第16 章 其它传感器简介

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1、第16章其它传感器简介传感器种类繁多，本课不可能全部讲述，同时传感器发展迅速，教材不可能全部包含，书与发展相差一段时间。116.1常用的其它传感器1.光电式传感器（教材第10章）2.固态图像传感器（教材第11章）3.光导纤维传感器（教材第12章）4.气敏传感器5.湿敏传感器6.生物传感器7.机器人传感器8.化学传感器216.1.1气敏传感器气敏传感器可以检测气体中的特定成分，并将其变换成相应的电信号输出。气敏传感器可分为半导体气敏传感器、固体电解质气敏传感器、浓差电池型气敏传感器和组合电位型气敏传感器等多种类型，常见的是半导体气敏传感器。大多气敏传感器工作时需要加热（

2、一般工作在200～400℃）。316.1.2湿敏传感器湿敏传感器主要有半导体及陶瓷系列湿敏传感器、电解质系列湿敏传感器和有机物及高分子聚合物系列湿敏传感器。湿度是比较难检测的物理量，其原因是由于湿气信息传递比较复杂。迄今为止，已有几十种湿敏元件，但是人们对湿敏传感器的研究，远不如对温度等其他传感技术研究得那么精确和完善。另外，湿敏元件必须靠与水接触，因此，其不能密封、隔离，必须直接暴露于待测的环境中，很难制作成长期稳定、可靠的湿敏元件。416.1.3湿-气多功能传感器在某一温度下可精确测量相对湿度，而在某一温度范围内可检测气体的浓度。16.1.4湿-温多功能传感器采用

3、特殊加工工艺，湿敏元件具有电容和电阻两种特性，电容随温度变化，而电阻则随湿度变化。516.1.5液体浓度传感器它是通过测量液体的电导，而间接地得到液体的浓度。液体浓度检测在工业生产中应用广泛。电解质溶液与金属导体一样，也是电的良导体。电导率的大小不仅与液体的性质有关，还与液体的浓度有关，同一种液体，若浓度不同，其导电性能也不同。在低浓度区和高浓度区电导率与浓度为单值函数，而在中浓度区电导率与浓度的关系不是单值函数。液体温度对于电导率的影响非常严重，测量电极的等效电容对测量结果也会产生影响，都需进行修正。616.1.6生物传感器20世纪70年代以来，生物医学工程迅猛发展

4、，作为检测生物体内化学成分的各种生物传感器不断出现。将生物工程技术与电子技术结合起来，利用生物体中的奇特功能，制造出类似于生物感觉器官功能的各种传感器，是当前国内外传感器技术研究的重要课题。生物传感器原理生物传感器是利用各种生物或生物物质做成的、用以检测与识别生物体内的化学成分的传感器。生物或生物物质是指酶、微生物、抗体等。7生物传感器的基本原理如图所示。它由生物敏感膜和变换器构成。被测物质经扩散作用进入生物敏感膜层，经分子识别，发生生物学反应（物理、化学变化），产生物理、化学现象或产生新的化学物质，使相应的变化起将其转换成可定量和可传输、处理的电信号。电信号物理化学

5、变化生物敏感膜被测物质热产生光声电化学器件热敏元件光敏元件声敏元件816.1.7超导传感器1911年发现水银超导现象，1986年发现稀土氧化物超导体。超导现象：当温度接近绝对零度时（最新研究临界温度可达130K），某些材料的电阻几乎为零。超导技术应用于传感器，其最大的特点是噪声小，具有极高的灵敏度。目前有超导红外传感器、超导可见光传感器、超导微波传感器、超导磁场传感器、超导图像传感器等。916.1.8液晶传感器液晶是1888年发现的一种新的物质，它既有液体的流动性，又具有晶体的光学异向性。其分子呈长形或其他规则形状，具有各向异性的物理特征，在一定温度范围内分子规则排列

6、。液晶的光学异向性：（1）双折射（2）二色性（3）旋光性液晶分子呈各向异性，具有强的电偶极矩的容量极化特性。因此，液晶受电场、磁场、热能及声能等作用时，都能引起光学效应，利用这些效应可以制成各种液晶传感器。1016.1.9非晶态合金传感器非晶态合金是上个世纪70年代末发展起来的一种新型功能材料，它具有丰富明显的物理效应。自问世以来，人们就开始将它作为传感器功能材料来研究，现在非晶态合金传感器用于各种物理量检测的很多领域。非晶态是相对晶态而言，它不像晶态那样具有原子排列周期性。非晶态合金是一种长程无序、短程有序的结构。非晶态合金材质均匀，机械、化学和电磁性能优良，非常适

7、合于制作多功能的新型传感器。11非晶态合金具有良好力学、磁学、电学和化学性能，因此可以利用非晶态合金制成各种传感器。非晶态合金传感器的产生，使得传感器理论与技术得到了新的发展。无论哪一种传感器，敏感元件是关键，敏感元件的基本性能取决于相应的敏感材料。在某种意义上，材料问题是发展传感器技术的最重要问题。敏感材料一般是金属材料、半导体材料、无机材料和有机材料。1216.1.10机器人传感器机器人传感器是一类具有特定用途的仿生传感器，它的作用是使机器人可像人一样具有理解环境，掌握外界情况，并做出决策以适应外界环境变化而进行工作的能力。机器人传感器主要有：视