一、檢測(cè)與傳感技術(shù)概述

檢測(cè)傳感技術(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)、精密機(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高新技術(shù)密集型前沿技術(shù)之一，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)*重要組成部分。目前，檢測(cè)傳感技術(shù)已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)不可缺的支柱產(chǎn)業(yè)的一部分。傳感器在工業(yè)部門的應(yīng)用普及率己被國(guó)際社會(huì)作為衡量一個(gè)國(guó)家智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的重要標(biāo)志。

檢測(cè)傳感技術(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)的三大支柱之一。如果說(shuō)計(jì)算機(jī)是人類大腦的擴(kuò)展，那么傳感器就是人類五官的延伸，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——傳感器沒有跟上信息技術(shù)的發(fā)展而驚呼“大腦發(fā)達(dá)、五官不靈"。從八十年代起，逐步在世界范圍內(nèi)掀起了一股“傳感器熱"。美國(guó)早在80年代就聲稱世界已進(jìn)入傳感器時(shí)代，日本則把傳感器技術(shù)列為技術(shù)之創(chuàng)立。日本工商界人士聲稱“支配了傳感器技術(shù)就能夠支配新時(shí)代"。技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)開發(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)列為國(guó)家重點(diǎn)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)之一。美國(guó)國(guó)家長(zhǎng)期安全和經(jīng)濟(jì)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)美系統(tǒng)質(zhì)量?jī)?yōu)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)空軍2000年舉出15項(xiàng)有助于提高21世紀(jì)空軍能力關(guān)鍵技術(shù)，傳感器技術(shù)名列第二。日本對(duì)開發(fā)和利用傳感器技術(shù)相當(dāng)重視并列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展６大核心技術(shù)之一。日本科學(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年代初就成立了國(guó)家技術(shù)小組（BTG），幫助政府組織和領(lǐng)導(dǎo)各大公司與國(guó)家企事業(yè)部門的傳感器技術(shù)開發(fā)工作。

美國(guó)國(guó)防部將傳感器技術(shù)視為今年20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，日本把傳感器技術(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)視傳感器為優(yōu)先發(fā)展技術(shù)，英、法等國(guó)對(duì)傳感器的開發(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)。

正是由于世界各國(guó)普遍重視和投入開發(fā)，傳感器發(fā)展十分迅速，在近十幾年來(lái)其產(chǎn)量及市場(chǎng)需求年增長(zhǎng)率均在10％以上。目前世界上從事傳感器研制生產(chǎn)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生產(chǎn)廠家1000余家，日本有800余家。

二、各類型傳感器簡(jiǎn)介

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，性能穩(wěn)定，靈敏度較高，有的還可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。

② 電阻式傳感器圖片

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。

電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,測(cè)量精度高,零點(diǎn)穩(wěn)定,輸出功率較大等一系列優(yōu)點(diǎn),其主要缺點(diǎn)是靈敏度、線性度和測(cè)量范圍相互制約,傳感器自身頻率響應(yīng)低,不適用于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。

電感式傳感器種類很多，常見的有自感式傳感器，互感式傳感器和電渦流式傳感器三種。

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)中被廣泛采用。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)量振蕩的振幅高度；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關(guān)、齒輪齡條測(cè)速等，該類傳感器廣泛應(yīng)用于紡織、化纖、機(jī)床、機(jī)械、冶金、機(jī)車汽車等行業(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)速表及汽車防護(hù)系統(tǒng)的控制等。另外該類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、斷線監(jiān)測(cè)、小零件區(qū) 分、厚度檢測(cè)和位置控制等。

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。

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)，廣泛應(yīng)用于冶金，鍛造，化工，電子，環(huán)境監(jiān)測(cè)，溫控等領(lǐng)域。

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。

設(shè)其初始諧振頻率為f，當(dāng)振子受力或其中的介質(zhì)質(zhì)量等發(fā)生變化時(shí)，振子的等效剛度或等效振動(dòng)質(zhì)量會(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)。

② 諧振式傳感器的應(yīng)用

由于諧振式傳感器有許多優(yōu)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。

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)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。

依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器,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)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、輪船、橋梁、和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的應(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，壓力式傳感器還廣泛應(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。

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，廣泛用于建筑，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

（1）磁電感應(yīng)式傳感器的特點(diǎn)及原理

磁電感應(yīng)式傳感器簡(jiǎn)稱感應(yīng)式傳感器，也稱電動(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，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(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)中獲得了廣泛的應(yīng)用。但這種傳感器的尺寸和重量都較大。

工作原理：根據(jù)電磁感應(yīng)定律，N匝線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線，線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e。e的大小與穿過(guò)線圈的磁通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)畫所示，線圈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)境條件要求不高，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高，約為50Hz，上限可達(dá)100Hz。

（2）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，具有感受磁場(chǎng)的能力，并且具有結(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)，因此獲得了廣泛應(yīng)用。

磁阻元件類似霍爾元件，但它的工作原理是利用半導(dǎo)體材料的磁阻效應(yīng)(或稱高斯效應(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。

（3）磁阻效應(yīng)傳感器

磁阻元件可用于位移、力、加速度、磁場(chǎng)等參數(shù)的測(cè)量。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)愈顯著；元件的長(zhǎng)、寬比愈小，磁阻效應(yīng)愈大。

7.光電傳感器

① 光電傳感器介紹

光電傳感器（光電開關(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。它首先把被測(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。

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)。

光電傳感器通常可分為對(duì)射型和反射型兩類。

(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關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開關(guān)，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(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)開關(guān)控制信號(hào)。

(2) 反射型光電開關(guān)。

反射型光電開關(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)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)；另一種情況下，發(fā)光器發(fā)出的光并不被專門的反光板反射，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)開關(guān)信號(hào)。

③光電傳感器的應(yīng)用

光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)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)上獲得廣泛的應(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)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首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)報(bào)警。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)光檢測(cè)器的光減少，因而光檢測(cè)器輸出信號(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，在調(diào)置盤一邊由白熾燈產(chǎn)生恒定光，透過(guò)盤上小孔到達(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)換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低等，它已廣泛地用于光電讀出、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。

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。這類傳感器又被稱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。

（2）結(jié)構(gòu)型光纖傳感器原理

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)，所以又稱為傳光型或非功能型光纖傳感器。

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。

① 氣敏傳感器介紹

氣敏傳感器可用于對(duì)氣體的定性或定量檢測(cè)。氣敏材料與氣體接觸后會(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，包括質(zhì)量，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)氣體種類或濃度的變化轉(zhuǎn)化成傳感器輸出信號(hào)的變化，從而實(shí)現(xiàn)氣體檢測(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)氣體的定性或定量檢測(cè)，在環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)，食品安全監(jiān)察，工業(yè)排放監(jiān)控，呼氣疾病診斷等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

③ 氣敏傳感器分類

根據(jù)氣敏元件的不同，氣體傳感器可分為半導(dǎo)體氣體傳感器，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)氣體進(jìn)行檢測(cè)的電化學(xué)傳感器等。

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。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨力高、可非接觸測(cè)量，并能在高溫、輻射和強(qiáng)烈震動(dòng)等惡劣條件下工作等優(yōu)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。

⑥ 電容式傳感器圖片

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)的紅外線來(lái)測(cè)定空氣中的濕度。

① 濕度傳感器介紹

濕度包括氣體的濕度和固體的濕度。氣體的濕度是指大氣中水蒸氣的含量，度量方法有絕對(duì)濕度，即每立方米氣體在標(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，即一定體積氣體中實(shí)際含有的水蒸氣分壓與相同溫度下該氣體所能包含的最大水蒸氣分壓之比；或含濕量，即每㎏干空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量。其中相對(duì)濕度是常用的。固體的濕度是物質(zhì)中所含水分的百分?jǐn)?shù)，即物質(zhì)中所含水分的質(zhì)量與其總質(zhì)量之比。

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)的工作都離不開空氣,而空氣的濕度又與工作、生活、生產(chǎn)有直接聯(lián)系,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)生產(chǎn)、軍事及人民生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面都有重要意義,因而濕度傳感器是不可少的測(cè)濕設(shè)備,如樹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、樹木、畜禽等生長(zhǎng)適宜的范圍,是減少病蟲害、提高產(chǎn)量的條件之一。

(3)工業(yè)生產(chǎn)：在紡織、電子、精密機(jī)器、陶瓷工業(yè)等部門,空氣濕度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(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)高過(guò)低均會(huì)使物品喪失原有性能。如在高濕度地區(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)精密儀器的使用保護(hù)：許多精密儀器、設(shè)備對(duì)工作環(huán)境要求較高。環(huán)境濕度必須控制在一定范圍內(nèi),以保證它們的正常工作,提高工作效率及可靠性。如電話程控交換機(jī)工作濕度在55 % ±10 %較好。溫度過(guò)高會(huì)影響絕緣性能,過(guò)低易產(chǎn)生靜電,影響正常工作。

③濕度傳感器圖片

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)所具有的高度選擇性，來(lái)識(shí)別待測(cè)生物化學(xué)物質(zhì)的一類傳感器。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。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)。

生物傳感器是目前受到人們重視傳感器之一。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