新型传感器的原理、应用与发展

新型传感器的原理、应用与发展

（南昌大学，南昌，330031）

The principle and application of new sensors

(Nanchang University, Nanchang 330031, China)

摘要：现代新型传感器由于具有测量精度高、动态响应快、稳定性好、抗干扰能力强、易于小型和微

型化、方便与微机进行接口等优点，在温度、压力、电压、转速等检测中有着广阔应用前景。本文简要的介绍了几种现代新型传感器的基本原理和它们在信号检测、汽车、船舶等方面的应用，以及新型传感器的发展前景。

关键词：新型传感器；原理；应用；发展前景

Abstract:Modern new sensor with high measurement precision has many advantages, such as fast dynamic response、good stability、strong anti-interference ability,、easy to small and miniaturization, and its` easy to connect with microcomputer.It has a broad application prospect in the ways of temperature、pressure、voltage and speed detection. This paper briefly introduces several basic principle of modern new sensors and their applications in signal detection, automotive, Marine applications,and the prospects of the development of new sensors.

Key words:new type sensor;principle;application;prospects of the development 1前言

传感器是一种把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件,其实质是一种功能块,

其作用是将来自外界的各种信号转换为电信号。它是实现测试与自动控制系统的首要环节。随着新材料、新工艺、新技术，以及微控制器的多功能化、智能化等的发展，出现了比传统传感器性能更为优越的新型传感器。如：光纤传感器、固态图像传感器、激光与红外传感器、超声波传感器以及智能传感器等，这些传感器以其自身的精度高、响应快、便于微机处理等的优势，在工业中逐渐得到应用。本文根据所查阅的资料以及自身知识，简要的介绍了几种现代新型传感器的基本原理和它们在信号检测、汽车、船舶等方面的应用，以及新型传感器的发展前景。

2几种新型传感器的基本原理及组成

（1）光纤传感器

光纤传感器的基本原理是被测量对光纤传输的光进行调制，使传输光的强度（振幅）、相位、频率或偏振态随被测量变化而变化，再通过对被调制过的光信号进行检测和解调，从而获得被测参数。

光发送器、光接收器、敏感元件、光导纤维及信号处理系统是构成光纤传感器的几个重要组成部分。有些光纤传感器中,光无源器件也作为光线传感器的重要组成部分。光无源器件按照功能上归类可以分为光衰减器件、光功率分配器件、光连接器件、光隔离器件、光开关器件等。光无源器件在工作过程中不需要任何外部元器件的帮助,依靠自身的性能就可以独立完成某种光学功能。

按照光纤在传感器中的作用，通常可将光纤传感器分为两种类型：一类是功能型，又称FF型，另一类是非功能型，又称NF型。根据被测参量的不同,光纤传感器又可分为位移、压力、温度、流量、速度、加速度、震动、应变、电压、电流、磁场、化学量、生物量等各种光纤传感器。目前已经实用的光纤传感器可测量物理量达70多种。

（2）固态图像传感器

图像传感器是利用光电器件的光—电转换功能,将其感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的“图像”电信号的一种功能器件。而固态图像传感器是指在同一半导体衬底上布设的若干光敏单元和移位寄存器构成的集成化、功能化的光电器件。固态图像传感器的结构有线列阵和面列阵两种形式,它将光强的空间分布转换为与光强成比

例的大小不等的电荷包空间分布,然后通过移位寄存器将这些电荷包形成一系列幅值不

等的时序脉冲序列输出。也就是固态图像传感器利用光敏单元的光电转换功能将投射到

光敏单元上的光学图像转换成“图像”电信号。

（3）激光与红外传感器

激光传感器：由发射激光的激光器、光学零件和光电器件所构成的激光测量装置能够将被测量（如长度、流量、速度等）转换成电信号。因此广义上也可将激光测量装置称为激光式传感器。激光式传感器实际上是以激光为光源的光电式传感器。按照它所应用的激光特性不同可分为激光干涉传感器、激光衍射传感器、激光扫描传感器三类。

红外传感器: 红外传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光敏器件,通常称为红外探测器。按其所依据的物理效应可分为光敏和热敏两大类型。热敏探测器是利用入射红外辐射引起敏感元件的温度变化,进而使其有关物理参数发生相应的变化。通过测量有关物理参数的变化可确定探测器所吸收的红外辐射。主要有热电阻型、热电偶型、热释电型和高莱气动型等几种型式。热敏探测器的主要优点是响应波段宽,可以在室温下工作,使用方便。但由于热探测器响应时间长,灵敏度低,一般只用于红外幅射变化缓慢的场合。光敏探测器是利用某些半导体材料在红外辐射的照射下,产生光子效应,使材料的电学性质发生变化。通过测量电学性质的变化,可以确定红外辐射的强弱。按照光敏探测器的工作原理,一般可分为外光电和内光电探测器两种。内光电探测器又分为光电探测器、光电伏特探测器和光磁电探测器3 种。光电探测器的主要特点是灵敏度高,响应速度快,响应频率高。但必须在低温下工作,探测