新型傳感器的原理、應用與發(fā)展

1、新型傳感器的原理、應用與發(fā)展-可編輯修改-of new sensors330031Theprincipleandapplication(NanchangUniversity,Nanchang330031,China)摘要：現代新型傳感器由于具有測量精度高、動態(tài)響應快、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、轉速等檢測中有著廣闊應用前景。本文簡要的介紹了幾種現代新型傳感器的基本原理和它們在信號檢測、汽車、船舶等方面的應用，以及新型傳感器的發(fā)展前景。關鍵詞：新型傳感器；原理；應用；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量轉變成便于利用的電信號的器件,其實質是一種功能塊其作用是將來自外界的各種信號轉換為電信號。它是實現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，以及微控制器的多功能化、智能化等的發(fā)展，出現了比傳統(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、響應快、便于微機處理等的優(yōu)勢，在工業(yè)中逐漸得到應用。本文根據所查閱的資料以及自身知識，簡要的介紹了幾種現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的光進行調制，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，再通過對被調制過的光信號進行

5、檢測和解調，從而獲得被測參數。光發(fā)送器、光接收器、敏感元件、光導纖維及信號處理系統(tǒng)是構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、應變、電壓、電流、磁場、化學量、生物

6、量等各種光纖傳感器。目前已經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換功能,將其感光面上的光像轉換為與光像成相應比例關系的“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體襯底上布設的若干光敏單元和移位寄存器構成的集成化、功能化的光電器件。固態(tài)圖像傳感器的結構有線列陣和面列陣兩種形式,它將光強的空間分布轉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換功能將投射到光敏單元上的光學圖像轉換成“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、光學零件和光電器件所構成的激光測量裝置能夠將被測量（如長度、流量、速度等）轉換成電信號。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。按其所依據的物理效應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,進而使其有關物理參數發(fā)生相應的變化。通過測量有關物理參數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)點是響應波段寬,可以在室溫下工作,使用方便。但由于熱探測器響應時間長,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體材料在紅外輻射的照射下,產生光子效應,使材料的電學性質發(fā)生變化。通過測量電學性質的變化,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光電探測器兩種。內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,響應速度快,響應頻率高。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來工作的。超聲波探頭中不可缺少阻尼塊，否則當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，而且還具有數據處理、故障診斷、非線性處理、自校正自調整以及人機通訊等許多功能。它的產生是微型計算機和傳感器相結合的結果。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)三部分構成。3 新型傳感器的應用及發(fā)展前景(1)信

10、號檢測方面自八十年代產生以來，智能傳感器一直是檢測領域的熱點，現在在分布式實時檢測、網絡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，其信號調節(jié)是由若干與主檢測單元連接的模擬電子電路實現的；而一個智能傳感器就能實現同樣所有這些功能，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，可對檢測數值進行分析、修正和誤差補償。(2)有自診斷、自校準功能，提高了可靠性。(3)可實現多傳感器多參數復合測量，擴大了檢測與適用范圍。(4)檢測數據可以存取，使用方便。(5)有數字通信接口，能與計算機直接聯機，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、智能傳感器以及數字傳感器等傳感器以其自身的精度高、響應快、便于微機處理等的優(yōu)勢在船舶自動化中逐漸得到應用。使得船舶的運行經濟性提高，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，對檢測設備精度的要求也越來越高。我們相信把新型的傳感器應用于船舶上，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、國民經濟的支柱產業(yè)，汽車技術經過幾十上百年的發(fā)展，已經非常的成熟，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，汽車的傳感器技術就被逐漸的應用與汽車制造中，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。根據這些傳感器的工作原理來分，總共有八類左右。如電阻應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速傳感器等。4 結論現代傳感器是借助于現代先進科學技術研制開發(fā)出來的,隨著現代科學技術的進步,新

13、的物理、化學和生物效應等將被發(fā)現,新的功能材料將誕生,更多的新型傳感器將陸續(xù)產生，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、量程轉換、定標和數據處理等功能,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】孫傳友感測技術基礎北京：電子工業(yè)出版社，20069【2】楊彥.新型傳感器在汽車技術中的應用概述電子技術，20133 李婷云新型傳感器在船舶中應用中國水運Noll;2011【4】楊錦尊新型傳感器的應用及發(fā)展方向現代電子技術；2006【5】賈娜光纖傳感器及其應用電子元器件；2014【6】沈豐現代新型傳感器水利水電快報；1999