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现代电子技术中传感器的发展 |
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传感器 transducer 或sensor 是将各种非电量 包括物理量 化学量 生物量等 按一定规律转换成便于处
理和传输的另一种物理量 一般为电量 的装置
第一传感器的基础
传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术 它是检测 传感 原理 材料科学 工艺加
工等三个要素的最佳结合
检测 传感 原理指传感器工作时所依据的物理效应 化学反应和生物反应等机理 各种功能材料则是传感
技术发展的物质基础 从某种意义上讲 传感器也就是能感知外界各种被测信号的功能材料 传感技术的研究和
开发 不仅要求原理正确 选材合适 而且要求有先进 高精度的加工装配技术 除此之外 传感技术还包括如
何更好的把传感元件用于各个领域的所谓传感器软件技术 如传感器的选择 标定以及接口技术等
传感器一般由敏感元件 转换元件和测量电路三部分组成 有时还需要加辅助电源 敏感元件 预变换器 将不能够直接变换为电量的非电量转换为可直接变换为电量的非电量元件
转换元件 将感受到的非电量直接转换为电量的器件称为转换元件 如压电晶体 热电偶等
测量电路 将转换元件输出的电量变成便于显示 记录 控制和处理的有用电信号的电路称为测量电路
第二 传感器的分类
传感器的种类很多 目前尚没有统一的分类方法 一般常采用的分类方法有如下几种
1 按输入量分类
这种分类方法给使用者提供了方便 容易根据测量对象选择所需要的传感器
2 按测量原理分类
现有传感器的测量原理主要是基于电磁原理和固体物理学理论
此外 传感器通常也可按结构型和物性型分类
第三 传感器的发展趋向 主要分为以下几点：
1 向高精度发展
随着自动化生产程度的不断提高 对传感器的要求也在不断提高 必须研制出具有灵敏度高 精确度高
响应速度快 互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性 目前能生产万分之一以上的传感器的厂家
为数很少 其产量也远远不能满足要求
2 向可靠性 宽温度范围发展
传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能 研制高可靠性 宽温度范围的传感器将是永久性
的方向 提高温度范围历来是大课题 大部分传感器其工作范围都在-20 至 70 在军用系统中要求工作温
度在-40至85 范围 而汽车锅炉等场合要求传感器的温度要求更高 因此发展新兴材料 如陶瓷 的传感
器将很有前途
3 向微型化发展
各种控制仪器设备的功能越来越大 要求各个部件体积能占位置越小越好 因而传感器本身体积也是越
小越好 这就要求发展新的材料及加工技术 目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小 如传统的加速度
传感器是由重力块和弹簧等制成的 体积较大 稳定性差 寿命也短 而利用激光等各种微细加工技术制成
的硅加速度传感器体积非常小 互换性可靠性都较好
4 向微功耗及无源化发展
传感器一般都是非电量向电量的转化 工作时离不开电源 在野外现场或远离电网的地方 往往是用电
池供电或用太阳能等供电 开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向 这样既可以节省能源又可
以提高系统寿命 目前 低功耗损的芯片发展很快 如T12702 运算放大器 静态功耗只有1.5A 而工作电
压只需2 5V
5 向智能化数字化发展
随着现代化的发展 传感器的功能已突破传统的功能 其输出不再是一个单一的模拟信号 如0 10mV 而是经过微电脑处理好后的数字信号 有的甚至带有控制功能 这就是所说的数字传感器 。
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