传感与检测技术doc

《传感与检测技术doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感与检测技术doc（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、分 数: _ 任课教师签字：_ 华北电力大学研究生结课作业学 年 学 期： 2013-2014第一学期名 称： 传感与检测技术学 生 姓 名： 张文正学 号： 2132215061提 交 时 间： 2013年11月6日传感与检测技术结课报告一、 传感与检测技术的发展及现状1、 传感器的现状 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器产品的门类品种繁多，用于流程工业的主要有：温度传

2、感器、压力传感器、重量传感器、流量传感器、液位传感器、氧敏传感器,各种力敏传感器、气敏传感器、分析仪表等，用于机械工业的还有：开关类的接近/定位传感器、安门开关等安全传感器、旋转编码器、视觉传感器、速度传感器、加速度传感器等。目前国内传感器共分10大类，24小类，6000个品种。而国内品种更多，如美国约有17000种传感器，所以我国发展传感器品种的领域很宽广。中国传感器的市场近几年一直持续增长，增长速度超过15%，2003年销售额为186亿元，同比增长32.9%；而世界非军用传感器市场1998年为325亿美元，平均增长率为9%，预计2008年将增加到506亿美元。2003年中国传感器应用四大领

3、域为工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品专用设备，其中工业和汽车电子产品占市场份额的33.5%。由于改革开放，我国巨大的市场，引来了各国厂商如西门子、横河、霍尼韦尔、欧姆龙、邦纳等公司，这为最终用户和工业设备制造厂带来了很大的便利，而国内传感器和检测仪表生产虽有发展，但这远不能跟上形势的要求。各国传感器生产和研发的规模在不断扩大，美国约有1300家生产和开发传感器的厂家，100多个研究院所和院校，日本有800家厂商。我国近年建立了传感器技术国家重点实验室、微米/纳米国家重点实验室等研发基地，初步建立了敏感元件和传感器产业，2000年总产量超过13亿只，目前我国已有1688家从事传感器

4、的生产和研发的企业，其中从事MEMS研制生产的已有50多家，到“十五”末期，敏感元件和传感器年总产量已达到20亿只。传感器技术包括敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术四个方面，约有30多种技术。随着微电子技术的发展，传感器技术发展很快，我国研发的力量尚需大量投入，特别要加强具有自主知识产权的传感器的开发、科研成果的转化及传感器生产产业化问题，在我国更是迫在眉睫的问题，在批量生产情况下，控制传感器产品性能(主要是稳定性、可靠性)，使之合格率很高，就需要有先进的制造工艺和自动化水平很高的工艺设备，我国应在开发专用工艺设备上下功夫，解决传感器生产产业化的“瓶颈”问题；在传感器的应用上，特别是新型传

5、感器的应用上，还没大力推广，改革开放创造了有利条件，各种工业设备应用了先进的传感器，这扩大了传感器市场，也使我国新型传感器生产产业化有了动力。我国在传感器生产产业化过程中，应该兼顾引进国外技术和自主创新两方面。在引进国外先进技术中，可以提高自己的技术，同时也满足了国内市场的需求，形成了传感器生产产业规模。如横河公司最近发布的EJX多变量变送器，就是个可以考虑引进技术的例子，它精度高(0.025%)、智能化程度高，采用现场总线技术，由于能把质量流量、介质压力及导管堵塞、诊断、蒸气伴热诊断和孔板磨损情况等多种变量和信息经现场总线传输给中央控制室；对保证生产和提供设备维护信息、保证安全运行都很有利，

6、这种新型变送器的发展，配合了自动化系统管控一体化的变革，只有信息源头能力强了，信息丰富了，才能使信息化更好促进生产力发展。2、 传感器的发展趋势当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。今后，随着CAD技术、MEMS技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会，作为现代科学“耳目”的传感器系统，作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注。（一）、利用新发现的现象、效应。传感器本来就是基于一系列效应制造出来的，目前

7、应用的效应很多，比如压电效应、压阻效应等等，还有一些效应是我们未知的，等着我们去认识；（二）、采用高新技术。随着计算机、电子技术以及制造加工技术的发展，传感器也进入高速发展时期，这些技术都是开发和设计传感器的基础。高科技含量的传感器是未来产业化的一个方向。（三）、新材料的开发。传感器的感应元件、传感器保护的基础都是各种材料，随着人们对新材料性能的掌握，将大大促进传感器的发展。近年，广泛应用的材料有陶瓷、光纤、高分子有机材料等。（四）、不断提高传感器的性能。影响传感器的性能因素很多，有系统的，还有检测的。随着检测技术跟精密制造的发展，这方面也将得到大大提高。（五）、传感器应用的扩展。物联网的横空

8、出世，传感器应用也在不断拓展。近些年，地震灾害、海啸灾害、食品危机不断，对研究人员来说，也是个挑战，开发出各种传感器检测这些现象的发生，及早预警。（六）、传感器的集成化和多功能化。以前的传感器一般只能检测一种物理量，一个系统光传感器就需要很口。现在，已经出现了多功能和集成化的传感器，比如温湿度和检测各种气体的集成传感器，这也将是以后发展的一个趋势。（七）、微型与低功耗化。有些精密仪器或设备，体积本身就小，还需要接上各种传感器进行感知和控制，这也对传感器提出了更高的要求。二、 传感器的分类与应用根据各个传感器的不同工作原理，结构和材料的区别，可以将传感器分为如下几类：力学量传感器、温度传感器、磁

9、敏传感器、光敏传感器、光纤传感器、气，湿敏传感器、离子敏，生物敏传感器、压电传感器与SAW传感器等。1）力学量传感器又称为力敏传感器，其所实现的物理量的测量都与机械应力有关。包括以下三类：a. 几何学量，如位移、形变、长度、距离、位置、尺寸（长宽高）、厚度、深度等有长度量纲的量，以及角度、角位移等有角度量纲的量。b. 运动学量，如速度、加速度、角加速度、是集合学量的时间函数。c. 力学量，指质量、力、力矩、应力、压力等狭义的力学量。力学量传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等

10、。 而压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业 自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业2）温度传感器 温度是一个状态量，从超低温到超高温，测量范围极宽，测量对象涉及到许多方面。温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度用传感器有热电势式测温传感器、金属测温电阻器和半导体温度传感器和集成温度传感器。 3）磁敏传感器 磁敏传感器是伴随着测磁仪器的进步而逐渐发展起来的。在众多的测磁方法中，大都将磁场信息变成电信号进行测量。在测磁仪器中“探头”或“取样装置”

11、就是磁敏传感器。包括霍尔器件传感器、磁阻元件传感器、磁敏二极管和磁敏三极管。 随着信息产业、工业自动化、交通运输、电力电子技术、办公自动化、家用电器、医疗仪器等的飞速发展和电子计算机应用的普及，需要大量的传感器将所测量和控制的非电参量转换成可以与计算机兼容的电信号，作为输入信号，这就给磁敏传感器的快速发展提供了机遇和应用渠道。4）光敏传感器 光敏传感器是把光信号转换为电信号的传感器，其种类极多，包括光电导型传感器、光电二极管、光敏晶体管、色敏传感器、CCD图像传感器、红外热释电式光敏器件等。它们共同的特点是响应速度快，易于实现非接触测量，非常适于与计算机接口。 光敏传感器广泛应用于自动控制、航

12、空、航天、广播电视等许多领域。如果把计算机比喻为人的大脑，那么光敏传感器则是人的眼镜。5）光纤传感器 按照光纤在传感器中的应用，把光纤传感器系统分为功能型和非功能型两种。 光纤传感器由于极高的灵敏度和精度，固有的安全性，良好的抗电磁场干扰能力，高绝缘强度以及耐高温、耐腐蚀、轻质、柔韧、宽频带等优点受到了广泛的重视。在机械、电子仪器仪表、航空航天、石油、化工、生物医学、环保、电力、冶金、交通运输、轻纺、食品等国民经济各领域的生产过程自动控制、在线检测、故障诊断、安全报警以及军事方面有着广泛的应用。6）气、湿敏传感器 气、湿敏传感器主要包括可燃性气体传感器、氧传感器、化学传感器以及湿度传感器等。

13、A.气敏传感器 关于气敏传感器的应用，其检测对象主要包括三个方面：(1) 可燃性气体造成的火灾或爆炸；(2) 有毒气体造成的中毒；(3) 空气中的惰性气体含量过高造成的窒息。 B湿敏传感器 空气的湿度对工农业生产和人类的生活有着密切的关系。湿度传感器可以用于测量绝对湿度、相对湿度、露点温度、比湿度和饱和度等。可用于检测水质（酸碱度、浊度、色度、PH值）、检测水中的农药毒物，有害微生物和大气中的有毒物质。7）离子敏、生物敏传感器a.随着科学技术的发展，离子敏传感器在生物学、床医学、化学、环境保护等领域要求快速、准确地检测各种离子（如钾、钠、钙氯、PH等）的活度显得越来越重要。b.人们把用固定化的

14、生物体成分（酶、抗原、抗体、激素）或生物体本身（细胞、细胞器、组织）作为敏感元件所构成的传感器称为生物敏传感器。如今，生物敏传感器已在医学诊断、生物化工、发酵与食品工业生产过程和生态环境的监测与控制方面得到了相对成熟的应用。8）压电传感器与SAW传感器a.压电传感器的压电元件是利用材料的压电效应制成的，当有力作用在压电材料上时，传感器就有电荷（或电压）输出。其可应用于力的测量（加速度），微观过程质量检测或性状检测（介电常数、电阻率、密度），使用于电化学过程（可达到ng质量）、生物医学以及有机化学。b.声表面波SAW是在任何固体上都会发生的现象，在IDT发明之后，大大加速了声表面波技术的研究，使

15、SAW技术逐渐发展成一门新兴的声学与电子学相结合的边缘学科。现在SAW技术已经在地震学、天文学等领域取得了迅速发展，并在雷达、卫星、彩电、计算机等电子学领域得到了广泛的应用。三、关于光纤传感器的调研光纤传感器由于极高的灵敏度和精度，固有的安全性，良好的抗电磁场干扰能力，高绝缘强度以及耐高温、耐腐蚀、轻质、柔韧、宽屏带等优点受到了广泛的重视。在机械、电子仪器仪表、航空航天、石油、化工、生物医学、环保、电力、冶金、交通运输、轻纺、食品等国民经济各领域的生产过程自动控制、在线监测、故障诊断、安全报警、以及军事方面有着广泛的应用。通常，按照光纤在传感器中的应用，把光纤传感器系统分为两种类型：功能型（或称传感型、探测型）和非功能型（或称传光型、结构型、强度型、混合型）。1）在功能型光纤传感器中，光纤不仅起传光作用，有事敏感元件，即光纤本身同时具有“传”与“感”两种功能。功能型光纤传感器是利用光线本身的传输特性受被测量的作用而发生变化，使光纤中波导光的属性（光强、相位、偏振态、波长等）被调制这