傳感器論文

1、傳感器 傳感器隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，信息科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，傳感器作為信息技術(shù)的重要組成部分，其發(fā)展水平標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平，成為信息時(shí)代的焦點(diǎn)。各類(lèi)傳感器在已經(jīng)廣為應(yīng)用于生產(chǎn)生活的方方面面，傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，被認(rèn)為是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，也是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的最具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。一、傳感器的作用與地位信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開(kāi)發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展

2、。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來(lái)越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來(lái)越明顯。人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類(lèi)五官的延長(zhǎng)，又稱(chēng)之為電五官。“

3、沒(méi)有傳感器技術(shù)就沒(méi)有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”的觀點(diǎn)現(xiàn)在已為全世界所公認(rèn)?？茖W(xué)技術(shù)越發(fā)、自動(dòng)化程度越高，對(duì)各種傳感器的需求越大。傳感器的輸入通常是各種外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度）或化學(xué)組成（如煙霧） ，輸出信號(hào)通常是電量。它便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等。電量有很多形式，如電壓、電流、電阻、電容等，輸出信號(hào)的形式由傳感器的原理確定。傳感器已廣泛應(yīng)用于航天、航空、國(guó)防科研、信息產(chǎn)業(yè)、機(jī)械、電力、能源、交通、冶金、石油、建筑、郵電、生物、醫(yī)學(xué)、

4、環(huán)保、材料、災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)防、農(nóng)林、漁業(yè)生產(chǎn)、食品、煙酒制造、機(jī)器人、家電等諸多領(lǐng)域,可以說(shuō)幾乎滲透到每個(gè)領(lǐng)域。傳感器其發(fā)展歷史可以追溯到 17 世紀(jì)初，從伽利略發(fā)明溫度計(jì)開(kāi)始，人們就已開(kāi)始溫度進(jìn)行測(cè)量。而真正把溫度變成電信號(hào)的傳感器是 1821 年由德國(guó)物理學(xué)家賽貝發(fā)明的，這就是后來(lái)的熱電偶傳感器。五十年以后，另一位德國(guó)人西門(mén)子發(fā)明了鉑電阻溫度計(jì)。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN 結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器

5、。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開(kāi)發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。直至今日，各類(lèi)不同的傳感器業(yè)已應(yīng)用于不同行業(yè)的不同領(lǐng)域，各司其職?，F(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。傳感器開(kāi)發(fā)的基本趨勢(shì)是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的?，F(xiàn)代社會(huì)的工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)各類(lèi)傳感器的要求已經(jīng)越來(lái)越高，傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿(mǎn)足諸如，精確性、可靠性、靈敏性等各項(xiàng)性能指標(biāo)的需求?，F(xiàn)在的新型高性

6、能微型傳感器主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。傳感器在現(xiàn)代家庭中的應(yīng)用比比皆是：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)：紅外測(cè)距傳感器；冰箱、電飯煲：溫度檢測(cè)（熱敏電阻）等等。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。二、電子式壓力式傳感器的設(shè)計(jì)壓力傳感器是

7、工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱(chēng)為壓電傳感器。如圖 2（b）所示，當(dāng)向空腔部分加上一定的壓力時(shí)，膜片受到一定程度的拉伸或收縮而產(chǎn)生形變。壓電電阻的排列方法如圖 3 所示，受到拉伸的電阻 R2 和 R4 的阻值增加；受到壓縮的電阻 R1 和 R3 阻值減小。圖 4 由于各壓電電阻如圖 4 那樣組成橋路結(jié)構(gòu)，如果將它們連接到恒流源上，則由于壓力的增減，將在輸出端獲得輸出

8、電壓 ΔV， 當(dāng)壓力為零時(shí)的 ΔV 等于偏置電壓 Voffset,在理想狀態(tài)下我們希望 Voffset=0V，實(shí)際上在生成擴(kuò)散電阻體時(shí)，由于所形成的擴(kuò)散電阻體尺寸大小的不同和存在雜質(zhì)濃度的微小差異，因此總是有某個(gè)電壓值存在。壓力為零時(shí)，R1=R2=R3=R4=R，我們把加上一定壓力時(shí)R1、R2 電阻的變化部分記作 ΔR；相應(yīng) R3、R4 電阻的變化部分記作-ΔR，于是ΔV=ΔRI 。 這個(gè) ΔV 相對(duì)壓力呈現(xiàn)幾乎完全線性的特性，只是