第8-1课 3.1认识传感器

主要内容：

1.讲解课前的3个案例，认识传感器的重要性；

案例1生活中的传感器(3 : 03 ) .mp4

案例2传感器(十种) ( 3:55 ) .mp4

文件 传感器的重要性也许会超出你之前的认知.doc

2.观看视频,教师在线答疑

3.1认识传感器( 16: 16 ) .mp4

3.指导学生：

3.1 (任务实施)传感器的认识.doc

4.完成课后作业

 【任务描述】

 传感器广泛应用在智能手机、汽车、安全系统、咖啡壶等日常物品中，同时也是物联网（IoT： Internet of Things ）、医疗、核能，国防、航空、机器人技术和人工智能、农业、环境监测和深海应用的组成部分。

传感检测技术是机电一体化技术中的一个核心技术。

在机电一体化系统中，首先要获得被控对象状态、特征等物理量（如位置、速度、加速度等），通过传感器检测，并将上述物理量转换成电信号，经过信息预处理，再传输到控制单元，经过分析、处理后，产生控制信息。

 传感器检测作用与信息传递过程与人脑识别外界事物过程相类似，是机电一体化系统必不可少的组成部分，是机与电有机结合的纽带。传感器为机械与电气领域之间提供了必要的接口，其本质上一定是机电化的产品。

本任务介绍传感器的工作原理及组成，并对其分类做简要说明。完成本任务，可实现以下任务目标：

【任务目标】

技能目标

能识别传感器各组成部分的作用。

知识目标

了解传感器的组成与分类。

建议学时：1个学时

传感器的重要性也许会超出你之前的认知！

[导读]2021年10月25日，特斯拉市值站上万亿美金，成为美股第五家市值破万亿的企业，几乎超过美股全部主要车企市值的总和。特斯拉在资本市场的成功，刺激着投资者的神经，也促使市场再一次将视野聚焦在自动驾驶领域，进一步思考自动驾驶技术路线的发展方向。

2021年10月25日，特斯拉市值站上万亿美金，成为美股第五家市值破万亿的企业，几乎超过美股全部主要车企市值的总和。特斯拉在资本市场的成功，刺激着投资者的神经，也促使市场再一次将视野聚焦在自动驾驶领域，进一步思考自动驾驶技术路线的发展方向。

随着自动驾驶等级的不断提高，控制权和责任主体逐渐从驾驶员转换为车辆，智驾系统的定位也将由扩增人的感知能力到接管车辆自主驾驶。由此对智驾系统之于物理世界环境理解的要求完全不同，将由对物理世界部分信息的提取提升到事无巨细的全面感知与理解。而这种变化，首要就是对2D图像成像与3D建模的越来越高的要求：1)更高分辨率和环境适应度的2D图像成像;2)对物理世界准确且稠密的实时3D建模。

Camera是自动驾驶感知物理世界最重要的传感器，其分辨率的提升将极大的提升图像的信息承载量，使得自动驾驶系统能够感知更加细节和更远距离的行车环境。当前主流自动驾驶前视摄像头的分辨率已经到800万像素以上，而更高的分辨率也是未来必然发生的事情。自动驾驶汽车面临的是一个开放性的外部环境，除了分辨率的提升，还需要提升自动驾驶在各种行车路况下的图像成像质量，比如不同的光线环境，傍晚、夜晚等，不同的气候环境，雨雪雾天等。相对于传统汽车应用的车载成像，自动驾驶对于车载成像质量的要求将极大提升，如何通过成像计算获取更高质量的图像就成为一个要解决的关键性问题。

由于传感器的存在，它让一些没有生命的物体变得有了人类的触觉、嗅觉、感觉等感官，让他们变得有了生命。

在现代工业化社会，一切自动化的生产几乎都需要传感器的存在，使得一些机器来代替人工，进行无人化的操作。除了工业生产需要传感器，还有宇宙开发，环境保护、医学诊断、生物工程等领域广泛地应用了传感器。

对于传感器的分类，业界还没有一个统一的分类方法，但是通常有三种方式。第一种就是按照物理量进行分类，分为温度传感器、速度传感器、流量传感器、气体成分传感器、力和位移传感器等等。第二种就是按照传感器的工作原理进行分类，可以分为电阻传感器、电容传感器、电感传感器、电压传感器等。

第三种就是按照输出的信号的性质来进行分类，分为开关型的传感器、模拟型传感器、代码类的数字型传感器。

电阻式传感器主要被应用在称重上，它的原理就是通过人踩上去，金属发生变形，金属变形后电阻和电流就会紧接着进行变化，表盘上的指针就会发声转动，显示出来体重的指数。可见这个时期的传感器，还是没有被完全利用出来，仅仅只是应用在了称重方面。后来到了70年代，发明了物理传感器。

物理传感器能够直接检测物理量，利用一些物理效应，把被测量的物理量转化为便于处理的能量形式，比如电信号。

在生活中，大病去医院，小病去药店，是很多人的认知，而药品作为一种特殊商品，它的储存环境，决定了药品是否可以发挥更佳药效。每一款药品都有自己的独立的储存条件，并在说明书上标明，相关人员储存药品时，需要严格按照说明操作，特别是药店的储存环境直接决定药品质量的稳定。

但是当我们去药店购买药品的时候，可以看到有常温区，阴凉区和冷藏区，在不同的区域温湿度也会不同，通过观察，在现实生活中，很多药店的工作只是浮于表面，阴凉区和冷藏区的温度，常温放置的温度，没有做到很好的把控，按照理论讲;为保证药品质量的稳定，药店至少需要配置三个不同的温湿度检测仪器，对三个区域进行监测，以便随时做出更好的调整。

正常的常温区的温度，不是我们认知中的就放在日常环境下的温湿度，而是应该保持0-30℃，湿度在35-75%之间，阴凉区的温度保持在20℃以下，湿度应该保持在35-75%之间，冷藏室的温度需要在2-10℃，湿度同样需要在35-75%之间。

药店是距离生活较近的途径，也是人们的拿药首选，药店的存储环境代表药品最后一道安全防线，温湿度的范围对药品十分重要。

来源：互联网综合

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各种各样传感器

在开始学习本节知识之前，同学们观看以下视频，从直观上来认识传感器的应用。

大家也说说你所接触到的位置传感器吧！

（注：本部分所有视频只用于辅助教学，不产生任何经济效益，如有侵权，请告知）

观看视频：案例1   生活中的传感器（3：03）

观看视频：案例2  传感器 (十种)（3：55）

1.传感器定义

传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。  

国家标准GB7665-87对传感器的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律（数学函数法则）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”。

2.传感器的组成

传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成，如图3.1所示。

3.传感器的分类

机电一体化系统中比较常用的有如下几种：

（1）按被测物理量分为：力，压力，位移，温度，角度传感器等；

（2）按照传感器的工作原理分为：应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等；

（3）按照传感器转换能量的方式分：

能量转换型：压电式、热电偶、光电式传感器等；

能量控制型：电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等；

（4）按照传感器工作机理分：

在机电一体化系统中，常用传感器有三类：

测量机械运动行程的有：光电式或电感式接近开关、霍尔开关等；

测量机械运动位移的有：光电编码器、光栅尺、旋转变压器；

测量机械运动速度的有：测速电动机、光电编码器等。

4.传感器发展趋势

传感器的发展遵循四个方向。

（1）微型化      

（2）柔性化

（3）无源无线化      

（4）传感融合化    

观看视频： 3.1 认识传感器（16：16）

【任务实施】 传感器的认识

观察如图3.4（a～h）的传感器，仔细阅读元件说明书，了解传感器的用途和接线端子。记录观察结果在表中，见表3.1。（注：大家也可以观察图中以外的其他传感。）

          表3.1  传感器观察记录表

简答题

1.传感器有哪几部分的组成？

2.机电一体化系统中常用的传感器的有哪几大类？

3.简单说一说传感器发展趋势及我国传感器发展现状。

教师根据学生观察记录结果及提问给予评价，见表3.2。

表3.2  任务评价表

参考答案

1.传感器有哪几部分的组成？

传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成。   

2.在机电一体化系统中，常用传感器有三类：

测量机械运动行程的有：光电式或电感式接近开关、霍尔开关等；

测量机械运动位移的有：光电编码器、光栅尺、旋转变压器；

测量机械运动速度的有：测速电动机、光电编码器等。