傳感器基本知識

會計學1傳感器基本知識第2頁/共61頁第1頁/共61頁1.定義：傳感器(Transducer/Sensor)是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。（國標GB7665—2005）1.1傳感器的基本概念1.1.1傳感器的定義與組成（2）傳感器的輸入量是某一被測量，可以是物理量、化學量……（1）傳感器是測量裝置，能完成檢測任務；傳感器定義有下述含義：第3頁/共61頁第2頁/共61頁工業(yè)檢測中涉及的物理量分類

熱工量：溫度t（℃、K、℉）壓力（壓強）p（Pa）、壓差Δp

、真空度、流量q（t、m3

）、流速v（m/s）、物位、液位h（m）機械量：直線位移x（m）、角位移α、速度、加速度a（m/s2）、轉(zhuǎn)速n（r/min）、應變ε（m/m）、力矩T（Nm）、振動、噪聲、質(zhì)量（重量）m（kg、t）幾何量：

長度、厚度、角度、直徑、間距、形狀、粗糙度、硬度、材料缺陷等第4頁/共61頁第3頁/共61頁物體的性質(zhì)和成分量：空氣的濕度（絕對、相對）、氣體的化學成分、濃度、液體的粘度、濁度、透明度、物體的顏色狀態(tài)量：工作機械的運動狀態(tài)（啟停等）、生產(chǎn)設備的異常狀態(tài)（超溫、過載、泄漏、變形、磨損、堵塞、斷裂等）電工量：

電壓、電流、頻率、電阻、電容、電感……

這些量在電工、電子等課程中講授，大多數(shù)不屬于本課程的范圍。第5頁/共61頁第4頁/共61頁（4）傳感器的輸出輸入有對應關系，且應有一定的精確程度；（3）傳感器的輸出量是某種物理量，一般為便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示的電量（電壓、電流、電阻、電感、、、）；第6頁/共61頁第5頁/共61頁敏感元件在傳感器中直接感受被測量，并轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關系、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。轉(zhuǎn)換元件：以敏感元件的輸出為輸入，把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)（如電阻R，電感L，電容C）或電流、電壓等電量。信號轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的電路參數(shù)接入信號轉(zhuǎn)換電路并將其轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。

2.組成傳感器的組成第7頁/共61頁第6頁/共61頁1-彈簧管;2-電位器;3－電刷；4－齒條、齒輪副壓力圖示壓力傳感器的敏感元件、轉(zhuǎn)換元件各是什么？？第8頁/共61頁第7頁/共61頁當被測壓力p增大時，彈簧管撐直，通過齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動電位器的電刷產(chǎn)生角位移。

彈簧管實物圖第9頁/共61頁第8頁/共61頁彈簧管壓力傳感器的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)第10頁/共61頁第9頁/共61頁

分類方法傳感器的種類說明按輸入量分類位移傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、、、傳感器以被測物理量命名按工作原理分類應變式、電容式、電感式、壓電式、熱電式、傳感器以工作原理命名按物理現(xiàn)象分類結(jié)構(gòu)型傳感器傳感器依賴其結(jié)構(gòu)參數(shù)變化實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換物性型傳感器傳感器依賴其敏感元件物理特性的變化實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)換按能量關系分類能量轉(zhuǎn)換型傳感器傳感器直接將被測量的能量轉(zhuǎn)換為輸出量的能量能量控制型傳感器由外部供給傳感器能量，而由被測量來控制輸出的能量按輸出信號分類模擬式傳感器數(shù)字式傳感器輸出為模擬量輸出為數(shù)字量1.1.2傳感器的分類第11頁/共61頁第10頁/共61頁1.1.3傳感器的物理定律（1）守恒定律（能量、動量、電荷量等守恒定律）（2）場的定律（運動場的運動定律，電磁場的感應定律等）（3）物質(zhì)定律（如虎克定律、歐姆定律等）

（4）統(tǒng)計法則第12頁/共61頁第11頁/共61頁1.2傳感器的基本特性傳感器特性主要是指輸出與輸入之間的關系。

傳感器輸出與輸入關系可用微分方程來描述。理論上，將微分方程中的一階及以上的微分項取為零時，即得到靜態(tài)特性。因此，傳感器的靜態(tài)特性只是動態(tài)特性的一個特例。

當輸入量隨時間較快地變化時，這一關系稱為動態(tài)特性。

當輸入量為常量，或變化極慢時，這一關系稱為靜態(tài)特性；第13頁/共61頁第12頁/共61頁穩(wěn)定性(零漂)傳感器溫度供電各種干擾穩(wěn)定性溫漂分辨力沖擊與振動電磁場線性滯后重復性靈敏度輸入誤差因素外界影響

輸出可通過傳感器本身的改善來加以抑制，有時也可以對外界條件加以限制。衡量傳感器特性的主要技術指標第14頁/共61頁第13頁/共61頁1.2.1傳感器的靜態(tài)特性在輸入量（被測量）處于穩(wěn)定狀態(tài)（常量，或變化極慢的量）時傳感器的輸入/輸出關系稱為靜態(tài)特性。靜態(tài)特性的數(shù)學描述就是傳感器的靜態(tài)模型。在不考慮遲滯、蠕變和摩擦等外部因素的情況下，傳感器的輸出與輸入靜特性可用多項式代數(shù)方程來表示：式中，y——輸出量；x——輸入量；a0——零位輸出；a1——傳感器的線性靈敏度，常用K或S表示；a2，a3，…，an——非線性項的待定常數(shù)。第15頁/共61頁第14頁/共61頁(1)線性度(Linearity)指傳感器輸出與輸入之間的線性程度。

具有線性輸出—輸入關系的優(yōu)點：可大大簡化傳感器的理論分析和設計計算；傳感器的標定、數(shù)據(jù)處理很方便；儀表刻度盤可均勻刻度，制作、安裝、調(diào)試容易；避免了非線性補償環(huán)節(jié)。第16頁/共61頁第15頁/共61頁

傳感器的輸出輸入關系或多或少地存在非線性。理想的線性特性：

y=a1x

靜態(tài)特性曲線可實際測試獲得。在獲得特性曲線之后，可以說問題已經(jīng)得到解決。但是為了標定和數(shù)據(jù)處理的方便，希望得到線性關系。這時可采用各種方法，其中也包括硬件或軟件補償，進行線性化處理。一般來說，這些辦法都比較復雜。所以在非線性誤差不太大的情況下，總是采用直線擬合的辦法來線性化。在使用非線性特性的傳感器時，在測量誤差容許的條件下，用切線或割線等直線來近似地代表實際曲線的一段，這種方法稱為傳感器非線性特性的“線性化”(Linearization)第17頁/共61頁第16頁/共61頁在采用直線擬合線性化時，輸出輸入的校正曲線與其擬合曲線之間的最大偏差，就稱為非線性誤差(LinearityError)或線性度(Linearity:theclosenessbetweenthecalibrationcurveandaspecifiedstrightline.)通常用相對誤差eL表示：Δmax一最大非線性誤差；yFS—滿量程輸出。第18頁/共61頁第17頁/共61頁非線性偏差的大小是以一定的擬合直線為基準直線而得出來的。擬合直線不同，非線性誤差也不同。所以，選擇擬合直線的主要出發(fā)點，應是獲得最小的非線性誤差。另外，還應考慮使用是否方便，計算是否簡便。(ａ)理論直線法(ｂ)端點連線法(ｃ)端點連線平移法(d)

最小二乘擬合法第19頁/共61頁第18頁/共61頁0yyixy=kx+bxI最小二乘擬合法最小二乘法擬合設擬合直線方程：y=kx+b若實際校準測試點有n個，則第i個校準數(shù)據(jù)與擬合直線上響應值之間的殘差為Δi=yi-(kxi+b)最小二乘法擬合直線的原理就是使為最小值，即

對k和b一階偏導數(shù)等于零，求出a和k的表達式第20頁/共61頁第19頁/共61頁

即得到k和b的表達式:將k和b代入擬合直線方程，即可得到擬合直線，然后求出殘差的最大值Lmax即為非線性誤差。第21頁/共61頁第20頁/共61頁(2)遲滯(Hysteresis)0yx⊿HmaxyFS遲滯特性傳感器在正(輸入量增大)反（輸入量減?。┬谐讨休敵鲚斎肭€不重合稱為遲滯。遲滯特性如圖所示，它一般是由實驗方法測得。遲滯誤差一般以滿量程輸出的百分數(shù)表示,即

式中△Hmax—正反行程間輸出的最大差值。遲滯誤差的另一名稱叫回程誤差。回程誤差常用絕對誤差表示。檢測回程誤差時，可選擇幾個測試點。對應于每一輸入信號，傳感器正行程及反行程中輸出信號差值的最大者即為回程誤差。第22頁/共61頁第21頁/共61頁(3)重復性(Repeatability)yx0⊿Rmax2⊿Rmax1重復性誤差可用正反行程的最大偏差表示，即重復性是指傳感器在輸入按同一方向連續(xù)多次變動時所得特性曲線不一致的程度。△Rmax1正行程的最大重復性偏差，△Rmax2反行程的最大重復性偏差。重復性誤差也常用絕對誤差表示。檢測時也可選取幾個測試點，對應每一點多次從同一方向趨近，獲得輸出值系列yi1，yi2，yi3，…，yin

，算出最大值與最小值之差或3σ作為重復性偏差ΔRi，在幾個ΔRi中取出最大值ΔRmax

作為重復性誤差。第23頁/共61頁第22頁/共61頁es=(Δk/k)×100%由于某種原因，會引起靈敏度變化，產(chǎn)生靈敏度誤差。靈敏度誤差用相對誤差表示，即可見，傳感器輸出曲線的斜率就是其靈敏度。對線性特性的傳感器，其特性曲線的斜率處處相同，靈敏度k是一常數(shù)，與輸入量大小無關。（4）靈敏度(Sensitivity)K=Δy/Δx傳感器輸出的變化量y與引起該變化量的輸入變化量x之比即為其靜態(tài)靈敏度，其表達式為第24頁/共61頁第23頁/共61頁分辨力用絕對值表示,用與滿量程的百分數(shù)表示時稱為分辨率。在傳感器輸入零點附近的分辨力稱為閾值。

(5)分辨力(Resolution)與閾值(threshold)分辨力是指傳感器能檢測到的最小的輸入增量。有些傳感器,當輸入量連續(xù)變化時,輸出量只作階梯變化,則分辨力就是輸出量的每個“階梯”所代表的輸入量的大小。

(6)漂移(Drift)漂移指在一定時間間隔內(nèi)，傳感器輸出量存在著與被測輸入量無關的、不需要的變化。漂移包括零點漂移與靈敏度漂移。零點漂移或靈敏度漂移分為時間漂移(時漂)和溫度漂移(溫漂)。時漂是指在規(guī)定條件下，零點或靈敏度隨時間的緩慢變化；溫漂為周圍溫度變化引起的零點或靈敏度漂移。第25頁/共61頁第24頁/共61頁1.2.2傳感器的動態(tài)特性(DynamicCharacteristics)

對隨時間變化的動態(tài)信號測量時，要求傳感器能迅速準確地測出信號幅值的大小和無失真地再現(xiàn)被測信號隨時間變化的波形。傳感器的動態(tài)特性指傳感器對隨時間變化的輸入信號的響應特性?！纠繉⑻幱诃h(huán)境溫度中（0℃）的水銀溫度計快速地置于恒定30℃

的水中時，觀測水銀柱的變化可知，水銀柱不是立即達到輸入信號的量值，而是經(jīng)過了一定的時間延遲t0。第26頁/共61頁第25頁/共61頁頻域：頻率響應法(Periodicinputs)

輸入信號：正弦周期信號(sinusoidalsignal)指標：頻帶寬度研究傳感器動態(tài)特性的方法及其指標時域：瞬態(tài)響應法（Transientinputs）

輸入信號：階躍函數(shù)(stepsignal)、斜坡函數(shù)

(rampsignal)、脈沖函數(shù)(impulsesignal)

指標：時間常數(shù)、上升時間、響應時間、超調(diào)量…

第27頁/共61頁第26頁/共61頁1.傳感器的動態(tài)數(shù)學模型：常系數(shù)線性微分方程

y——輸出量；x——輸入量；t——時間。a0，a1，…，an——常數(shù)；b0，b1，…，bm——常數(shù)

——輸出量對時間t的n階導數(shù)；

——輸入量對時間t的m階導數(shù)求解上述微分方程的方法：采用傳遞函數(shù)、頻率響應函數(shù)等足以反映系統(tǒng)動態(tài)特性的函數(shù)將系統(tǒng)的輸出與輸入聯(lián)系起來。第28頁/共61頁第27頁/共61頁當傳感器的數(shù)學模型初值為0時，對其進行拉氏變換，即可得出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)上式分母是傳感器的特征多項式，決定系統(tǒng)的“階”數(shù)。可見，對一定常系統(tǒng)，當系統(tǒng)微分方程已知，只要把方程式中各階導數(shù)用相應的s變量替換，即求出傳感器的傳遞函數(shù)。動態(tài)特性的傳遞函數(shù)在線性或線性化定常系統(tǒng)中是指初始條件為0時，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。2.傳遞函數(shù)Y(s)——傳感器輸出量的拉氏變換式；X(s)——傳感器輸入量的拉氏變換式第29頁/共61頁第28頁/共61頁為一復數(shù)，它可用代數(shù)形式及指數(shù)形式表示，即

3.頻率響應函數(shù)正弦輸入下傳感器的動態(tài)特性（即頻率特性），由傳遞函數(shù)導出

表達了傳感器的輸出、輸入的幅值比隨頻率變化的關系，稱為幅頻特性。表達了傳感器的輸出對輸入的相位差隨頻率的變化關系，稱為相頻特性

第30頁/共61頁第29頁/共61頁1.2.3傳感器的無失真測試條件若傳感器的輸出y(t)和輸入x(t)滿足關系:

y(t)=A0x(t-τ0)則說明輸出波形無失真地復現(xiàn)輸入波形。對上式取傅立葉變換：

Y(jω)=A0e-jτ0ωX(jω)即傳感器的頻率響應H(jω)應滿足：H(jω)=Y(jω)/X(jω)=A0e-jτ0ω第31頁/共61頁第30頁/共61頁所以傳感器的無失真測試條件為：A(ω)=A0=常數(shù)Φ(ω)=-τ0ω注意！如果測試結(jié)果要用作反饋控制信號，則必須滿足：A(ω)=A0=常數(shù)Φ(ω)=0第32頁/共61頁第31頁/共61頁1.2.4典型傳感器動態(tài)特性分析1.零階傳感器在零階傳感器中，只有a0與b0兩個系數(shù)，微分方程為a0y=b0xK——靜態(tài)靈敏度頻率特性:零階輸入系統(tǒng)的輸入量無論隨時間如何變化，其輸出量總是與輸入量成確定的比例關系。在時間上也不滯后，幅角等于零。如電位器傳感器。在實際應用中，許多高階系統(tǒng)在變化緩慢、頻率不高時，都可以近似地當作零階系統(tǒng)處理。第33頁/共61頁第32頁/共61頁2.一階傳感器——頻率響應函數(shù)及特性分析微分方程除系數(shù)a1，a0

，b0外其他系數(shù)均為0，則a1(dy/dt)+a0y=b0xτ—時間常數(shù)(timeconstant)(τ=a1/a0)；K——靜態(tài)靈敏度(staticsensitity)(K=b0/a0)傳遞函數(shù)：幅頻特性：相頻特性：負號表示相位滯后頻率特性：第34頁/共61頁第33頁/共61頁時間常數(shù)τ越小，系統(tǒng)的頻率特性越好第35頁/共61頁第34頁/共61頁2.一階傳感器——單位階躍響應對一階系統(tǒng)的傳感器，設在t=0時，x和y均為0，當t>0時，有一單位階躍信號輸入,如圖。此時微分方程為tx01(dy/dt)+a0y=b1(dx/dt)+b0x齊次方程通解：非齊次方程特解：y2=1(t>0)方程解：tx01以初始條件y(0)=0代入上式，即得t=0時，C1=-1，所以輸出的初值為0,隨著時間推移y接近于1,當t=τ時,y=0.63在一階系統(tǒng)中,時間常數(shù)值是決定響應速度的重要參數(shù)。第36頁/共61頁第35頁/共61頁3.二階傳感器——頻率響應函數(shù)及特性分析很多傳感器，如振動傳感器、壓力傳感器等屬于二階傳感器，其微分方程為：τ—時間常數(shù)，；

ωn—自振角頻率(naturalfrequency),ωn=1/τ

ξ—阻尼比(dampingcoefficient)

，；

k—靜態(tài)靈敏度，k=b0/a0第37頁/共61頁第36頁/共61頁幅頻特性相頻特性頻率特性傳遞函數(shù)第38頁/共61頁第37頁/共61頁

當ξ→0時，在ω/ωn=1處

趨近無窮大，這一現(xiàn)象稱之為諧振。隨著ξ的增大，諧振現(xiàn)象逐漸不明顯。不同阻尼比情況下相對幅頻特性即動態(tài)特性與靜態(tài)靈敏度之比的曲線如圖。第39頁/共61頁第38頁/共61頁不同阻尼比情況下相對幅頻特性即動態(tài)特性與靜態(tài)靈敏度之比的曲線如圖。當ξ＜1，ωn＞＞ω時，≈1，幅頻特性平直，輸出與輸入為線性關系；φ(ω)很小，與ω為線性關系；在設計傳感器時，必須使阻尼比ξ＜1，固有頻率ωn至少應大于被測信號頻率ω的3~5倍，這樣可使測試結(jié)果精確地再現(xiàn)被測信號波形。第40頁/共61頁第39頁/共61頁根據(jù)阻尼比的大小不同，分為四種情況：

1）0＜ξ＜1(欠阻尼under-damped

)：方程通解

3.二階傳感器——階躍響應單位階躍響應通式ω0——傳感器的固有頻率；ξ——傳感器的阻尼比令x=u(t)根據(jù)t→∞,y→kA求出A3；根據(jù)初始條件求出A1、A2，則第41頁/共61頁第40頁/共61頁欠阻尼情況下曲線如圖，這是一衰減振蕩過程,ξ越小,振蕩頻率越高,衰減越慢。上升時間risetime過沖量overshoot(設允許相對誤差γy=0.02)穩(wěn)定時間settingtimetW=4τ/ξ第42頁/共61頁第41頁/共61頁4）ξ>1（過阻尼over-damped

）：3)ξ=1(臨界阻尼criticallydamped)上兩式表明，當ξ≥1時，該系統(tǒng)不再是振蕩的，而是由兩個一階阻尼環(huán)節(jié)組成，前者兩個時間常數(shù)相同，后者兩個時間常數(shù)不同。2)ξ=0(零阻尼)：輸出變成等幅振蕩，即

第43頁/共61頁第42頁/共61頁二階系統(tǒng)的階躍響應的曲線二階系統(tǒng)的動態(tài)指標

實際傳感器，ξ值一般可適當安排，兼顧過沖量δm不要太大，穩(wěn)定時間tω不要過長的要求。在ξ＝0.6～0.7范圍內(nèi)，可獲得較合適的綜合特性。對正弦輸入來說，當ξ=0.6～0.7時，幅值比A(ω)/k在比較寬的范圍內(nèi)變化較小。計算表明在ω/ωn＝0～0.58范圍內(nèi)，幅值比變化不超過5％，相頻特性中φ(ω)接近于線性關系。第44頁/共61頁第43頁/共61頁

基本參數(shù)指標環(huán)境參數(shù)指標可靠性指標其他指標量程指標：量程范圍、過載能力靈敏度指標：靈敏度、分辨力、滿量程輸出精度有關指標：精度、誤差、線性、滯后、重復性、靈敏度誤差、穩(wěn)定性動態(tài)性能指標：固有頻率、阻尼比、時間常數(shù)、頻率特性、頻響范圍、穩(wěn)定時間、臨界頻率、臨界速度、溫度指標：溫度誤差、溫漂、熱滯后、溫度系數(shù)抗沖振指標：抗沖振頻率、幅度其它環(huán)境參數(shù)：抗潮濕、抗腐蝕、抗電磁干擾工作壽命、疲勞性能、絕緣性能、平均無故障時間、供電方式、電壓范圍、外形尺寸、重量、安裝方式、1.3.1傳感器的技術性能指標第45頁/共61頁第44頁/共61頁2.差動技術

差動技術是傳感器中普遍采用的技術。它的應用可顯著地減小溫度變化、電源波動、外界干擾等對傳感器精度的影響，抵消了共模誤差，減小非線性誤差等。不少傳感器由于采用了差動技術，還可使靈敏度增大。1.3.2改善傳感器性能的技術途徑1.結(jié)構(gòu)、材料與參數(shù)的合理選擇

3．平均技術

在傳感器中普遍采用平均技術可產(chǎn)生平均效應，其原理是利用若干個傳感單元同時感受被測量，其輸出則是這些單元輸出的平均值，若將每個單元可能帶來的誤差均可看作隨機誤差且服從正態(tài)分布，根據(jù)誤差理論，總的誤差將減小為:式中,n—傳感單元數(shù)第46頁/共61頁第45頁/共61頁可見，在傳感器中利用平均技術不僅可使傳感器誤差減小，且可增大信號量，即增大傳感器靈敏度。在使用傳感器時，若測量要求較高，必要時也應對附加的調(diào)整元件、后續(xù)電路的關鍵元器件進行老化處理。提高傳感器性能的穩(wěn)定性措施：對材料、元器件或傳感器整體進行必要的穩(wěn)定性處理。如永磁材料的時間老化、溫度老化、機械老化及交流穩(wěn)磁處理、電氣元件的老化篩選等。造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因是：隨著時間的推移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與元器件性能將發(fā)生變化。

4．穩(wěn)定性處理

傳感器作為長期測量或反復使用的器件，其穩(wěn)定性顯得特別重要，其重要性甚至勝過精度指標，尤其是對那些很難或無法定期標定的場合。第47頁/共61頁第46頁/共61頁5.屏蔽、隔離與干擾抑制

傳感器大都要在現(xiàn)場工作，現(xiàn)場的條件往往是難以充分預料的，有時是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感器的精度與各有關性能。為了減小測量誤差，保證其原有性能，就應設法削弱或消除外界因素對傳感器的影響。其方法有：

減小傳感器對影響因素的靈敏度降低外界因素對傳感器實際作用的程度對于電磁干擾，可以采用屏蔽、隔離措施，也可用濾波等方法抑制。對于如溫度、濕度、機械振動、氣壓、聲壓、輻射、甚至氣流等，可采用相應的隔離措施，如隔熱、密封、隔振等，或者在變換成為電量后對干擾信號進行分離或抑制，減小其影響。

第48頁/共61頁第47頁/共61頁6．補償與修正技術

補償與修正技術的運用大致針對兩種情況：★針對傳感器本身特性★針對傳感器的工作條件或外界環(huán)境對于傳感器特性，找出誤差的變化規(guī)律，或者測出其大小和方向，采用適當?shù)姆椒右匝a償或修正。針對傳感器工作條件或外界環(huán)境進行誤差補償，也是提高傳感器精度的有力技術措施。不少傳感器對溫度敏感，由于溫度變化引起的誤差十分可觀。為了解決這個問題，必要時可以控制溫度，搞恒溫裝置，但往往費用太高，或使用現(xiàn)場不允許。而在傳感器內(nèi)引入溫度誤差補償又常常是可行的。這時應找出溫度對測量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補償措施。補償與修正，可以利用電子線路（硬件）來解決，也可以采用微型計算機通過軟件來實現(xiàn)。第49頁/共61頁第48頁/共61頁1.4傳感器技術的發(fā)展動向1.4.1傳感器需求的新動向1.4.2傳感器技術的發(fā)展動向1.發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，開發(fā)新材料傳感器的工作機理是基于各種效應和定律，由此啟發(fā)人們進一步探索具有新效應的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展得較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器，一般說它的結(jié)構(gòu)復雜，體積偏大，價格偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點，加之過去發(fā)展也不夠。世界各國都在物性型傳感器方面投入大量人力、物力加強研究，從而使它成為一個值得注意的發(fā)展動向。第50頁/共61頁第49頁/共61頁傳感器材料是傳感器技術的重要基礎，由于材料科學的進步，人們在制造時，可任意控制它們的成分，從而設計制造出用于各種傳感器的功能材料。用復雜材料來制造性能更加良好的傳感器是今后的發(fā)展方向之一。（1）半導體敏感材料（2）陶瓷材料（3）磁性材料（4）智能材料如，半導體氧化物可以制造各種氣體傳感器，而陶瓷傳感器工作溫度遠高于半導體，光導纖維的應用是傳感器材料的重大突破，用它研制的傳感器與傳統(tǒng)的相比有突出的特點。有機材料作為傳感器材料的研究，引起國內(nèi)外學者的極大興趣。第51頁/共61頁第50頁/共61頁

2．集成化、微型化、多功能化同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來，如CCD圖像傳感器。多功能一體化，即將傳感器與放大、運算以及溫度補償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個器件。把多個功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時進行多種參數(shù)的測量外，還可對這些參數(shù)的測量結(jié)果進行綜合處理和評價，可反映出被測系統(tǒng)的整體狀態(tài)。為同時測量幾種不同被測參數(shù)，可將幾種不同的傳感器元件復合在一起，作成集成塊。例如一種溫、氣、濕三功能陶瓷傳感器已經(jīng)研制成功。第52頁/共61頁第51頁/共61頁例如：瑞士Sensirion公司的SHT11/15型高精度、自校準、多功能式智能傳感器。能同時測量相對濕度、溫度和露點等參數(shù)；兼有數(shù)字濕度計、溫度計和露點計這3種儀表的功能；可廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療儀器、通風及空調(diào)設備等領域。SHT11/15型智能傳感器的外形尺寸僅為7.62mm（長）×5.08mm（寬）×2.5mm（高），質(zhì)量只有0.1g，其體積與一個大火柴頭相近。第53頁/共61頁第52頁/共61頁3.仿生傳感器

生物傳感器系統(tǒng)亦稱生物芯片，它是繼大規(guī)模集成電路之后的又一次具有深遠意義的科技革命。生物芯片不僅能模擬人的嗅覺（如電子鼻）、視覺（如電子眼）、聽覺、味覺、觸覺等，還能實現(xiàn)某些動物的特異功能（例如海豚的聲納導航測距，蝙蝠的超聲波定位，犬類極靈敏的嗅覺，信鴿的方向識別，昆蟲的復眼）。生物芯片的效率是傳統(tǒng)檢測手段的成百、上千倍。西門子公司最近研制出一種能辨別氣體及其味道的微型芯片傳感器，可檢測空氣中臭氧含量，監(jiān)測火災以及氣體泄漏。第54頁/共61頁第53頁/共61頁4.智能傳感器（smartsensor）智能傳感器指具有判斷能力、學習能力的傳感器。事實上是一種帶微處理器的傳感器，它具有檢測、判斷和信息處理功能。如美國霍尼韋爾公司制作的ST-3000型智能傳感器，采用半導體工藝，在同一芯片上制作靜態(tài)壓力、壓差、溫度三種敏感元件，芯片中還包含了微處理器、存儲器、A/D、D/A、轉(zhuǎn)換器和數(shù)字I/O接口，能提供4～20mA標準輸出和數(shù)字量輸出。設計得平均故障間隔時間為470年，實際使用壽命不低于15年。第55頁/共61頁第54頁/共61頁