1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上新型傳感器的原理、應(yīng)用與發(fā)展（南昌大學(xué)，南昌，）The principle and application of new sensors(Nanchang University, Nanchang , China)摘要：現(xiàn)代新型傳感器由于具有測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、易于小型和微型化、方便與微機(jī)進(jìn)行接口等優(yōu)點(diǎn)，在溫度、壓力、電壓、轉(zhuǎn)速等檢測(cè)中有著廣闊應(yīng)用前景。本文簡(jiǎn)要的介紹了幾種現(xiàn)代新型傳感器的基本原理和它們?cè)谛盘?hào)檢測(cè)、汽車、船舶等方面的應(yīng)用，以及新型傳感器的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：新型傳感器；原理；應(yīng)用；發(fā)展前景Abstract: Modern ne

2、w sensor with high measurement precision has many advantages, such as fast dynamic response、good stability、strong anti-interference ability,、easy to small and miniaturization, and its easy to connect with microcomputer.It has a broad application prospect in the ways of temperature、pressure、voltage a

3、nd speed detection. This paper briefly introduces several basic principle of modern new sensors and their applications in signal detection, automotive, Marine applications,and the prospects of the development of new sensors.Key words:new type sensor;principle;application;prospects of the development

4、 1前言傳感器是一種把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件,其實(shí)質(zhì)是一種功能塊,其作用是將來(lái)自外界的各種信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。它是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。隨著新材料、新工藝、新技術(shù)，以及微控制器的多功能化、智能化等的發(fā)展，出現(xiàn)了比傳統(tǒng)傳感器性能更為優(yōu)越的新型傳感器。如：光纖傳感器、固態(tài)圖像傳感器、激光與紅外傳感器、超聲波傳感器以及智能傳感器等，這些傳感器以其自身的精度高、響應(yīng)快、便于微機(jī)處理等的優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)中逐漸得到應(yīng)用。本文根據(jù)所查閱的資料以及自身知識(shí)，簡(jiǎn)要的介紹了幾種現(xiàn)代新型傳感器的基本原理和它們?cè)谛盘?hào)檢測(cè)、汽車、船舶等方面的應(yīng)用，以及新型傳感器的發(fā)展前景。2幾種新型傳感器的基

5、本原理及組成（1）光纖傳感器光纖傳感器的基本原理是被測(cè)量對(duì)光纖傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制，使傳輸光的強(qiáng)度（振幅）、相位、頻率或偏振態(tài)隨被測(cè)量變化而變化，再通過(guò)對(duì)被調(diào)制過(guò)的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和解調(diào)，從而獲得被測(cè)參數(shù)。光發(fā)送器、光接收器、敏感元件、光導(dǎo)纖維及信號(hào)處理系統(tǒng)是構(gòu)成光纖傳感器的幾個(gè)重要組成部分。有些光纖傳感器中,光無(wú)源器件也作為光線傳感器的重要組成部分。光無(wú)源器件按照功能上歸類可以分為光衰減器件、光功率分配器件、光連接器件、光隔離器件、光開(kāi)關(guān)器件等。光無(wú)源器件在工作過(guò)程中不需要任何外部元器件的幫助,依靠自身的性能就可以獨(dú)立完成某種光學(xué)功能。按照光纖在傳感器中的作用，通?？蓪⒐饫w傳感器分為兩種類型：一類

6、是功能型，又稱FF型，另一類是非功能型，又稱NF型。根據(jù)被測(cè)參量的不同,光纖傳感器又可分為位移、壓力、溫度、流量、速度、加速度、震動(dòng)、應(yīng)變、電壓、電流、磁場(chǎng)、化學(xué)量、生物量等各種光纖傳感器。目前已經(jīng)實(shí)用的光纖傳感器可測(cè)量物理量達(dá)70多種。（2）固態(tài)圖像傳感器圖像傳感器是利用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功能,將其感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例關(guān)系的“圖像”電信號(hào)的一種功能器件。而固態(tài)圖像傳感器是指在同一半導(dǎo)體襯底上布設(shè)的若干光敏單元和移位寄存器構(gòu)成的集成化、功能化的光電器件。固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)有線列陣和面列陣兩種形式,它將光強(qiáng)的空間分布轉(zhuǎn)換為與光強(qiáng)成比例的大小不等的電荷包空間分布,然后通過(guò)移位寄存

7、器將這些電荷包形成一系列幅值不等的時(shí)序脈沖序列輸出。也就是固態(tài)圖像傳感器利用光敏單元的光電轉(zhuǎn)換功能將投射到光敏單元上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成“圖像”電信號(hào)。（3）激光與紅外傳感器 激光傳感器：由發(fā)射激光的激光器、光學(xué)零件和光電器件所構(gòu)成的激光測(cè)量裝置能夠?qū)⒈粶y(cè)量（如長(zhǎng)度、流量、速度等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。因此廣義上也可將激光測(cè)量裝置稱為激光式傳感器。激光式傳感器實(shí)際上是以激光為光源的光電式傳感器。按照它所應(yīng)用的激光特性不同可分為激光干涉?zhèn)鞲衅?、激光衍射傳感器、激光掃描傳感器三類?紅外傳感器: 紅外傳感器是將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的一種光敏器件,通常稱為紅外探測(cè)器。按其所依據(jù)的物理效應(yīng)可分為光敏和熱敏兩大類型

8、。熱敏探測(cè)器是利用入射紅外輻射引起敏感元件的溫度變化,進(jìn)而使其有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)測(cè)量有關(guān)物理參數(shù)的變化可確定探測(cè)器所吸收的紅外輻射。主要有熱電阻型、熱電偶型、熱釋電型和高萊氣動(dòng)型等幾種型式。熱敏探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)波段寬,可以在室溫下工作,使用方便。但由于熱探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),靈敏度低,一般只用于紅外幅射變化緩慢的場(chǎng)合。光敏探測(cè)器是利用某些半導(dǎo)體材料在紅外輻射的照射下,產(chǎn)生光子效應(yīng),使材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量電學(xué)性質(zhì)的變化,可以確定紅外輻射的強(qiáng)弱。按照光敏探測(cè)器的工作原理,一般可分為外光電和內(nèi)光電探測(cè)器兩種。內(nèi)光電探測(cè)器又分為光電探測(cè)器、光電伏特探測(cè)器和光磁電探測(cè)器3種。

9、光電探測(cè)器的主要特點(diǎn)是靈敏度高,響應(yīng)速度快,響應(yīng)頻率高。但必須在低溫下工作,探測(cè)波段較窄。（4）超聲波傳感器 完成產(chǎn)生超聲波和接收超聲波的功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣稱超聲波換能器或超聲波探頭。按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等。實(shí)際使用中壓電式探頭最為常見(jiàn)，它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來(lái)工作的。超聲波探頭中不可缺少阻尼塊，否則當(dāng)激勵(lì)的電脈沖信號(hào)停止時(shí)，晶片還會(huì)繼續(xù)振蕩，加長(zhǎng)超聲波的脈沖寬度，使分辨率變差。（5）智能傳感器 智能傳感器是指具有信息檢測(cè)、信息處理、信息記憶、邏輯思維和判斷功能的傳感器，它不僅具有傳統(tǒng)傳感器的所有功能，而且還具有數(shù)據(jù)處理、故障診斷、非線性處理、自校正自

10、調(diào)整以及人機(jī)通訊等許多功能。它的產(chǎn)生是微型計(jì)算機(jī)和傳感器相結(jié)合的結(jié)果。從組成上看，智能傳感器由主傳感器、輔助傳感器和微機(jī)硬件系統(tǒng)三部分構(gòu)成。3新型傳感器的應(yīng)用及發(fā)展前景 （1）信號(hào)檢測(cè)方面 自八十年代產(chǎn)生以來(lái)，智能傳感器一直是檢測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，現(xiàn)在在分布式實(shí)時(shí)檢測(cè)、網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)以及多信號(hào)檢測(cè)方面更加是用處廣泛。通常，一個(gè)傳統(tǒng)的檢測(cè)器件只能檢測(cè)一個(gè)物理量，其信號(hào)調(diào)節(jié)是由若干與主檢測(cè)單元連接的模擬電子電路實(shí)現(xiàn)的；而一個(gè)智能傳感器就能實(shí)現(xiàn)同樣所有這些功能，并且更加小巧、低成本和高性能。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：(l)有邏輯思維與判斷、信息處理功能，可對(duì)檢測(cè)數(shù)值進(jìn)行分析、修正和誤差補(bǔ)償。(

11、2)有自診斷、自校準(zhǔn)功能，提高了可靠性。(3)可實(shí)現(xiàn)多傳感器多參數(shù)復(fù)合測(cè)量，擴(kuò)大了檢測(cè)與適用范圍。(4)檢測(cè)數(shù)據(jù)可以存取，使用方便。(5)有數(shù)字通信接口，能與計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī)，相互交換信息，便于信息管理。所以，隨著科技的發(fā)展，未來(lái)智能傳感器一定會(huì)取代落后的傳統(tǒng)傳感器。（2）船舶方面在船舶自動(dòng)化程度的提高方面，新型傳感器功不可沒(méi)。如：壓電式傳感器、光纖傳感器、磁致伸縮位移傳感器、智能傳感器以及數(shù)字傳感器等傳感器以其自身的精度高、響應(yīng)快、便于微機(jī)處理等的優(yōu)勢(shì)在船舶自動(dòng)化中逐漸得到應(yīng)用。使得船舶的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提高，運(yùn)行安全性增強(qiáng)。另外，隨著船舶自動(dòng)化程度的提高，各種閥門的控制自動(dòng)化要求也越來(lái)越高。與之相

12、應(yīng)，對(duì)檢測(cè)設(shè)備精度的要求也越來(lái)越高。我們相信把新型的傳感器應(yīng)用于船舶上，必將使船舶的自動(dòng)化程度得到更大提高，使船舶的經(jīng)濟(jì)性和安全性得到有力保證。（3）汽車方面一個(gè)國(guó)家的汽車工業(yè)是國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十上百年的發(fā)展，已經(jīng)非常的成熟，如今人們對(duì)于汽車的需求已從原來(lái)的追求穩(wěn)定，安全發(fā)展成為今天的追求舒適，高效。所以從上世紀(jì)五十年代起，汽車的傳感器技術(shù)就被逐漸的應(yīng)用與汽車制造中，汽車傳感器以其獨(dú)有的特性，大大增強(qiáng)了汽車的操作性，安全型與舒適性。由于汽車的功能繁多，傳感器要向電子控制單元反饋的信息也較多，所以汽車中運(yùn)用的傳感器也非常多。根據(jù)這些傳感器的工作原理來(lái)分，總共有八類左右。如電

13、阻應(yīng)變式的空氣流量傳感器、電容式的燃油液位傳感器、壓電式的減震器傳感器和磁電式的車輪轉(zhuǎn)速傳感器等。4結(jié)論現(xiàn)代傳感器是借助于現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研制開(kāi)發(fā)出來(lái)的,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,新的物理、化學(xué)和生物效應(yīng)等將被發(fā)現(xiàn),新的功能材料將誕生,更多的新型傳感器將陸續(xù)產(chǎn)生，上文中所列出的幾種新型傳感器只是冰山一角。未來(lái)的新型傳感器通過(guò)進(jìn)一步的信息采集與傳輸、處理集成化、智能化, 將具有自檢自校、量程轉(zhuǎn)換、定標(biāo)和數(shù)據(jù)處理等功能, 傳感器的功能必將得到進(jìn)一步增強(qiáng)和完善, 性能必將進(jìn)一步提高, 將更加靈敏、可靠。參考文獻(xiàn)：【1】 孫傳友感測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)北京：電子工業(yè)出版社，20069【2】 楊彥新型傳感器在汽車技術(shù)中的應(yīng)用概述·電子技術(shù)，2013【3】 李婷云·新型傳感器在船舶中應(yīng)用·中國(guó)水運(yùn)No11；2011【4】 楊錦尊·新型傳感器的應(yīng)用及發(fā)展方向·現(xiàn)代電子技術(shù)；2006【5】 賈娜·光纖傳感器及其應(yīng)用·電子元器件；2014【6】 沈豐·現(xiàn)代新型傳感器·水