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传感器应用与发展趋向
B09物本一班 游树彬 0905600147

传感器（英文名称：transducer/sensor）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。
常将传感器的功能与人类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： 　　物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。 　　化学类，基于化学反应的原理。 　　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）。
按作用形式可分为主动型和被动型传感器。 　　主动型传感器又有作用型和反作用型，此种传感器对被测对象能发出一定探测信号，能检测探测信号在被测对象中所产生的变化，或者由探测信号在被测对象中产生某种效应而形成信号。检测探测信号变化方式的称为作用型，检测产生响应而形成信号方式的称为反作用型。雷达与无线电频率范围探测器是作用型实例，而光声效应分析装置与激光分析器是反作用型实例。 　　被动型传感器只是接收被测对象本身产生的信号，如红外辐射温度计、红外摄像装置等。
电阻式传感器
　　电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。
称重传感器
　　称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力→电转换装置，是电子衡器的一个关键部件。 　　能够实现力→电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。电磁力式主要用于电子天平，电容式用于部分电子吊秤，而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器结构较简单，准确度高，适用面广，且能够在相对比较差的环境下使用。因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。
电阻应变式传感器
　　传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。
压阻式传感器
　　压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。 　　用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。
热电阻传感器
　　热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。 　　热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。 　　热电阻传感器分类： 　　1、NTC热电阻传感器： 　　该类传感器为负温度系数传感器，即传感器阻值随温度的升高而减小。 　　2、PTC热电阻传感器： 　　该类传感器为正温度系数传感器，即传感器阻值随温度的升高而增大。
激光传感器
　　利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。 　　激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。 　　利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度（ZLS-Px）、距离（LDM4x）、振动（ZLDS10X）、速度（LDM30x）、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。
霍尔传感器
　　霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器， 广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。 　　霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。 　　1、线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。 　　2、开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。 　　霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。
温度传感器
　　1、室温管温传感器：室温传感器用于测量室内和室外的环境温度，管温传感器用于测量蒸发器和冷凝器的管壁温度。室温传感器和管温传感器的形状不同，但温度特性基本一致。按温度特性划分，目前美的使用的室温管温传感器有二种类型：1.常数B值为4100K±3%，基准电阻为25℃对应电阻10KΩ±3%。温度越高，阻值越小；温度越低，阻值越大。离25℃越远，对应电阻公差范围越大；在0℃和55℃对应电阻公差约为±7%；而0℃以下及55℃以上，对于不同的供应商，电阻公差会有一定的差别。温度越高，阻值越小；温度越低，阻值越大。离25℃越远，对应电阻公差范围越大。 　　2、排气温度传感器：排气温度传感器用于测量压缩机顶部的排气温度，常数B值为3950K±3%,基准电阻为90℃对应电阻5KΩ±3%。 　　3、模块温度传感器：模块温度传感器用于测量变频模块（IGBT或IPM）的温度，目前用的感温头的型号是602F-3500F，基准电阻为25℃对应电阻6KΩ±1%。几个典型温度的对应阻值分别是：-10℃→（25.897─28.623）KΩ；0℃→（16.3248─17.7164）KΩ；50℃→（2.3262─2.5153）KΩ；90℃→（0.6671─0.7565）KΩ。 　　温度传感器的种类很多，现在经常使用的有热电阻：PT100、PT1000、Cu50、Cu100；热电偶：B、E、J、K、S等。温度传感器不但种类繁多，而且组合形式多样，应根据不同的场所选用合适的产品。 　　测温原理：根据电阻阻值、热电偶的电势随温度不同发生有规律的变化的原理，我们可以得到所需要测量的温度值。
无线温度传感器
　　无线温度传感器将控制对象的温度参数变成电信号,并对接收终端发送无线信号，对系统实行检测、调节和控制。可直接安装在一般工业热电阻、热电偶的接线盒内，与现场传感元件构成一体化结构。通常和无线中继、接收终端、通信串口、电子计算机等配套使用，这样不仅节省了补偿导线和电缆，而且减少了信号传递失真和干扰，从而获的了高精度的测量结果。 　　无线温度传感器广泛应用于化工、冶金、石油、电力、水处理、制药、食品等自动化行业。例如：高压电缆上的温度采集；水下等恶劣环境的温度采集；运动物体上的温度采集；不易连线通过的空间传输传感器数据；单纯为降低布线成本选用的数据采集方案；没有交流电源的工作场合的数据测量；便携式非固定场所数据测量。
智能传感器
　　智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元，它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。 　　1、信息存储和传输——随着全智能集散控制系统（SmartDistributedSystem）的飞速发展，对智能单元要求具备通信功能，用通信网络以数字形式进行双向通信，这也是智能传感器关键标志之一。智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。 　　2、自补偿和计算功能——多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作，但都没有从根本上解决问题。而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。这样，放宽传感器加工精密度要求，只要能保证传感器的重复性好，利用微处理器对测试的信号通过软件计算，采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿，从而能获得较精确的测量结果压力传感器。 　　3、自检、自校、自诊断功能——普通传感器需要定期检验和标定，以保证它在正常使用时足够的准确度，这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行。对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智能传感器情况则大有改观，首先自诊断功能在电源接通时进行自检，诊断测试以确定组件有无故障。其次根据使用时间可以在线进行校正，微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进行对比校对。 　　4、复合敏感功能——观察周围的自然现象，常见的信号有声、光、电、热、力、化学等。敏感元件测量一般通过两种方式：直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能，能够同时测量多种物理量和化学量，给出能够较全面反映物质运动规律的信息。
光敏传感器
　　光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术引中占有非常重要的地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处就会产生电流。
生物传感器
生物传感器的概念 　　生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等） 与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。 　　生物传感器的原理 　　待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。
发展前景
去年四季度我国电子元器件中，业绩增速方面光学元件表现的最佳，半导体盈利较差，led和光学元件盈利较好，半导体和触摸屏较差，库存方面连接器和显示器件的去库存效果明显，其他均出现了增长，智能手机和被动元件扩张较为明显。今年1-3月，业绩增速方面连接器表现最好，半导体最差，智能手机首次出现净利润下滑，盈利能力方面led表现最好，半导体最差，存货方面显示器件和pcb小幅下降，其他行业均上升，投资扩张力度方面，智能手机和pcb行业较为明显，半导体和显示器件最为谨慎。　　
　　在整体全球宏观经济下行的背景下，电子行业市场整体需求下降导致全球半导体行业收入增速不断下滑。全球主要的电子代工和晶圆代工等代表企业营业收入增速下滑直接反映出宏观经济对行业的负面影响。智能手机产业链及安防、pos机终端、智能电表芯片等市场刚性需求较强的相关公司增长确定性较高，将是2012年上半年值得重点关注的品种。　　
　　不单单是上述这些值得重点关注的品种，在传感器等上游产业中，我们也不难看到产业的春天。2012年第一季度有数据报告显示，原处于景气下行阶段的电子元器件制造业经营业绩略有上升，无论是国际领先的电子产品制造商，还是国内的电子元器件生产商，该季度业绩普遍有较大幅度的提高，订单量也稍有恢复。电子元器件行业的整体如何，仍是一个众人关注的谜。　　
　　物联网发展步伐加快，特别是从传感器等上游入手，将会推动整个产业链的发展。2011年12月，国家发布《物联网“十二五”发展规划》，规划提出要建立完善的物联网产业链，培育和发展10个产业聚集区，100家以上骨干企业。根据某数据网站预计，至2015年，中国物联网产业规模将达到7500亿元，年复合增长率将超过30%。物联网产业政策和发展专项资金的推出、关键技术的突破，对物联网新兴产业构成极大利好。物联网应用已进入实际应用阶段，传感器处于物联网产业链的上游，将是整个物联网产业中需求量最大和最基础的环节。　　
　　新型互联网的推动，必将会带来行业特别是电子元器件行业的大改革。在互联网不断的冲击下，经营的方式和推广手段也不尽相同。电子元器件行业相关的网站也如雨后春笋般兴起，选择适合自身发展的道路，才能够在新的浪潮下如日冲天!