物理应用研究性学习应用研究性学习报告.doc

.页眉. .页脚. 研究性学习报告课题:探索,研究传感器一, 传感器的定义英文名称: transducer / sensor 国家标准 GB7665-87 对传感器下的定义是: “能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,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”在新韦式大词典中定义为: “从一个系统接受功率, 通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。根据这个定义,传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式, 所以不少学者也用“换能器- Transducer ”来称谓“传感器- Sensor ”。 5 大感觉器官相比拟: 光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉气敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉压敏、温敏、流体传感器——触觉敏感元件的分类: ①物理类,基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类,基于化学反应的原理。③生物类,基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类(还有人曾将敏感元件分 46 类)。: 它们的转换原理( 传感器工作的基本物理或化学效应); 它们的用途; 它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。根据传感器工作原理,可分为物理传感器和化学传感器二大类: .页眉. .页脚. 传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应, 诸如压电效应, 磁致伸缩现象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器,被测信号量的微小变化也将转换成电信号。有些传感器既不能划分到物理类,也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多,例如可靠性问题,规模生产的可能性,价格问题等,解决了这类难题,化学传感器的应用将会有巨大增长。常见传感器的应用领域和工作原理列于下表。 1. 传感器按照其用途分类压力敏和力敏传感器位置传感器液面传感器能耗传感器速度传感器加速度传感器射线辐射传感器热敏传感器 24GHz 雷达传感器 2. 传感器按照其原理分类振动传感器湿敏传感器磁敏传感器气敏传感器真空度传感器生物传感器等。 3. 传感器按照其输出信号为标准分类模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号( 包括直接和间接转换)。膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出( 包括直接或间接转换)。开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时, 传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。.页眉. .页脚. 4. 传感器按照其材料为标准分类在外界因素的作用下, 所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料, 即那些具有功能特性的材料, 被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类: (1) 按照其所用材料的类别分金属聚合物陶瓷混合物(2) 按材料的物理性质分: 导体绝缘体半导体磁性材料(3) 按材料的晶体结构分: 单晶多晶非晶材料与采用新材料紧密相关的传感器开发工作,可以归纳为下述三个方向: (1) 在已知的材料中探索新的现象、效应和反应, 然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。(2) 探索新的材料,应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。(3) 在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应, 并在传感器技术中加以具体实施。现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。表 中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。 5. 传感器按照其制造工艺分类集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底( 基板) 上的,相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时,同样可将部分电路制造在此基板上。厚膜传感器是利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是 Al2O3 制成的,然后进行热处理,使厚膜成形。陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺( 溶胶- 凝胶等) 生产。完成适当