機電一體化技術(shù)與應(yīng)用課件：機電一體化檢測技術(shù)（二）

機電一體化檢測技術(shù)（二）機電一體化系統(tǒng)檢測技術(shù)4.5新型傳感器4.6傳感器的選型4.7傳感器的信號調(diào)理4.8數(shù)字濾波技術(shù)4.9傳感器非線性補償處理2024/12/10-2-4.5新型傳感器4.5.1濕敏傳感器

濕敏傳感器也稱為濕度傳感器，是能夠感受外界濕度變化，并通過濕敏材料的物理或化學(xué)性質(zhì)變化將濕度大小轉(zhuǎn)化為電信號的器件?，F(xiàn)在，濕度檢測已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科技、生活等各個領(lǐng)域。

通常，對濕敏器件特性有如下要求：在各種氣體環(huán)境下穩(wěn)定性好、響應(yīng)時間短、壽命長、有互換性、耐污染和受溫度影響小等。微型化、集成化及廉價是濕敏器件的發(fā)展方向。2024/12/10-3-4.5新型傳感器（1）溫度的表示方法

大氣中含有水汽的多少表明了大氣的干濕程度，通常用濕度來表示。濕度是指大氣中的水蒸氣含量多少的物理量，常采用絕對濕度、相對濕度和露點三種方法表示。1）絕對濕度

絕對濕度定義為單位體積空氣里所含水蒸氣的質(zhì)量，即：式中ρ為待測空氣的絕對濕度（g·m-3）；mV為待測空氣的水蒸氣質(zhì)量（g）；V為待測空氣的總體積（m3）。2024/12/10-4-4.5新型傳感器2）相對濕度

相對濕度為某一被測蒸汽壓（PW）與相同溫度下的飽和蒸氣壓（PN）的比值的百分?jǐn)?shù)，即

通常用“%RH”表示相對濕度，這是一個無量綱值。當(dāng)溫度和壓力變化時，因飽和水蒸氣變化，所以，即使氣體中水蒸氣氣壓相同，其相對濕度也會發(fā)生變化。2024/12/10-5-4.5新型傳感器

絕對濕度給出空氣內(nèi)水分的具體含量，而相對濕度則指出了大氣的潮濕程度，日常生活中所說的空氣濕度，實際上就是指相對濕度。3）露點

保持壓力一定，當(dāng)待測氣體的溫度降至某一數(shù)值時，該氣體中的水蒸氣達到飽和狀態(tài)，開始結(jié)露或結(jié)霜，此時的溫度稱為此氣體的露點或霜點（℃）。氣溫和露點的差越小，表示空氣越接近飽和。2024/12/10-6-4.5新型傳感器（2）濕敏傳感器的特征參數(shù)

濕敏傳感器將濕度轉(zhuǎn)換為與其有一定比例關(guān)系的電量輸出，其特性參數(shù)主要有濕度量程、感濕特性、靈敏度、濕度溫度系數(shù)、響應(yīng)時間、濕滯回差等。1）濕度量程

濕度量程是指在規(guī)定的精度內(nèi)能夠測量的最大范圍。2024/12/10-7-4.5新型傳感器2）感濕特性

感濕特性表示濕敏傳感器的感濕特征量（電阻）隨被測相對濕度變化的規(guī)律。一般可從感濕特性曲線上確定濕敏傳感器的靈敏度及最佳使用范圍。對于性能良好的濕敏傳感器，其感濕特性曲線應(yīng)在整個相對濕度范圍內(nèi)連續(xù)變化，且斜率保持不變。圖示為以二氧化鈦/五氧化二礬為敏感元件的濕敏傳感器特性曲線。2024/12/10-8-4.5新型傳感器3）靈敏度

靈敏度是指濕度傳感器輸出增量與輸入增量之比，它反映被測濕度作為單位變化時所引起的感濕特征量的變化程度，即它對應(yīng)著感濕特性曲線的斜率。但是，對于一般濕敏傳感器來說，其特性是非線性的，因此，在不同的被測濕度下，其傳感器的靈敏度是不同的。2024/12/10-9-4.5新型傳感器4）濕度溫度系數(shù)

濕度溫度系數(shù)定義為：在感濕特征量保持不變的條件下，環(huán)境相對濕度隨環(huán)境溫度的變化率。它通常用α表示，即：式中T為熱力學(xué)溫度；K為感濕特征量；α為濕度溫度系數(shù)（%RH/℃）。2024/12/10-10-4.5新型傳感器

濕度溫度系數(shù)是表示感濕特性曲線隨環(huán)境溫度變化而改變的特性參數(shù)。在不同的環(huán)境溫度下，其感濕特性是不相同的，它直接給測量帶來誤差。即由濕度溫度系數(shù)α值可知由環(huán)境溫度變化所引起的測濕誤差。圖示為CO3O4-TiO2濕敏傳感器在0℃，25℃和50℃環(huán)境溫度下的特性曲線。2024/12/10-11-4.5新型傳感器5）響應(yīng)時間

響應(yīng)時間是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，由起始相對濕度達到穩(wěn)定相對濕度時，感濕特征量由起始值變化到穩(wěn)定相對濕度對應(yīng)值所需要的時間。2024/12/10-12-4.5新型傳感器5）響應(yīng)時間

響應(yīng)時間是指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，由起始相對濕度達到穩(wěn)定相對濕度時，感濕特征量由起始值變化到穩(wěn)定相對濕度對應(yīng)值所需要的時間。通常情況下，當(dāng)被測相對濕度有Δ(RH)的階躍變化時，輸出感濕特征量ΔR將按指數(shù)規(guī)律隨時間變化而變化，即:式中ΔR為對應(yīng)于Δ(RH)的輸出量的穩(wěn)定值；τ為時間常數(shù)。由式知，當(dāng)t=τ時，(ΔR)t=0.632ΔR，即此時的輸出量為最終穩(wěn)定值的63.2%。在實際中，常用時間常數(shù)τ來度量傳感器的響應(yīng)時間。2024/12/10-13-4.5新型傳感器6）濕滯回線和濕滯回差

濕滯回線是指濕敏傳感器的吸濕特性曲線與脫濕特性曲線不一致而形成的回線，如圖所示。2024/12/10-14-濕滯回線表示傳感器在吸濕和脫濕兩種情況下，對應(yīng)同一數(shù)值的感濕特征量所指示相對濕度不一致，最大差值稱為濕滯回差。顯然，傳感器的濕滯回差越小越好。4.5新型傳感器（3）濕敏傳感器的作用1）自動氣象站遙測

濕敏傳感器被廣泛應(yīng)用于自動氣象站的遙測裝置上，采用耗電量很低的濕敏元件，就可以由蓄電池供電而長期工作，幾乎不需要維護。圖示為自動氣象站對濕度進行遙測的原理框圖。2024/12/10-15-4.5新型傳感器2）汽車風(fēng)擋玻璃自動除濕裝置

圖示為汽車風(fēng)擋玻璃自動除濕裝置電路。其中圖（a）為風(fēng)擋玻璃示意圖；圖（b）為具體電路。2024/12/10-16-4.5新型傳感器4.5.2光纖傳感器

光纖傳感器是利用光纖進行光的傳輸，并利用被測量對光的調(diào)制作用以實現(xiàn)測量的傳感器。調(diào)制作用主要是指被測量引起光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等特性的變化。

光纖傳感器是20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的一種新型傳感器。它具有靈敏度高，體積小，質(zhì)量輕，易彎曲，可傳輸信號的頻帶寬，電絕緣性能好，耐火、耐水性好，抗電磁干擾強，可實現(xiàn)不帶電的全光型探頭等獨特的優(yōu)點。2024/12/10-17-4.5新型傳感器1）光導(dǎo)纖維

光纖結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由三部分組成:中心-纖芯；外層-包層；護套-尼龍塑料。光纖的基本材料多為石英玻璃，有不同摻雜。光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì)，即光導(dǎo)纖芯的折射率N1和包層折射率N2，N1略大于N2（即N1>N2）。2024/12/10-18-4.5新型傳感器2）傳輸原理

光在空間是直線傳播的，光被限制在光纖中，并能隨光纖傳遞到很遠(yuǎn)的距離。光纖傳光原理如圖所示（N0為光在空氣中的折射率）。2024/12/10-19-4.5新型傳感器

光纖的傳播基于光的全反射原理，當(dāng)光線以不同角度入射到光纖端面時，在端面發(fā)生折射后進人光纖。光進入光纖后，入射到纖芯（光密介質(zhì)）與包層（光疏介質(zhì)）交界面，一部分透射到包層，一部分反射回纖芯。

當(dāng)入射光線在光纖端面中心的入射角減小到某一角度θc時，光線全部被反射。光被全反射時的入射角θc稱臨界入射角，只要滿足入射角θ<θc，入射光就可以在纖芯和包層界面上反射，經(jīng)若干次反射向前傳播，最后從另一端面射出。2024/12/10-20-4.5新型傳感器

為保證光在光纖端面入射時是全反射，必須滿足全反射條件，即入射角θ<θc。由斯乃爾（Snell）折射定律可導(dǎo)出光線從折射率為N0的介質(zhì)處射入纖芯時，發(fā)生全反射的臨界入射角為:外介質(zhì)一般為空氣，在空氣中N0=1時，上式可表示為:可見，光纖臨界入射角的大小是由光纖本身的性質(zhì)（N1、N2）決定的，與光纖的幾何尺寸無關(guān)。2024/12/10-21-4.5新型傳感器3）光纖的分類

光導(dǎo)纖維按其折射變化情況可分為階躍型和漸變型。階躍型光纖的纖芯與包層的折射率是突變的，如圖（a）和圖（b）所示。

2024/12/10-22-4.5新型傳感器

漸變型光纖在橫截面中心處折射率最大，其值由中心向外逐漸變小,到纖芯邊界時變?yōu)樯珜诱凵渎?。通常折射率變化呈拋物線形式,即在中心軸附近有更陡的折射率梯度,而在按近邊緣處折射率減少得非常緩慢,保證傳遞的光束集中在光纖軸線附近前進。

因為這類光纖有聚焦作用,所以也稱為自聚焦光纖,如圖（c）所示。2024/12/10-23-4.5新型傳感器（2）光纖傳感器原理及種類1）光纖傳感器原理

如圖所示，光源發(fā)出的光經(jīng)耦合器注人光纖，由光纖傳輸而通過敏感元件，當(dāng)光在通過敏感元件時，因敏感元件暴露在被測對象（如溫度、壓力、磁場等）之中且對被測對象極其敏感，所以光在這里受到被測對象的調(diào)制，如光的強度、偏振面、頻率和相位等；調(diào)制光由耦合器進人光纖，再經(jīng)光纖傳輸?shù)叫盘柼幚砥魃?，?jīng)光電檢測和信號處理而得到被測對象的信息。2024/12/10-24-4.5新型傳感器2）光纖傳感器種類按光纖在傳感器中的作用劃分：功能型光纖傳感器非功能光纖傳感器按測量范圍劃分：單點式光纖傳感器分布式光纖傳感器（DOFS）2024/12/10-25-按光參數(shù)被調(diào)制的類型劃分：光強度調(diào)制型傳感器相位調(diào)制型傳感器偏振調(diào)制型傳感器波長調(diào)制型傳感器頻率調(diào)制型傳感器4.5新型傳感器（3）光纖傳感器的應(yīng)用血壓的檢測位移的檢測角速度的檢測2024/12/10-26-4.5新型傳感器4.5.3觸覺傳感器

觸覺是指人與對象物體直接接觸時所得到的重要感覺功能。觸覺傳感器是用于機器人中模仿觸覺功能的傳感器。在自動駕駛車輛和機器人中，觸覺傳感器能指出與周圍障礙物碰撞的情況。正如其名稱所包含的意思,檢測過程包括了傳感器及所關(guān)心的物體之間的直接物理接觸。

2024/12/10-27-4.5新型傳感器

人的觸覺通常包括熱覺、冷覺、痛覺、觸壓覺和力覺等。機器人觸覺實際上是對人觸覺的某些模仿，它是有關(guān)機器人和對象物之間直接接觸的感覺，包含的內(nèi)容較多，通常指以下幾種。1）接近覺。對機器人手指與被測物是否接觸進行檢測。2）壓覺。垂直于機器人和對象物接觸面上壓力的感覺。3）力覺。機器人動作時各自由度力的感覺。4）滑覺。物體向著垂直于手指把握面方向的移動或變形。2024/12/10-28-4.5新型傳感器

機器人的觸覺主要有兩方面的功能。1）檢測功能。

對對象物進行物理性質(zhì)檢測，如光滑性、硬度等，其目的是感知危險狀態(tài)，實施自身保護；靈活地控制手指及關(guān)節(jié)以操作對象物；使操作具有適應(yīng)性和順從性。2）識別功能。

識別對象物的形狀。2024/12/10-29-4.5新型傳感器（1）接觸覺傳感器

接觸覺傳感器有微動開關(guān)式、導(dǎo)電橡膠式、含碳海綿式、碳素纖維式、氣動復(fù)位式裝置等類型。2024/12/10-30-4.5新型傳感器（2）壓覺傳感器

壓覺指的是對手指給予被測物的力或者加在手指上外力的感覺。壓覺用于握力控制與手的支撐力檢測。目前，壓覺傳感器主要是分布型壓覺傳感器，即把分散敏感組件排列成矩陣格式。2024/12/10-31-4.5新型傳感器（3）力覺傳感器

力覺傳感器的作用有：感知是否夾起工件或是否夾持在正確部位上；控制裝配、打磨、研磨、拋光的質(zhì)量；在裝配中提供信息，以產(chǎn)生后續(xù)的修正補償運動來保證裝配質(zhì)量和速度；防止碰撞、卡死和損壞機件。

壓覺是一維力的感覺，而力覺則為多維力的感覺。用于力覺的觸覺傳感器，為了檢測多維力的成分，要把多個檢測組件立體地安裝在被夾物體不同位置上。機器人力覺傳感器主要包括關(guān)節(jié)力傳感器、腕力傳感器、基座力傳感器等。

2024/12/10-32-4.5新型傳感器1）關(guān)節(jié)力傳感器

關(guān)節(jié)力傳感器為直接通過驅(qū)動裝置測定力的裝置。若關(guān)節(jié)由直流電動驅(qū)動，則可用測定轉(zhuǎn)子電流的方法來測關(guān)節(jié)力。若關(guān)節(jié)由油壓裝置帶動，則可由測背壓的方法來測定關(guān)節(jié)力。這種測力裝置的程序中包括對重力和慣性力的補償。此法的優(yōu)點是不需分散的傳感器。但測量精度和分辨率受手的慣性負(fù)荷及其位置變化的影響，還要受自身關(guān)節(jié)不規(guī)則的摩擦力矩的影響。

2024/12/10-33-4.5新型傳感器2）腕力傳感器

機器人在完成裝配作業(yè)時，通常要把軸、軸承、墊圈及其他環(huán)形零件裝入其他零件部件中。其中核心任務(wù)一般包括確定零件的重量，將軸類零件插入孔里，調(diào)準(zhǔn)零件的位置，擰動螺釘?shù)?。這些都是通過測量并調(diào)整裝配過程中零件的相互作用力來實現(xiàn)的。

通常可以通過一個固定的參考點將一個力分解成3個互相垂直的力和3個順時針方向的力矩，傳感器就安裝在固定參考點上，此傳感器要能測出這6個力（力矩）。

2024/12/10-34-4.5新型傳感器3）基座力傳感器

基座力傳感器裝在基座上，機械手裝配時用來測量安裝在工作臺上工件所受的力。此力是裝配軸與孔的定位誤差所產(chǎn)生的。測出力的數(shù)據(jù)用來控制機器人手的運動?；鞲衅鞯木鹊陀谕罅鞲衅?。

2024/12/10-35-4.5新型傳感器（4）滑覺傳感器

滑覺傳感器用于判斷和測量機器人抓握或搬運物體時物體所產(chǎn)生的滑移。它實際上是一種位移傳感器，采用表面包有絕緣材料并構(gòu)成經(jīng)緯分布的導(dǎo)電與不導(dǎo)電區(qū)的金屬球制作而成，如圖所示。2024/12/10-36-4.5新型傳感器

當(dāng)傳感器接觸物體并產(chǎn)生滑動時，球發(fā)生轉(zhuǎn)動，使球面上的導(dǎo)電與不導(dǎo)電區(qū)交替接觸電極，從而產(chǎn)生通斷信號，通過對適斷信號的計數(shù)和判斷可測出滑移的大小和方向。這種傳感器的制作工藝要求較高。為了檢測滑動，通常采用如下方法：①將滑動轉(zhuǎn)換成滾球的旋轉(zhuǎn)；②用壓敏元件和觸針，檢測滑動的微小振動；③檢測出即將發(fā)生滑動時，手爪部分的變形和壓力通過手爪載荷檢測器檢測手的壓力變化，從而推斷出滑動的大小。2024/12/10-37-4.5新型傳感器4.5.4智能傳感器

智能傳感器是為了代替人的感覺器官并擴大其功能而設(shè)計制作出來的一種裝置。

人和生物體的感覺有兩個基本功能：一個是檢測對象的有無或檢測變換對象發(fā)生的信號；另一個是判斷、推理、鑒別對象的狀態(tài)。前者稱為“感知”，而后者稱為“認(rèn)知”。一般傳感器只有對某一物體精確“感知”的本領(lǐng)，而不具有“認(rèn)識”（智慧）的能力。

2024/12/10-38-4.5新型傳感器

智能傳感器則可將“感知”和“認(rèn)知”結(jié)合起來，起到人的“五感”功能的作用。智能傳感器就是帶微處理器，并且具備信息檢測和信息處理功能的傳感器。從一定意義上講，它具有類似于人工智能的作用。

需要指出，這里講的“帶微處理器”包含兩種情況：一種是將傳感器與微處理器集成在一個芯片上，構(gòu)成“單片智能傳感器”；另一種是指傳感器能夠配微處理器。顯然，后者的定義范圍更寬，但兩者均屬于智能傳感器的范疇。不論哪一種情況都說明智能傳感器的主要特征就是敏感技術(shù)和信息處理技術(shù)的結(jié)合。2024/12/10-39-4.5新型傳感器

通常，智能傳感器是將傳感單元、微處理器和信號處理電路等裝在同一殼體內(nèi)組成的，輸出方式常采用RS-232或RS-422等串行輸出，或采用IEEE488標(biāo)準(zhǔn)總線并行輸出。智能傳感器是最小物理的微機系統(tǒng)，其中作為控制核心的微處理器通常采用單片機，其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。2024/12/10-40-4.5新型傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，智能傳感器有以下特點：1）精度高。2）可靠性與穩(wěn)定性強。3）高信噪比與高分辨率。4）自適應(yīng)性強。5）性價比高。2024/12/10-41-4.5新型傳感器4.5.5生物傳感器

生物傳感器是指由生物活性材料與相應(yīng)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，并能測定特定的化學(xué)物質(zhì)（主要是生物物質(zhì)）的傳感器，是近20年來發(fā)展起來的一門高新技術(shù)。

作為一種新型的檢測技術(shù)，生物傳感器的產(chǎn)生是生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電化學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)及電子技術(shù)等多門學(xué)科相互交叉滲透的產(chǎn)物，與常規(guī)的化學(xué)分析及生物化學(xué)分析方法相比，具有選擇性高、分析速度快、操作簡單、靈敏度高、價格低廉等優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保、食品工業(yè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，具有廣闊的發(fā)展前景。2024/12/10-42-4.5新型傳感器（1）生物傳感器的基本原理

生物傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)（是指酶、抗體、微生物等）作為敏感材料，并將其產(chǎn)生的物理量、化學(xué)量的變化轉(zhuǎn)換成電信號，用以檢測與識別生物體內(nèi)的化學(xué)成分的傳感器。生物傳感器通常將生物敏感材料固定在高分子人工膜等固體載體上，被識別的生物分子作用于人工膜（生物傳感器）時，將會產(chǎn)生變化的信號（電位、熱、光等）輸出，然后采用電化學(xué)法、熱測量法或光測量法等方法測出輸出信號。2024/12/10-43-4.5新型傳感器

生物傳感器基本原理如圖所示，它是由敏感膜和敏感元件兩部分組成。被測物質(zhì)經(jīng)擴散進人生物敏感膜層，經(jīng)分子識別，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)（物理、化學(xué)變化），產(chǎn)生的物理、化學(xué)現(xiàn)象或產(chǎn)生新的化學(xué)物質(zhì)，由相應(yīng)的敏感元件轉(zhuǎn)換成可定量和可傳輸、處理的電信號。2024/12/10-44-4.5新型傳感器

生物敏感膜又稱分子識別元件，是利用生物體內(nèi)具有奇特功能的物質(zhì)制成的膜，它與被測物質(zhì)相接觸時伴有物理、化學(xué)變化的生化反應(yīng)，可以進行分子識別。生物敏感膜是生物傳感器的關(guān)鍵元件，它直接決定著傳感器的功能與質(zhì)量。由于選材不同，可以制成酶膜、全細(xì)胞膜、組織膜、免疫膜、細(xì)胞器膜、復(fù)合膜等。各種膜的生物物質(zhì)如表所示。2024/12/10-45-4.5新型傳感器（2）生物傳感器的分類

按照敏感膜材料（分子識別元件）和敏感元件（電信號轉(zhuǎn)換元件）的不同，生物傳感器有多種分類方法，但主要有兩種分類法。1）敏感膜材料

按照敏感膜材料的不同，生物傳感器可分為細(xì)胞器傳感器（organallsensor）、微生物傳感器（microbialsensor）、免疫傳感器（immunolsensor）、酶傳感器（enzymesensor）和組織傳感器（tissuesensor）等五大類，如圖所示。2024/12/10-46-4.5新型傳感器2）敏感元件

按照敏感元件的工作原理不同，生物傳感器可分為生物電極（bioeletrode）、熱生物傳感器（calorimetricbiosensor）、壓電晶體生物傳感器（piezoelectricbiosensor）、半導(dǎo)體生物傳感器（semiconductbiosensor）、光生物傳感器（opticalbiosensor）和介體生物傳感器（mediumbiosensor）等，如圖所示。2024/12/10-47-4.5新型傳感器（3）生物傳感器的特點與通常的化學(xué)分析法相比，生物傳感器具有以下特點：1）分析速度快，可以在較短的時間內(nèi)得到結(jié)果；2）準(zhǔn)確度高，一般相對誤差可以達到1%；3）操作較簡單，容易實現(xiàn)自動分析；4）生物傳感器的主要缺點是使用壽命較短。

2024/12/10-48-4.5新型傳感器（4）應(yīng)用舉例：酶傳感器1）酶的特性與特點

酶是由生物體內(nèi)產(chǎn)生并具有催化活性的一類蛋白質(zhì)，此類蛋白質(zhì)表現(xiàn)出特異的催化功能，因此，酶被稱為生物催化劑。酶在生命活動中起著極其重要的作用，它參加新陳代謝過程的所有生化反應(yīng)，并以極高的速度維持生命的代謝活動（包括生長、發(fā)育、繁殖與運動）。目前，已鑒定出的酶有2000余種。2024/12/10-49-4.5新型傳感器

酶與一般催化劑相似之處是：在相對濃度較低時，僅能影響化學(xué)反應(yīng)的速度，而不改變反應(yīng)的平衡點。酶與一般催化劑的不同之處是：①酶的催化效率比一般催化劑要高106~1013倍；②酶催化反應(yīng)條件較為溫和，在常溫、常壓條件下即可進行；③酶的催化具有高度的專一性，即一種酶只能作用于一種或一類物質(zhì)，產(chǎn)生一定的產(chǎn)物，而非酶催化劑對作用物沒有如此嚴(yán)格的選擇性。2024/12/10-50-4.5新型傳感器2）酶傳感器的結(jié)構(gòu)與原理

目前，常見的酶傳感器有電流型和電位型兩種。其中，電流型是由與酶催化反應(yīng)相關(guān)物質(zhì)電極反應(yīng)所得到的電流來確定反應(yīng)物質(zhì)的濃度，一般采用氧電極、H2O2電極等；而電位型是通過電化學(xué)傳感器件測量敏感膜電位來確定與催化反應(yīng)有關(guān)的各種物質(zhì)的濃度，一般采用NH3電極、CO2電極、H2電極等。2024/12/10-51-4.5新型傳感器

下表列出了兩類傳感器，電流型是以氧或H2O2作為檢測方式，而電位型是以離子作為檢測方式。2024/12/10-52-4.5新型傳感器

下面以葡萄糖酶傳感器為例說明其工作原理與檢測過程。下圖為葡萄糖酶傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，它的敏感膜為葡萄糖氧化酶，固定在聚乙烯酰胺凝膠上。2024/12/10-53-4.5新型傳感器

敏感元件由陰極Pt，陽極Pb和中間電解液（強堿溶液）組成。在電極Pt表面上覆蓋一層透氧化的聚四氟乙烯膜，形成封閉式氧電極，它避免了電極與被測液直接接觸，防止電極毒化。當(dāng)電極Pt浸入含蛋白質(zhì)的介質(zhì)中，蛋白質(zhì)會沉淀在電極表面上，從而減小電極有效面積，使兩電極之間的電流減小，傳感器受到毒化。

測量時，葡萄糖酶傳感器插入到被測葡萄糖溶液中，由于酶的催化作用而耗氧（過氧化氫H2O2）其反應(yīng)式為2024/12/10-54-4.5新型傳感器

由上式可知，葡萄糖氧化時產(chǎn)生H2O2，而H2O2通過選擇性透氣膜，使聚四氟乙烯膜附近的氧化量減少，相應(yīng)電極的還原電流減少，從而通過電流值的變化來確定葡萄糖的濃度。

值得指出是，酶作為生物傳感器的敏感材料雖然已有許多應(yīng)用，但其價格比較昂貴和性能不夠穩(wěn)定，其應(yīng)用也受到限制。2024/12/10-55-機電一體化系統(tǒng)檢測技術(shù)4.1概述4.2傳感器測量誤差4.3傳感器一般特性4.4常用傳感器介紹4.5新型傳感器4.6傳感器的選型4.7傳感器的信號調(diào)理4.8數(shù)字濾波技術(shù)4.9傳感器非線性補償處理2024/12/10-56-4.6傳感器的選型

一般來說，對于同一種類的被測物理量，可供選擇的傳感器類型很多。為了選擇最適合測試目的的傳感器，應(yīng)根據(jù)實際使用傳感器的目的、指標(biāo)環(huán)境等因素，考慮不同的側(cè)重點，仔細(xì)研究測試信號，確定測試方式和初步確定傳感器類型；分析測試環(huán)境和干擾因素，如測試環(huán)境是否有磁場、電場、溫度的干擾，測試現(xiàn)場是否潮濕等；根據(jù)測試范圍確定某種傳感器；確定測量方式，是接觸測量還是非接觸測量；確定傳感器的體積和安裝方式，應(yīng)保證被