2.场的定律：包括运动法则、电磁场定 律等。物质在某时刻的状态与物体在空 间的位置、分布、运动方式等有关，一 般可用物理方程描述。
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传感技术所基于的物理基础
3.物质法则：它是表示物质某种客观性 质的法则。例如用于弹性材料的虎克定 律，欧姆定律，某些材料的压电、光电、 热电、磁电等特性。
4.统计法则：它是把微观系统和宏观系 统联系起来的物理定律。
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直径: 4.5 mm 流量: 12.6ml/min
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微飞机
1999年 尺寸: 18.82.54.6 mm3 重量: 106.7 mg
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微光开关
➢ 诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说“现代科学的进 步越来越依靠尖端仪器的发展” ➢ 俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始 的”
➢ 近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得 者达38人
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测控系统概述
(地位与作用)
军事战斗力 快速 精确
➢ 1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占8%
微传感器 微电子电路
MEMS
微执行器 微结构
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MEMS应用
※ 汽车安全气囊传感器
(a) 来自Analog Devices公 司的首个商业化加速度计 （1990）；它的尺寸小于 1cm2 (左) (b) 电容式传感 极板，60 微米深(右)
当前的MEMS加速度计(左), 与 全封装器件(右)
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※ 医疗用压力传感器
• 仪器仪表是信息工业的源头 • 仪器仪表是信息产业重要组成部分
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测控系统概述
• 地位与作用 ➢ 工业生产 倍增器 ➢ 科学研究 先行官 ➢ 军 事 战斗力 ➢ 社 会 物化法官
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测控系统概述
(地位与作用)
工业生产倍增器 仪器仪表技术是带动国民经济增长的 关键领域 在美国：仪器仪表占4%，拉动经济占总量的 66%
FFT 实时信号分析仪 电子计算机
显示及 记录装置
实验结果 处理装置
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测控系统概述 分类
按技术范围及应用领域分:
1.工业自动化仪表、控制系统及相关测控技术 2.科学仪器及相关测控技术 3.医疗仪器及相关测控技术 4.信息技术电测、计量仪器及相关测控技术 5.各类专用仪器仪表及相关测控技术 6.相关传感器、元器件、制造工艺、材料及其基础
知识面宽 一专多能 知识更新快 信息技术 适于通材教育
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测控系统概述 内涵
基础宽阔的 数、理、化、 生 基础学科
门类繁多的技术学科 (仪器、电子、自动化、 计算机、光学、机械…)
高度综合
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测控系统概述
( 地位与作用)
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测控系统概述
( 地位作用)
1. 信息化是科学技术发展的必然
历史时代： 手工化
离线检测 （对已加工对象进行质量检验）： 零件参数、 尺寸与形位公差、 品质参数
作 用：现代工程装备中， 检测环节的成本约占8~12% 运载火箭试制费有一半用于仪器仪表
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检测技术在汽车中的应用日新月异
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测控系统概述
(地位与作用)
检测技术在日常生活中的应用与日俱增
家用电器： 数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器 自动感应灯：亮度检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶 电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器 遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管 可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD
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传感技术所基于的主要效应
物理效应 光电、电光、电磁、磁光、热磁、 压磁、压电、热电、热-红外等效应、 光与声本身的效应（多普勒、喇曼 效应等）半导体（吸附、表面场、 隧道效应等）
化学效应 生物效应
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(1) 莫尔条纹（Moire）
主光栅 指示光栅
均匀刻线
夹角
移动
明暗相间条纹
条纹宽度： B W W 2sin(/2)
➢ 2003年伊拉克战争
90%
➢ 1994年美国防部建立自动测试系统执行局 立体作战
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测控系统概述
(地位与作用)
检测技术在军事上的应用
美军研制的未来单兵作战武器---OICW
夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术 激光测距仪：可精确的定位目标。在发射20毫米高爆弹时，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，以便精确的设定引爆时 间。
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测控系统概述
( 地位作用)
“物化法官”
• 检查产品质量 • 监测环境污染 • 查处违禁药物 • 识别指纹假钞 • 侦破刑事案件
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测控系统概述
( 地位作用)
……教学实验、气象预报、大地测 绘、灾情预报、交通指挥、……
涵盖 吃穿用、农轻重、海陆空
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传感技术所基于的物理基础
1.守恒定律：包括能量、动量、电荷守 恒。
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测控系统概述 组成
力 位移 速度 加速度 压力 流量 温度
电阻式 电容式 电感式 压电式 热电式 光电式 磁电式
电桥 放大器 滤波器 调制器 解调器 运算器 阻抗变换器
A/D转换
被测对象 传感器
中间变换 测量装置
激发装置
笔式记录仪 光线示波器 磁带记录仪 电子示波器 半导体存储器 显示器 磁卡
数据处理器 频谱分析仪
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测控系统概述
( 地位作用)
工业生产倍增器
检测技术是带动国民经济增长的一个 关键领域 在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%
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测控系统概述
(地位与作用)
检测技术在工业生产领域的应用
在线检测 （自动化生产线）：零件尺寸、产品缺陷检测、 装配定位….
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测控系统概述
(地位与作用)
检测技术在工业生产领域的应用
压电压力传感器结构简图
(a) 连在静脉上的一次性血压计
(b) 一次性血压计
(b) (c ) 用来在心脏导管植入时的血压监控传感器
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直径: 2 mm 重量: 38 mg 最大转速: 25000 rpm 最大力矩: 4.6 Nm
直径: 1 mm 重量: 12.5 mg 最大转速: 18000 rpm 最大力矩: 1.5 Nm
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测控的基本概念
例：空调机测量控制室温 被测对象：室内空气 被测信息： 温度 检测器具：温度传感器 --- 热电阻、热电偶
操作过程：空气 热敏电阻 电信号 处理 显示
空调机
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测控系统的构成
一般构成：
信号检出
信号转换
处理显示
接
存储 显示
信号检出
信号转换
处理显示
口
分析
┇
总
监控
线
判断
信号检出
信号转换
缩小与国际水平的差距为3～5年； 30％的产品达国际先进水平； 产品在大工程中的配套能力>85%,国内市场份额>75%.
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我国仪器仪表业发展领域：
1）工业自动化仪表与控制系统； 2）科学仪器； 3）电子与电工测量仪器； 4）医疗仪器； 5）传感器技术、新型传感器； 6）基础技术、应用技术开发研究。
▪重点项目：
1）新型传感器及信息获取、传感技术 2）过程测控系统、装备及集成技术 3）微系统测量控制仪器仪表及其制造技术 4）新型计量测试仪器及计量. 基准研究
新型计量测试仪器及计量基准研究的重要性 四流企业靠降价 三流企业靠质量 二流企业靠服务 一流企业靠品牌 超级企业靠标准
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现代检测技术发展趋势
科学技术
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测控技术与仪器概述(分类)
按行业分类: 工业自动化仪表、电工仪器仪表、光学
仪器、计时仪器、导航制导仪器、分析 仪器、实验室仪器、地质仪器、医疗仪 器、船用仪表、航空仪表…20多个专业
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测控系统概述 特点
1. 多学科交叉综合 2. 仪器门类繁多 3. 对新技术敏感 4. 信息源头技术 5. 共同基础
智能化 虚拟化 网络化 微型化 软测量技术
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MEMS 是美国的简称 Microsystem 欧洲的称谓 Micromachine 日本的称谓
微传感器 微电子电路
MEMS
微执行器 微结构
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MEMS 是美国的简称 Microsystem 欧洲的称谓 Micromachine 日本的称谓
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测控系统概述
(地位与作用)
（王大衍等语） 信息工业重要组成部分 信息工业的源头
测量 仪器仪表
信息流
信息技术
计算机
通信 （钱学森语）)
3.信息获取是信息流的一环,是仪 器仪表的主要任务
…
信息流
获取 传输 处理 控制
信息流组成
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测控系统概述
(地位与作用)
• 获取信息是仪器科学的基本任务
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测控系统概述
(地位与作用)
检测技术在国防领域的应用
美国国家导弹防御计划---NMD
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1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系统
监测系统: 探测和发现 敌人导弹的发射并追踪 导弹的飞行轨道；
拦截器：能识别真假 弹头，敌友方
测控系统概述
(地位与作用)
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测控技术与仪器
习惯上指： 仪器仪表 检测系统 测控系统 测试系统
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测控的基本概念
定义：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作
被测对象： 宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ……） 被测信息： 物理量（光、电、力、热、磁、声、…）
化学量（PH、成份…） 生物量（酶、葡萄糖、…） …… 全部操作： 检测器具：传感器、检测仪器、检测装置、检测系统 检测过程：信号采集、信号处理、信号显示、信号输出