新型傳感器的原理、應(yīng)用與發(fā)展

1、新型傳感器的原理、應(yīng)用與發(fā)展-可編輯修改-of new sensors330031Theprincipleandapplication(NanchangUniversity,Nanchang330031,China)摘要：現(xiàn)代新型傳感器由于具有測量精度高、動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、易于小型和微型化、方便與微機進行接口等優(yōu)點，在溫度、壓力、電壓、轉(zhuǎn)速等檢測中有著廣闊應(yīng)用前景。本文簡要的介紹了幾種現(xiàn)代新型傳感器的基本原理和它們在信號檢測、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:Modernnewsensorwithhig

2、hmeasurementprecisionhasmanyadvantages,suchasfastdynamicresponse、goodstability、stronganti-interferenceability,、easytosmallandminiaturization,andits'easytoconnectwithmicrocomputer.Ithasabroadapplicationprospectinthewaysoftemperature、pressure、voltageandspeeddetection.Thispaperbrieflyintroducesseve

3、ralbasicprincipleofmodernnewsensorsandtheirapplicationsinsignaldetection,automotive,Marineapplications,andtheprospectsofthedevelopmentofnewsensors.Keywords:newtypesensor;principle;application;prospectsofthedevelopment1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的器件,其實質(zhì)是一種功能塊其作用是將來自外界的各種信號轉(zhuǎn)換為電信號。它是實現(xiàn)測試與自動控制系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。隨著

4、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、便于微機處理等的優(yōu)勢，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，簡要的介紹了幾種現(xiàn)代新型傳感器的基本原理和它們在信號檢測、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量對光纖傳輸?shù)墓膺M行調(diào)制，使傳輸光的強度（振幅）、相位、頻率或偏振態(tài)隨被測量變化而變化，再通過對被調(diào)制過的光信號進行

5、檢測和解調(diào)，從而獲得被測參數(shù)。光發(fā)送器、光接收器、敏感元件、光導(dǎo)纖維及信號處理系統(tǒng)是構(gòu)成光纖傳感器的幾個重要組成部分。有些光纖傳感器中,光無源器件也作為光線傳感器的重要組成部分。光無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、光開關(guān)器件等。光無源器件在工作過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、應(yīng)變、電壓、電流、磁場、化學(xué)量、生物

6、量等各種光纖傳感器。目前已經(jīng)實用的光纖傳感器可測量物理量達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一電轉(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,它將光強的空間分布轉(zhuǎn)換為與光強成比例的大小不等的電荷包空間分布,然后通過移位寄存器將這些電荷包形成一系列幅值不等的時序脈沖序列輸出。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。（3）激光與紅外傳感

7、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)成的激光測量裝置能夠?qū)⒈粶y量（如長度、流量、速度等）轉(zhuǎn)換成電信號。因此廣義上也可將激光測量裝置稱為激光式傳感器。激光式傳感器實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。熱敏探測器是利用入射紅外輻射引起敏感元件的溫度變化,進而使其有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測量有關(guān)物理參數(shù)的變化可確定探測器所吸收的紅外輻射。主要有熱電阻型、熱電偶型、熱

8、釋電型和高萊氣動型等幾種型式。熱敏探測器的主要優(yōu)點是響應(yīng)波段寬,可以在室溫下工作,使用方便。但由于熱探測器響應(yīng)時間長,靈敏度低,一般只用于紅外幅射變化緩慢的場合。光敏探測器是利用某些半導(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。通過測量電學(xué)性質(zhì)的變化,可以確定紅外輻射的強弱。按照光敏探測器的工作原理,一般可分為外光電和內(nèi)光電探測器兩種。內(nèi)光電探測器又分為光電探測器、光電伏特探測器和光磁電探測器3種。光電探測器的主要特點是靈敏度高,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

9、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。實際使用中壓電式探頭最為常見，它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的。超聲波探頭中不可缺少阻尼塊，否則當(dāng)激勵的電脈沖信號停止時，晶片還會繼續(xù)振蕩，加長超聲波的脈沖寬度，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、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、自校正自調(diào)整以及人機通訊等許多功能。它的產(chǎn)生是微型計算機和傳感器相結(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

10、號檢測方面自八十年代產(chǎn)生以來，智能傳感器一直是檢測領(lǐng)域的熱點，現(xiàn)在在分布式實時檢測、網(wǎng)絡(luò)檢測以及多信號檢測方面更加是用處廣泛。通常，一個傳統(tǒng)的檢測器件只能檢測一個物理量，其信號調(diào)節(jié)是由若干與主檢測單元連接的模擬電子電路實現(xiàn)的；而一個智能傳感器就能實現(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：(l)有邏輯思維與判斷、信息處理功能，可對檢測數(shù)值進行分析、修正和誤差補償。(2)有自診斷、自校準(zhǔn)功能，提高了可靠性。(3)可實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)復(fù)合測量，擴大了檢測與適用范圍。(4)檢測數(shù)據(jù)可以存取，使用方便。(5)有數(shù)字通信接口，能與計算機直接聯(lián)機，相互交

11、換信息，便于信息管理。所以，隨著科技的發(fā)展，未來智能傳感器一定會取代落后的傳統(tǒng)傳感器。2）船舶方面在船舶自動化程度的提高方面，新型傳感器功不可沒。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、便于微機處理等的優(yōu)勢在船舶自動化中逐漸得到應(yīng)用。使得船舶的運行經(jīng)濟性提高，運行安全性增強。另外，隨著船舶自動化程度的提高，各種閥門的控制自動化要求也越來越高。與之相應(yīng)，對檢測設(shè)備精度的要求也越來越高。我們相信把新型的傳感器應(yīng)用于船舶上，必將使船舶的自動化程度得到更大提高，使船舶的經(jīng)濟性和安全性得到有力保證。（3）汽車方面一個國家的汽車工業(yè)是國家

12、國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車技術(shù)經(jīng)過幾十上百年的發(fā)展，已經(jīng)非常的成熟，如今人們對于汽車的需求已從原來的追求穩(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，汽車傳感器以其獨有的特性，大大增強了汽車的操作性，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，所以汽車中運用的傳感器也非常多。根據(jù)這些傳感器的工作原理來分，總共有八類左右。如電阻應(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)代先進科學(xué)技術(shù)研制開發(fā)出來的,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進步,新

13、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。未來的新型傳感器通過進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一步增強和完善,性能必將進一步提高,將更加靈敏、可靠。參考文獻：【1】孫傳友感測技術(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)，20133 李婷云新型傳感器在船舶中應(yīng)用中國水運Noll;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)代新型傳感器水利水電快報；1999