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传感器技术及应用

模块一传感器的基本知识

任务目标

★了解传感器的定义和组成方框图；

★了解传感器的特点及应用；

★掌握传感器的分类；

★掌握传感器的主要参数。

一、传感器的作用

因为一般的仪器、仪表要求输入的信号必须

为电信号,计算机及各种电子设备只能处理电信

号,而表征物质特性或其运动形式的参数中有很

多都是非电量,如大家在自然界经常接触到的温度、

压力、距离、流量、重量、速度、加速度、浓度、

酸碱度、湿度、光、磁场等。上述的非电量需要

转换成与非电量有一定关系的电量,再运用电子设

备和仪器测量,实现这种转换技术的器件就是传感

器。

二、传感技术的特点

1.用传感技术进行检测时,响应速度快,精确度高,灵

敏度高；

2.能在特殊环境下连续进行检测,便于自动记录

能在人类无法存在的高温、高压、恶劣环境中,和对

人类五官不能感觉到的信息（如超声波、红外线

等）,进行连续检测,记录变化的数据。

3.可与计算机相连,进行数据的自动运算、分析和处

理

传感器将非电物理量转换成电信号后,通过接口电路

变成计算机能够处理的信号,进行自动运算、分析和

处理。

4.品种繁多,应用广泛

现代信息系统中待测的信息量很多,一种待测信息可

由几种传感器来测量,一种传感器也可测量多种信息,

因此传感器种类繁多,应用广泛,从航空、航天、兵

器、交通、机械、电子、冶炼、轻工、化工、煤炭、

石油、环保、医疗、生物工程等领域,到农、林、牧、

副、渔业,以及人们的衣、食、住、行等生活的方方

面面,几乎无处不使用传感器,无处不需要传感器。

三、传感器的发展趋势

1．新材料的开发、应用

如:半导体材料、功能陶瓷材料、功能金属、功能有

机聚合物、非晶态材料、固体材料及薄膜材料等，都

可进一步提高传感器的产品质量，降低生产成本。

2.新工艺、新技术的应用

将半导体的精密细微加工技术应用在传感器的制造中，

可极大提高传感器的性能指标，并为传感器的集成化、

超小型化提供技术支撑。借助半导体的蒸镀技术、扩

散技术、光刻技术、静电封闭技术、全固态封接技术，

也可取得类似的功效。

3.向小型化、集成化方向发展

由于航空技术的发展，以及医疗器件和一些特殊场

合的需要，传感器必须向小型化、微型化方向发展，

以便减小体积和质量。

4.传感器的智能化

将传统的传感器和微处器及相关电路组成一体化的

结构就是智能传感器。因为它本身带有微型计算机，

具有自动校准、自动补偿、自动诊断、数据处理、

远距离双向通信、信息存储记忆和数字信号输出等

功能。

5.传感器的网络化

将传感器和计算机与网络技术有机结合，使传感器

成为网络中的智能节点。这种努力使多个传感器组

成网络直接通信，实现数据的实施发布、共享，以

及网络控制器对节点的控制操作。另外，通过

Internet网，传感器与用户之间可异地交换信息，厂

商能直接与异地用户交流，能及时完成传感器故障

诊断，指导用户维修或交换新仪器改进的数据，软

件升级等工作。另外，在微机电技术、自组织网络

技术、低功耗射频通信技术及低功耗微型计算机技

术的共同促进下，传感器朝微型化和网络化的方向

迅速发展，产生了无线传感器网络。

四、传感器需求与开发的重点方向

1.工业过程控制与汽车传感器

2.环保传感器

3.医疗卫生与食品监测传感器

4.微小型传感器及MEMS（微电子机械系统）

5.生物、医学研究急需要的新型传感器

6.生态农业传感器

五、传感器的定义与组成

传感器的定义是:能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。通常由对被

测量敏感的元件和转换元件组成，其中敏感元件是指

传感器中能直接感受或响应被测量的部分，如应变式

压力传感器中的弹性膜片，就是敏感元件；转换元件

是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测量转

换成适于传输或测量的电信号（电压、电流）部分，

如电阻应变片就是转换元件。

根据以上定义可画出传感器的组成框图,如图1-1

所示。

图1-1传