第1章 传感器概论new

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1、现代传感技术杨圣中国科学技术大学9系Email:yangs@ustc.edu.cn西区力二楼410室教材:先进传感技术(中文版)参考书：先进传感技术(英文版)本课程的主要内容有：传感器概论；传感器材料；传感器工艺；传感器设计、建模与仿真；硅电容式集成传感器；谐振式传感器；声表面波传感器；薄膜传感器；光学传感器；隧道传感器；图象传感器；化学传感器；生物传感器；智能传感器；传感器网络；传感器信息融合。中美外交视频从信息的产生和传输角度看，传感器的作用有点像翻译，它在不同系统的信息交换过程中起着桥梁作用。传感技术则可以使这种作

2、用更有成效。所谓先进传感技术，一般可从以下几个方面作一个判断：待测量输入方式（机械接触、热接触、声接触、电磁接触和光接触等）、传感原理、传感材料、传感结构和制造工艺，以及转换输出量的形式等。今天，传感器器技术正处于由量变到质变的前夜，微型化、集成化、阵列化、智能化、网络化和融合等纷至沓来，精彩纷呈。第1章传感器概论现代信息技术的三大基础:传感器技术、通讯技术和计算机技术。它们分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。1.1人体感官与传感器在18世纪产业革命以前,传感技术由人的感官实现:人观天象而仕农耕,察火色

3、以冶铜铁，中医的望、闻、问、切。从18世纪产业革命以来,特别是在20世纪信息革命中,传感技术越来越多地由人造感官,即工程传感器来实现。1.1.1人的外化1.1.2人的体外进化人类的进化。1.1.3人体感官的外化与体外进化人类是如何拥有了今天的智慧呢？靠的是感官的帮助。人类在进化过程中得到了视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等感官。传感器是人体感官外化和体外进化的产物，可以帮助我们人类克服自身感官的局限性。传感器的功能与人类5大感觉器官的对应关系：光敏传感器——视觉；声敏传感器——听觉；气敏传感器——嗅觉；化学传感器——味觉；压

4、敏、温敏、流体传感器——触觉。新的五感传感器系统人类手指的感觉器官1.1.4师法自然与仿生传感器师法自然是中国古代有名的哲学思想,而今科学技术的发展更证明了这一点。仿生学研究的目的：一是仿照生物的构造来研制设备；二是用人工制造的设备来替代人的器官。什么是电子耳蜗？电子耳蜗的植入。仿生眼电子鼻电子舌1.2传感器的分类、构成与发展动向1.2.1基本概念⒈敏感元件，转换元件⒉传感器⒊变送器⒋转换器⒌微传感器（Microsensor）⒍灵巧或聪明（Smart）传感器⒎智能（Intelligent）传感器8.传感器的特性在工业测量

5、中，为了便于表示仪表的质量，通常用准确度等级来表示仪表的准确程度。准确度等级就是最大引用误差去掉正、负号及百分号。准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。我国工业仪表等级分为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七个等级，并标志在仪表刻度标尺或铭牌上。仪表准确度习惯上称为精度，准确度等级习惯上称为精度等级。工作温度范围：大部分传感器的工作范围都在-20℃～70℃，在军用系统中要求工作温度在-40℃～85℃，汽车、锅炉等场合对传感器的温度要求更高，而航天飞机和空间机器人甚至要求温度在-80℃以下，200

6、℃以上。1.2.2传感器的分类⒈无源传感器和有源传感器⒉以功能划分传感器⒊以材料划分传感器⒋以技术特点划分传感器1.2.3传感器的构成1.2.4传感器的技术动向⒈发现和应用新现象利用物理现象、化学反应和生物效应设计制作各种用途的传感器，这是传感器技术的重要基础工作。因此，发现和应用新现象，其意义极为深远。⒉开发新材料传感器材料是传感器技术的重要基础，传统的做法都是根据各种功能材料来制作种种传感器，这往往限制了传感器性能的进一步提高。1982年，日本东京工业大学高桥清教授提出“利用分子束外延和有机化学蒸镀特制敏感功能材料”

7、，也就是说可以人工合成各种特定的敏感功能材料.⒊微型化和集成化微传感器（Microsensor）是基于MEMS技术的新型传感器，其敏感元件的尺寸为0.1μm～100μm。传感器的集成化一般具有两方面的含义：第一，把一些相同的或不同的多个传感器集成在同一芯片上构成阵列式传感器；第二，将过去安放于传感器后级的信号处理电路与传感器集成在同一芯片上构成集成传感器。⒋发展多功能传感器通常情况下，一个传感器只能用来探测一种物理量；但在许多领域中，为能准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。多功能传感器(Multifu

8、nctionSensor)能够转换两种以上的不同物理量。⒌智能化传感器国外有的文献称传统的传感器为“Dumbsensor(愚蠢的、笨哑的传感器)”。计算机技术使传感器技术发生了巨大的变革，微处理器(或微计算机)和传感器相结合，产生功能强大的计算机化的传感器，国外称为SmartSensor(聪明的、灵巧的、机敏的智能传