外测温传感器）等等。 这些动物的感官性能是当今传感器技术望尘莫及的。研究它们的机理，开发仿生传感器将是引人注目的方向。 总之，传感器的研究、开发和利用是未来世界科技发展的一个重要方向。null注意：只有传感器并不等于已具有了完备的检测技术或方法，除传感 器外还需要有一定的检测结构，用于有选择地实现信号转换。 由此构成一个完整的检测系统。 5）检测系统由模拟式、数字式向智能化方向发展 随着传感器技术的发展和计算机技术的发展，检测系统已由模拟式、数字式向智能化方向发展。在以计算机为中心的检测系统中，可以进行复杂对象或系统的多路、多参数检测；数据存贮、传输、处理或复杂分析加工；故障诊断等等。null总之：检测技术理论就是针对复杂问题的检测方法 、检测结构以及检测信号处理等方面进行研究的一门综合性的科学。 目前传感器无论在数量上、质量上、功能上都还远远地不能适应于社会多方面的发展需求，人们正在充分地利用先进的电子技术条件，研究和采用合适的外部电路，以及最大限度地提高现有传感器的性能价格比的同时，寻求着传感器技术发展的新途径。 1-4：课程学习的意义1-4：课程学习的意义1、课程学习的意义 典型的工业生产过程＝生产工艺＋生产设备＋自动控制； 自控与工艺的关系：自控为工艺服务； 自控人员必须深入了解和熟悉生产工艺和设备； 了解生产对象的基本特性及其对控制的影响；根据工艺要求选择合理的自控方案； 综合考虑工艺与自控双方面的因素，掌握准确的工艺条件和数据； 了解基本测控参数的测量原理、要求，便于确定合适的测控参数、选择合适的测控点等； 2、本课程的知识点 本课程就是将传感器技术、自动检测技术、电子测量技术、计算机技术等有机地整合而成的一门专业基础课。重点突出地学习应用于工业生产过程中的各种检测技术和仪表单元的结构原理；掌握检测方法的应用知识和检测系统的设计思想； 结合新技术发展的需要，了解多元化检测技术和检测信息融合技术的应用和发展；从系统的角度出发，将新技术的发展系统地、有机地融合到典型的自动检测和自动控制系统中。 1-5：讨论、思考题、作业： 1-5：讨论、思考题、作业：1. 实现自动化的目的和方法是什么？ 2. 自动化的主要内容有哪些？ 3. 自动化仪表的发展过程中，我国仪表经历了哪几个阶段？ 4. 自动检测技术的发展趋势是什么？ 5. 自动检测系统的基本构成是什么？各环节的作用是什么？课后作业null好好学习！天天向上！ 天生我才必有用！hbgydxzdh@163.com zdh123