傳感器技術(shù)研究

張錦濤 魏華 曹玉舉

【摘要】傳感器技術(shù)作為一種與現(xiàn)代科學(xué)密切相關(guān)的新興學(xué)科正得到迅速的發(fā)展，并且在許多領(lǐng)域被越來越廣泛的利用。本文介紹了傳感器的定義、分類等信息。

【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù)； 發(fā)展；分類

傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)的前沿技術(shù)，是新技術(shù)革命和信息社會的重要技術(shù)基礎(chǔ)。在現(xiàn)代生活和科學(xué)研究中，各種類型的傳感器所提供的大量可靠、準(zhǔn)確的信息，不僅能代替人的五官功能，而且還能檢測到人的五官所不能感受的信息，從而使人類能更好地認(rèn)識世界和改造世界。目前，傳感器技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空、航天等尖端技術(shù)領(lǐng)域及工業(yè)、農(nóng)業(yè)等人類日常生活許多方面。傳感器在工業(yè)部門的應(yīng)用普及率已被國際社會作為衡量一個國家智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的重要標(biāo)志。因此，傳感器技術(shù)作為一種與現(xiàn)代科學(xué)密切相關(guān)的新興學(xué)科正得到迅速的發(fā)展，并且在許多領(lǐng)域被越來越廣泛的利用。

1.傳感器定義

傳感器是指那些對被測對象的某一確定的信息具有感受（ 或響應(yīng)） 與檢出功能， 并使之按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的可輸出信號的元器件或裝置的總稱。傳感器一般被認(rèn)為由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測量電路三部分組成， 有時還需外加輔助電源。傳感器可以直接接觸被測對象， 也可以不接觸。通常對傳感器設(shè)定了許多技術(shù)要求， 有一些是對所有類型傳感器都適用的， 也有只對特定類型傳感器適用的特殊要求。針對傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)在不同場合均需要的基本要求是： 高靈敏度、抗干擾的穩(wěn)定性、線性、容易調(diào)節(jié)、高精度、高可靠性、無遲滯性、工作壽命長、可重復(fù)性、抗老化、高響應(yīng)速率、抗環(huán)境影響、互換性、低成本、寬測量范圍、小尺寸、重量輕和高強(qiáng)度、寬工作范圍等。

2.傳感技術(shù)的發(fā)展過程

傳感技術(shù)大體可分3代，第1代是結(jié)構(gòu)型傳感器.它利用結(jié)構(gòu)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號.例如：電阻應(yīng)變式傳感器，它是利用金屬材料發(fā)生彈性形變時電阻的變化來轉(zhuǎn)化電信號的.第2代傳感器是70年代開始發(fā)展起來的固體傳感器，這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成的.如：利用熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光敏效應(yīng)，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器等.70年代后期，隨著集成技術(shù)、分子合成技術(shù)、微電子技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)集成傳感器.集成傳感器包括2種類型：傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化.例如：電荷耦合器件（CCD ），集成溫度傳感器AD590，集成霍爾傳感器UGN3501等.這類傳感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口靈活等特點(diǎn).集成傳感器發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已占傳感器市場的2/3左右，它正向著低價格、多功能和系列化方向發(fā)展.第3代傳感器是80年代剛剛發(fā)展起來的智能傳感器.所謂智能傳感器是指其對外界信

息具有一定檢測、自診斷、數(shù)據(jù)處理以及自適應(yīng)能力，是微型計算機(jī)技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物. 80年代智能化測量主要以微處理器為核心，把傳感器信號調(diào)節(jié)電路、微計算機(jī)、存貯器及接口集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能. 90年代智能化測量技術(shù)有了進(jìn)一步的提高，在傳感器一級水平實(shí)現(xiàn)智能化，使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測量功能以及聯(lián)網(wǎng)通信功能等.

3.傳感器的分類

按被測參量分類

1）機(jī)械量參量：如位移傳感器，速度傳感器等.2）熱工參量：如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器.3）物性參量：如pH傳感器、氧含量傳感器等.

按傳感器的工作機(jī)理分類

1）物理傳感器：指利用物質(zhì)的物理現(xiàn)象和效應(yīng)感知并檢測出待測對象信息的器件.它分為2類：結(jié)構(gòu)型傳感器（如電容傳感器、電感傳感器等）；物性型傳感器（如光電傳感器、壓電傳感器等）.物理傳感器開發(fā)早，發(fā)展快、品種多、應(yīng)用廣，目前正向集成化、系列化、智能化發(fā)展.2）化學(xué)傳感器：主要是利用化學(xué)反應(yīng)來識別和檢測信息的器件.如氣敏傳感器、濕敏傳感器和離子敏傳感器.這類傳感器很有發(fā)展前途，可在環(huán)境保護(hù)、火災(zāi)報警、醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器方面有極其廣泛的使用.3）生物傳感器：是利用生物化學(xué)反應(yīng)的器件，由固定生物體材料和適當(dāng)轉(zhuǎn)換器件組合成的系統(tǒng)，與化學(xué)傳感器有密切關(guān)系.如味覺傳感器，聽覺傳感器等.該類傳感器目前發(fā)展還不成熟，尚在研發(fā)過程中.

按照能量轉(zhuǎn)換分類

按照能量轉(zhuǎn)換分為能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器.1）能量轉(zhuǎn)化型傳感器：主要由能量變換元件構(gòu)成，不需用外加電源，基于物理效應(yīng)產(chǎn)生信息，如熱敏電阻、光敏電阻等.2）能量控制型傳感器：在信息變換過程中，需外加電源供給，如霍爾傳感器、電容傳感器.

按傳感器使用材料分類

按傳感器使用材料分類有：半導(dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器、復(fù)合材料傳感器、金屬材料傳感器、高分子材料傳感器，超導(dǎo)材料傳感器、光纖材料傳感器、納米材料傳感器等.

按傳感器輸出信號分類

按傳感器輸出信號分類有：模擬傳感器和數(shù)字傳感器.目前模擬傳感器種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過數(shù)字傳感器.數(shù)字傳感器直接輸出數(shù)字量，不需使用A /D轉(zhuǎn)換器，就可與計算機(jī)聯(lián)機(jī)，提高系統(tǒng)可靠性和精確度，具有抗干擾能力強(qiáng)，適宜遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，是傳感器發(fā)展方向之一.這類傳感器目前有振弦式傳感器和光柵傳感器等.

參考文獻(xiàn)

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