傳感器在機(jī)電一體化中的應(yīng)用.doc

摘 要近年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,很多系統(tǒng)和設(shè)備都從傳統(tǒng)的機(jī)械模式轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)電一體化模式,這為各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。傳感器是機(jī)電一體 化系統(tǒng)當(dāng)中不可獲取的重要組成部分之一,若是機(jī)電一體化系統(tǒng)中沒(méi)有傳感器,則各種信息便無(wú)法完成傳遞和轉(zhuǎn)換,也就是說(shuō)整個(gè)系統(tǒng)會(huì)失控。文章概述傳感器研究現(xiàn)狀與發(fā)展，探討傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問(wèn)題及發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù)，機(jī)電一體化，應(yīng)用AbstractIn recent years, with the improvement of science and technology, many systems and equipment are changing from traditional mechanical model for mechanical and electrical integration model, which provides a strong guarantee for all areas of production. The sensor is an important part of mechatronic system can not access, if there is no sensor mechatronics system, is all kinds of information we can not complete the transfer and conversion, that is to say the whole system will be out of control.The article provides an overview of the sensor research and development, explore the sensor in the application of mechatronic systems, sensor technology and analysis of development issues and development direction .Key words：sensor technology、electromechanical integration、application.目 錄緒 論 . 1第一章 傳感器的基本知識(shí) . 2 1.1 傳感器的分類及特性 . 21.2 常用傳感器的類型及特點(diǎn) . 2第二章 傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用 . 43.1 傳感器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用 . 43.2 傳感器在機(jī)械制造中的應(yīng)用 . 4第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的選擇 . 54.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器的要求 . 54.2 位移的檢測(cè) . 54.3 位置的檢測(cè) . 64.4 速度的檢測(cè) . 74.5 壓力的檢測(cè) . 74.6 溫度的檢測(cè) . 74.7 刀具磨損的監(jiān)控 . 8第四章 傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì) . 9第五章 結(jié)束語(yǔ) .13參考文獻(xiàn) . 14附 錄. 15 緒 論傳感器技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中具有十分重要的地位，被稱為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱(傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù))之一。微電子技術(shù)的大力發(fā)展與進(jìn)步，極大地促進(jìn)了通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展。與此形成鮮明對(duì)照的是，傳感器技術(shù)發(fā)展十分緩慢，制約了信息技術(shù)的發(fā)展，被稱為技術(shù)發(fā)展的瓶頸。這種發(fā)展不協(xié)調(diào)的狀況以及由此帶來(lái)的負(fù)面影響，在近幾年科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展過(guò)程中表現(xiàn)的尤為突出，甚至局部領(lǐng)域出現(xiàn)了由于傳感器技術(shù)發(fā)展的滯后，反過(guò)來(lái)影響、制約了其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步的情況。所以傳感器技術(shù)又被認(rèn)為是現(xiàn)代信息技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和智能技術(shù)的先導(dǎo)。許多國(guó)家都把傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。美國(guó)曾把20世紀(jì)80年代看成是傳感器技術(shù)時(shí)代，并列為20世紀(jì)90年代22項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一；日本把傳感器技術(shù)列為20世紀(jì)80年代10大技術(shù)之首；從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始，我國(guó)也把傳感器技術(shù)列為國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)之一?？梢?jiàn)，傳感器技術(shù)是一項(xiàng)與現(xiàn)代技術(shù)密切相關(guān)的尖端技術(shù)。一個(gè)國(guó)家、一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)中傳感器應(yīng)用的數(shù)量和水平直接標(biāo)志著其技術(shù)先進(jìn)的程度。當(dāng)今傳感器技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在各種先進(jìn)的設(shè)備和系統(tǒng)中。例如，“阿波羅”運(yùn)載火箭采用的傳感器達(dá)2077個(gè)；宇宙飛船部分的傳感器達(dá)1218個(gè)；一架波音飛機(jī)所用的傳感器達(dá)上千只?？梢哉f(shuō)，任何自動(dòng)控制裝置和系統(tǒng)都離不開(kāi)它，同樣，傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)革命中也正在發(fā)揮重要作用。第1章 傳感器的基本知識(shí)從20世紀(jì)80年代起，逐步在世界范圍內(nèi)掀起一股“傳感器熱”，各先進(jìn)工業(yè)國(guó)都極為重視傳感技術(shù)和傳感器研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。傳感技術(shù)已成為重要的現(xiàn)代科技領(lǐng)域，傳感器及其系統(tǒng)生產(chǎn)已成為重要的新興行業(yè)，文章概述傳感器研究現(xiàn)狀與發(fā)展，探討傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用，并分析我國(guó)傳感器技術(shù)發(fā)展的若干問(wèn)題及發(fā)展方向。1.1 傳感器的分類及特性傳感器一般由敏感元件，轉(zhuǎn)換元件及測(cè)量電路三部分組成。傳感器按其測(cè)量對(duì)象可分為檢測(cè)機(jī)電一體化系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的內(nèi)部信息傳感器及系統(tǒng)外部環(huán)境狀態(tài)的外部信息傳感器。傳感器按控工作機(jī)理可分制電動(dòng)機(jī)可以分為物理型和結(jié)構(gòu)型。傳感器按能量源分類可分為無(wú)源型和有源型。按輸出信號(hào)的性質(zhì)可將傳感器分為開(kāi)關(guān)型，模擬型和數(shù)字型。傳感器的靜特性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓康母鱾€(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入關(guān)系，即當(dāng)輸入量是常量或變化極慢時(shí)，輸出與輸入的關(guān)系。衡量傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有線性度、測(cè)量范圍和量程、重復(fù)性、遲滯、靈敏度等。動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鲗?duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。動(dòng)態(tài)特性好的傳感器，其輸出量隨時(shí)間變化的曲線與被測(cè)量隨時(shí)間變化的曲線一致或者相近。1.2 常用傳感器的類型及特點(diǎn) 1.2.1 紅外溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用電器（微波爐、空調(diào)、油煙機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、烤面包機(jī)、電磁爐、炒鍋、暖風(fēng)機(jī)等）、醫(yī)用/家用體溫計(jì)、辦公自動(dòng)化、便攜式非接觸紅外溫度傳感器、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量?jī)x器以及電力自動(dòng)化等。不僅能提供傳感器、模塊或完整的測(cè)溫儀器，還能根據(jù)用戶需要提供包括光學(xué)透鏡、ASIC、算法等一攬子解決方案。1.2.2 傾角傳感器傾角傳感器在軍事、航天航空、工業(yè)自動(dòng)化、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車、消費(fèi)電子、海洋船舶等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。輝格公司為國(guó)內(nèi)用戶提供全球最全面、最專業(yè)的產(chǎn)品方案和服務(wù)。提供超過(guò)500種規(guī)格的伺服型、電解質(zhì)型、電容型、電感型、光纖型等原理的傾角傳感器。1.2.3 加速度傳感器（線和角加速度）分低頻高精度力平衡伺服型、低頻低成本熱對(duì)流型和中高頻電容式加速度位移傳感器?？傤l響范圍從DC至3000Hz。應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車運(yùn)動(dòng)控制、汽車測(cè)試、家電、游戲產(chǎn)品、辦公自動(dòng)化、GPS、PDA、手機(jī)、震動(dòng)檢測(cè)、建筑儀器以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備等。1.2.4 壓力傳感器壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。半導(dǎo)體壓電阻抗擴(kuò)散壓力傳感器是在薄片表面形成半導(dǎo)體變形壓力，通過(guò)外力（壓力）使薄片變形而產(chǎn)生壓電阻抗效果，從而使阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。第二章 傳感器在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用傳感器是左右機(jī)電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)發(fā)展的重要技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化產(chǎn)品之中。3.1 傳感器在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的準(zhǔn)確操作取決于對(duì)其自身狀態(tài)、操作對(duì)象及作業(yè)環(huán)境的限確隊(duì)識(shí)。這種準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)溝通過(guò)傳感器的感覺(jué)功能實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人自身狀態(tài)信息酌獲取項(xiàng)過(guò)其內(nèi)部信息傳感25(位置、速度、加速度等)獲取并為機(jī)器人控制反饋信息。希迪電子操作劉象鐘L部環(huán)境的隊(duì)識(shí)通道外部傳感器得到。3.2傳感器在機(jī)械制造中的應(yīng)用在機(jī)械制造中，傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)。在機(jī)械制造測(cè)試系統(tǒng)中，被作為一次儀表定位，其主要特征是能準(zhǔn)確傳遞和檢測(cè)出某一形態(tài)的信息，并將其轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的信息。具體地說(shuō)，傳感器是指那些對(duì)被測(cè)對(duì)象的某一確定的信息具有感受（或響應(yīng)）與檢出功能，并使之按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的可輸出信號(hào)的元器件或裝置。如果沒(méi)有傳感器對(duì)被測(cè)的原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)試與控制都將無(wú)法實(shí)現(xiàn)；即使最現(xiàn)代化的電子計(jì)算機(jī)，沒(méi)有準(zhǔn)確的信息（或轉(zhuǎn)換可靠的數(shù)據(jù)）、不失真的輸入，也將無(wú)法充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的選擇傳感器的應(yīng)用范圍廣，種類繁多。如何為我們機(jī)電一體化系統(tǒng)選擇合適的傳感器呢？下面我們就以數(shù)控機(jī)床為例講講機(jī)電一體化系統(tǒng)中傳感器的選擇。數(shù)控機(jī)床綜合了機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、測(cè)量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器，由于高精度、高速度、高效率及安全可靠的特點(diǎn)，在制造業(yè)技術(shù)設(shè)備更新中，數(shù)控機(jī)床正迅速地在企業(yè)得到普及。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，能夠根據(jù)已編好的程序，使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。它綜合了機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、測(cè)量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器。4.1 數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器的要求不同種類數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器要求不盡相同，數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，能夠根據(jù)已編好的程序，使機(jī)床動(dòng)作并加工零件。不同種類數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器的要求也不盡相同，一般來(lái)說(shuō)，大型機(jī)床要求速度響應(yīng)高，中型和高精度數(shù)控機(jī)床以要求精度為主。4.2 位移的檢測(cè)位移檢測(cè)的傳感器主要有脈沖編碼器、直線光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等。4.2.1 脈沖編碼器的應(yīng)用脈沖編碼器是一種角位移(轉(zhuǎn)速)傳感器，它能夠把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖。脈沖編碼器可分為光電式、接觸式和電磁式三種，其中，光電式應(yīng)用比較多。4.2.2 直線光柵的應(yīng)用直線光柵是利用光的透射和反射現(xiàn)象制作而成，常用于位移測(cè)量，分辨力較高，測(cè)量精度比光電編碼器高，適應(yīng)于動(dòng)態(tài)測(cè)量。在進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，光柵尺固定在床身上，其產(chǎn)生的脈沖信號(hào)直接反映了拖板的實(shí)際位置。用光柵檢測(cè)工作臺(tái)位置的伺服系統(tǒng)是全閉環(huán)控制系統(tǒng)。4.2.3 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微電機(jī)。旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成，具體來(lái)說(shuō)，它由一個(gè)鐵心、兩個(gè)定子繞組和兩個(gè)轉(zhuǎn)子繞組組成，其原、副繞組分別放置在定子、轉(zhuǎn)子上，原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)。4.2.4 感應(yīng)同步器的應(yīng)用感應(yīng)同步器是一種將直線位移或轉(zhuǎn)角位移轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的傳感器。從原理上看，它與我們前面講到的旋轉(zhuǎn)變壓器并無(wú)實(shí)質(zhì)的區(qū)別，但是從結(jié)構(gòu)上看，則與旋轉(zhuǎn)變壓器（及一般的其他控制電機(jī)）大不相同。無(wú)論哪一種感應(yīng)同步器，其結(jié)構(gòu)都包括固定和運(yùn)動(dòng)兩部分。它的可動(dòng)部分與不動(dòng)部分上的繞組不是安裝在圓筒形和圓柱形的鐵心槽內(nèi)，而是用絕緣粘合劑把銅鉑粘牢在稱為基板的金屬或玻璃平面的薄板上，利用印刷、腐蝕等方法制成曲折形狀的平面繞組，其工藝過(guò)程與電子工業(yè)中的印刷電路相同，故稱為印刷繞組。感應(yīng)同步器按其運(yùn)動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為圓盤式（或稱旋轉(zhuǎn)式）和直線式兩種，前者用來(lái)檢測(cè)角位移，后者用來(lái)檢測(cè)直線位移。但無(wú)論是哪種感應(yīng)同步器，其工作原理都是相同的。4.3 位置的檢測(cè)位置傳感器可用來(lái)檢測(cè)位置，反映某種狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，和位移傳感器不同。位置傳感器有接觸式和接近式兩種。4.3.1 接觸式傳感器的應(yīng)用接觸式傳感器的觸頭由兩個(gè)物體接觸擠壓而動(dòng)作，常見(jiàn)的有行程開(kāi)關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、價(jià)格低廉。當(dāng)某個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，其內(nèi)部觸頭會(huì)動(dòng)作，從而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開(kāi)關(guān)，則可以控制移動(dòng)范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè)，用于檢測(cè)自身與某個(gè)物體的接觸位置。4.3.2 接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用接近開(kāi)關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)的開(kāi)關(guān)，它無(wú)需和物體直接接觸。接近開(kāi)關(guān)有很多種類，主要有自感式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。接近開(kāi)關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是刀架選刀控制、工作臺(tái)行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等?；魻杺鞲衅魇抢没魻柆F(xiàn)象制成的傳感器。將鍺等半導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，在一個(gè)方向通以電流時(shí)，則在垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)電位差，這就是霍爾現(xiàn)象。將小磁體固定在運(yùn)動(dòng)部件上，當(dāng)部件靠近霍爾元件時(shí)，便產(chǎn)生霍爾現(xiàn)象，從而判斷物體是否到位。4.4 速度的檢測(cè)在軌道車輛上，車輛系統(tǒng)的穩(wěn)定性很大程度上取決于它所采集到的速度信號(hào)的可靠性和精度，而所采集的速度信號(hào)包括當(dāng)前速度值和速度的變化量。在機(jī)車的牽引控制，車輪滑動(dòng)保護(hù)，列車控制，和車門控制過(guò)程中都要涉及到速度信號(hào)的采集問(wèn)題。我們可以發(fā)現(xiàn)在各種軌道車輛中，這個(gè)任務(wù)是由許許多多的速度傳感器來(lái)完成的。傳感器是一種將非電量（如速度、壓力）的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔兓脑?，根?jù)轉(zhuǎn)換的非電量不同可分為壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器等，是進(jìn)行測(cè)量、控制儀器及設(shè)備的零件、附件。單位時(shí)間內(nèi)位移的增量就是速度。速度包括線速度和角速度，與之相對(duì)應(yīng)的就有線速度傳感器和角速度傳感器，我們都統(tǒng)稱為速度傳感器。4.5 壓力的檢測(cè)壓力傳感器是一種將壓力轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的傳感器。根據(jù)工作原理，可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。它是檢測(cè)氣體、液體、固體等所有物質(zhì)間作用力能量的總稱，也包括測(cè)量高于大氣壓的壓力計(jì)以及測(cè)量低于大氣壓的真空計(jì)。電容式壓力傳感器的電容量是由電極面積和兩個(gè)電極間的距離決定，因靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、壓力量程大等特點(diǎn)近來(lái)得到了迅速發(fā)展。在數(shù)控機(jī)床中，可用它對(duì)工件夾緊力進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)夾緊力小于設(shè)定值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致工件松動(dòng)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，停止走刀。另外，還可用壓力傳感器檢測(cè)車刀切削力的變化。再者，它還在潤(rùn)滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)被用來(lái)檢測(cè)油路或氣路中的壓力，當(dāng)油路或氣路中的壓力低于設(shè)定值時(shí)，其觸點(diǎn)會(huì)動(dòng)作，將故障信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)。4.6 溫度的檢測(cè) 溫度傳感器是一種將溫度高低轉(zhuǎn)變成電阻值大小或其它電信號(hào)的一種裝置。常見(jiàn)的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導(dǎo)體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數(shù)控機(jī)床上，溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償或過(guò)熱保護(hù)。在加工過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)部件的移動(dòng)、切削等都會(huì)產(chǎn)生熱量，且溫度分布不均勻，造成溫差，使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生熱變形，影響零件加工精度，為了避免溫度產(chǎn)生的影響，可在數(shù)控機(jī)床上某些部位裝設(shè)溫度傳感器，感受溫度信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。此外，在電動(dòng)機(jī)等需要過(guò)熱保護(hù)的地方，應(yīng)埋設(shè)溫度傳感器，過(guò)熱時(shí)通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)熱報(bào)警。4.7 刀具磨損的監(jiān)控刀具磨損到一定程度會(huì)影響到工件的尺寸精度和表面粗糙度，因此，對(duì)刀具磨損要進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)?shù)毒吣p時(shí)，機(jī)床主軸電動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大，電動(dòng)機(jī)的電流和電壓也會(huì)變化，功率隨之改變，功率變化可通過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)。功率變化到一定程度，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，機(jī)車停止運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行刀具調(diào)整或更換。以上介紹的傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用是目前的狀況，但隨著傳感器和數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，有些傳感器將被淘汰，如旋轉(zhuǎn)變壓器等，而新的傳感器將不斷出現(xiàn)，會(huì)使數(shù)控機(jī)床更加完善，自適應(yīng)更強(qiáng)。第四章 傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展，是信息化社會(huì)的發(fā)展。在信息時(shí)代，人們的社會(huì)活動(dòng)將主要依靠對(duì)信息資源的開(kāi)發(fā)及獲取、傳輸與處理。而傳感器是獲取自然領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段，是現(xiàn)代科學(xué)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。它是指那些對(duì)被測(cè)對(duì)象的某一確定的信息具有感受(或響應(yīng))與檢出功能，并使之按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的可輸出信號(hào)的元器件或裝置的總稱。傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，一切科學(xué)研究和生產(chǎn)過(guò)程所要獲取的信息都要通過(guò)它轉(zhuǎn)換為容易傳輸和處理的電信號(hào)。如果把計(jì)算機(jī)比喻為處理和識(shí)別信息的“大腦”，把通信系統(tǒng)比喻為傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”，那么傳感器就是感知和獲取信息的“感覺(jué)器官”。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，發(fā)展迅猛，同計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱，許多國(guó)家已將傳感器技術(shù)列為與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)同等重要的位置?，F(xiàn)代傳感器技術(shù)具有巨大的應(yīng)用潛力，擁有廣泛的開(kāi)發(fā)空間，發(fā)展前景十分廣闊。對(duì)比傳感器技術(shù)的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀可以看出，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及相關(guān)條件的日趨成熟，傳感器技術(shù)逐漸受到了更多人士的高度重視。當(dāng)今傳感器技術(shù)的研究與發(fā)展，特別是基于光電通信和生物學(xué)原理的新型傳感器技術(shù)的發(fā)展，已成為推動(dòng)國(guó)家乃至世界信息化產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的重要標(biāo)志與動(dòng)力。由于傳感器具有頻率響應(yīng)、階躍響應(yīng)等動(dòng)態(tài)特性以及諸如漂移、重復(fù)性、精確度、靈敏度、分辨率、線性度等靜態(tài)特性，所以外界因素的改變與動(dòng)蕩必然會(huì)造成傳感器自身特性的不穩(wěn)定，從而給其實(shí)際應(yīng)用造成較大影響。這就要求我們針對(duì)傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)，在不同場(chǎng)合對(duì)傳感器規(guī)定相應(yīng)的基本要求，以最大程度優(yōu)化其性能參數(shù)與指標(biāo)，如高靈敏度、抗干擾的穩(wěn)定性、線性、容易調(diào)節(jié)、高精度、無(wú)遲滯性、工作壽命長(zhǎng)、可重復(fù)性、抗老化、高響應(yīng)速率、抗環(huán)境影響、互換性、低成本、寬測(cè)量范圍、小尺寸、重量輕和高強(qiáng)度等。同時(shí)，根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外傳感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析以及對(duì)傳感器各性能參數(shù)的理想化要求，現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可以從四個(gè)方面分析與概括：一是開(kāi)發(fā)新材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用；二是實(shí)現(xiàn)傳感器集成化、多功能化及智能化；三是實(shí)現(xiàn)傳感技術(shù)硬件系統(tǒng)與元器件的微小型化；四是通過(guò)傳感器與其它學(xué)科的交叉整合，實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化。4.1新材料的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用材料是傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)和前提，是傳感器技術(shù)升級(jí)的重要支撐，因而傳感器技術(shù)的發(fā)展必然要求加大新材料的研制力度。事實(shí)上由于材料科學(xué)的不斷發(fā)展，傳感器材料的不斷得到更新，品種不斷得到豐富，目前除傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料、陶瓷材料、光導(dǎo)材料、超導(dǎo)材料以外，新型的納米材料的誕生有利于傳感器向微型方向發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步將有更多的新型材料誕生。半導(dǎo)體材料在敏感技術(shù)中占有較大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，半導(dǎo)體傳感器不僅靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、質(zhì)量輕，且便于實(shí)現(xiàn)集成化，在今后的一個(gè)時(shí)期，仍占有主要地位。以一定化學(xué)成分組成、經(jīng)過(guò)成型及燒結(jié)的功能陶瓷材料，其最大的特點(diǎn)是耐熱性，在敏感技術(shù)發(fā)展中具有很大的潛力。此外，采用功能金屬、功能有機(jī)聚合物、非晶態(tài)材料、固體材料、薄膜材料等，都可進(jìn)一步提高傳感器的產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。4.2傳感器的集成化、多功能化及智能化傳感器的集成化分為傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化。前者是在同一芯片上，或?qū)⒈姸嗤活愋偷膯蝹€(gè)傳感器件集成為一維線型、二維陣列（面）型傳感器，使傳感器的檢測(cè)參數(shù)由點(diǎn)到面到體多維圖像化，甚至能加上時(shí)序，變單參數(shù)檢測(cè)為多參數(shù)檢測(cè)；后者是將傳感器與調(diào)理、補(bǔ)償?shù)入娐芳梢惑w化，使傳感器由單一的信號(hào)變換功能，擴(kuò)展為兼有放大、運(yùn)算、干擾補(bǔ)償?shù)榷喙δ軐?shí)現(xiàn)了橫向和縱向的多功能。如日本豐田研究所開(kāi)發(fā)出同時(shí)檢測(cè)Na+、K+和H+等多種離子的傳感器。這種傳感器的芯片尺寸為2.5mm0.5mm，僅用一滴液體，如一滴血液，即可同時(shí)快速檢測(cè)出其中Na+、K+和H+的濃度，對(duì)醫(yī)院臨床非常方便實(shí)用。目前集成化傳感主要使用硅材料，它可以制作電路，又可制作磁敏、力敏、溫敏、光敏和離子敏器件。在制作敏感元件時(shí)要采用單硅的各向同性和各向異性腐蝕、等離子刻蝕、離子注入等工藝，利用微機(jī)械加工技術(shù)在單晶硅上加工出各種彈性元件。當(dāng)今，發(fā)達(dá)國(guó)家正在把傳感器與電路集成在一起進(jìn)行研究。智能化傳感器是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學(xué)科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問(wèn)世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域，如分布式實(shí)時(shí)探測(cè)、網(wǎng)絡(luò)探測(cè)和多信號(hào)探測(cè)方面一直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲(chǔ)，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當(dāng)于是微型機(jī)與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機(jī)的硬件設(shè)備。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y(cè)的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對(duì)非線性信號(hào)進(jìn)行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號(hào)。2）智能化傳感器具有自診斷和自校準(zhǔn)功能，可以用來(lái)檢測(cè)工作環(huán)境。3）智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測(cè)量，從而進(jìn)一步拓寬了其探測(cè)與應(yīng)用領(lǐng)域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。4）智能化傳感器既能夠很方便地實(shí)時(shí)處理所探測(cè)到的大量數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要將它們存儲(chǔ)起來(lái)。5）智能化傳感器備有一個(gè)數(shù)字式通信接口，通過(guò)此接口可以直接與其所屬計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)和交換信息。智能化傳感器無(wú)疑將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等研究領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見(jiàn)，新興的智能化傳感器將會(huì)在關(guān)系到全人類國(guó)民生的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大作用。4.3傳感器微小型化為了能夠與信息時(shí)代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)保持一致，對(duì)于傳感器性能指標(biāo)的要求越來(lái)越嚴(yán)格；與此同時(shí)，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式；而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。就當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，微型傳感器已經(jīng)對(duì)大量不同應(yīng)用領(lǐng)域，如航空、遠(yuǎn)距離探測(cè)、醫(yī)療及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響；目前開(kāi)發(fā)并進(jìn)入實(shí)用階段的微型傳感器已可以用來(lái)測(cè)量各種物理量、化學(xué)量和生物量，如位移、速度、加速度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子濃度及生物分子濃度等。4.4傳感器的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)我們來(lái)說(shuō)并不陌生，比如手機(jī)，無(wú)線上網(wǎng)，電視機(jī)。傳感器對(duì)我們來(lái)說(shuō)也不陌生，比如溫度傳感器。但是，把二者結(jié)合在起來(lái)，提出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個(gè)概念，卻是近幾年才發(fā)生的事情。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個(gè)個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)可以感受溫度的高低、濕度的變化、壓力的增減、噪聲的升降。更