计算机硬件及网络绪论学习教案.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,计算机硬件及网络(wnglu)绪论,第一页，共53页。,2,绪论,0.1 什么是传感器,0.2 传感器的作用和地位,0.3 传感器现状和国内外发展趋势,0.4 检测系统的组成原理(yunl),0.5 传感器的定义、组成和分类方法,0.6 本课程的特点和研究内容,第1页/共52页,第二页，共53页。,3,在我们日常生活中，使用着各种各样的传感器，,电冰箱、电饭煲中的温度传感器;,空调中的温度和湿度传感器;,煤气灶中的煤气泄漏传感器;,水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器;,照相机中的光传感器;,汽车中燃料计和速度计等等，不胜枚举(b shng mi j)。,传感器给我们的生活带来了便利和帮助,0.1 什么(shn me)是传感器？,第2页/共52页,第三页，共53页。,4,第3页/共52页,第四页，共53页。,5,眼（视觉）,耳（听觉(tngju)）,鼻（嗅觉）,皮肤（触觉）,舌（味觉）,感知外界信息(xnx)大脑 肌体,人体系统(xtng)和机器系统(xtng)比较,第4页/共52页,第五页，共53页。,6,人的体力和脑力劳动通过感觉器官接收外界信号，将这些信号传送给大脑，大脑把这些信号分析处理传递给肌体。,如果用机器完成这一过程，计算机相当人的大脑，执行机构相当人的肌体，传感器相当于人的五官和皮肤。,传感器好比人体感官的延长(ynchng)，有人又称“电五官”。,传感器,外,界,信,息,感 官,大 脑,肌 体,计算机,执行机构,第5页/共52页,第六页，共53页。,7,从广义的角度(jiod)来说，信号检出器件和信号处理部分总称为传感器。,第6页/共52页,第七页，共53页。,8,对于各种各样的被测量(cling)，有各种各样的传感器。下面请看几个传感器应用实例:,第7页/共52页,第八页，共53页。,9,第8页/共52页,第九页，共53页。,10,第9页/共52页,第十页，共53页。,11,车胎(chti)压力监测,第10页/共52页,第十一页，共53页。,12,0.2 传感器技术的作用(zuyng)和地位,构成现代信息技术的三大支柱是：,传感器技术（信息采集）；,通信技术 （信息传输(chun sh)）；,计算机技术（信息处理）；,它们在信息系统中分别起到,“感官”、“神经”和“大脑”的作用。,在利用信息的过程中首先要解决获取准确可靠的,信息，而传感器是获取信息的主要途径和手段。,第11页/共52页,第十二页，共53页。,13,目前传感器技术已经在越来越多的领域得到应用，传感器对观测和自动化技术所起的作用远比家用电器所起到的作用大的多。这几乎是无可争议的事实。,传感器广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研(k yn)、航空航天、现代办公设备、智能楼宇和家用电器等领域。是构建现代信息系统的重要组成部分。,第12页/共52页,第十三页，共53页。,14,工业生产,第13页/共52页,第十四页，共53页。,15,机器人,视觉:平面、立体,非视觉:触觉(chju)、滑觉、,热觉、力觉、,接近觉、,第14页/共52页,第十五页，共53页。,16,沙漠(shm)机器人,第15页/共52页,第十六页，共53页。,17,机器人足球(zqi),第16页/共52页,第十七页，共53页。,18,超声波测流量(liling),红外测温,电子汽车衡,计量测试,第17页/共52页,第十八页，共53页。,19,医疗诊断,第18页/共52页,第十九页，共53页。,20,家用电器,液化气烟雾报警器,智能洗衣机,遥控器,第19页/共52页,第二十页，共53页。,21,智能建筑,给排水系统,泵系统,锅炉系统,环境控制,电力监测,能量计费,消防系统,保安系统,照明系统,DDC,第20页/共52页,第二十一页，共53页。,22,智能建筑,门禁系统打破了人们几百年来用钥匙(yo shi)开锁的传统,指纹(zhwn)门禁,第21页/共52页,第二十二页，共53页。,23,最新湿度(shd)测量应用领域,纺,织,品,精确的,烟草烘干,木材烘干,芯片生产要求最高的湿度稳定性,纸,品,专为您的需求(xqi)所设计的,湿度传感器,第22页/共52页,第二十三页，共53页。,24,烟气(yn q),测量,NO,X,NO+NO2,dust,soot,H,2,S,H,2,O,HC,C-total,CO,2,CO,O,2,HCN,HCl,HF,NH,3,SO,2,第23页/共52页,第二十四页，共53页。,25,上海卢浦大桥通车(tng ch)应力试验,第24页/共52页,第二十五页，共53页。,26,传感器原理(yunl)及应用,绪 论,第25页/共52页,第二十六页，共53页。,27,传感器具有以下作用和功能,（1）测量与数据采集(cij),（2）检测与控制,（3）诊断与监测,（4）辅助观测仪器,（5）资源探测,（6）环境保护,（7）医疗卫生,（8）家用电器,未来世界(shji)是个充满传感器的世界(shji)，还会有：,智能房屋（自动识别主人，太阳能提供能源）,智能衣服（自动调节温度）,智能公路（自动记录公路的压力、温度、车流量）,智能汽车（无人驾驶、卫星定位）,智能,第26页/共52页,第二十七页，共53页。,28,智能化水质(shu zh)检验,水 库,无线水质感应器,下游,用户,用户,第27页/共52页,第二十八页，共53页。,29,0.3 传感器现状(xinzhung)和国内外发展趋势,传感器现状,据统计目前全世界约有40个国家从事传感器的,研制、生产和开发，研发机构6000余家。,其中以美、日、俄等国实力较强，美、日、俄等,国建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类(mnli),的传感器产业，产品20000多种，大企业的年生,产能力达到几千万支到几亿支。,1998年全世界传感器市场销售额已达325亿元，,预计2006年销售额将增至506亿美元。,第28页/共52页,第二十九页，共53页。,30,我国的传感器技术及产业在国家“大力加强传感器,的开发和在国民经济中的普遍应用”等一系列政策(zhngc),导向和资金的支持下，近年来也取得了较快发展。,目前有1680多家传感器研发机构，产品约6000种，,年产量13.2亿多支，其中约有12产品销往国外。,预计到“十五”期末，敏感元器件与传感器年总产量,可望达到20亿支，销售总额将达约120亿元。,第29页/共52页,第三十页，共53页。,31,传感器产业在科技投入(经费、高级人才资源)、产业环境以及科技实力(专利件数、新品开发周期、关键材料与零组件、量产能力)三大方面的综合(zngh)竞争能力远低于美国、日本、欧洲等发达国家。,许多自动化方面的专家呼吁：目前系统越来越复杂，自动化已经陷入低谷，其主要原因之一是传感技术落后，一方面表现为传感器在感知信息方面的落后；另一方面也表现为传感器自身在智能化和网络方面的落后。,第30页/共52页,第三十一页，共53页。,32,目前传感器总的发展趋势是：,（1）发展、利用新效应；,（2）开发新材料；,（3）提高传感器性能和检测(jin c)范围；,（4）微型化与微功耗；,（5）集成化与多功能化；,（6）传感器的智能化；,（7）传感器的数字化和网络化。,第31页/共52页,第三十二页，共53页。,33,传感器的数字化和网络化,模,拟,传,感,器,放,大,电,路,A/D,转,换,线,性,化,处,理,微,处,理,器,标准接口,脉冲输出,控制门,显示,传感器在总体(zngt)上呈现出多功能、微型化、数字化、集成化、智能化和网络化的发展趋势。,第32页/共52页,第三十三页，共53页。,34,0.4检测(jin c)系统的组成原理,各种传感器其输出信号的形式因传感器而异。检测仪器的输出,或送控制器用以调节控制，或送至计算机作进一步处理。,现代传感技术是自动(zdng)检测和自动(zdng)控制系统以及机电一体化的基础。,自动(zdng)控制系统框图,传,感,器,被,测,对,象,控制器,被测量,可用信号,信,号,处,理,显,示,记,录,第33页/共52页,第三十四页，共53页。,35,实际上被测对象涉及各个领域。最初的测量对象是长度、体积、质量和时间。18世纪以来科学技术取得飞速发展，被测对象迅速扩大。,力学领域有速度、加速度、力、功和能量等；,电磁学领域中有电流、电压、电阻(dinz)、电容、磁场；,化学领域中有浓度、成分、pH值等；,工业领域中有流量、压力、温度、黏度等被测量。,现在的被测对象更为广泛，有人体心电、脑电波等体表电位测量，生物断面测量；工业领域的光泽、触觉等品质测量；卫星上监视地球的红外线传感器；机器人的视觉、触觉、滑觉、接近觉等各种传感器。,第34页/共52页,第三十五页，共53页。,36,另一方面，测量仪器的输出信号必须转化为电压、电流或数,字量中的一种。由于传感器的种类很多，传感器的输出有各,种形式，如热电偶、pH电极(dinj)等输出为直流电压；热敏电阻、,应变计、半导体气体传感器输出为电阻，。,信号处理就是通过信号转换、放大、解调、A/D转换得到所,希望的输出信号过程。这是检测系统中使用的共同技术。,普通电测仪表(ybio)基本组成,传感器,非电量,电量,测量电路,A/D,转换,数字显示,第35页/共52页,第三十六页，共53页。,37,就被测对象而言工业上需要检测的量有电量和非电量两大类。非电量早期多用非电量的方法测量，例如：用尺测量长度；用液体热膨胀的温度计测温度；天平测量物重。,随着科学技术的发展，对测量的精确度、速度提出新的要求，尤其对动态变化的物理过程和物理量远距离测量，用非电方法无法实现，必须采用电测法,传统的传感器可以(ky)完成从非电量到非电量的转换，但无法实现现代智能仪器仪表的自动测量，无法完成过程控制的自动检测与控制。,第36页/共52页,第三十七页，共53页。,38,无论是电量测量还是非(shfi)电量测量，数字电压表问世,以来，模拟式仪表逐渐被数字式仪表取代。,微型计算机出现后形成崭新的微机自动化测试系统;,单片微机对采集的数据进行处理并提供显示和记录,同时，也对整个测试过程进行控制。,典型微机测试系统,微,机,显示器,A/D,转,换,测,量,电,路,传,感,器,控制器,记录器,非,电,量,第37页/共52页,第三十八页，共53页。,39,自动检测系统(xtng)实例,第38页/共52页,第三十九页，共53页。,40,0.5 传感器的定义、组成和分类(fn li)方法,广义：,传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出(shch)的器件和装置。,狭义：,能把外界非电信息转换成电信号输出(shch)的器件。,国家标准（GB766587）,对传感器（Sensor/transducer）定义是：,能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出(shch)信号的器件和装置。,（1）传感器定义(dngy),第39页/共52页,第四十页，共53页。,41,测量仪器一般由信号检出器件和信号处理两部分组成。,这种能感应被测量的变化并将其转换为其它(qt)物理量变化的器件，就是传感器。,输入匹配,放大变换,被测信号,输出,广义传感器,检出器,信号处理部分,第40页/共52页,第四十一页，共53页。,42,以上定义表明传感器有以下含义：,它是由敏感元件和转换元件构成的检测装置；,能按一定(ydng)规律将被测量转换成电信号输出；,传感器的输出与输入之间存在确定的关系；,按使用的场合不同又称为:,变换器、换能器、探测器。,第41页/共52页,第四十二页，共53页。,43,传感器由敏感元件、转换元件、基本(jbn)电路三部分组成：,敏感元件感受被测量;,转换元件将相应的被测量转换成电参量;,基本电路把电参量接入电路转换成电量;,核心(hxn)部分是转换元件,决定传感器的工作机理。,敏感元件,转换元件,基本电路,电量输出,被测量,第42页/共52页,第四十三页，共53页。,44,（2）传感器的组成(z chn),国标,GB/T,14479-93,规定传感器图用图形符号,表示方法：,正方形表示转换元件,三角形表示敏感元件；,X,表示被测量符号，,*表示转换原理。,*,X,第43页/共52页,第四十四页，共53页。,45,几个典型传感器的图用图形符号,a,P,电容式压力,传感器,压电式加速度,传感器,电位器式压力,传感器,第44页/共52页,第四十五页，共53页。,46,（3）传感器的分类(fn li),传感器分类方法较多,大体有以下几种：,1）按传感器检测(jin c)的范畴分类,物理量传感器,化学量传感器,生物量传感器,）按传感器的输出(shch)信号分类,模拟传感器,数字传感器,第45页/共52页,第四十六页，共53页。,47,）按传感器的功能分类(fn li),单功能传感器,多功能传感器,智能传感器,）按传感器的结构(jigu)分类,结构(jigu)型传感器,物性型传感器,复合型传感器,第46页/共52页,第四十七页，共53页。,48,6）按传感器的能源分类(fn li),有源传感器,无源传感器,）按传感器的转换(zhunhun)原理分类,机电传感器,光电传感器,热电电传感器,磁电传感器,电化学传感器,第47页/共52页,第四十八页，共53页。,49,国标制定的传感器分类体系表将传感器分为：物理量、化学(huxu)量、生物类传感器三大门类；,含12个小类：,力学量、热学量、光学量、磁学量、电学量、声学量、射线、气体、离子、温度传感器以及生化量、生理量传感器。,各小类按两个层次又分若干品种,第48页/共52页,第四十九页，共53页。,50,“传感器”课程主要讲授把各种几何量、机械量以及其他有关转换成电量的各种传感器，包括基本转换电路和电测方法。,传感器是与现代科学技术紧密相连的一门新兴学科，其种类很多，涉及的工作原理十分丰富。,传感器与生产实际和科学研究的关系(gun x)十分密切，这些决定了“传感器”课程是一门综合性、理论性和实践性都很强的课程。,0.6 本课程的特点(tdin)和研究内容,第49页/共52页,第五十页，共53页。,51,本课程的主要任务：,掌握各类传感器的基本理论，掌握各种传感器的工作原理、主要性能及其特点(tdin)；,使同学们能合理地选择和使用传感器，力图在传感器应用方面有所启发；使同学掌握常用传感器的工程设计方法和实验研究方法；,了解传感器的发展动向以及获取信息的新方法。,学习“传感器”课程，涉及到机、光、电等多方面知识，学习之前应有所准备。学习中在弄懂基本概念的同时，配合必要的实验、实习环节，理论联系实际。,第50页/共52页,第五十一页，共53页。,52,培养实践能力,综合性比较强,爱护(ih)仪器设备,考核：期末60平时20实验20,第51页/共52页,第五十二页，共53页。,53,感谢您的观看(gunkn)。,第52页/共52页,第五十三页，共53页。,