傳感器技術研究

張錦濤 魏華 曹玉舉

【摘要】傳感器技術作為一種與現代科學密切相關的新興學科正得到迅速的發展，并且在許多領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。

【關鍵詞】傳感器技術； 發展；分類

傳感器技術是現代科學的前沿技術，是新技術革命和信息社會的重要技術基礎。在現代生活和科學研究中，各種類型的傳感器所提供的大量可靠、準確的信息，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識世界和改造世界。目前，傳感器技術廣泛應用于航空、航天等尖端技術領域及工業、農業等人類日常生活許多方面。傳感器在工業部門的應用普及率已被國際社會作為衡量一個國家智能化、數字化、網絡化的重要標志。因此，傳感器技術作為一種與現代科學密切相關的新興學科正得到迅速的發展，并且在許多領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） 與檢出功能， 并使之按照一定規律轉換成與之對應的可輸出信號的元器件或裝置的總稱。傳感器一般被認為由敏感元件、轉換元件、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。通常對傳感器設定了許多技術要求， 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構在不同場合均需要的基本要求是： 高靈敏度、抗干擾的穩定性、線性、容易調節、高精度、高可靠性、無遲滯性、工作壽命長、可重復性、抗老化、高響應速率、抗環境影響、互換性、低成本、寬測量范圍、小尺寸、重量輕和高強度、寬工作范圍等。

2.傳感技術的發展過程

傳感技術大體可分3代，第1代是結構型傳感器.它利用結構參量變化來感受和轉化信號.例如：電阻應變式傳感器，它是利用金屬材料發生彈性形變時電阻的變化來轉化電信號的.第2代傳感器是70年代開始發展起來的固體傳感器，這種傳感器由半導體、電介質、磁性材料等固元件構成，是利用材料某些特性制成的.如：利用熱電效應、霍爾效應、光敏效應，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、分子合成技術、微電子技術及計算機技術的發展，出現集成傳感器.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.集成傳感器發展非常迅速，現已占傳感器市場的2/3左右，它正向著低價格、多功能和系列化方向發展.第3代傳感器是80年代剛剛發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、數據處理以及自適應能力，是微型計算機技術與檢測技術相結合的產物. 80年代智能化測量主要以微處理器為核心，把傳感器信號調節電路、微計算機、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有了進一步的提高，在傳感器一級水平實現智能化，使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測量功能以及聯網通信功能等.

3.傳感器的分類

按被測參量分類

1）機械量參量：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.

按傳感器的工作機理分類

1）物理傳感器：指利用物質的物理現象和效應感知并檢測出待測對象信息的器件.它分為2類：結構型傳感器（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）.物理傳感器開發早，發展快、品種多、應用廣，目前正向集成化、系列化、智能化發展.2）化學傳感器：主要是利用化學反應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.這類傳感器很有發展前途，可在環境保護、火災報警、醫療衛生和家用電器方面有極其廣泛的使用.3）生物傳感器：是利用生物化學反應的器件，由固定生物體材料和適當轉換器件組合成的系統，與化學傳感器有密切關系.如味覺傳感器，聽覺傳感器等.該類傳感器目前發展還不成熟，尚在研發過程中.

按照能量轉換分類

按照能量轉換分為能量轉換型傳感器和能量控制型傳感器.1）能量轉化型傳感器：主要由能量變換元件構成，不需用外加電源，基于物理效應產生信息，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：半導體傳感器、陶瓷傳感器、復合材料傳感器、金屬材料傳感器、高分子材料傳感器，超導材料傳感器、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：模擬傳感器和數字傳感器.目前模擬傳感器種類遠遠超過數字傳感器.數字傳感器直接輸出數字量，不需使用A /D轉換器，就可與計算機聯機，提高系統可靠性和精確度，具有抗干擾能力強，適宜遠距離傳輸等優點，是傳感器發展方向之一.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

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