传感器检测技术引言1

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1、第1章引言1.1传感器的发展和作用1.2什么是传感器1.3传感器的分类1.4传感器的性能和评价1.1传感器的发展和作用人类为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。人类依靠这些器官接受来自外界的刺激,再通过大脑分析判断,发出命令而动作。随着科学技术的发展和人类社会的进步,人类为了进一步认识自然和改造自然,只靠这些感觉器官就显得很不够了。于是,一系列代替、补充、延伸人的感觉器官功能的各种手段就应运而生,从而出现了各种用途的传感器。传感器的历史可以追溯到远古时代,公元前1000年左右,中国的指南针、记里鼓车已开始使用。埃及王朝时代开始使用的天平,一直延

2、用到现在。利用液体膨胀进行温度测量在16世纪前后就已出现。19世纪建立了电磁学的基础,当时建立的物理法则直到现在作为各种传感器的工作原理仍在应用着。以电量作为输出的传感器，其发展历史最短,但是随着真空管和半导体等有源元件的可靠性的提高,这种传感器得到飞速发展。目前只要提到传感器,一般是指具有电输出的装置。由于集成电路技术和半导体应用技术的发展,研究开发了性能更好的传感器。随着电子设备水平不断提高以及功能不断加强,传感器也越来越显得重要。世界各国都将传感器技术列为重点发展的高新技术,传感器技术已成为高新技术竞争的核心技术之一,并且发展十分迅速。传感

3、器技术的发展十分迅速的原因有如下几点:(1)电子工业和信息技术促进了传感器产业的相应发展。(2)政府对传感器产业发展提供资助并大力扶植。(3)国防、空间技术和民用产品有广大的传感器市场。(4)在许多高新技术领域可获得用于开发传感器的理论和工艺。从市场来看,力、压力、加速度、物位、温度、湿度、水分等传感器将保持较大的需求量。传感器的市场结构如表1.1所示。表1.1传感器市场结构近年来,由于微电子技术、微机械加工技术、纳米技术的迅速发展,传感器领域的主要技术也将在现有基础上予以延伸和提高:（1）微机械加工技术（MEMT）和纳米技术将得到高速发展

4、。采用MEMT制作的传感器和微系统,具有体积微小、低成本、高可靠性等独特的优点。（2）新型敏感材料将加速开发,微电子、光电子、生物化学、信息处理等各学科的互相交叉、渗透和综合利用,将会研制出一批新颖、先进的传感器。（3）敏感元件与传感器的应用领域将得到新的开拓,二次传感器和传感器系统的应用将大幅度增长。展望未来,传感器将向着小型化、集成化、多功能化、智能化和系统化的方向发展,由微传感器、微执行器及信号和数据处理器总装集成的系统越来越引起人们的广泛关注。传感器市场将会迅速发展,并会加速新一代传感器的开发和产业化。1.2什么是传感器传感器是与人的感

5、觉器官相对应的元件。国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。　敏感元件,是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分;转换元件,是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。图1.1传感器组成方块图图1.1为传感器组成方块图，此图也说明了传感器的基本组成和工作原理。1.3传感器的分类传感器种类繁多,功能各异。由于同一被测量可用不同转换原理实现探测,利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制

6、作出检测不同被测量的传感器,而功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域,故传感器有不同的分类法。(1)根据传感器感知外界信息所依据的基本效应,可以将传感器分成三大类:基于物理效应如光、电、声、磁、热等效应进行工作的物理传感器;基于化学反应如化学吸附、选择性化学反应等进行工作的化学传感器;基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物传感器。(2)按工作原理分类,可分为应变式、电容式、电感式、电磁式、压电式、热电式等传感器。(3)根据传感器使用的敏感材料分类,可分为半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器、金属传感器、高分子材料传感器、复合材料传感器等

7、等。(4)按照被测量分类,可分为力学量传感器、热量传感器、磁传感器、光传感器、放射线传感器、气体成分传感器、液体成分传感器、离子传感器和真空传感器等等。(5)按能量关系分类,可分为能量控制型和能量转换型两大类。所谓能量控制型是指其变换的能量是由外部电源供给的,而外界的变化（即传感器输入量的变化）只起到控制的作用。如用电桥测量电阻温度变化时,温度的变化改变了热敏电阻的阻值,热敏电阻阻值的变化使电桥的输出发生变化（注意电桥的输出是由电源供给的）。(6)按传感器是利用场的定律还是利用物质的定律,可分为结构型传感器和物性型传感器。二者组合兼有两者特征的传

8、感器称为复合型传感器。场的定律是关于物质作用的定律,例如动力场的运动定律、电磁场的感应定律、光的干涉现象等。