第一章 绪 1.doc

第一章绪论 传感器介绍现代社会的科学技术高度发达,人类已进入瞬息万变的信息时代。在工业生产和科学实验等活动中,人们主要是对信息进行获取、开发、传输和处理,而传感器正处于测试的接口位置,是研究的主要对象,是感知、获取和检测信息的窗口,提供给系统进行决策和处理所必需的原始数据。一切的科学实验和生产过程, 特别是在自动监测和自动控制系统中要获取信息,都要通过传感器转换为容易传输与处理的信号。传感器特点是对原始参数进行精确可靠的测量,灵敏地感受被测量,把感受到的被测量精确地转换成电信号,使其与其他高精确度的仪表和装置组合起来,达到最佳显示与控制数据的目的[1][2] 传感器一般是利用物理、化学和生物等学科的某些效应或机理,按照一定的工艺和结构研制出来的,因此传感器组成的细节有较大差异。但是总的来说,传感器应由敏感元件、转换元件和其他辅助部件组成,如图 1-1 所示。敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分,转换元件是指传感器中能将敏感元件所感受或响应出的信息转换成适于传输或测量的电信号的部分。信号调节电路是能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。辅助电路通常是电源[3]。图 1-1 传感器的组成框图在实际工程应用中,以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的另一种量的测量装置称作是传感器。它的输入量是某一被测量,可能是物理量, 也可能是化学量、生物量等,它的输出量是某种物理量,这种量应便于传输、转换、处理、显示等,它可以是气、光、电,但主要是电量。 课题的意义自从人类研制出了第一个传感器以后,传感器就开始显示出了它极大的生命力。但是进入 20世纪 90年代以来,由于具有单一测量功能的传感器应用趋向饱和,而许多生活和工程中需要传感器适用于各种测量和检测等,从而促使传感器技术获得较为迅速的发展。无论是从国际或国内的角度来看,复苏和继续发展传感器产业的一条重要途径就是开发各种测量范围的传感器,提高传感器的性能, 扩大其功能和应用领域。测力传感器用途广泛,它们在工业、农业、国防、航空航天、医学等众多领域都得到了广泛的应用,是传感器家族中极为重要的一个部分[3]。力是物理及工程科学中的一个重要的物理量之一,在科学实验及工程技术中,由于量程和精度要求的差异,对力的测量元器件也提出了各种各样的要求。压力传感器是一种测量压力的装置,在工程中有广泛的应用,传感器也可以认为是由质量,阻尼,弹簧组成的测量系统。上述三个参数的合理选择对其动态力测量的品质有着至关重要的影响。本题目在已有一款组合型压力传感器的基础上, 仿真研究该传感器阻尼系数对其动态测量性能的定量关系,选出最优的阻尼参数. 本课题的研究背景 传感器发展概况传感器技术是当今世界令人瞩目且高速发展的的高新技术之一,也是当代科学技术发展的一个重要标志。无论是在日常生活,还是工业生产领域中,每一项技术的革新几乎都离不开传感器。近百年来,传感器的发展大致经历了以下三个阶段[6]:(1)传统型;(2)集成传感器/控制器;(3)智能型传感器。美国二十世纪八十年代早期就宣称世界已经进入传感器时代,日本则把传感器技术和计算机、通信、半导体、激光、超导技术并列为世界六大核心技术,因而就有了支配了传感器技术就能够支配新时代这一说法。世界上发达国家对开发传感器技术都十分重视。我国的传感器技术的研究是从 20世纪 60年代开始的,在“科学技术就是第一生产力”的思想的指导下,各项科学技术取得了迅速的发展,传感器技术和传感器制造业也受到各方面的重视。改革开放三十年来,我国的传感器技术及其产业取得了很大的进步,主要表现在:“七五”期间,国家把机敏、力敏、气敏等作为主要研究方向;“九五”和“十五”期间,传感器技术研究取得了 51个品种 86个规格新产品的成绩,敏感元件和传感器成为重点发展的新型特种电子产品; 建立传感器技术的国家重点实验室、微米/纳米国家重点实验室等研究基地; 2007 年传感器业总产量达到二十多亿只,品种规格已有近六千种,并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定的应用;我国八十年代末就将传感器列入国家高新技术发展的重点,经过“八五”、“九五”和“十五”的攻关和产业化建设,目前全国已有 2000 多家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用。但由于经济水平和生产、研发资金等条件的限制,我还是相对比较落后,规模和应用领域都比较小。在所有类型传感器中,压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、工作稳定可靠、成本低等优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、压强的测量与控制。压力传感器已成为各类传感器技术最成熟、性能比最高的一类传感器。由于单一型传感器应用范围窄,新型传感器的开发和应用则成为现代传感器技术的核心