傳感器概述課件

1、第1章 傳感器概述 1.1 傳感器的定義及分類 1.1.1傳感器的定義 1.1.2傳感器的分類 1.2 傳感器的作用與地位 1.3 傳感器技術的發(fā)展動向 1.3.1發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象 1.3.2開發(fā)新材料 1.3.3采用微細加工技術 1.3.4 傳感器的智能化 1.3.5 仿生傳感器1.1 傳感器的定義及分類1.1.1 傳感器的定義 能夠把特定的被測量信息（如物理量化學量、生物量等）按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號的器件或裝置，稱為傳感器。 所謂“可用信號”，是指便于傳輸、便于處理的信號。就目前而言，電信號最為滿足便于傳輸、便于處理的要求。因此，也可以把傳感器狹義地定義為：能把外界非電量信息轉(zhuǎn)換成電信號輸

2、出的器件或裝置。 目前只要談到傳感器，指的幾乎都是以電為輸出的傳感器。除電信號以外，人們在不斷探索和利用新的信號媒介?？梢灶A料，當人類跨入光子時代，光信號能夠更為快速、高效傳輸與處理時，一大批以光信號為輸出的器件和裝置將加入到傳感器的家族里來。 傳感器是生物體感官的工程模擬物；反過來，生物體的感官則可以看作是天然的傳感器。1.1.2 傳感器的分類 現(xiàn)已發(fā)展起來的傳感器用途紛繁、原理各異、形式多樣，就其分類方法也有多種，其中有兩種分類法最為常用: 一是按外界輸入信號變換至電信號過程中所利用的效應來分類。如利用物理效應進行變換的為物理傳感器；利用化學反應進行變換的為化學傳感器；利用生物效應進行變換

3、的為生物傳感器等; 二是按輸入量分類。比如，輸入信號是用來表征壓力大小的，就稱為壓力傳感器。這種分類法可將傳感器分為位移（線位移和角位移）、速度、角速度、力、力矩、壓力、流速、液面、溫度、濕度、光、熱、電壓、電流、氣體成分、濃度和粘度傳感器等。1.3 傳感器技術的發(fā)展動向 傳感器技術的主要發(fā)展動向： 一是傳感器本身的基礎研究，即研究新的傳感器材料和工藝，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象； 二是跟微處理器組合在一起的傳感器系統(tǒng)的研究，即研究如何將檢測功能與信號處理技術相結合，向傳感器的智能化、集成化發(fā)展。 1.3.1發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象1.3.2開發(fā)新材料1.3.3采用微細加工技術 1.3.4傳感器的智能化1.3.5仿生傳感器

4、1.3.1 發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象 傳感器的工作機理是基于各種效應、反應和物理現(xiàn)象的。重新認識如壓電效應、熱釋電現(xiàn)象、磁阻效應等已發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象以及各種化學反應和生物效應，并充分利用這些現(xiàn)象與效應設計制造各種用途的傳感器，是傳感器技術領域的重要工作。同時還要開展基礎研究，以求發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象、化學反應和生物效應。各種新現(xiàn)象、反應和效應的發(fā)現(xiàn)可極大地擴大傳感器的檢測極限和應用領域。 1.3.2 開發(fā)新材料 隨著物理學和材料科學的發(fā)展，人們已經(jīng)在很大程度上能夠根據(jù)對材料功能的要求來設計材料的組分，并通過對生產(chǎn)過程的控制，制造出各種所需材料。目前最為成熟、先進的材料技術是以硅加工為主的半導體制造技術。例如，人們

5、利用該項技術設計制造的多功能精密陶瓷氣敏傳感器有很高的工作溫度，彌補了硅（或鍺）半導體傳感器溫度上限低的缺點，可用于汽車發(fā)動機空燃比控制系統(tǒng)，大大地擴展了傳統(tǒng)陶瓷傳感器的使用范圍。有機材料、光導纖維等材料在傳感器上的應用，也已成為傳感器材料領域的重大突破，引起國內(nèi)外學者的極大關注。 1.3.3采用微細加工技術 將硅集成電路技術加以移植并發(fā)展，形成了傳感器的微細加工技術。這種技術能將電路尺寸加工到光波長數(shù)量級，并能形成低成本超小型傳感器的批量生產(chǎn)。 微細加工技術除全面繼承氧化、光刻、擴散、淀積等微電子技術外，還發(fā)展了平面電子工藝技術、各向異性腐蝕、固相鍵合工藝和機械切斷技術。利用這些技術對硅材料

6、進行三維形狀的加工，能制造出各式各樣的新型傳感器。例如，利用光刻、擴散工藝已制造出壓阻式傳感器，利用薄膜工藝已制造出快速響應的氣敏、濕敏傳感器等。日本橫河公司綜合利用微細加工技術，在硅片上構成孔、溝、棱錐、半球等各種形狀的微型機械元件，并制作出了全硅諧振式壓力傳感器。1.3.5 仿生傳感器 傳感器相當于人的五官，且在許多方面超過人體，但在檢測多維復合量方面，傳感器的水平則遠不如人體。尤其是那些與人體生物酶反應相當?shù)男嵊X、味覺等化學傳感器，還遠未達到人體感覺器官那樣高的選擇性。實際上，人體感覺器官由非常復雜的細胞組成并與人腦聯(lián)接緊密，配合協(xié)調(diào)。工程傳感器要完全替代人的五官，則須具備相應復雜細密的結