1、传感器原理传感器原理传感器与检测技术传感器与检测技术3232学时学时7/9/20257/9/20251 1沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器传感器 感觉，感知感觉，感知 （SensorSensor、TransducerTransducer）人类有五大感觉器官，即眼、耳、鼻、舌、皮肤。人类有五大感觉器官，即眼、耳、鼻、舌、皮肤。通过这些感觉器官感知外界信息。通过这些感觉器官感知外界信息。机器系统中，传感器是各种机械和电子设备的感觉机器系统中，传感器是各种机械和电子设备的感觉器官。能感知光、色、温度、压力、声音、湿度、气器官。能感知光、色、温度、压力、声音、湿度、气味及辐射等。味及辐射等。7/
2、9/20257/9/20252 2沈理工测控教研室沈理工测控教研室人机系统的机能对应关系人机系统的机能对应关系外外外外界界界界信信信信息息息息感感感感 官官官官人人人人 脑脑脑脑肢肢肢肢 体体体体人人人人 体体体体 系系系系 统统统统传感器传感器传感器传感器计算机计算机计算机计算机执行器执行器执行器执行器机机机机 器器器器 系系系系 统统统统“机电五官机电五官机电五官机电五官”7/9/20257/9/20253 3沈理工测控教研室沈理工测控教研室性能凌驾于人的感官之上：性能凌驾于人的感官之上：性能凌驾于人的感官之上：性能凌驾于人的感官之上：（1 1）测量人体无法感知的量）测量人体无法感知的量）
3、测量人体无法感知的量）测量人体无法感知的量（3 3）测量范围宽、精确高、可靠性好）测量范围宽、精确高、可靠性好）测量范围宽、精确高、可靠性好）测量范围宽、精确高、可靠性好（2 2）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作）恶劣环境下工作 温度传感器：温度传感器：温度传感器：温度传感器：-196-196 1800 1800 压力传感器：压力传感器：压力传感器：压力传感器：0.01psi 10000psi0.01psi 10000psi 精度：精度：精度：精度：0.1%0.01%0.1%0.01%可靠度：可靠度：可靠度：可靠度：8 9 8 9 级级级级7/9/20257/9/20254 4沈
4、理工测控教研室沈理工测控教研室0 0 0 0 传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念1 1 1 1 传感器的特性传感器的特性传感器的特性传感器的特性2 2 2 2 电阻式传感器电阻式传感器电阻式传感器电阻式传感器3 3 3 3 电感式传感器电感式传感器电感式传感器电感式传感器4 4 4 4 电容式传感器电容式传感器电容式传感器电容式传感器5 5 5 5 磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器6 6 6 6 压电式传感器压电式传感器压电式传感器压电式传感器7 7 7 7 光电式传感器光电式传感器光电式传感器光电式传感器8 8 8 8 热电式传感
5、器热电式传感器热电式传感器热电式传感器传传感感器器与与检检测测技技术术7/9/20257/9/20255 5沈理工测控教研室沈理工测控教研室 0 0 传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念0.1 0.1 传感器的组成与分类传感器的组成与分类0.2 0.2 传感器的作用与地位传感器的作用与地位0.3 0.3 传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向0.4 0.4 检测技术的定义检测技术的定义0.5 0.5 检测技术的作用检测技术的作用 1 1 传感器的特性传感器的特性1.1 1.1 传感器的静态特性传感器的静态特性1.2 1.2 传感器的动态特性传感器的动态特性传感器与检测技术传感器与检测技术
6、7/9/20257/9/20256 6沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.1-0.1传感器的组成与分类传感器的组成与分类一、传感器的定义一、传感器的定义 把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。四层含义：四层含义：四层含义：四层含义：（1 1）传感器是一种测量器件或装置）传感器是一种测量器件或装置）传感器是一种测量器件或装置）传感器是一种测
7、量器件或装置测速发电机、发电机测速传感器测速发电机、发电机测速传感器测速发电机、发电机测速传感器测速发电机、发电机测速传感器（2 2）“特定的被测量信息特定的被测量信息特定的被测量信息特定的被测量信息”：非电非电非电非电量量量量发电机是不是传感器？发电机是不是传感器？发电机是不是传感器？发电机是不是传感器？物理量物理量物理量物理量化学量化学量化学量化学量生物量生物量生物量生物量电量电量电量电量7/9/20257/9/20257 7沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.1-0.1传感器的组成与分类传感器的组成与分类（3 3）“某种可用信号输出某种可用信号输
8、出某种可用信号输出某种可用信号输出”把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系的电量输出的把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系的电量输出的把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系的电量输出的把外界非电量信息转换成与之有确定对应关系的电量输出的器件或装置。器件或装置。器件或装置。器件或装置。非电量电测技术非电量电测技术非电量电测技术非电量电测技术把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。把外界信息按一定规律转换成电信号输出的器件。（4 4）“转换转换转换转换”：传感器、变换器、变送器、换能器、：传感器、变
9、换器、变送器、换能器、：传感器、变换器、变送器、换能器、：传感器、变换器、变送器、换能器、转换器、探测器转换器、探测器转换器、探测器转换器、探测器工业测工业测工业测工业测量量量量标准输出标准输出标准输出标准输出信号信号信号信号能量转能量转能量转能量转换换换换转换效转换效转换效转换效率率率率 把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。某种可用信号输出的器件或装置。7/9/20257/9/20258 8沈理工测控教研
10、室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.1-0.1传感器的组成与分类传感器的组成与分类敏感敏感敏感敏感元件元件元件元件辅助电路辅助电路辅助电路辅助电路传感传感传感传感元件元件元件元件被被被被 测测测测非电量非电量非电量非电量有有有有 用用用用非电量非电量非电量非电量有有有有 用用用用电电电电 量量量量信号调节信号调节信号调节信号调节转换电路转换电路转换电路转换电路电电电电 量量量量二、传感器的组成二、传感器的组成敏感元件敏感元件：是：是指传感器中能直接感受（或响应）与检出被测对指传感器中能直接感受（或响应）与检出被测对象的待测信息（输入量）的部分。象的待测信息（输入量）
11、的部分。转换元件转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受（或响应）的信息是指传感器中能将敏感元件感受（或响应）的信息直接转换成电信号的部分。直接转换成电信号的部分。基本转换电路基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。路），便可转换成电量输出。7/9/20257/9/20259 9沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.1-0.1-0.1-0.1传感器的组成与分类传感器的组成与分类传感器的组成与分类传感器的组成与分类三、传感器的分类三、传感
12、器的分类三、传感器的分类三、传感器的分类电容式、电感式、热电式传感器等电容式、电感式、热电式传感器等电容式、电感式、热电式传感器等电容式、电感式、热电式传感器等位移、速度、温度传感器等位移、速度、温度传感器等位移、速度、温度传感器等位移、速度、温度传感器等分类方法分类方法分类方法分类方法按输入物理量：按输入物理量：按输入物理量：按输入物理量：按工作原理：按工作原理：按工作原理：按工作原理：按能量关系：按能量关系：按能量关系：按能量关系：按按按按输出信号性质：输出信号性质：输出信号性质：输出信号性质：按构成原理：按构成原理：按构成原理：按构成原理：按按按按构成传感器的功能材料：构成传感器的功能材
13、料：构成传感器的功能材料：构成传感器的功能材料：按按按按高新技术：高新技术：高新技术：高新技术：能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量转换型（有源传感器）能量控制型（无源传感器）能量控制型（无源传感器）能量控制型（无源传感器）能量控制型（无源传感器）模拟式、数字式传感器模拟式、数字式传感器模拟式、数字式传感器模拟式、数字式传感器结构型、物性型传感器结构型、物性型传感器结构型、物性型传感器结构型、物性型传感器半导体传感器等半导体传感器等半导体传感器等半导体传感器等集成传感器、智能传感器集成传感器、智能传感器集成传感器、智能传感器集成传感器、智能传感器仿生传感
14、器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感器仿生传感器、机器人传感器7/9/20257/9/20251010沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.1-0.1传感器的组成与分类传感器的组成与分类传感元件传感元件传感元件传感元件被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量有用电量有用电量有用电量有用电量物性型物性型物性型物性型传感器传感器传感器传感器结构型结构型结构型结构型传感器传感器传感器传感器敏感敏感敏感敏感元件元件元件元件传感传感传感传感元件元件元件元件被测非电量被测非电量被测非电量被测非电量有用电量有用电量有用电量有用电量有用非电量有
15、用非电量有用非电量有用非电量按按按按构成原理：构成原理：构成原理：构成原理：物性型传感器是利用物性型传感器是利用物质定律物质定律构成的构成的,如虎克定律、欧姆定律等。如虎克定律、欧姆定律等。物质定律是表示物质某种客观性质的法则。这种法则，大多数是物质定律是表示物质某种客观性质的法则。这种法则，大多数是以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的以物质本身的常数形式给出。这些常数的大小，决定了传感器的主要性能。因此，主要性能。因此，物性型传感器的性能随材料的不同而异物性型传感器的性能随材料的不同而异。如，。如，光电管，它利用了物质法则中的外光电效应。显然，其特性与涂光电管，它利用了物
16、质法则中的外光电效应。显然，其特性与涂覆在电极上的材料有着密切的关系。又如，所有半导体传感器，覆在电极上的材料有着密切的关系。又如，所有半导体传感器，以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金等性能变化的传感器，都属于物性型传感器。等性能变化的传感器，都属于物性型传感器。结构型传感器是利用物理学中结构型传感器是利用物理学中场的定律场的定律构成的，包括动力场的运动构成的，包括动力场的运动定律，电磁场的电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出定律，电磁场的电磁定律等。物理学中的定律一般是以方程式给出的。对于传感器，这些方程式
17、就是许多传感器在工作时的数学模型。的。对于传感器，这些方程式就是许多传感器在工作时的数学模型。这类传感器的特点是这类传感器的特点是传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置传感器的工作原理是以传感器中元件相对位置变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础变化引起场的变化为基础，而不是以材料特性变化为基础。7/9/20257/9/20251111沈理工测控教研室沈理工测控教研室（1 1）压敏传感器）压敏传感器）压敏传感器）压敏传感器物性型传感器物性型传感器物性型传感器物性型传感器物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。物性型传感器主要由构
18、成传感器的物质的性质决定。物性型传感器主要由构成传感器的物质的性质决定。电阻率的变化电阻率的变化电阻率的变化电阻率的变化压力大小压力大小压力大小压力大小材料性质材料性质材料性质材料性质压阻效应压阻效应压阻效应压阻效应半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料压力压力压力压力 P P例例例例1-1 1-1 举例说明物性型传感器和结构型传感器的区别。举例说明物性型传感器和结构型传感器的区别。举例说明物性型传感器和结构型传感器的区别。举例说明物性型传感器和结构型传感器的区别。7/9/20257/9/20251212沈理工测控教研室沈理工测控教研室（2 2）电容式传感器）电容式传感器）电容式传感器）电容
19、式传感器结构型传感器结构型传感器结构型传感器结构型传感器化简得：化简得：化简得：化简得：输出灵敏度：输出灵敏度：输出灵敏度：输出灵敏度：结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，结构型传感器的特性主要由其结构参数决定，与构成传感器的物质的性质无关。与构成传感器的物质的性质无关。与构成传感器的物质的性质无关。与构成传感器的物质的性质无关。固定极板固定极板固定极板固定极板活动极板活动极板活动极板活动极板L Lb bd dL L7/9/20257/9/20251313沈理工测控教研室沈理工测控教研室例例例例1-21-2 大
20、吨位电容式称重传感器大吨位电容式称重传感器大吨位电容式称重传感器大吨位电容式称重传感器被测非电量：被测非电量：被测非电量：被测非电量：敏感元件：敏感元件：敏感元件：敏感元件：有用非电量：有用非电量：有用非电量：有用非电量：传感元件：传感元件：传感元件：传感元件：有用电量：有用电量：有用电量：有用电量：电容量电容量电容量电容量C C弹性体弹性体弹性体弹性体外界压力外界压力外界压力外界压力极板间距变化极板间距变化极板间距变化极板间距变化电容传感器电容传感器电容传感器电容传感器弹性体弹性体弹性体弹性体极板极板极板极板支架支架支架支架绝缘材料绝缘材料绝缘材料绝缘材料定极板定极板定极板定极板动极板动极板
21、动极板动极板7/9/20257/9/20251414沈理工测控教研室沈理工测控教研室转换元件转换元件转换元件转换元件输入输入输入输入输出输出输出输出（1 1）自源型）自源型）自源型）自源型特点：不需要外能源，特点：不需要外能源，特点：不需要外能源，特点：不需要外能源，输出电量较弱。输出电量较弱。输出电量较弱。输出电量较弱。例例例例1-31-3：热电偶传感器热电偶传感器热电偶传感器热电偶传感器温度场的能量（热量）温度场的能量（热量）温度场的能量（热量）温度场的能量（热量）电量电量电量电量能量角度能量角度能量角度能量角度自源型自源型自源型自源型带激励源型带激励源型带激励源型带激励源型外源型外源型外
22、源型外源型能量转换型能量转换型能量转换型能量转换型有源型有源型有源型有源型能量控制型能量控制型能量控制型能量控制型无源型无源型无源型无源型A AB BT TTT7/9/20257/9/20251515沈理工测控教研室沈理工测控教研室（2 2）带激励源型）带激励源型）带激励源型）带激励源型特点：不需要变换电路，特点：不需要变换电路，特点：不需要变换电路，特点：不需要变换电路，有较大电量输出。有较大电量输出。有较大电量输出。有较大电量输出。例例例例1-41-4 霍尔电磁感应式传感器霍尔电磁感应式传感器霍尔电磁感应式传感器霍尔电磁感应式传感器转换元件转换元件转换元件转换元件输入输入输入输入输出输出输
23、出输出辅助能源辅助能源辅助能源辅助能源被测量：被测量：被测量：被测量：磁场磁场磁场磁场辅助能源：辅助能源：辅助能源：辅助能源：激励电流激励电流激励电流激励电流B BI IU UHHB BA AC CD Db bd dL Lx xy yz z7/9/20257/9/20251616沈理工测控教研室沈理工测控教研室例例例例1-51-5：磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器磁电式传感器（3 3）外源型）外源型）外源型）外源型特点：通过带外电源的特点：通过带外电源的特点：通过带外电源的特点：通过带外电源的变换电路，才能获得有变换电路，才能获得有变换电路，才能获得有变换电路，才能获得有用的电量输出。用的
24、电量输出。用的电量输出。用的电量输出。输入输入输入输入输出输出输出输出电源电源电源电源变换电路变换电路变换电路变换电路转换元件转换元件转换元件转换元件电磁感应定律：电磁感应定律：电磁感应定律：电磁感应定律：能量控制型能量控制型能量控制型能量控制型线圈线圈线圈线圈永久磁铁永久磁铁永久磁铁永久磁铁动铁芯（衔铁）动铁芯（衔铁）动铁芯（衔铁）动铁芯（衔铁）7/9/20257/9/20251717沈理工测控教研室沈理工测控教研室（1 1）相同传感器补偿型）相同传感器补偿型）相同传感器补偿型）相同传感器补偿型输入输入输入输入输出输出输出输出电源电源电源电源变换电路变换电路变换电路变换电路转换元件转换元件转
25、换元件转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件环境影响环境影响环境影响环境影响为消除环境干扰为消除环境干扰为消除环境干扰为消除环境干扰相同传感器补偿型相同传感器补偿型相同传感器补偿型相同传感器补偿型不同传感器补偿型不同传感器补偿型不同传感器补偿型不同传感器补偿型差动结构补偿型差动结构补偿型差动结构补偿型差动结构补偿型7/9/20257/9/20251818沈理工测控教研室沈理工测控教研室（2 2）差动结构补偿型）差动结构补偿型）差动结构补偿型）差动结构补偿型输入输入输入输入输出输出输出输出电源电源电源电源变换电路变换电路变换电路变换电路转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件转换元件转
26、换元件环境影响环境影响环境影响环境影响输入量：输入量：输入量：输入量：反向反向反向反向转换转换转换转换环境干扰量：环境干扰量：环境干扰量：环境干扰量：正向正向正向正向转换转换转换转换测量电路测量电路测量电路测量电路7/9/20257/9/20251919沈理工测控教研室沈理工测控教研室（3 3）不同传感器补偿型）不同传感器补偿型）不同传感器补偿型）不同传感器补偿型输入输入输入输入输出输出输出输出电源电源电源电源变换电路变换电路变换电路变换电路转换元件转换元件转换元件转换元件2 2转换元件转换元件转换元件转换元件1 1环境影响环境影响环境影响环境影响7/9/20257/9/20252020沈理工
27、测控教研室沈理工测控教研室基本物理量基本物理量基本物理量基本物理量派生物理量派生物理量派生物理量派生物理量位移位移位移位移线位移线位移线位移线位移长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度长度、厚度、应变、振动、磨损、不平度角位移角位移角位移角位移旋转角、偏振角、角振动旋转角、偏振角、角振动旋转角、偏振角、角振动旋转角、偏振角、角振动速度速度速度速度线速度线速度线速度线速度速度、振动、流量、动量速度、振动、流量、动量速度、振动、流量、动量速度、振动、流量、动量角速度角速度角速度角速度转速、角振动转速、角振动转速、角振动转速、角振
28、动加速度加速度加速度加速度线加速度线加速度线加速度线加速度振动、冲击、质量振动、冲击、质量振动、冲击、质量振动、冲击、质量线角速度线角速度线角速度线角速度角振动、扭矩、转动惯量角振动、扭矩、转动惯量角振动、扭矩、转动惯量角振动、扭矩、转动惯量力力力力压力压力压力压力重量、应力、力矩重量、应力、力矩重量、应力、力矩重量、应力、力矩时间时间时间时间频率频率频率频率周期、计数、统计分布周期、计数、统计分布周期、计数、统计分布周期、计数、统计分布温度温度温度温度热容量、气体速度、涡流热容量、气体速度、涡流热容量、气体速度、涡流热容量、气体速度、涡流光光光光光通量与密度、光谱分布光通量与密度、光谱分布光
29、通量与密度、光谱分布光通量与密度、光谱分布传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.1-0.1-0.1-0.1传感器的组成与分类传感器的组成与分类传感器的组成与分类传感器的组成与分类7/9/20257/9/20252121沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.2-0.2传感器的作用与地位传感器的作用与地位n n传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。n n传感器是获取信息的主要途径与手段。传感
30、器是获取信息的主要途径与手段。传感器是获取信息的主要途径与手段。传感器是获取信息的主要途径与手段。n n没有传感器，现代化生产就失去了基础。没有传感器，现代化生产就失去了基础。没有传感器，现代化生产就失去了基础。没有传感器，现代化生产就失去了基础。n n传感器是边缘学科开发的先驱。传感器是边缘学科开发的先驱。传感器是边缘学科开发的先驱。传感器是边缘学科开发的先驱。可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步等可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步等方面起着重要作用。方面起着重要作用。传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学
31、诊断、生物工程、探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领域。从茫茫的太空到甚至文物保护等等极其广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。现代化项目，都离不开各种各样的传感器。7/9/20257/9/20252222沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向传感技术的发展分为两个方面：传感技术的发展分为两个方面：提高与改善传感器的技术性能；提高与改善传感器的技术性能
32、寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。寻找新原理、新材料、新工艺及新功能等。一、改善传感器的性能的技术途径一、改善传感器的性能的技术途径1 1差动技术差动技术 差差动动技技术术是是传传感感器器中中普普遍遍采采用用的的技技术术。它它的的应应用用可可显显著著地地减减小小温温度度变变化化、电电源源波波动动、外外界界干干扰扰等等对对传传感感器器精精度度的的影影响响，抵抵消消了了共共模模误误差差，减减小小非非线线性性误误差差等等。不不少少传传感感器器由由于于采用了差动技术，还可使采用了差动技术，还可使灵敏度增大灵敏度增大。7/9/20257/9/20252323沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与
33、检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向 2 2平均技术平均技术 在在传传感感器器中中普普遍遍采采用用平平均均技技术术可可产产生生平平均均效效应应，其其原原理理是是利利用用若若干干个个传传感感单单元元同同时时感感受受被被测测量量，其其输输出出则则是是这这些些单单元元输输出出的的平平均均值值，若若将将每每个个单单元元可可能能带带来来的的误误差差均均可可看看作作随随机机误误差差且且服从正态分布，根据误差理论，总的误差将减小为服从正态分布，根据误差理论，总的误差将减小为=/n式中式中:n传感单元数。传感单元数。可见，在传感器中利用平均技术不仅可使可见，
34、在传感器中利用平均技术不仅可使传感器误差减小，且可增大信号量，即增大传传感器误差减小，且可增大信号量，即增大传感器灵敏度。感器灵敏度。7/9/20257/9/20252424沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向3 3补偿与修正技术补偿与修正技术 补偿与修正技术的运用大致针对两种情况：补偿与修正技术的运用大致针对两种情况：针对传感器本身特性针对传感器本身特性 针对传感器的工作条件或外界环境针对传感器的工作条件或外界环境 对对于于传传感感器器特特性性，找找出出误误差差的的变变化化规规律律，或或者者测测出出其
35、其大大小小和和方方向向，采采用用适当的方法加以补偿或修正。适当的方法加以补偿或修正。针对针对传感器工作条件或外界环境传感器工作条件或外界环境进行误差补偿，也是提高传感器精度的进行误差补偿，也是提高传感器精度的有力技术措施。不少传感器对温度敏感，由于温度变化引起的误差十分可观。有力技术措施。不少传感器对温度敏感，由于温度变化引起的误差十分可观。为了解决这个问题，必要时可以控制温度，搞恒温装置，但往往费用太高，为了解决这个问题，必要时可以控制温度，搞恒温装置，但往往费用太高，或使用现场不允许。而在传感器内引入温度误差补偿又常常是可行的。这时或使用现场不允许。而在传感器内引入温度误差补偿又常常是可行
36、的。这时应找出温度对测量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。应找出温度对测量值影响的规律，然后引入温度补偿措施。补偿与修正，可以利用电子线路（硬件）来解决，也可以采用微型计算机补偿与修正，可以利用电子线路（硬件）来解决，也可以采用微型计算机通过软件来实现。通过软件来实现。7/9/20257/9/20252525沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向4 4屏蔽、隔离与干扰抑制屏蔽、隔离与干扰抑制 传传感感器器大大都都要要在在现现场场工工作作，现现场场的的条条件件往往往往是是难难以以充充分分预预料料的的，有有
37、时时是是极极其其恶恶劣劣的的。各各种种外外界界因因素素要要影影响响传传感感器器的的精精度度与与各各有有关关性性能能。为为了了减减小小测测量量误误差差，保保证证其其原原有有性性能能，就就应应设设法法削削弱弱或或消消除除外外界界因因素素对对传传感感器器的的影影响响。其方法有：其方法有：u 减小传感器对影响因素的灵敏度减小传感器对影响因素的灵敏度u 降低外界因素对传感器实际作用的程度降低外界因素对传感器实际作用的程度 对于电磁干扰，可以采用对于电磁干扰，可以采用屏蔽屏蔽、隔离隔离措施，也可用措施，也可用滤波滤波等方法抑制。等方法抑制。对于如温度、湿度、机械振动、气压、声压、辐射、甚至气流等，可采用对
38、于如温度、湿度、机械振动、气压、声压、辐射、甚至气流等，可采用相应的隔离措施，如隔热、密封、隔振等，或者在变换成为电量后对干扰相应的隔离措施，如隔热、密封、隔振等，或者在变换成为电量后对干扰信号进行分离或抑制，减小其影响。信号进行分离或抑制，减小其影响。7/9/20257/9/20252626沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向 5稳定性处理稳定性处理 在使用传感器时，若测量要求较高，必要时也应对附加的调整元件、后续电在使用传感器时，若测量要求较高，必要时也应对附加的调整元件、后续电路的关键元器件进行老
39、化处理。路的关键元器件进行老化处理。提高传感器性能的稳定性措施：提高传感器性能的稳定性措施：对材料、元器件或传感器整体进行必要的对材料、元器件或传感器整体进行必要的稳定性处理稳定性处理。如永磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处。如永磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理、电气元件的老化筛选等。理、电气元件的老化筛选等。造成传感器性能不稳定的原因是：造成传感器性能不稳定的原因是：随着时间的推移和环境条件的变化，构成随着时间的推移和环境条件的变化，构成传感器的各种材料与元器件性能将发生变化。传感器的各种材料与元器件性能将发生变化。传感器作为长期测量或反复使用的器件，其稳定性
40、显得特别重要，其重要传感器作为长期测量或反复使用的器件，其稳定性显得特别重要，其重要性甚至胜过精度指标，尤其是对那些很难或无法定期标定的场合。性甚至胜过精度指标，尤其是对那些很难或无法定期标定的场合。7/9/20257/9/20252727沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向二、传感器的发展动向v 开发新型传感器开发新型传感器 v 开发新材料开发新材料 v 新工艺的采用新工艺的采用 v 集成化、多功能化集成化、多功能化v 智能化智能化 开展基础研究，发现新现象，开发传感器的新开展基础研究，发现新现象，开
41、发传感器的新材料和新工艺；实现传感器的集成化与智能化材料和新工艺；实现传感器的集成化与智能化7/9/20257/9/20252828沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向 传传感感器器的的工工作作机机理理是是基基于于各各种种效效应应和和定定律律，由由此此启启发发人人们们进进一一步步探探索索具具有有新新效效应应的的敏敏感感功功能能材材料料，并并以以此此研研制制出出具具有有新新原原理理的的新新型型物物性性型型传传感感器器件件，这这是是发发展展高高性性能能、多多功功能能、低低成成本本和和小小型型化化传传感感器器
42、的的重重要要途途径径。结结构构型型传传感感器器发发展展得得较较早早，目目前前日日趋趋成成熟熟。结结构构型型传传感感器器，一一般般说说它它的的结结构构复复杂杂，体体积积偏偏大大，价价格格偏偏高高。物物性性型型传传感感器器大大致致与与之之相相反反，具具有有不不少少诱诱人人的的优优点点，加加之之过过去去发发展展也也不不够够。世世界界各各国国都都在在物物性性型型传传感感器器方方面面投投入入大大量量人人力力、物物力力加加强强研研究究，从从而而使使它它成成为为一一个个值值得得注注意意的的发发展展动动向。向。1 1开发新型传感器开发新型传感器新型传感器包括：新型传感器包括：采用新原理；采用新原理；填补传感器
43、空白；填补传感器空白；仿生仿生传感器等方面。它们之间是互相联系的。传感器等方面。它们之间是互相联系的。7/9/20257/9/20252929沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向传传感感器器材材料料是是传传感感器器技技术术的的重重要要基基础础，由由于于材材料料科科学学的的进进步步，人人们们在在制制造造时时，可可任任意意控控制制它它们们的的成成分分，从从而而设设计计制制造造出出用用于于各各种种传传感感器器的的功功能能材材料料。用用复复杂杂材材料料来来制制造造性性能能更更加加良良好好的的传传感感器器是是今后
44、的发展方向之一。今后的发展方向之一。2 2开发新材料开发新材料（1）半导体敏感材料）半导体敏感材料（2）陶瓷材料）陶瓷材料（3）磁性材料）磁性材料（4）智能材料）智能材料如，半导体氧化物可以制造各种气体传感器，而陶瓷传感器工作如，半导体氧化物可以制造各种气体传感器，而陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它研制的传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料作为传用它研制的传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料作为传感器材料的研究，引起国内外学者的极大兴趣。感器材料的研究，引起国内外学者的极大兴趣。7/9/2
45、0257/9/20253030沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向在在发发展展新新型型传传感感器器中中，离离不不开开新新工工艺艺的的采采用用。新新工工艺艺的的含含义义范范围围很很广广，这这里里主主要要指指与与发发展展新新型型传传感感器器联联系系特特别别密密切切的的微微细细加加工工技技术术。该该技技术术又又称称微微机机械械加加工工技技术术，是是近近年年来来随随着着集集成成电电路路工工艺艺发发展展起起来来的的，它它是是离离子子束束、电电子子束束、分分子子束束、激激光光束束和和化化学学刻刻蚀蚀等等用用于于微微
46、电电子子加加工工的的技技术术，目目前前已已越越来来越越多多地用于传感器领域。地用于传感器领域。3 3新工艺的采用新工艺的采用例如例如:利用半导体技术制造出压阻式传感器，利用薄膜工艺制利用半导体技术制造出压阻式传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，日本横河公司利用各向造出快速响应的气敏、湿敏传感器，日本横河公司利用各向异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅片上构成孔、沟棱异性腐蚀技术进行高精度三维加工，在硅片上构成孔、沟棱锥、半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。锥、半球等各种开头，制作出全硅谐振式压力传感器。7/9/20257/9/20253131沈理工测控教研室沈理工测控
47、教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向 4 4集成化、多功能化集成化、多功能化同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集同一功能的多元件并列化，即将同一类型的单个传感元件用集成工艺在同一平面上排列起来成工艺在同一平面上排列起来，如，如CCD图像传感器。图像传感器。多功能一体化，多功能一体化，即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节即将传感器与放大、运算以及温度补偿等环节一体化，组装成一个器件。一体化，组装成一个器件。把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多
48、种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。可反映出被测系统的整体状态。为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元件复为同时测量几种不同被测参数，可将几种不同的传感器元件复合在一起，作成集成块。例如一种温、气、湿三功能陶瓷传感合在一起，作成集成块。例如一种温、气、湿三功能陶瓷传感器已经研制成功。器已经研制成功。7/9/20257/9/20253232沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.3-0.3传感器技术的发展动向传感器技术的发展动向5 5智能化
49、智能化对外界信息具有对外界信息具有检测检测、数据处理数据处理、逻辑判断逻辑判断、自诊断自诊断和和自适应自适应能力的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主机互相能力的集成一体化多功能传感器，这种传感器具有与主机互相对话的功能，可以自行选择最佳方案，能将已获得的大量数据对话的功能，可以自行选择最佳方案，能将已获得的大量数据进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。进行分割处理，实现远距离、高速度、高精度传输等。智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发它的实现取决于
50、传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具有多功能、高性能、体积小、适宜大批量生展。这类传感器具有多功能、高性能、体积小、适宜大批量生产和使用方便等优点，是传感器重要的发展方向之一。产和使用方便等优点，是传感器重要的发展方向之一。如，如，DS18B20DS18B20、传感器测量系统传感器测量系统7/9/20257/9/20253333沈理工测控教研室沈理工测控教研室传感器与检测技术概念传感器与检测技术概念-0.4-0.4检测技术的定义检测技术的定义什么是检测技术什么是检测技术 人们为了了解实验进展，生产过程中的情况，即为人们为了了解实验进展，生产过程中的情况，即为了对自然现象能够
