1、现代传感技术姓 名 沈 鹏 飞 学 号 0903011045 班 级 09 土木（1）班 现代传感技术一、传感器技术简介传感器技术是现代科技的前沿技术，是现代信息技术的三大支柱之一，其水平高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业，它以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。革开放 20 多年来，我国的传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：一是建立了“传感技术国家重点实验室”、 “微米/纳米国家重点实验室”、 “国家传感技术工程中心”等研究开发基地；二是 MEMS、MOEMS 等研究项目列入了国家高新技术发
2、展重点；三是在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了 51 个品种 86 个规格的新产品；四是初步建立了敏感元件与传感器产业，2000 年总产量超过 13 亿只，品种规格已有近6000 种，并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定应用。电感式传感器具有以下优缺点：（1）结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长。 （2）灵敏度和分辨力高，能测出 0.01 微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。 （3）线性度和重复性都比较好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传感器非线性误差可达 0.05%0.1%。同时，这种传感器能实现信息的
3、远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。电感式传感器种类很多，常见的有自感式，互感式和涡流式三种。1、自感式传感器的工作原理：自感式电感传感器属于电感式传感器的一种。它是利用线圈自感量的变化来实现测量的，它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料如硅钢片或坡莫合金制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当被测量变化时，使衔铁产生位移，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感量变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。 这种传感器又称为变磁阻式传感器。2、自感式
4、传感器的特点：无活动触点、可靠度高、寿命长；分辨率高；灵敏度高；线性度高、重复性好；测量范围宽（测量范围大时分辨率低） ；无输入时有零位输出电压，引起测量误差；对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。常用自感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。其原理类似于变压器。不同的是：后者为闭合磁路，前者为开磁路；后者初、次级间的互感为常数，前者初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个
5、次级绕组按差动方式工作，因此又称为差动变压器。3、电涡流式传感器的工作原理：3.1 电涡流式传感器是利用电涡流效应进行工作的。由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，并能进行非接触测量，适用范围广。目前，这种传感器已广泛用来测量位移、振动、厚度、转速、温度、硬度等参数，以及用于无损探伤领域。3.2 电涡流式传感器的分类电涡流式传感器按用途可分为测量位移、接近度和厚度的传感器；按结构可分为变间隙型、变面积型、螺管型和低频透射型 4 类。 3.3 电涡流式传感器的应用及优点电涡流式传感器能实现非接触式测量，而且是根据与被测导体的耦合程度来测量，因此可以通过灵活设计传感器的构形和巧
6、妙安排它与被测导体的布局来达到各种应用的目的。 在测量位移方面，除可直接测量金属零件的动态位移、汽轮机主轴的轴向窜动等位移量外，它还可测量如金属材料的热膨胀系数、钢水液位、纱线张力、流体压力、加速度等可变换成位移量的参量。 在测量振动方面，它是测量汽轮机、空气压缩机转轴的径向振动和汽轮机叶片振幅的理想器件。还可以用多个传感器并排安置在轴侧，并通过多通道指示仪表输出至记录仪，以测量轴的振动形状并绘出振型图。 在测量转速方面，只要在旋转体上加工或加装一个有凹缺口的圆盘状或齿轮状的金属体，并配以电涡流传感器，就能准确地测出转速。 此外，利用导体的电阻率与温度的关系，保持线圈与被测导体之间的距离及其他
7、参量不变，就可以测量金属材料的表面温度，还能通过接触气体或液体的金属导体来测量气体或液体的温度。 电涡流测温是非接触式测量，适用于测低温到常温的范围，且有不受金属表面污物影响和测量快速等优点。 二、现代传感技术在信息科学中的地位在现代社会，获取自然信息已经成为几乎所有自然科学与工程技术领域共同的需求。随着人类活动领域的扩大和探索过程的深化，传感器已经成为基础科学研究与现代技术相互融合的新领域，它汇集和包容多种学科的成果，成为人类探索活动最活跃的部分之一。现代传感器的发展趋势充分体现出这些特点。自然科学基础研究的新成果不断丰富传感器的设计思想，使传感器的探测对象范围扩大，不断超越经典传感器的技术
8、局限，获取更多的信息；不同学科领域的交叉融合，加深了人们对更加复杂的自然现象因果关系的理解，通过多重参数转换获取信息，导致新的传感器出现；传感器探测的空间尺度同时向微观和宏观延伸；传感器的探测阈值降低，动态范围扩大，信噪比提高；仿生传感器引起人们更多的关注；微电子技术和微处理器融人传感器设计，使传感器微型化、智能化；新的材料和工艺使经典传感器出现新的技术特征，等等。在现代信息科学技术中，传感器属于信息获得范畴，它与现代通信系统和信息处理系统共同构成现代信息科学技术的三大基石。在信息时代早期，人们主要关注人类社会自身活动信息（文字、图像、声音和数据）的传输和处理，传感器的发展居于次要地位。在相当
9、长的一段时期，它们仅仅被当作是一类为专用设备配套的器件。随着工业、军事、医学和自然科学研究的进展，在越来越多的重要领域，传感器成为制约其发展的关键，在世纪之交引起了世界范围的广泛关注。步入 20 世纪之后，人类获取自然信息的方式发生了微妙的变化。科学家不再满足于被动地观察分析自然界已有的信息，更喜欢创造自然界不曾有过的环境和条件，使大自然泄露自己的秘密。这种“强迫” 大自然产生信息的做法，常常能够获得意外的收获，甚至成为推动学科前进的主要方法。三、现代传感器技术的发展趋势随着科学技术的发展，传感器技术发展的趋势将是开发新材料与传感器智能化发展相结合。1、新材料开发传感器材料是传感器技术的重要基
10、础, 是传感器技术升级的重要支撑。随着材料科学的进步,传感器技术日臻成熟,其种类越来越多,除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外,光导纤维以及超导材料的开发,为传感器的发展提供了物质基础。例如,根据以硅为基体的许多半导体材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半导体光热探测器具有灵敏度高、精度高、非接触性等特点,发展红外传感器、激光传感器、光纤传感器等现代传感器;在敏感材料中,陶瓷材料、有机材料发展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密调配化学成分的基础上,经过高精度成型烧结,得到对某一种或某几种气体具有识别功能的敏感材料,用于制成新型气体传感器。此外,高分子有机敏感材料,是近几年人们极
11、为关注的具有应用潜力的新型敏感材料,可制成热敏、光敏、气敏、湿敏、力敏、离子敏和生物敏等传感器。传感器技术的不断发展,也促进了更新型材料的开发,如纳米材料等。美国 NRC 公司已开发出纳米ZrO2 气体传感器,控制机动车辆尾气的排放,对净化环境效果很好,应用前景比较广阔。由于采用纳米材料制作的传感器,具有庞大的界面,能提供大量的气体通道,而且导通电阻很小,有利于传感器向微型化发展，随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生。2、智能化发展80 年代发展起来的智能化传感器是微电子技术、微型电子计算机技术与检测技术相结合的产物，具有测量、存贮、通信、控制等特点。智能化传感器一般主要由主传感器、辅
12、助传感器及微机硬件系统三大部分构成。也就是说,智能化传感器是一种带有微处理器的传感器,它兼有检测判断和信息处理功能。例如美国霍尼尔公司的 ST - 3000 型传感器 ,是一种能够进行检测和信号处理的智能传感器,具有微处理器和存贮器功能,可测量差压、静压及温度等。又如一典型智能化压力传感器,其中主传感器为压力传感器,它的作用是用来测量被测压力参数的。20 多年来,智能化传感器有了很大的发展。近年来,智能化传感器开始同人工智能相结合,创造出各种基于模糊推理、人工神经网络、专家系统等人工智能技术的高度智能传感器,称为软传感器技术。它已经在家用电器方面得到利用,相信未来将会更加成熟。智能化传感器是传感器技术未来发展的主要方向。在今后的发展中,智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。
