傳感器技術(shù)是測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、機(jī)械、仿生學(xué)和材料科學(xué)等眾多學(xué)科相互交叉的綜合性和新技術(shù)密集型前沿技術(shù)，是現(xiàn)代新技術(shù)革命和信息社會(huì)的重要基礎(chǔ)，是自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制技術(shù)*的重要組成部分。目前，傳感器技術(shù)已成為我國(guó)國(guó)民*的支柱產(chǎn)業(yè)的一部分。傳感器在工業(yè)部門(mén)的應(yīng)用普及率己被社會(huì)作為衡量一個(gè)智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的重要標(biāo)志。
傳感器技術(shù)是新技術(shù)革命和信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代科技的開(kāi)路先鋒，也是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志，它與通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。如果說(shuō)計(jì)算機(jī)是人類(lèi)大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類(lèi)五官的延伸，當(dāng)集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展時(shí)，人們才逐步認(rèn)識(shí)信息攝取裝置&mash;&mash;傳感器沒(méi)有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼&lquo;大腦發(fā)達(dá)、五官不靈&rquo;。從八十年代起，逐步在范圍內(nèi)掀起了一股&lquo;傳感器熱&rquo;。 美國(guó)早在80年代就聲稱(chēng)已進(jìn)入傳感器時(shí)代，則把傳感器技術(shù)列為技術(shù)之創(chuàng)立。工商界人士聲稱(chēng)&lquo;支配了傳感器技術(shù)就能夠支配新時(shí)代&rquo;。技術(shù)發(fā)達(dá)對(duì)開(kāi)發(fā)傳感器技術(shù)部十分重視。美、日、英、法、德和獨(dú)聯(lián)體等國(guó)都把傳感器技術(shù)列為重點(diǎn)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。美國(guó)長(zhǎng)期和繁榮至關(guān)重要的22項(xiàng)技術(shù)中有６項(xiàng)與傳感器信息處理技術(shù)直接相關(guān)。關(guān)于保護(hù)美國(guó)武器系統(tǒng)勢(shì)至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)，其中８項(xiàng)為無(wú)源傳感器。美國(guó)*2000年舉出15項(xiàng)有助于提21世紀(jì)*能力關(guān)鍵技術(shù)，傳感器技術(shù)名列。對(duì)開(kāi)發(fā)和利用傳感器技術(shù)相當(dāng)重視并列為重點(diǎn)發(fā)展６大核心技術(shù)?？茖W(xué)技術(shù)廳制定的90年代重點(diǎn)科研項(xiàng)目中有70個(gè)重點(diǎn)課題，其中有18項(xiàng)是與傳感器技術(shù)密切相關(guān)。美國(guó)早在80年代初就成立了技術(shù)小組（BTG），幫助組織和*各大公司與企事業(yè)部門(mén)的傳感器技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。
美國(guó)*將傳感器技術(shù)視為今年20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，把傳感器技術(shù)與計(jì)算機(jī)、通信、激光半導(dǎo)體、超導(dǎo)并列為６大核心枝術(shù)，德國(guó)視軍yong傳感器為先發(fā)展技術(shù)，英、法等國(guó)對(duì)傳感器的開(kāi)發(fā)投資逐年升級(jí)，原蘇聯(lián)軍事航天計(jì)劃中的第五條列有傳感器技術(shù)。
正是由于各國(guó)普遍重視和投入開(kāi)發(fā)，傳感器發(fā)展十分迅速，在近十幾年來(lái)其產(chǎn)量及需求年增長(zhǎng)率均在10％以上。目前上從事傳感器研制單位已增到5000余家。美國(guó)、歐洲、俄羅斯各自從事傳感器研究和廠家1000余家，有800余家。
1.電阻傳感器
① 電阻式傳感器介紹
電阻式傳感器的基本原理是將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)化成電阻值的變化，再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電量輸出。根據(jù)傳感器組成材料變化或傳感器原理變化，產(chǎn)生了各種各樣的電阻式傳感器，主要包括應(yīng)變式傳感器及壓阻式傳感器。
電阻傳感器可以測(cè)量力、壓力、位移、應(yīng)變、加速度和溫度等非電量參數(shù)。電阻式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，，靈敏度較，有的還可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。
② 常見(jiàn)應(yīng)變片材料
③ 應(yīng)用注意事項(xiàng)
(1) 應(yīng)變極限 隨應(yīng)變加大，應(yīng)變器件輸出的非線(xiàn)性加大，一般將誤差達(dá)到10%時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，作為應(yīng)變器件的應(yīng)變極限。
(2) 機(jī)械滯后 敏感柵、底基及膠粘層承受機(jī)械應(yīng)變后，一般都會(huì)存在殘余變形，造成應(yīng)變器件的機(jī)械滯后。
(3) 零漂和蠕變 在恒定溫度，無(wú)機(jī)械應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變器件阻值隨時(shí)間變化的特性，稱(chēng)為零漂；在恒定溫度、恒定應(yīng)變時(shí)，應(yīng)變器件阻值隨時(shí)間變化的特性，稱(chēng)為蠕變。
(4) 零漂和蠕變的原因 應(yīng)變器件制造過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；在一定溫度和載荷條件下電阻絲材料、膠粘劑和底基內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。
(5) 絕緣電阻 粘在試件上的應(yīng)變器件的引出線(xiàn)與試件之間的電阻通常絕緣電阻為50-100M，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量時(shí)要求大于100M，甚至達(dá)到10G。
(6) zui大工作電流 應(yīng)變器件正常工作允許通過(guò)的zui大電流。通常靜態(tài)測(cè)量時(shí)為 25 mA，動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)為 75-100mA。工作電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變器件過(guò)熱、靈敏度變化、零漂和蠕變?cè)黾?，甚至燒毀?nbsp;
(7) 溫度影響 由溫度變化導(dǎo)致的應(yīng)變器件電阻變化與由應(yīng)變引起的電阻變化往往有同等數(shù)量級(jí)，須用適當(dāng)電路進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
④ 產(chǎn)品圖片
2.電感傳感器
① 電感式傳感器介紹
電感式傳感器利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、 振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線(xiàn)圈自感量L或互感量M的變化, 再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出。
電感式傳感器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 工作, 測(cè)量精度, 零點(diǎn)穩(wěn)定, 輸出功率較大等一系列點(diǎn), 其主要缺點(diǎn)是靈敏度、線(xiàn)性度和測(cè)量范圍相互制約, 傳感器自身頻率響應(yīng), 不適用于速動(dòng)態(tài)測(cè)量。
電感式傳感器種類(lèi)很多，常見(jiàn)的有自感式傳感器，互感式傳感器和電渦流式傳感器三種。
② 電感式傳感器的應(yīng)用
電感傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制, 在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中被采用。它主要用于測(cè)量微位移，凡是能轉(zhuǎn)換成位移量變化的參數(shù)，如壓力、力、壓差、加速度、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位等都可以用電感式傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。其應(yīng)用范圍主要包括：可測(cè)量彎曲和偏移；可測(cè)量振蕩的振幅度；可控制尺寸的穩(wěn)定性；可控制定位；可控制對(duì)中心率或偏心率。
電感傳感器還可用作磁敏速度開(kāi)關(guān)、齒輪齡條測(cè)速等，該類(lèi)傳感器應(yīng)用于紡織、化纖、機(jī)床、機(jī)械、冶金、機(jī)車(chē)汽車(chē)等行業(yè)的鏈輪齒速度檢測(cè)，鏈 輸送帶的速度和距離檢測(cè)，齒輪齡計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)速表及汽車(chē)防護(hù)系統(tǒng)的控制等。另外該類(lèi)傳感器還可用在給料管系統(tǒng)中小物體檢測(cè)、物體噴出控制、斷線(xiàn)監(jiān)測(cè)、小零件區(qū) 分、厚度檢測(cè)和位置控制等。
③ 三種常用電感傳感器
2.1 變磁阻式傳感器
M. Faraay 電磁感應(yīng)定律(1831年)：當(dāng)一個(gè)線(xiàn)圈中電流i變化時(shí)，該電liu產(chǎn)生的磁通Φ也隨之變化，因而在線(xiàn)圈本身產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)e，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為自感。產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)稱(chēng)為自感電勢(shì)。
變磁阻式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。它由線(xiàn)圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為&elta;，傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，氣隙厚度&elta;發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導(dǎo)致電感線(xiàn)圈的電感值變化，因此只要能測(cè)出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。
特點(diǎn)：變磁阻式傳感器有很的靈敏度，這樣對(duì)待測(cè)信號(hào)的放大倍數(shù)要求。但是受氣隙&elta;寬度的影響，該類(lèi)傳感器的測(cè)量范圍很小。
2.2 差動(dòng)變壓器式傳感器
把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線(xiàn)圈互感變化的傳感器稱(chēng)為互感式傳感器。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級(jí)繞組用差動(dòng)形式連接，故稱(chēng)差動(dòng)變壓器式傳感器。
差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和螺線(xiàn)管式等。變隙式傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖3.2所示。
圖3.2中r1a與L1a , r1b與L1b , r2a與L2a , r2b與L2b，分別為W1a , W1b , W2a, W2b繞阻的直流電阻與電感。
2.3 電渦流式傳感器
金屬導(dǎo)體置于變化著的磁場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流像水中旋渦一樣在導(dǎo)體轉(zhuǎn)圈，這種現(xiàn)象稱(chēng)為渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.3所示。
根據(jù)法拉第定律，當(dāng)傳感器線(xiàn)圈通以正弦交變電流I1時(shí)，線(xiàn)圈周?chē)臻g必然產(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng)H1，使置于此磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體中感應(yīng)電渦流I2，I2又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng)H2。
④ 電感式傳感器的缺點(diǎn)
電感式傳感器的主要點(diǎn)是：
(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，；
(2) 靈敏度，zui分辨力達(dá)0.1μm ；
(3) 測(cè)量度，輸出線(xiàn)性度可達(dá)±0.1% ；
(4) 輸出功率較大，在某些情況下可不經(jīng)放大，直接接二次儀表。
其缺點(diǎn)是：
(1) 傳感器本身的頻率響應(yīng)不，不適于速動(dòng)態(tài)測(cè)量；
(2) 對(duì)激磁電源的頻率和幅度的穩(wěn)定度要求較;
(3) 傳感器分辨力與測(cè)量范圍有關(guān)，測(cè)量范圍大，分辨力，反之則。
⑤ 使用注意事項(xiàng)
(1) 方案選擇
在選擇方案之前應(yīng)先弄清給定的技術(shù)指標(biāo)，如示值范圍、示值誤差、分辨力、重復(fù)性誤差、時(shí)漂、溫漂、使用環(huán)境等。
(2) 鐵心材料的選擇
鐵心材料選擇的主要依據(jù)是要有較的導(dǎo)磁系數(shù)，較的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和較小的磁滯損耗，剩磁 和矯頑磁力 都要小。另外，還要求電阻率大，居里點(diǎn)溫度，磁，便于加工等。常用導(dǎo)磁材料有鐵氧體、鐵鎳合金、硅鋼片和純鐵。
(3) 電源頻率的選擇
提電源頻率有下列點(diǎn)：能提線(xiàn)圈的因數(shù)；靈敏度有一定的提；適當(dāng)提頻率還有利于放大器的設(shè)計(jì)。但是，過(guò)的電源頻率也會(huì)帶來(lái)缺點(diǎn)，如鐵心渦流損耗增加；導(dǎo)線(xiàn)的集膚效應(yīng)等會(huì)使靈敏度減；增加寄生電容（包括線(xiàn)圈匝間電容）以及外界干擾的影響。
⑥ 產(chǎn)品圖片
3.熱電傳感器
① 熱電式傳感器介紹
熱電式傳感器是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為電量的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。例如將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻、熱電動(dòng)勢(shì)、熱膨脹、導(dǎo)磁率等的變化，再通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路達(dá)到檢測(cè)溫度的目的。按照測(cè)溫方法的不同，熱電式傳感器分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)。
② 熱電式傳感器應(yīng)用
熱電傳感器主要應(yīng)用于對(duì)溫度的檢測(cè)，應(yīng)用于冶金，鍛造，化工，電子，環(huán)境監(jiān)測(cè)，溫控等領(lǐng)域。
③ 熱電式傳感器分類(lèi)
3.1 接觸式熱電傳感器
3.1.1 熱電偶溫度傳感器
熱電偶溫度傳感器的工作原理基于材料的熱電效應(yīng)：兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個(gè)閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度T和T0不同時(shí)，在該回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。如圖1所示
熱偶式傳感器的影響因素取決于材料和接點(diǎn)溫度，與形狀、尺寸等無(wú)關(guān)，兩熱電極相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為0，兩接點(diǎn)溫度相同時(shí)，總電動(dòng)勢(shì)為0。對(duì)于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度t0恒定時(shí)，e(t0)=c為常數(shù)，則總的熱電動(dòng)勢(shì)就只與溫度t成單值函數(shù)關(guān)系，即 ：
可見(jiàn)，只要測(cè)出e（T,T0）的大小，就能被測(cè)溫度t，這就是利用熱電偶測(cè)溫的原理。表1為常用的電偶材料搭配及性能指標(biāo)。
熱電偶式傳感器的缺點(diǎn):體積大，靈敏度。
熱電偶式傳感器的點(diǎn):壽命長(zhǎng)，能力好，測(cè)溫范圍寬。
3.1.2 熱電阻溫度傳感器
熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的。目前zui常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。典型的熱阻式傳感器如圖2所示。表2給出了銅熱電阻的分度表。
熱電阻式溫度傳感器的點(diǎn):電阻溫度系數(shù)大，靈敏度；電阻率，熱慣性??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
熱電阻式溫度傳感器的缺點(diǎn):阻值與溫度變化呈非線(xiàn)性；穩(wěn)定性和互換性差。
3.2 非接觸式電熱傳感器
非接觸式測(cè)溫方法是應(yīng)用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。物體輻射能量的大小與溫度有關(guān),當(dāng)選擇合適的接收檢測(cè)裝置時(shí),便可測(cè)得被測(cè)對(duì)象發(fā)出的熱輻射能量并且轉(zhuǎn)換成可測(cè)量和顯示的各種信號(hào),實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。這類(lèi)測(cè)溫方法的溫度傳感器主要有光電溫傳感器、紅外輻射溫度傳感器、光纖溫傳感器等。測(cè)量范圍600&mash;6000度。 紅外輻射溫度傳感器如圖3所示。
④ 應(yīng)用中注意事項(xiàng)
選擇溫度傳感器比選擇其它類(lèi)型的傳感器所需要考慮的內(nèi)容更多。先，必須選擇傳感器的結(jié)構(gòu)，使敏感元件的規(guī)定的測(cè)量時(shí)間之內(nèi)達(dá)到所測(cè)流體或被測(cè)表面的溫度。溫度傳感器的輸出僅僅是敏感元件的溫度。實(shí)際上，要確保傳感器指示的溫度即為所測(cè)對(duì)象的溫度，常常是很困難的。 在大多數(shù)情況下，對(duì)溫度傳感器的選用，需考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
(1) 被測(cè)對(duì)象的溫度是否需記錄、和自動(dòng)控制，是否需要遠(yuǎn)距離測(cè)量和傳送。
(2) 測(cè)溫范圍的大小和精度要求。
(3) 測(cè)溫元件大小是否適當(dāng)。
(4) 在被測(cè)對(duì)象溫度隨時(shí)間變化的場(chǎng)合，測(cè)溫元件的滯后能否適應(yīng)測(cè)溫要求。
(5) 被測(cè)對(duì)象的環(huán)境條件對(duì)測(cè)溫元件是否有損害。
(6) 如保，使用是否方便。
溫度傳感器的選擇主要是根據(jù)測(cè)量范圍。當(dāng)測(cè)量范圍預(yù)計(jì)在總量程之內(nèi)，可選用鉑電阻傳感器。較窄的量程通常要求傳感器必須有相當(dāng)?shù)幕倦娮?，以便獲得足夠大的電阻變化。熱敏電阻所提供的足夠大的電阻變化使得這些敏感元件非常適用于窄的測(cè)量范圍。如果測(cè)量范圍相當(dāng)大時(shí)，熱電偶更適用。將冰點(diǎn)也包括在此范圍內(nèi)，因?yàn)闊犭娕嫉姆侄缺硎且源藴囟葹榛鶞?zhǔn)的。已知范圍內(nèi)的傳感器線(xiàn)性也可作為選擇傳感器的附加條件。
⑤ 產(chǎn)品圖片
4.諧振傳感器
① 諧振傳感器介紹
諧振式傳感器是直接將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為物體諧振特性變化的裝置，其工作原理基于諧振技術(shù)，利用諧振子的振動(dòng)頻率、相位和幅值作為敏感參數(shù)，達(dá)到對(duì)壓力，位移，密度等被測(cè)參數(shù)的測(cè)量。
以機(jī)械式諧振傳感器為例，振子的諧振頻率 可近似用下式表示：
式中：
──振子材料的剛度；
──振子的等效振動(dòng)。可見(jiàn)，振子的諧振頻率
與其剛度
和等效振動(dòng)
有關(guān)。設(shè)其初始諧振頻率為
，當(dāng)振子受力或其中的介質(zhì)等發(fā)生變化時(shí)，振子的等效剛度或等效振動(dòng)會(huì)發(fā)生變化，從而使其諧振頻率發(fā)生變化。
要使振子產(chǎn)生振動(dòng)，就要外加激振力(激振元件)，要測(cè)量振子的振動(dòng)頻率則需要拾振元件。由激振元件激發(fā)振子振動(dòng)，由拾振元件檢測(cè)振子的振動(dòng)頻率，另外將此信號(hào)經(jīng)放大后輸送到激振元件中形成閉環(huán)系統(tǒng)，以維持振子持續(xù)振動(dòng)。圖1給出了諧振傳感器的基本結(jié)構(gòu)圖：
圖1中，由ERD組成的電&mash;機(jī)&mash;電諧振子環(huán)節(jié)，是諧振式傳感器的核心；由ERDA組成的閉環(huán)自激環(huán)節(jié)，是構(gòu)成諧振式傳感器的條件；由RDO(C)組成的信號(hào)檢測(cè)、輸出環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)被測(cè)量的手段。
② 諧振式傳感器的應(yīng)用
諧振式傳感器因輸出為頻率信號(hào)而有精度、分辨率、能力、適于長(zhǎng)距離傳輸、能直接與數(shù)字設(shè)備相連接的點(diǎn)；又因無(wú)活動(dòng)部件而有穩(wěn)定性和性，并可能制造出精度極的傳感器(目前可以做到精度超過(guò)萬(wàn)分)。它的缺點(diǎn)是，要求材料較，加工工藝復(fù)雜，所以周期長(zhǎng)，成本較；另外，其輸出頻率與被測(cè)量往往是非線(xiàn)性關(guān)系，需進(jìn)行線(xiàn)性化處理才能良好的精度。
由于諧振式傳感器有許多點(diǎn)，已迅速發(fā)展成為一個(gè)新的傳感器家族，可用于多種參數(shù)的測(cè)量，例如壓力、位移、加速度、扭矩、密度、液位等。諧振式傳感器主要用于航空、航天、計(jì)量、氣象、地質(zhì)、石油等行業(yè)中。
③ 諧振式傳感器的類(lèi)型及缺點(diǎn)
諧振式傳感器的種類(lèi)很多，大體分為兩類(lèi)：一類(lèi)是基于機(jī)械諧振結(jié)構(gòu)諧振式傳感器；另一類(lèi)是MOS環(huán)振式諧振傳感器。其中機(jī)械式諧振式傳感器應(yīng)用zui廣。機(jī)械式諧振傳感器的振子可以有不同的結(jié)構(gòu)形式，圖2所示為常見(jiàn)的a 張絲狀、b 膜片狀、c 筒狀、 梁狀等，相應(yīng)的有振動(dòng)弦式、振動(dòng)膜式、振動(dòng)筒式、振動(dòng)梁式等諧振傳感器之分。通常振子的材料采用諸如鐵鎳恒an合金等有恒an性模量的所謂恒模材料。但這種材料較易受外界磁場(chǎng)和周?chē)h(huán)境溫度的影響。石英晶體在一般應(yīng)力下有很好的重復(fù)性和zui小的遲滯，其諧振子的因素Q值極，并且不受環(huán)境溫度影響，性能長(zhǎng)期穩(wěn)定，因此采用石英晶體作為振子可制成性能更加良的壓電式諧振傳感器。其振子通常采用振膜或振梁形狀，但按振子上下表面形狀它又分為e 扁平形、f 平凸形和g 雙凸形三種，如圖2所示。表1給出了各種類(lèi)型機(jī)械式諧振傳感器的缺點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。
④ 諧振式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
諧振式傳感器的振子是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為頻率變化的關(guān)鍵元件，它對(duì)傳感器的精度、靈敏度和穩(wěn)定性等有很大影響，因此對(duì)它的設(shè)計(jì)要求較，主要可從下述幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。
(1) 減小非線(xiàn)性
諧振式傳感器的特性曲線(xiàn)幾乎都是非線(xiàn)性的。選擇合適的工作點(diǎn)和zuijia工作頻段對(duì)減小非線(xiàn)性非常重要。為獲得較的測(cè)量精度，必須在轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行非線(xiàn)性校正。
(2) 提靈敏度
可通過(guò)適當(dāng)選擇下面振子有關(guān)參數(shù)來(lái)提靈敏度：密度、an性模量、泊松比等材料物理特性參數(shù)；厚度、半徑、長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)參數(shù)；初始諧振頻率，預(yù)加載荷等。壓電式諧振傳感器采取圍壓加載方式時(shí)，其靈敏度zui。
(3) 提穩(wěn)定性
先，應(yīng)選擇強(qiáng)度、參數(shù)穩(wěn)定的振子材料，如石英晶體，琴鋼絲，鐵鎳橫an合金等；其次，應(yīng)選擇Q值較大的振子，Q值越大，諧振頻率的穩(wěn)定性越，傳感器的工作也越穩(wěn)定，抗外界干擾的能力越強(qiáng)，其重復(fù)性也就越好；再次，要盡量提材料的an性極限，在zui大載荷下，材料an性變形為材料an性極限的1/3～1/2以下；zui后，結(jié)構(gòu)上作成一體的，否則振子與其它部分的連接必須有很強(qiáng)的抗滑能力。
(4) 減小溫度誤差
由于構(gòu)成傳感器的材料受溫度影響，均將產(chǎn)生溫度變形，造成輸出信號(hào)的不穩(wěn)定。為減小溫度的影響，可采取下面措施：采用零溫度系數(shù)的材料，或溫度系數(shù)恒定的材料，而且其an性模量受溫度影響小；采用線(xiàn)路補(bǔ)償；采取恒溫措施；傳感器設(shè)計(jì)成封閉系統(tǒng)，使傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)自身達(dá)到熱補(bǔ)償；對(duì)因溫度變化而影響振子諧振頻率變化的傳感器部分，通過(guò)選取適當(dāng)?shù)某叽绾蜏囟认禂?shù)，保持脹縮平衡。
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5.壓電傳感器
① 壓電效應(yīng)與壓電傳感器
某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)，或稱(chēng)為電致伸縮現(xiàn)象。
依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類(lèi)傳感器稱(chēng)為為壓電傳感器,它是利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器。
② 壓電傳感器的應(yīng)用
壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等參量的測(cè)量中。
壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車(chē)、輪船、橋梁、和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)了的應(yīng)用，特別是航空宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。
壓電式壓力傳感器既可以用來(lái)測(cè)量大的壓力，也可以用來(lái)測(cè)量微小的壓力。它可以用于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力與真空度的測(cè)量，以及軍事工業(yè)中槍炮子an在槍膛中擊發(fā)瞬間的膛壓變化和炮口的沖擊壓力的測(cè)量。此外，壓力式傳感器還應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，比如說(shuō)心室導(dǎo)管式微音器就是由壓力傳感器制成的。
③ 常用敏感材料對(duì)比
(1) 壓電陶瓷
壓電陶瓷是一種有壓電性能的陶瓷材料，它是由若干不同的氧化物，諸如氧化鋁、氧化鋇、氧化鈦、氧化鈉等，按照比例配合，經(jīng)過(guò)成型、溫固相反應(yīng)、燒結(jié)，zui后合成制造出來(lái)的。它有一種奇異的壓電效應(yīng)特性，即當(dāng)受到微小外力作用時(shí)，能夠把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，當(dāng)加上交變電壓時(shí)，又會(huì)把電能變成機(jī)械能。
(2) 細(xì)晶粒壓電陶瓷
以往的壓電陶瓷是由幾微米至幾十微米的多疇晶粒組成的多晶材料,當(dāng)把粒徑減小至亞微米級(jí)時(shí),可以改進(jìn)材料的加工性,使基片可以做得更薄,提陣列頻率,降換能器陣列的損耗,提器件的機(jī)械強(qiáng)度,減小多層器件每層的厚度。減小粒徑許多好處,但同時(shí)也帶來(lái)了降壓電效應(yīng)的影響。為了克服這種影響,人們更改了傳統(tǒng)的摻雜工藝,使細(xì)晶粒壓電陶瓷壓電效應(yīng)增加到與粗晶粒壓電陶瓷相當(dāng)?shù)乃?。近年?lái),人們用細(xì)晶粒壓電陶瓷進(jìn)行了切割研磨研究,并制作出了一些頻換能器、微制動(dòng)器及薄型蜂鳴器（瓷片20-30um厚）,證明了細(xì)晶粒壓電陶瓷的越性。隨著納米技術(shù)的發(fā)展,細(xì)晶粒壓電陶瓷材料研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)仍是近期的熱點(diǎn)。
(3) 壓電性特異的多元單晶壓電體
傳統(tǒng)的壓電陶瓷較其它類(lèi)型的壓電材料壓電效應(yīng)要強(qiáng),從而了應(yīng)用。但作為大應(yīng)力,能換能材料,傳統(tǒng)壓電陶瓷的壓電效應(yīng)仍不能滿(mǎn)足要求。于是近幾年來(lái),人們?yōu)榱搜芯砍鲇懈悏弘娦缘男聣弘姴牧?做了大量工作,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)并研制出了Pb(A1/3B2/3)PbTiO3單晶（A=Zn2+,Mg2+）。這類(lèi)單晶的33zui可達(dá)2600pc/N(壓電陶瓷33zui大為850pc/N),k33可達(dá)0.95（壓電陶瓷K33zui達(dá)0.8）,其應(yīng)變大于1.7%,幾乎比壓電陶瓷應(yīng)變一個(gè)數(shù)量級(jí)。儲(chǔ)能密度達(dá)130J/kg,而壓電陶瓷儲(chǔ)能密度在10J/kg以?xún)?nèi)?，F(xiàn)在美國(guó)、、俄羅斯和中國(guó)已開(kāi)始進(jìn)行這類(lèi)材料的工藝研究,它的批量的成功必將帶來(lái)壓電材料應(yīng)用的飛速發(fā)展。
④ 應(yīng)用中的注意事項(xiàng)
(1) 正確安裝。壓力傳感器直接與待測(cè)量的實(shí)體接觸，安裝是否合適對(duì)其性能有較大影響；
(2) 保持清潔。雖然壓電陶瓷比較，但仍然需要保持壓電材料的清潔，以提使用壽命，減小測(cè)量誤差；
(3) 。通常壓電傳感器檢測(cè)的檢測(cè)電流很微弱，因此在調(diào)理電路的設(shè)計(jì)上需要充分考慮措施及濾波功能。
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6.磁電傳感器
① 磁電式傳感器介紹
磁電式傳感器利用電磁感應(yīng)效應(yīng)，霍爾效應(yīng)，或磁阻效應(yīng)等電磁現(xiàn)象，把被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化，實(shí)現(xiàn)速度，位移等參數(shù)測(cè)量。按電磁轉(zhuǎn)換機(jī)理的不同，磁電式傳感器可分為磁電感應(yīng)式傳感器，霍爾式傳感器，和磁阻效應(yīng)傳感器等，用于建筑，工業(yè)等領(lǐng)域中振動(dòng)，速度，加速度，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，磁場(chǎng)參數(shù)等的測(cè)量。
② 各種磁電式傳感器的原理與應(yīng)用
2.1 磁電感應(yīng)式傳感器
(1) 磁電感應(yīng)式傳感器的特點(diǎn)
磁電感應(yīng)式傳感器簡(jiǎn)稱(chēng)感應(yīng)式傳感器，也稱(chēng)電動(dòng)式傳感器。它把被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)，是一種機(jī)-電能量變換型傳感器，不需要外部供電電源，電路簡(jiǎn)單，，輸出阻抗小，又有一定的頻率響應(yīng)范圍(一般為10～1000Hz)，適用于振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩等測(cè)量。其中慣性式傳感器不需要靜止的基座作為參考基準(zhǔn)，它直接安裝在振動(dòng)體上進(jìn)行測(cè)量，因而在地面振動(dòng)測(cè)量及機(jī)載振動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)中獲得了的應(yīng)用。但這種傳感器的尺寸和重量都較大。
(2) 磁電感應(yīng)式傳感器的工作原理，分類(lèi)與應(yīng)用
工作原理：根據(jù)電磁感應(yīng)定律，N匝線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線(xiàn)，線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e。e的大小與穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通Φ變化率有關(guān)。按工作原理不同，磁電感應(yīng)式傳感器可分為恒定磁通式和變磁通式，即動(dòng)圈式傳感器和磁阻式傳感器。
恒定磁通式磁電感應(yīng)式傳感器按運(yùn)動(dòng)部件的不同可分為動(dòng)圈式和動(dòng)鐵式。動(dòng)圈式磁電傳感器的中線(xiàn)圈是運(yùn)動(dòng)部件，基本形式是速度傳感器，能直接測(cè)量線(xiàn)速度或角速度，如果在其測(cè)量電路中接入積分電路或微分電路，那么還可以用來(lái)測(cè)量位移或加速；動(dòng)鐵式磁電感應(yīng)式傳感器的運(yùn)動(dòng)部件是鐵芯，可用于各種振動(dòng)和加速度的測(cè)量。
變磁通式磁電感應(yīng)傳感器中，線(xiàn)圈和磁鐵都靜止不動(dòng)， 轉(zhuǎn)動(dòng)物體引起磁阻、磁通變化，常用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。如動(dòng)畫(huà)所示，線(xiàn)圈3和磁鐵5靜止不動(dòng)，測(cè)量齒輪1（導(dǎo)磁材料制成）每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線(xiàn)圈3產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化頻率等于測(cè)量齒輪1上齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積。變磁通式傳感器對(duì)環(huán)境條件要求不，能在-150～＋90℃的溫度下工作，不影響測(cè)量精度，也能在油、水霧、灰塵等條件下工作。但它的工作頻率下限較，約為50Hz，上限可達(dá)100Hz。
2.2 霍爾式傳感器
(1) 霍爾傳感器的特點(diǎn)
霍爾傳感器也是一種磁電式傳感器。它是利用霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理而將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出的一種傳感器。由于霍爾元件在靜止?fàn)顟B(tài)下，有感受磁場(chǎng)的能力，并且有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪聲小、頻率范圍寬（從直流到微波）、動(dòng)態(tài)范圍大（輸出電勢(shì)變化范圍可達(dá)1000:1）、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此獲得了應(yīng)用。
(2) 霍爾傳感器原理
金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。
霍爾傳感器利用霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的檢測(cè)，按被檢測(cè)對(duì)象的性質(zhì)可將它們的應(yīng)用分為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。前者是直接檢測(cè)出受檢測(cè)對(duì)象本身的磁場(chǎng)或磁特性，后者是檢測(cè)受檢對(duì)象上人為設(shè)置的磁場(chǎng)，用這個(gè)磁場(chǎng)來(lái)作被檢測(cè)的信息的載體，通過(guò)它，將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和控制。
(3) 霍爾傳感器的應(yīng)用
維持I、q 不變，則EH=f（B），這方面的應(yīng)用有測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度的斯計(jì)、測(cè)量轉(zhuǎn)速的霍爾轉(zhuǎn)速表、磁性產(chǎn)品計(jì)數(shù)器、霍爾式角編碼器以及基于微小位移測(cè)量原理的霍爾式加速度計(jì)、微壓力計(jì)等;
維持I、B不變，則EH=f（q），這方面的應(yīng)用有角位移測(cè)量?jī)x等。
維持q 不變，則EH=f（IB），即傳感器的輸出EH與I、B的乘積成正比，這方面的應(yīng)用有模擬乘法器、霍爾式功率計(jì)等。
(4) 霍爾傳感器的選用注意事項(xiàng)
1．磁場(chǎng)測(cè)量。如果要求被測(cè)磁場(chǎng)精度較，如于±0.5％，那么通常選用砷化鎵霍爾元件，其靈敏度，約為5&mash;10mv/100mT.溫度誤差可 忽略不計(jì)，且材料性能好，可以做的體積較小。在被測(cè)磁場(chǎng)精度較，體積要求不。如精度于±0.5％時(shí)，選用硅和鍺雹爾元件。
2．電流測(cè)量。大部分霍爾元件可以用于電流測(cè)量，要求精度較時(shí)．選用砷化鎵霍爾元件，精度不時(shí)，可選用砷化鎵、硅、鍺等霍爾元件。
3．轉(zhuǎn)速和脈沖測(cè)量。測(cè)量轉(zhuǎn)速和脈沖時(shí)，通常是選用集成霍爾開(kāi)關(guān)和銻化銦霍爾元件。如在錄像機(jī)和攝像機(jī)中采用了銻銦霍爾元件電機(jī)的電刷，提了使用壽命。
4．信號(hào)的運(yùn)算和測(cè)量。通常利用霍爾電勢(shì)與控制電流、被測(cè)磁場(chǎng)成正比，并與被測(cè)磁場(chǎng)同霍爾元件表面的夾角成正弦關(guān)系的特性，制造函數(shù)發(fā)生器。利用霍爾元件輸出與控制電流和被測(cè)磁場(chǎng)乘積成正比的特性。制造功率表、電度表等。
5．拉力和壓力測(cè)量。選用霍爾件制成的傳感器較其它材料制成的陣感器靈敏度和線(xiàn)性度更jia。
2.3 磁阻效應(yīng)傳感器
磁阻元件類(lèi)似霍爾元件，但它的工作原理是利用半導(dǎo)體材料的磁阻效應(yīng)(或稱(chēng)斯效應(yīng))。磁阻效應(yīng)與霍爾效應(yīng)的區(qū)別在于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相對(duì)于電流的方向，霍爾電勢(shì)是垂直于電流方向的橫向電壓，而磁阻效應(yīng)則是沿電流方向的電阻變化。
上圖是一種測(cè)量位移的磁阻效應(yīng)傳感器。將磁阻元件置于磁場(chǎng)中，當(dāng)它相對(duì)于磁場(chǎng)發(fā)生位移時(shí)，元件內(nèi)阻R1、R2發(fā)生變化，如果將它們接于電橋，則其輸出電壓比例于電阻的變化。
磁阻效應(yīng)與材料性質(zhì)及幾何形狀有關(guān)，一般遷移率大的材料，磁阻效應(yīng)愈；元件的長(zhǎng)、寬比愈小，磁阻效應(yīng)愈大。
磁阻元件可用于位移、力、加速度、磁場(chǎng)等參數(shù)的測(cè)量。
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7.光電傳感器
① 光電傳感器介紹
光電傳感器（光電開(kāi)關(guān)）是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化，通過(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。它先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化,然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在一般情況下，光電傳感器由三部分構(gòu)成：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。其結(jié)構(gòu)如圖1所示：
發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。接收器包括光電二極管、光電三極管、光電池等。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等；在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)并應(yīng)用該信號(hào)。
② 光電傳感器分類(lèi)
光電傳感器通常可分為對(duì)射型和反射型兩類(lèi)。
(1) 對(duì)射型光電傳感器。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開(kāi)關(guān)就稱(chēng)為對(duì)射分離式光電開(kāi)關(guān)，簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過(guò)路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過(guò)時(shí)阻擋光路，收光器產(chǎn)生響應(yīng)并輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。
(2) 反射型光電開(kāi)關(guān)。反射型光電開(kāi)關(guān)把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，利用反射原理完成光電控制作用。一種情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到，一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開(kāi)關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)；另一種情況下，發(fā)光器發(fā)出的光并不被的反光板反射，但當(dāng)光路上有檢測(cè)物通過(guò)時(shí)，光在檢測(cè)物表面反射回來(lái)并被接收器接收從而產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)。
③ 光電元件
光電元件是光電傳感器中zui重要的部件，常見(jiàn)的有真空光電元件和半導(dǎo)體光電元件兩大類(lèi)。它們的工作原理都基于不同形式的光電效應(yīng)：
(1) 在光線(xiàn)作用下能使電子逸出物體表面的現(xiàn)象稱(chēng)為外光電效應(yīng)，基于外光電效應(yīng)的光電元件有光電管,光電倍增管等。
(2) 在光線(xiàn)作用下能使物體的電阻率改變的現(xiàn)象稱(chēng)為內(nèi)光電效應(yīng)，基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件有光敏電阻，光敏晶體管等。
(3) 在光線(xiàn)作用下物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)為光生伏應(yīng)，基于光生伏應(yīng)的光電元件有光電池等。
3.1 外光電效應(yīng)器件
3.1.1 光電管
(1) 原理
光電管是利用外光電效應(yīng)制成的光電元件。光電管有真空光電管和充氣光電管或稱(chēng)電子光電管和離子光電管兩類(lèi)。兩者結(jié)構(gòu)相似，如圖2。它們由一個(gè)陰極和一個(gè)陽(yáng)極構(gòu)成，并且密封在一只真空玻璃管內(nèi)。陰極裝在玻璃管內(nèi)壁上，其上涂有光電發(fā)射材料。陽(yáng)極通常用金屬絲彎曲成矩形或圓形，置于玻璃管的*。
(2) 主要性能
光電管器件的性能主要由伏安特性、光照特性、光譜特性、響應(yīng)時(shí)間、峰值探測(cè)率和溫度特性來(lái)描述。
1. 光電管的伏安特性
在一定的光照射下，對(duì)光電器件的陰極所加電壓與陽(yáng)極所產(chǎn)生的電流之間的關(guān)系稱(chēng)為光電管的伏安特性。光電管的伏安特性如3圖所示。它是應(yīng)用光電傳感器參數(shù)的主要依據(jù)。
2. 光電管的光照特性
通常指當(dāng)光電管的陽(yáng)極和陰極之間所加電壓一定時(shí)，光通量與光電流之間的關(guān)系為光電管的光照特性。其特性曲線(xiàn)如4圖所示。曲線(xiàn)1表示氧銫陰極光電管的光照特性，光電流I與光通量成線(xiàn)性關(guān)系。曲線(xiàn)2為銻銫陰極的光電管光照特性，它成非線(xiàn)性關(guān)系。光照特性曲線(xiàn)的斜率（光電流與入射光光通量之間比）稱(chēng)為光電管的靈敏度。
3. 光電管光譜特性
由于光陰極對(duì)光譜有選擇性，因此光電管對(duì)光譜也有選擇性。保持光通量和陰極電壓不變，陽(yáng)極電流與光波長(zhǎng)之間的關(guān)系叫光電管的光譜特性。一般對(duì)于光電陰極材料不同的光電管，它們有不同的紅限頻率，因此它們可用于不同的光譜范圍。除此之外，即使照射在陰極上的入射光的頻率于紅限頻，并且強(qiáng)度相同，隨著入射光頻率的不同，陰極發(fā)射的光電子的數(shù)量還會(huì)不同，即同一光電管對(duì)于不同頻率的光的靈敏度不同，這就是光電管的光譜特性。所以，對(duì)各種不同波長(zhǎng)區(qū)域的光，應(yīng)選用不同材料的光電陰極。
3.1.2 光電倍增管
(1) 原理
當(dāng)入射光很微弱時(shí)，普通光電管產(chǎn)生的光電流很小，只有零點(diǎn)幾μA，很不容易探測(cè)。這時(shí)常用光電倍增管對(duì)電流進(jìn)行放大，圖5為光電倍增管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
光電倍增管由光陰極、次陰極(倍增電極)以及陽(yáng)極三部分組成。光陰極是由半導(dǎo)體光電材料銻銫做成；次陰極是在鎳或銅-鈹?shù)囊r底上涂上銻銫材料而形成的，次陰極多的可達(dá)30級(jí)；陽(yáng)極是zui后用來(lái)收集電子的，收集到的電子數(shù)是陰極發(fā)射電子數(shù)的
倍。即光電倍增管的放大倍數(shù)可達(dá)幾萬(wàn)倍到幾百萬(wàn)倍。光電倍增管的靈敏度就比普通光電管幾萬(wàn)倍到幾百萬(wàn)倍。因此在很微弱的光照時(shí)，它就能產(chǎn)生很大的光電流。
(2) 主要特性
1. 倍增系數(shù)M
倍增系數(shù)M等于n個(gè)倍增電極的二次電子發(fā)射系數(shù)&elta;的乘積。M與所加電壓有關(guān)，在
之間，穩(wěn)定性為1％左右，此時(shí)要求加速電壓穩(wěn)定性要在0.1％以?xún)?nèi)。
2. 光電陰極靈敏度和光電倍增管總靈敏度
一個(gè)光子在陰極上能夠打出的平均電子數(shù)叫做光電倍增管的陰極靈敏度。而一個(gè)光子在陽(yáng)極上產(chǎn)生的平均電子數(shù)叫做光電倍增管的總靈敏度。光電倍增管的zui大靈敏度可達(dá)10A/lm，極間電壓越，靈敏度越；但極間電壓也不能太，太反而會(huì)使陽(yáng)極電流不穩(wěn)。另外，由于光電倍增管的靈敏度很，所以不能受強(qiáng)光照射，否則將會(huì)損壞。
3. 暗電流和本底脈沖
一般在使用光電倍增管時(shí)，必須把管子放在暗室里避光使用，使其只對(duì)入射光起作用；但是由于環(huán)境溫度、熱輻射和其它因素的影響，即使沒(méi)有光信號(hào)輸入，加上電壓后陽(yáng)極仍有電流，這種電流稱(chēng)為暗電流，這是熱發(fā)射所致或場(chǎng)致發(fā)射造成的，這種暗電流通常可以用補(bǔ)償電路。如果光電倍增管與閃爍體放在一處，在*蔽光情況下，出現(xiàn)的電流稱(chēng)為本底電流，其值大于暗電流。增加的部分是宇宙射線(xiàn)對(duì)閃爍體的照射而使其激發(fā)，被激發(fā)的閃爍體照射在光電倍增管上而造成的，本底電流有脈沖形式。
4. 光電倍增管的光譜特性
光譜特性反應(yīng)了光電倍增管的陽(yáng)極輸出電流與照射在光電陰極上的光通量之間的函數(shù)關(guān)系。對(duì)于較好的管子，在很寬的光通量范圍之內(nèi)，這個(gè)關(guān)系是線(xiàn)性的，即入射光通量小于
lm時(shí)，有較好的線(xiàn)性關(guān)系。光通量大，開(kāi)始出現(xiàn)非線(xiàn)性，如圖6所示。
3.2 內(nèi)光電效應(yīng)器件
利用物質(zhì)在光的照射下電導(dǎo)性能改變或產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的光電器件稱(chēng)內(nèi)光電效應(yīng)器件，常見(jiàn)的有光敏電阻、光電池、光敏二極管和光敏三極管等。
3.2.1 光敏電阻
光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管，為純電阻元件，其工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)，其阻值隨光照增強(qiáng)而減小。其點(diǎn)是靈敏度，光譜響應(yīng)范圍寬，體積小、重量輕、機(jī)械強(qiáng)度，耐沖擊、耐振動(dòng)、抗過(guò)載能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)等。不足有需要外部電源，有電流時(shí)會(huì)發(fā)熱。
3.2.2 光電池
光電池是利用光生伏應(yīng)把光直接轉(zhuǎn)變成電能的器件。由于它可把太陽(yáng)能直接變電能，因此又稱(chēng)為太陽(yáng)能電池。它是基于光生伏應(yīng)制成的，是發(fā)電式有源元件。它有較大面積的PN結(jié)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，在結(jié)的兩端出現(xiàn)電動(dòng)勢(shì)。
3.2.3 光敏二極管和光敏三極管
光電二極管和光電池一樣，其基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)PN結(jié)。它和光電池相比，重要的不同點(diǎn)是結(jié)面積小，因此它的頻率特性特別好。光生電勢(shì)與光電池相同，但輸出電流普遍比光電池小，一般為幾μA到幾十μA。按材料分，光電二極管有硅、砷化鎵、銻化銦光電二極管等許多種。按結(jié)構(gòu)分，有同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)之分。其中zui典型的是同質(zhì)結(jié)硅光電二極管。國(guó)產(chǎn)硅光電二極管按襯底材料的導(dǎo)電類(lèi)型不同，分為2CU和2DU兩種系列。2CU系列以N-Si為襯底，2DU系列以P-Si為襯底。2CU系列的光電二極管只有兩條引線(xiàn)，而2DU系列光電二極管有三條引線(xiàn)。
④ 光電傳感器的應(yīng)用
光電檢測(cè)方法有精度、反應(yīng)、非接觸等點(diǎn),傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形式靈活多樣,體積小。近年來(lái),隨著光電技術(shù)的發(fā)展,光電傳感器已成為系列產(chǎn)品,其品種及產(chǎn)量日益增加,在各種輕工自動(dòng)機(jī)上獲得的應(yīng)用。典型案例如下：
(1) 煙塵濁度監(jiān)測(cè)儀
防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)。為了工業(yè)煙塵污染，先要知道煙塵排放量，因此必須對(duì)煙塵源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、自動(dòng)顯示和超標(biāo)。煙道里的煙塵濁度是用通過(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)檢測(cè)的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達(dá)光的光減少，因而光輸出信號(hào)的強(qiáng)弱便可反映煙道濁度的變化。
(2) 光電轉(zhuǎn)速傳感器
在待測(cè)轉(zhuǎn)速軸上固定一帶孔的轉(zhuǎn)速調(diào)置盤(pán)，在調(diào)置盤(pán)一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，透過(guò)盤(pán)上小孔到達(dá)光敏二極管組成的光電轉(zhuǎn)換器上，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大整形電路輸出整齊的脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速由該脈沖頻率決定。
(3) 光電池
光電池作為光電探測(cè)使用時(shí)，其基本原理與光敏二極管相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)和制造工藝不*相同。由于光電池工作時(shí)不需要外加電壓，光電轉(zhuǎn)換效率，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲等，它已地用于光電讀出、光電耦合、光柵測(cè)距、激光準(zhǔn)直、電影還音、紫外光監(jiān)視器和燃?xì)廨啓C(jī)的熄火保護(hù)裝置等。
⑤ 光電傳感器應(yīng)用中的注意事項(xiàng)
(1) 模擬式光電傳感器的輸出量為連續(xù)變化的光電流，因此在應(yīng)用中要求光電器件的光照特性呈單值線(xiàn)性，光源的光照要求保持均勻穩(wěn)定。
(2) 開(kāi)關(guān)式光電傳感器的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于光電信號(hào)&lquo;有&rquo;、&lquo;無(wú)&rquo;受到光照兩種狀態(tài)，即輸出特性是斷續(xù)變化的開(kāi)關(guān)信號(hào)。在應(yīng)用中這類(lèi)傳感器要求光電元件靈敏度，而對(duì)元件的光照特性要求不。
(3) CCD傳感器在分時(shí)使用CCD器件時(shí)，應(yīng)注意在轉(zhuǎn)移電荷期間應(yīng)避免受到光照，以免因多次感光而破壞原有圖像。
(4) 光電隔離器在使用時(shí)要使發(fā)光元件與接受元件的工作波長(zhǎng)相匹配，備較的靈敏度。體選用如下：LED-光敏三極管形式常用于信號(hào)隔離，頻率在100kHz一下；LED－復(fù)合管或達(dá)林頓管的形式常用在功率負(fù)載的直接驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)合；LED－光控晶閘管形式常用在大功率的隔離驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。
⑥ 產(chǎn)品圖片
8.光纖傳感器
① 光纖傳感器的基本原理
光纖傳感器通過(guò)光導(dǎo)纖維把輸入變量轉(zhuǎn)換成調(diào)制的光信號(hào)。光纖傳感器的測(cè)量原理有兩種。
(1) 物性型光纖傳感器原理
物性型光纖傳感器是利用光纖對(duì)環(huán)境變化的敏感性，將輸入物理量變換為調(diào)制的光信號(hào)。其工作原理基于光纖的光調(diào)制效應(yīng)，即光纖在外界環(huán)境因素，如溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等等改變時(shí)，其傳光特性，如相位與光強(qiáng)，會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。因此，如果能測(cè)出通過(guò)光纖的光相位、光強(qiáng)變化，就可以知道被測(cè)物理量的變化。這類(lèi)傳感器又被稱(chēng)為敏感元件型或功能型光纖傳感器。
激光器的點(diǎn)光源光束擴(kuò)散為平行波，經(jīng)分光器分為兩路，一為基準(zhǔn)光路，另一為測(cè)量光路。外界參數(shù)（溫度、壓力、振動(dòng)等）引起光纖長(zhǎng)度的變化和相位的光相位變化，從而產(chǎn)生不同數(shù)量的干涉條紋，對(duì)它的模向移動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可測(cè)量溫度或壓力等。
圖1 物性型光纖傳感器工作原理示意圖
(2) 結(jié)構(gòu)型光纖傳感器原理
結(jié)構(gòu)型光纖傳感器是由光檢測(cè)元件（敏感元件）與光纖傳輸回路及測(cè)量電路所組成的測(cè)量系統(tǒng)。其中光纖僅作為光的傳播媒質(zhì)，所以又稱(chēng)為傳光型或非功能型光纖傳感器。
(3) 拾光型光纖傳感器原理
用光纖作為探頭，接收由被測(cè)對(duì)象輻射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纖激光多普勒速度計(jì)、輻射式光纖溫度傳感器等。
② 光纖傳感器的點(diǎn)
與傳統(tǒng)的各類(lèi)傳感器相比，光纖傳感器用光作為敏感信息的載體，用光纖作為傳遞敏感信息的媒質(zhì)，有光纖及光學(xué)測(cè)量的特點(diǎn)，有一系列的點(diǎn)。
(1) 電絕緣性能好。
(2) 抗電磁干擾能力強(qiáng)。
(3) 非侵入性。
(4) 靈敏度。
(5) 容易實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。
(6) ，防爆。
(7) 光路有可撓曲性，便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。
(8) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，耗電少等。
光纖傳感器在軍事、航空、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、土木工程、電子系統(tǒng)等很多領(lǐng)域都有的應(yīng)用，尤其適用于以下特殊環(huán)境：
(1) 在壓、電磁感應(yīng)噪音條件下的測(cè)試；
(2) 在危險(xiǎn)和環(huán)境惡劣條件下的測(cè)試；
(3) 在機(jī)器設(shè)備內(nèi)部的狹小間隙中的測(cè)試；
(4) 在遠(yuǎn)距離的傳輸中的測(cè)試。
③ 光纖傳感器的分類(lèi)和可測(cè)量的物理量
按所利用的不同的光學(xué)現(xiàn)象，光纖傳感器可分為干涉型和非干涉型，可通過(guò)相位，頻率，強(qiáng)度和偏振調(diào)制等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物理量的測(cè)量，體內(nèi)容如表1所示。
表1 光纖傳感器的分類(lèi)和測(cè)量的物理量
注：MM多模；SM單模；PM偏振保持；a,b,c功能型、非功能型、拾光型
④ 各種光纖傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域及缺點(diǎn)
表2給出了各種光纖傳感器的作用機(jī)理，應(yīng)用領(lǐng)域以及缺點(diǎn)。
表2 光纖傳感器的作用機(jī)理和應(yīng)用領(lǐng)域
⑤ 應(yīng)用注意事項(xiàng)
5.1 光纖
常見(jiàn)的光纖有階躍型和梯度型多模光纖及單模光纖，選用光纖必須考慮以下因素：
(1) 光纖的數(shù)值孔徑NA
從提光源與光纖之間耦合效率的角度來(lái)看，要求用大的NA，但是NA越大，光纖的模色散越嚴(yán)重，傳輸信息的容量就越小。但是大多數(shù)光纖傳感器來(lái)講，不存在信息容量的問(wèn)題，光纖以zui大孔徑為宜，一般要求是：0.2≤NA<0.4。
(2) 光纖傳輸損耗
傳輸損耗是光纖的zui重要的光學(xué)特性，很大程度上決定了遠(yuǎn)距離光纖通信中繼站的跨越，但是光纖傳感器系統(tǒng)中，大部分距離都比較短，長(zhǎng)者不足4M，短的只有幾毫米。特別是作為敏感元件的特殊光纖，可放寬傳輸損耗的要求，一般損耗<10B/km的光纖均可采用。
(3) 色散
色散是影響光纖信息容量的重要參量，如前所講，可放寬這方面的要求。
(4) 光纖的強(qiáng)度
對(duì)傳感器而言，都毫無(wú)例外的都要求較強(qiáng)的強(qiáng)度。
5.2 光源
(1) 白熾光源
白熾光源的輻射近似為黑體輻射。其點(diǎn)是：廉，容易獲得，使用方便，但在傳感器中使用，由于輻射密度比較小，故只能與光纖束和粗芯階躍光纖配合使用。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性比較差，壽命短。
(2) 激光器
相干性光源，容易實(shí)現(xiàn)單模工作，線(xiàn)性非常窄；輻射密度比較，與單模光纖耦合效率；噪聲比較小。
(3) 固體激光器
現(xiàn)在主要用固態(tài)銣離子激光器等，點(diǎn)是體積小，堅(jiān)固、率、輻射密度。光譜均勻而且比較窄，缺點(diǎn)是相干性和頻率穩(wěn)定性不如激光器。
(4) 半導(dǎo)體激光器
是光纖傳感器的重要光源，主要LED，點(diǎn)是體積小巧、堅(jiān)固、壽命長(zhǎng)、性、輻射密度適中、電源簡(jiǎn)單。
光源很多，對(duì)光源的基本要求是一致的，必須使有適當(dāng)特性的、功率足夠大的光達(dá)到，以確保檢測(cè)系統(tǒng)有足夠大的信噪比，遵循原則為：選擇輻射足夠強(qiáng)的光源，要求在敏感元件的工作波長(zhǎng)上有zui大的輻射功率；光源必須與光纖匹配，以獲得的耦合率；光源的穩(wěn)定性要好，能在長(zhǎng)期的室溫下工作。
5.3 光電探測(cè)器
光電探測(cè)器是光電檢測(cè)中*的器件，把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。選擇準(zhǔn)則：在工作波段內(nèi)靈敏度要；有引入的噪聲一定要小，因此要選用暗電流、漏電流和并聯(lián)電導(dǎo)盡可能小的器件；性、穩(wěn)定性好；尺寸小、便于組裝、容易與光纖耦合；偏壓或偏流不宜過(guò)；廉。
⑥ 產(chǎn)品圖片
9.氣敏傳感器
① 氣敏傳感器介紹
氣敏傳感器可用于對(duì)的定性或定量檢測(cè)。氣敏材料與接觸后會(huì)發(fā)生化學(xué)或物理相互作用，導(dǎo)致其某些特性參數(shù)的改變，包括，電參數(shù)，光學(xué)參數(shù)等。氣敏傳感器利用這些材料作為氣敏元件，把被測(cè)種類(lèi)或濃度的變化轉(zhuǎn)化成傳感器輸出信號(hào)的變化，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)目的。
② 氣敏傳感器的應(yīng)用
氣敏傳感器主要用于對(duì)各種目標(biāo)的定性或定量檢測(cè)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)，食品監(jiān)察，工業(yè)排放監(jiān)控，呼氣疾病診斷等領(lǐng)域有著的應(yīng)用。
③ 氣敏傳感器分類(lèi)
根據(jù)氣敏元件的不同，傳感器可分為半導(dǎo)體傳感器，紅外吸收式氣敏傳感器，接觸燃燒式氣敏傳感器以及利用電極和電解液對(duì)進(jìn)行檢測(cè)的電化學(xué)傳感器等。
3.1 半導(dǎo)體氣敏傳感器
半導(dǎo)體氣敏傳感器的敏感元件大多是以金屬氧化物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)材料，可分為電阻式和非電阻式兩種，如表1所示。當(dāng)被測(cè)在半導(dǎo)體表面吸附后，使半導(dǎo)體敏感材料的電學(xué)特性(例如電導(dǎo)率)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量其變化，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)的檢測(cè)。對(duì)半導(dǎo)體氣敏傳感器，目前流行的定性模型是：原子價(jià)控制模型、表面電荷層模型、晶粒間界勢(shì)壘模型。
點(diǎn)：成本，反應(yīng)，靈敏度，濕度影響小。
缺點(diǎn)：必須溫工作，對(duì)選擇性差。
3.2 光學(xué)氣敏傳感器
光學(xué)氣敏傳感器可以工作在紅外波段和紫外&mash;可見(jiàn)光波段。
大多數(shù)分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜都在紅外波段。當(dāng)入射紅外輻射的頻率與分子的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)特征頻率相同時(shí)，紅外輻射就會(huì)被分子所吸收，引起輻射強(qiáng)度的衰減。典型的紅外吸收式氣敏傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示。紅外光源產(chǎn)生的紅外光入射到測(cè)量槽，照射到某種被測(cè)時(shí)，根據(jù)種類(lèi)不同，將對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外光有不同的吸收特性，同種不同濃度對(duì)紅外光的吸收量也不同。因此，通過(guò)測(cè)量到達(dá)光敏元件的紅外光的強(qiáng)度，根據(jù)紅外光源的波長(zhǎng)和光敏元件輸出的電信號(hào)就可以知道被測(cè)的種類(lèi)和濃度。
某些材料和特定接觸反應(yīng)后其在紫外&mash;可見(jiàn)光波段的吸收光譜會(huì)發(fā)生變化，比如甲基紅在酸性氣氛中會(huì)發(fā)生變色。用此類(lèi)材料作為敏感元件可以在紫外&mash;可見(jiàn)光波段實(shí)現(xiàn)對(duì)的檢測(cè)。
光學(xué)氣敏傳感器精度、選擇性好，氣敏度范圍寬，是鋼鐵，石化，化肥，機(jī)械等工業(yè)部門(mén)流程控制的重要監(jiān)測(cè)手段；在環(huán)境污染成分檢測(cè)和醫(yī)學(xué)研究等方面也都有許多成功的應(yīng)用。其缺點(diǎn)是偏，使用和維護(hù)難度較大。
3.3 接觸燃燒式氣敏傳感器
典型的接觸式燃燒式氣敏傳感器結(jié)構(gòu)與電路原理圖如圖2所示。氧化催化劑中埋設(shè)有白金等金屬線(xiàn)，工作時(shí)金屬圈中通電流使溫度保持在300～600℃，當(dāng)可燃接觸傳感器表面時(shí)會(huì)發(fā)生燃燒，所產(chǎn)生的熱量使金屬絲進(jìn)一步溫度升，致使電阻值增大，導(dǎo)致電橋失衡產(chǎn)生輸出。不同種類(lèi)不同濃度的可燃燃燒產(chǎn)生的熱量不同，對(duì)應(yīng)不同的電路輸出。
接觸燃燒式氣敏傳感器一般用于石油化工、造船廠、礦山及隧道等場(chǎng)合，以檢測(cè)石油類(lèi)可燃燒性的存放情況和防止危險(xiǎn)事故發(fā)生。
點(diǎn)：對(duì)選擇性好，線(xiàn)性好，受溫度、濕度影響下，響應(yīng)。
缺點(diǎn)：對(duì)濃度的可燃性的敏感度，敏感元件受到催化劑的侵害后其特性銳減，金屬絲易斷。
3.4 電化學(xué)氣敏傳感器
電化學(xué)傳感器通過(guò)與被測(cè)發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與濃度成正比的電信號(hào)來(lái)工作。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個(gè)薄電解層隔開(kāi)。先通過(guò)微小的毛管型開(kāi)孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是憎水屏障，zui終到達(dá)傳感電極表面發(fā)生反應(yīng)，以形成充分的電信號(hào)，通過(guò)電極間連接的電阻器，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極間流動(dòng)。測(cè)量該電流即可確定濃度。
電化學(xué)氣敏傳感器主要用于相對(duì)封閉環(huán)境中有毒有害的檢測(cè)，比如礦井、居室、工作間等地對(duì)CO，H2S和甲醛等的監(jiān)測(cè)和。
點(diǎn)：選擇性好，反應(yīng)迅速，靈敏度，可實(shí)時(shí)連續(xù)檢測(cè)。
缺點(diǎn)：易受環(huán)境影響，較。
3.5 各種氣敏傳感器的反應(yīng)機(jī)理和缺點(diǎn)綜述
④ 典型應(yīng)用
(1) 家用器
(2) 有害辨別
(3) 可燃性濃度檢測(cè)
(4) 礦燈瓦斯器
(5) 煙霧器
(6) 酒精檢測(cè)器
⑤ 產(chǎn)品圖片
10.電容傳感器
① 電容式傳感器概述
電容式傳感器是將被測(cè)非電量的變化轉(zhuǎn)化為電容量的一種傳感器。有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨力、可非接觸測(cè)量，并能在溫、輻射和強(qiáng)烈震動(dòng)等惡劣條件下工作等點(diǎn)。
隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有利于電容式傳感器的揚(yáng)長(zhǎng)避短，是一種很有發(fā)展前途的傳感器。
② 基本工作原理
電容傳感器的基本公式 ： 
ε：電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，ε=ε0&miot;εr，ε0為真空介電常數(shù)，εr為極板間介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)；
A：兩平行板所覆蓋的面積；：兩平行板之間的距離。
ü&elta;、A或ε發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。
ü固定三個(gè)參量中的兩個(gè)，可以做成三種類(lèi)型的電容傳感器：變極距型、變面積型和變介電常數(shù)型。
③ 電容式傳感器的結(jié)構(gòu)類(lèi)型
變極距(&elta;）型: (a)、(e)
變面積型(A)型: (b)、(c)、()、(f)、(g) （h）
變介電常數(shù)(ε )型: (i)～(l)
(1) 變極距型電容傳感器
(2) 變面積型電容傳感器
角位移：極板2的軸由被測(cè)物體帶動(dòng)而旋轉(zhuǎn)一個(gè)角位移θ度時(shí)，兩極板的遮蓋面積A&arr;→電容量&arr;。
板狀線(xiàn)位移：極板2可以左右移動(dòng)。極板1固定不動(dòng)。
筒形：外圓筒不動(dòng)，內(nèi)圓筒在外圓筒內(nèi)作上、下直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
(3) 變介電常數(shù)型電容傳感器
因?yàn)楦鞣N介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)不同，所以在電容器兩極板間插入不同介質(zhì)時(shí)，電容器的電容量也就不同。這種傳感器可用來(lái)測(cè)量物位或液位，也可測(cè)量位移。
④ 電容式傳感器的應(yīng)用
電容式傳感器不但用于位移、振動(dòng)、角度、加速度等機(jī)械量的測(cè)量，而且還逐步地?cái)U(kuò)大到用于壓力、差壓、液位、物位或成份含量等方面的測(cè)量。
⑤ 應(yīng)用中的注意事項(xiàng)
(1) 克服寄生電容的影響
電容式傳感器由于受結(jié)構(gòu)與尺寸的限制，其電容量都很小(pF到幾十pF)，屬于小功率、阻抗器件，因此極易外界干擾，尤其是受大于它幾倍、幾十倍的、且有隨機(jī)性的電纜寄生電容的干擾，它與傳感器電容相并聯(lián)，嚴(yán)重影響感器的輸出特性，甚至?xí)蜎](méi)有用信號(hào)而不能使用。消滅寄生電容影響，是電容式傳感器實(shí)用的關(guān)鍵。
(2) 克服邊緣效應(yīng)的影響
實(shí)際上當(dāng)極板厚度h與極距&elta;之比相對(duì)較大時(shí)，邊緣效
應(yīng)的影響就不能忽略；邊緣效應(yīng)不僅使電容傳感器的靈敏度降，而且產(chǎn)生非線(xiàn)性。
(3) 克服靜電引力的影響
電容式傳感器兩極板間因存在靜電場(chǎng)，而作用有靜電引力或力矩。靜電引力的大小與極板間的工作電壓、介電常數(shù)、極間距離有關(guān)。通常這種靜電引力很小，但在采用推動(dòng)力很小的an性敏感元件情況下，須考慮因靜電引力造成的測(cè)量誤差。
(4) 溫度影響
環(huán)境溫度的變化將改變電容傳感器的輸出相對(duì)被測(cè)輸入量的單值函數(shù)關(guān)系，從而引入溫度干擾誤差。溫度影響主要包括溫度對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸和對(duì)介質(zhì)的影響兩方面。
⑥ 產(chǎn)品圖片
11.濕度傳感器
水分子親和力型濕度傳感器，是利用水分子有較大的偶極矩，因而易于吸附在固體表面并滲透到固體內(nèi)部的特性（成為水分子親和力）制成的濕度傳感器，其測(cè)量原理在于感濕材料吸濕或脫濕過(guò)程改變其自身的性能從而構(gòu)成不同類(lèi)型的濕度傳感器。
非水分子親和力型濕度傳感器，主要的測(cè)量原理有：利用潮濕空氣和干燥空氣的熱傳導(dǎo)之差來(lái)測(cè)定濕度；利用微波在含水蒸汽的空氣中傳播，水蒸汽吸收微波使其產(chǎn)生一定的能量損耗，傳輸損耗的能量與環(huán)境空氣中的濕度有關(guān)以此來(lái)測(cè)定濕度；利用水蒸汽能吸收特定波長(zhǎng)的紅外線(xiàn)來(lái)測(cè)定空氣中的濕度。
① 濕度傳感器介紹
濕度包括的濕度和固體的濕度。的濕度是指大氣中水蒸氣的含量，度量方法有濕度，即每立方米在標(biāo)況下（0℃，1大氣壓）所含有的水蒸氣的重量,即水蒸氣密度；相對(duì)濕度，即一定體積中實(shí)際含有的水蒸氣分壓與相同溫度下該所能包含的zui大水蒸氣分壓之比；或含濕量，即每㎏干空氣中所含水蒸氣的。其中相對(duì)濕度是zui常用的。固體的濕度是物質(zhì)中所含水分的數(shù)，即物質(zhì)中所含水分的與其總之比。
利用水分子有較大的偶極矩，因而易于吸附在固體表面并滲透到固體內(nèi)部的特性制成的濕度傳感器稱(chēng)為水分子親和力型濕度傳感器，其測(cè)量原理在于感濕材料吸濕或脫濕過(guò)程改變其自身的性能從而構(gòu)成不同類(lèi)型的濕度傳感器；把與水分子親和力無(wú)關(guān)的濕度傳感器稱(chēng)為非水分子親和力型傳感器，其主要的測(cè)量原理有：利用潮濕空氣和干燥空氣的熱傳導(dǎo)之差來(lái)測(cè)定濕度；利用微波在含水蒸汽的空氣中傳播，水蒸汽吸收微波使其產(chǎn)生一定的能量損耗，傳輸損耗的能量與環(huán)境空氣中的濕度有關(guān)以此來(lái)測(cè)定濕度；利用水蒸汽能吸收特定波長(zhǎng)的紅外線(xiàn)來(lái)測(cè)定空氣中的濕度。
② 濕度傳感器的應(yīng)用
任何行業(yè)的工作都離不開(kāi)空氣,而空氣的濕度又與工作、生活、有直接,使?jié)穸鹊谋O(jiān)測(cè)與控制越來(lái)越顯得重要。濕度傳感器的應(yīng)用主要有如下幾個(gè)方面:
(1) 氣候監(jiān)測(cè) 天氣測(cè)量和預(yù)報(bào)對(duì)工農(nóng)業(yè)、軍事及人民生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面都有重要意義,因而濕度傳感器是*的測(cè)濕設(shè)備,如樹(shù)脂膨散式濕度傳感器已用于氣象氣球測(cè)濕儀器上。
(2) 溫室養(yǎng)殖 現(xiàn)代農(nóng)林畜牧各產(chǎn)業(yè)都有相當(dāng)數(shù)量的溫室，溫室的濕度控制與溫度控制同樣重要，把濕度控制在農(nóng)作物、樹(shù)木、畜禽等生長(zhǎng)適宜的范圍,是減少病蟲(chóng)害、提產(chǎn)量的條件。
(3) 工業(yè) 在紡織、電子、機(jī)器、陶瓷工業(yè)等部門(mén),空氣濕度直接影響產(chǎn)品的和產(chǎn)量,必須有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)調(diào)控。
(4) 物品儲(chǔ)藏 各種物品對(duì)環(huán)境均有一定的適應(yīng)性。濕度過(guò)過(guò)均會(huì)使物品喪失原有性能。如在濕度地區(qū)，電子產(chǎn)品在倉(cāng)庫(kù)的損害嚴(yán)重，非金屬零件會(huì)發(fā)霉變質(zhì)，金屬零件會(huì)腐蝕生銹。
(5) 儀器的使用保護(hù) 許多儀器、設(shè)備對(duì)工作環(huán)境要求較。環(huán)境濕度必須控制在一定范圍內(nèi),以它們的正常工作,提工作效率及性。如程控交換機(jī)工作濕度在55 % ±10 %較好。溫度過(guò)會(huì)影響絕緣性能,過(guò)易產(chǎn)生靜電,影響正常工作。
③ 濕度傳感器的分類(lèi)與特點(diǎn)
根據(jù)敏感方案是否基于水分子的極性吸附特性，可以把濕度傳感器分為水分子親和力型和非水分子親和力型。根據(jù)濕敏材料的不同可以對(duì)水分子親和力型濕度傳感器進(jìn)一步分類(lèi)；根據(jù)測(cè)量原理的不同可以對(duì)非水分子親和力型濕度傳感器進(jìn)一步分類(lèi)，如表1所示。
3.1 水分子親和力型濕度傳感器
根據(jù)使用材料的不同，水分子親和力型濕度傳感器分為以下四類(lèi)
(1) 電解質(zhì)型：以氯化鋰為例，它在絕緣基板上制作一對(duì)電極，涂上氯化鋰鹽膠膜。氯化鋰極易潮解，并產(chǎn)生離子導(dǎo)電，隨濕度升而電阻減小。
(2) 陶瓷型：一般以金屬氧化物為原料，通過(guò)陶瓷工藝，制成一種多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值對(duì)空氣中水蒸氣的敏感特性而制成。
(3) 分子型：先在玻璃等絕緣基板上蒸發(fā)梳狀電極,通過(guò)浸漬或涂覆,使其在基板上附著一層有機(jī)分子感濕膜。有機(jī)分子的材料種類(lèi)也很多,工作原理也各不相同。
(4) 單晶半導(dǎo)體型：所用材料主要是硅單晶，利用半導(dǎo)體工藝制成。制成二極管濕敏器件和MOSFET濕度敏感器件等。其特點(diǎn)是易于和半導(dǎo)體電路集成在一起。
一種典型的水分子親和力型濕度傳感器&mash;&mash;氯化鋰電阻濕度傳感器介紹：
氯化鋰是一種在大氣中不分解、不揮發(fā)，也不變質(zhì)而有穩(wěn)定的離子型無(wú)機(jī)鹽類(lèi)。其吸濕量與空氣相對(duì)濕度成一定函數(shù)關(guān)系，隨著空氣相對(duì)濕度的增減變化，氯化鋰吸濕量也隨之變化。當(dāng)氯化鋰溶液吸收水汽后，使導(dǎo)電的離子數(shù)增加，因此導(dǎo)致電阻的降；反之，則使電阻增加。這種將空氣相對(duì)濕度轉(zhuǎn)換為其電阻值的測(cè)量方法稱(chēng)為吸濕法濕度測(cè)量。氯化鋰電阻濕度計(jì)的傳感器就是根據(jù)這一原理工作的。其結(jié)構(gòu)和阻&mash;濕特性分別如圖2，圖3所示。
氯化鋰傳感器的測(cè)濕范圍與所涂氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。采用某一濃度制作的元件在其感濕范圍內(nèi)，其電阻值隨周?chē)諝庀鄬?duì)濕度的變化符合指數(shù)關(guān)系。當(dāng)濕度于其感濕范圍時(shí)，其阻值迅速增加，趨于大；而當(dāng)于該范圍時(shí)，其阻值變得非常小，乃至趨于零。每一傳感器的測(cè)量范圍較窄，故應(yīng)按照測(cè)量范圍的要求，選用相應(yīng)的量程。為擴(kuò)大測(cè)量范圍，可采用多片組合傳感器。組合式氯化鋰濕度傳感器的結(jié)構(gòu)和阻-濕特性如圖4，圖5所示。
3.2 非水分子親和力型濕度傳感器
利用潮濕空氣和干燥空氣的熱傳導(dǎo)之差來(lái)測(cè)定濕度，可以制成熱敏電阻式濕度傳感器；利用微波或超聲波在含水蒸汽的空氣中傳播時(shí)，傳輸損耗的能量與環(huán)境空氣中的濕度的相關(guān)性來(lái)測(cè)定濕度，可以制成微波或超聲波濕度傳感器；利用水蒸汽能吸收特定波長(zhǎng)的紅外線(xiàn)來(lái)測(cè)定空氣中的濕度，可以制成紅外吸收式濕度傳感器。一種典型的紅外吸收式濕度傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理如圖1所示。
④ 濕度傳感器的特性參數(shù)
濕度傳感器的特性參數(shù)主要有：濕度量程、靈敏度、溫度系數(shù)、響應(yīng)時(shí)間、濕滯回差、感濕特征量-相對(duì)濕度特性曲線(xiàn)等。
(1) 濕度量程：它是指濕度傳感器能夠較測(cè)量的環(huán)境濕度的zui大范圍。由于各種濕度傳感器所使用的材料及依據(jù)的工作原理不同，其特性并不都能適用于0～*RH的整個(gè)相對(duì)濕度范圍。
(2) 感濕特征量-相對(duì)濕度特性曲線(xiàn)： 濕度傳感器的輸出變量稱(chēng)為其感濕特征量， 如電阻、電容等。 濕度傳感器的感濕特征量隨環(huán)境濕度的變化曲線(xiàn)， 稱(chēng)為傳感器的感濕特征量-環(huán)境濕度特性曲線(xiàn)， 簡(jiǎn)稱(chēng)為感濕特性曲線(xiàn)。 性能良好的濕度敏感器件的感濕特性曲線(xiàn)， 應(yīng)有寬的線(xiàn)性范圍和適中的靈敏度。
(3) 靈敏度：濕度傳感器的靈敏度即其感濕特性曲線(xiàn)的斜率。大多數(shù)濕度敏感器件的感濕特性曲線(xiàn)是非線(xiàn)性的， 因此尚無(wú)統(tǒng)一的表示方法。 較普遍采用的方法是用器件在不同環(huán)境濕度下的感濕特征量之比來(lái)表示。
(4) 濕度溫度系數(shù)： 它定義為在器件感濕特征量恒定的條件下，該感濕特征量值所表示的環(huán)境相對(duì)濕度隨環(huán)境溫度的變化率， 即
因此，環(huán)境溫度將造成測(cè)濕誤差。 例如，α=0.3％RH/℃時(shí)， 環(huán)境的溫度變化20℃，將引起6％RH的測(cè)濕誤差。
(5) 響應(yīng)時(shí)間： 它表示當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時(shí)， 傳感器完成吸濕或脫濕以及動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程所需時(shí)間的特性參數(shù)。 響應(yīng)時(shí)間用時(shí)間常數(shù)τ來(lái)定義， 即感濕特征量由起始值變化到終止值的0.632倍所需的時(shí)間。可見(jiàn)， 響應(yīng)時(shí)間是與環(huán)境相對(duì)濕度的起、止值密切相關(guān)。
(6) 濕滯回線(xiàn)和濕滯回差：一個(gè)濕度傳感器在吸濕和脫濕兩種情況下的感濕特性曲線(xiàn)不相重復(fù)，一般可形成為一回線(xiàn)，這種特性稱(chēng)為濕滯特性； 其曲線(xiàn)稱(chēng)為濕滯回線(xiàn)。
⑤ 常見(jiàn)測(cè)濕度的方法比較
⑥ 濕敏傳感器的應(yīng)用注意事項(xiàng)
(1) 電源選擇
濕敏電阻必須工作于交流回路中，若用直流供電，會(huì)引起多孔陶瓷表面結(jié)構(gòu)改變，濕敏特性變劣。采用交流電源頻率過(guò)，將由于元件的附加容抗而影響測(cè)濕靈敏度和準(zhǔn)確性， 因此應(yīng)以不產(chǎn)生正、負(fù)離子積聚為原則， 使電源頻率盡可能。對(duì)離子導(dǎo)電型濕敏元件，電源頻率應(yīng)大于50 Hz，一般以1000 Hz為宜。對(duì)電子導(dǎo)電型，電源頻率應(yīng)于50 Hz。
(2) 線(xiàn)性化
一般濕敏元件的特性均為非線(xiàn)性， 為便于測(cè)量， 應(yīng)將其線(xiàn)性化。
(3) 溫度補(bǔ)償
通常氧化物半導(dǎo)體陶瓷濕敏電阻濕度溫度系數(shù)為0.1～0.3，故在測(cè)濕精度要求的情況下必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
(4) 測(cè)濕范圍
電阻式濕敏元件在溫度超過(guò)95％RH時(shí)， 濕敏膜因濕潤(rùn)溶解， 厚度會(huì)發(fā)生變化， 若反復(fù)結(jié)露與潮解， 特性會(huì)變壞而不能復(fù)原。 電容式傳感器在80％RH以上濕及100％RH以上結(jié)露或潮解狀態(tài)下， 也難以檢測(cè)。 另外， 切勿將濕敏電容直接浸入水中或長(zhǎng)期用于結(jié)露狀態(tài)， 也不要用手摸或嘴吹其表面。
⑦ 產(chǎn)品圖片
12.生物傳感器
① 生物傳感器介紹
生物傳感器（Biosensor）是利用某些生物活性物質(zhì)所有的度選擇性，來(lái)識(shí)別待測(cè)生物化學(xué)物質(zhì)的一類(lèi)傳感器。它的結(jié)構(gòu)一般是在基礎(chǔ)傳感器(電化學(xué)裝置)上再耦合一個(gè)生物敏感膜（稱(chēng)為感受器或敏感元件）。生物敏感膜緊貼在探頭表面上，再用一種半滲透膜與被測(cè)溶液隔開(kāi)。當(dāng)待測(cè)溶液中的成分透過(guò)半透膜有選擇地附著于敏感物質(zhì)時(shí)，形成復(fù)合體，隨之進(jìn)行生化和電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生普通電化學(xué)裝置能感知的O2、H2、NH4+、CO2等，并通過(guò)電化學(xué)裝置轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
生物傳感器是目前zui受到人們重視傳感器。生物傳感器能對(duì)許多過(guò)去難于測(cè)定的生化物質(zhì)進(jìn)行定量分析。已經(jīng)在實(shí)踐中開(kāi)始應(yīng)用的生物傳感器都是固定化酶電極，包括葡萄糖、谷氨酸、乳酸、乙醇等多種。
② 生物傳感器的應(yīng)用
③ 生物傳感器分類(lèi)與特點(diǎn)
酶?jìng)鞲衅魇怯擅复呋瘎┖碗娀瘜W(xué)器件構(gòu)成的。由于酶是蛋白質(zhì)組成的生物催化劑，能催化許多生物化學(xué)反應(yīng)，生物細(xì)胞的復(fù)雜代謝就是由于成千上萬(wàn)的酶控制的。酶的催化效率極，而且有度專(zhuān)一性，即能對(duì)待測(cè)生物量（底物）進(jìn)行選擇性催化，并且有化學(xué)放大作用。因此利用酶的特性可以制造出靈敏度、選擇性好的傳感器。
微生物傳感器用微生物作為分子識(shí)別元件。與酶相比，微生物更、耐久性也好。
傳感器的基本原理是反應(yīng)。 利用抗體能識(shí)別抗原結(jié)合的功能的生物傳感器稱(chēng)為傳感器。
生物組織傳感器是以活的動(dòng)植物組織細(xì)胞切片作為識(shí)別元件，并與相應(yīng)的變換元件構(gòu)成的傳感器。生物組織傳感器有如下一些特點(diǎn)：
(1) 生物組織含有豐富的酶類(lèi)，這些酶在適宜的自然環(huán)境中，可以相當(dāng)穩(wěn)定的酶活性，許多組織傳感器工作壽命比相應(yīng)的酶?jìng)鞲衅鲏勖L(zhǎng)很多；
(2) 在所需要的酶難以提純時(shí)，直接利用生物組織可以足夠的酶活性；
(3) 組織識(shí)別元件制作簡(jiǎn)便，一般不需要采用固定化技術(shù)。
半導(dǎo)體生物傳感器是由生物分子識(shí)別器件（生物敏感膜）與半導(dǎo)體器件結(jié)合構(gòu)成的傳感器。目前常用的半導(dǎo)體傳感器是半導(dǎo)體光電二極管、場(chǎng)效應(yīng)管（FET）等。半導(dǎo)體生物傳感器的特點(diǎn)有：
(1) 構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于批量，成本；
(2) 它屬于固態(tài)傳感器，機(jī)械性能好，抗震性能好，壽命長(zhǎng)；
(3) 輸出阻抗，便于與后續(xù)電路匹配；
(4) 可在同一芯片上集成多種傳感器，可實(shí)現(xiàn)多功能、多參數(shù)與計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。
④ 生物活性材料固定化技術(shù)
使用生物活性材料作為生物敏感膜，必須研究如何使生物活性材料固定在載體（或稱(chēng)基質(zhì)）上，這種結(jié)合技術(shù)稱(chēng)為固定化技術(shù)。在研制傳感器時(shí)，關(guān)鍵是把生物活性材料與載體固定化成為生物敏感膜。固定化生物敏感膜應(yīng)該有的特點(diǎn)：
(1) 對(duì)被測(cè)物質(zhì)選擇性好，專(zhuān)一性好
(2)
(3) 可以反復(fù)使用，長(zhǎng)期保持其活性
(4) 使用方便
⑤ 未來(lái)生物傳感器的特點(diǎn)
(1) 功能多樣化
未來(lái)的生物傳感器將進(jìn)一步涉及醫(yī)療banjian、疾病診斷、食品檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、發(fā)酵工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。目前, 生物傳感器研究中的重要內(nèi)容就是研究能生物視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)等感覺(jué)器官的生物傳感器,即仿生傳感器。
(2) 微型化
隨著微加工技術(shù)和納米技術(shù)的進(jìn)步，生物傳感器將不斷地微型化，各種便攜式生物傳感器的出現(xiàn)使人們?cè)诩抑羞M(jìn)行疾病診斷，在上直接檢測(cè)食品成為可能。
(3) 智能化和集成化
未來(lái)的生物傳感器必定與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合，自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，更科學(xué)、地提供結(jié)果，實(shí)現(xiàn)采樣、進(jìn)樣、結(jié)果一條龍,形成檢測(cè)的自動(dòng)化系統(tǒng)。同時(shí), 芯片技術(shù)將越來(lái)越多地進(jìn)入傳感器領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的集成化、。
⑥ 產(chǎn)品圖片
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