信息传感材料

生物传感器主要由两大部分组成。其一是功能识别物质， 其作用是对被测物质进行特定识别。这些功能识别物有酶、 抗原、抗体、微生物及细胞等；其二是电、光信号转换装 置，此装置的作用是把在功能膜上进行的识别被测物所产 生的化学反应转换成便于传输的电信号或光信号。其中最 常用的是电极，如氧电极、过氧化氢电极。
重点：敏感材料的物理基础、制备与性能。 重点：敏感材料的物理基础、制备与性能。 难点：半导体、陶瓷、光纤、 难点：半导体、陶瓷、光纤、金属及有机敏感材料
的物理基础。 的物理基础。
目前所知的生命探测仪
按原理结构可分为： 按原理结构可分为：雷
达波探测器、视频探测 达波探测器、
器、音频探测器等，分 音频探测器等，
§4.1 概述
传感器的作用与功能 传感器的分类； 传感器的重要性； 传感器的发展过程。
传感器的作用与功能
中华人民共和国国家标准GB7665-1987对传感器 对传感器 中华人民共和国国家标准 （transducer/sensor）的定义是：能感受规定的被测 ） 量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置， 量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通 常由敏感元件和转换元件组成。 常由敏感元件和转换元件组成。
用酒精探测仪 酒精探测仪检查员是否饮酒 酒精探测仪 HIH-4000 系列湿度传感器 传感器 激光玻璃厚度测量传感器 传感器
传感器的分类
根据输入信息性质，可对传感器作如下分类： 力传感器、加速度传感器、 力学传感器：如压力传感器、力传感器、加速度传感器、 角速度传感器、流量传感器和位移传感器等； 角速度传感器、流量传感器和位移传感器等； 热学量传感器：温度传感器等； ②热学量传感器：温度传感器等； 光学量传感器：如光导器件、光敏器件、红外传感器、 ③光学量传感器：如光导器件、光敏器件、红外传感器、 辐射计、光度计、色传感器、探测器、光电开关和图像 辐射计、光度计、色传感器、探测器、 传感器等； 传感器等； 磁学量传感器：如磁强计、转速计等； ④磁学量传感器：如磁强计、转速计等； 化学量传感器：湿度传感器、 ⑤化学量传感器：湿度传感器、气体传感器和离子敏传感 器等； 器等； 生物量传感器：如葡萄糖传感器、酶传感器等。 ⑥生物量传感器：如葡萄糖传感器、酶传感器等。
的电化学反应，即利用电极对溶液中离子的选择性响应而产生的电位差。 所产生的电位差与被测离子活度对数成线性关系，故检测出其反应过程 中的电位差或由其影响的电流值，即可给出被测离子的活度。 化学传感器广泛应用于化学分析、化学工业的在线检测及环保检测中。
传感器的分类
生物传感器
是近年来发展很快的一类传感器。它是一种利用生物活性物质 是近年来发展很快的一类传感器。它是一种利用生物活性物质 选择性来识别和测定生物化学物质的传感器。 选择性来识别和测定生物化学物质的传感器。生物活性物质对 某种物质具有选择性亲和力，也称其为功能识别能力； 某种物质具有选择性亲和力，也称其为功能识别能力；利用这 种单一的制备能力来判定某种物质是否存在，其浓度是多少， 种单一的制备能力来判定某种物质是否存在，其浓度是多少， 进而利用电化学的方法进行电信号转换。 进而利用电化学的方法进行电信号转换。
传感器的分类
化学传感器
是利用电化学反应原理， 是利用电化学反应原理，把无机或有机化学的物 电化学反应原理 质成分、浓度等转换成电信号的传感器。 质成分、浓度等转换成电信号的传感器。
最常用的是离子敏传感器，即利用离子选择性电极，测量溶液的PH值或 某些离子的活度，如K+，Ca2＋，Na＋，P等。
测量原理基本相同：利用电极界面（固相）和被测溶液（液相）之间
第四章 信息传感材料
本章基本要求： 本章基本要求：
了解敏感材料中半导体敏感材料、陶瓷敏感材料、 了解敏感材料中半导体敏感材料、陶瓷敏感材料、 光纤、金属及有机敏感材料常见种类； 光纤、金属及有机敏感材料常见种类；掌握其应用 所基于的物理基础； 所基于的物理基础；对各类敏感材料的制备与性能 有较为全面的了解， 有较为全面的了解，为敏感材料的选择与应用打下 基础。 基础。
用于测量气体压力
电位器式压力传感器
传感器的作用与功能
举例： 举例： 飞行员想要指导“飞行状态”信息， 飞行员想要指导“飞行状态”信息，并正确驾驶飞机 安全飞行，必须知道以下参数。 安全飞行，必须知道以下参数。
飞行参数：迎角、测滑角、空速、高度、总温、航向、角速 飞行参数：迎角、测滑角、空速、高度、总温、航向、 度、加速度等等； 加速度等等； 发动机参数：温度、压力、压差、流量、湍流、角位置、角 发动机参数：温度、压力、压差、流量、湍流、角位置、 位移、线位移、发动机转速、推力、金属屑末、火焰等； 位移、线位移、发动机转速、推力、金属屑末、火焰等； 燃油参数：温度、压力、油位、油量、密度、介电常数、流 燃油参数：温度、压力、油位、油量、密度、介电常数、 量、结冰状态、烟雾等。 结冰状态、烟雾等。
如应变式传感技术已有70多年的历史，硅压阻式传感器也有 多年的额 如应变式传感技术已有 多年的历史，硅压阻式传感器也有40多年的额 多年的历史 历史，目前仍占重要地位。 历史，目前仍占重要地位。
以往许多参数靠飞行员的感觉来测定，现代飞机必须用相应的传感器来测量。
传感器的分类
按工作原理分类
是以结构（如形状、 是以结构（如形状、尺寸 为基础， 等）为基础，利用某些物 理规律来感受（敏感） 理规律来感受（敏感）被 测量， 测量，并将其转换为电信 实现测量的。 号，实现测量的。
结构型传感器 物理型传感器 物性型传感器 传感器 化学型传感器 生物型传感器
传感元件（sensing element）是指传感器中能直接感 ）是指传感器中能直接感
被测量的部分； 受或响应被测量的部分 受或响应被测量的部分；转换元件（transduction element）是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被 ） 测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 测量转换成适于传输或测量的电信号部分。 转换成适于传输或测量的电信号部分 传感元件是传感技术的核心，也是研究、设计和制作传感器的关键 是传感技术的核心，也是研究、
局限性：现场需要有一定的孔洞和裂隙才能伸入探测设备； 局限性：现场需要有一定的孔洞和裂隙才能伸入探测设备；或 只适用于浅表层、大空间的探测； 只适用于浅表层、大空间的探测；在下雨或有消防用水的情况下 会受到一定的环境干扰
二、视频探测器
利用可见光或非可见光， 利用可见光或非可见光，通过 CCD传感器摄像转送到显示屏成像。 传感器摄像转送到显示屏成像。 传感器摄像转送到显示屏成像 有视频形象化，直观简单、易用、 有视频形象化，直观简单、易用、 价廉。 价廉。 水下视频探测器
传感器的作用与功能
传感器的作用——体现在被测量上。获取被测量，是应 体现在被测量上。获取被测量， 传感器的作用 体现在被测量上 用传感器的目的。 用传感器的目的。 传感器的工作机理——体现在其敏感元件上。敏感元件 体现在其敏感元件上。 传感器的工作机理 体现在其敏感元件上 是传感器技术的核心。 是传感器技术的核心。 传感器的输出信号形式——体现在其适于传输或测量的 体现在其适于传输或测量的 传感器的输出信号形式 电信号上。 电信号上。输出信号时需要解决非电量 向电信号转换以及不适于传输或测量的 微弱电信号向适于传输与测量的可用的 电信号转换的技术问题， 电信号转换的技术问题，反映了传感器 技术在自动化技术领域的时代性。 技术在自动化技术领域的时代性。
如利用金属材料在测量作用下引起的电阻值变化的应变效 应的应变式传感器；利用半导体材料在被测量作用下引起 的电阻值变化的压阻效应制成的压阻式传感器； 利用电容器在被测量作用下引起电容值的变化制成的电容 式传感器； 利用磁阻随被测量变化的简单电感式、差动变压器式传感 器；利用压电材料在被测力作用下产生的压电效应制成的 压电式传感器等。
三、雷达波生命探测仪
具有易携带、移动快、无需与物体接触的特点， 具有易携带、移动快、无需与物体接触的特点，无需由孔 洞、裂隙等进入，可在被各种物质隔离覆盖的情况下探测 裂隙等进入， 到被困者。 到被困者。 雷达电磁波无法穿透实心金属屏蔽墙而探测到墙后面 的被困人员。 的被困人员。
生命探测雷达主要由一台无线探测发射器和一个掌上电脑构成 无线探测发射器首先发射雷达波， 无线探测发射器首先发射雷达波，雷达波可穿透普通的建 筑墙体和碎石等材料，到达最远 米的被测目标。 筑墙体和碎石等材料，到达最远500米的被测目标。目标物的 米的被测目标 移动或呼吸心跳等使雷达波产生一定的改变， 移动或呼吸心跳等使雷达波产生一定的改变，并把变化后的雷 达波通过天线发送回掌上电脑上。 达波通过天线发送回掌上电脑上。经过电脑内专业软件的数据 处理，得出相应的波形图及信号显示，从而判断被测范围内是 处理，得出相应的波形图及信号显示， 否有幸存人员。 否有幸存人员。 在操作该探测雷达时， 在操作该探测雷达时，要确保掌上电脑与无线探测发射器 之间的距离在1.5-15米范围内，并保证在距探测器天线范围内 米范围内， 之间的距离在 米范围内 没有其他可疑的移动。该设备通常能够在 分钟之内在有效空 没有其他可疑的移动。该设备通常能够在3分钟之内在有效空 间范围内完成搜寻，并进一步定位被困人员。 间范围内完成搜寻，并进一步定位被困人员。
一般在使用中需要线缆传输音频信号，或缝隙孔洞。 一般在使用中需要线缆传输音频信号，或缝隙孔洞。
三、雷达波生命探测仪
由雷达天线定向集中地发射电 磁波，该电磁波能穿透混凝土墙壁、 磁波，该电磁波能穿透混凝土墙壁、 碎石瓦砾等， 碎石瓦砾等，与人体接触后反射并 产生变化。 产生变化。由于这种变化受人的身 体活动、呼吸甚至心跳活动的影响， 体活动、呼吸甚至心跳活动的影响， 反射后变化了的电磁波被接收器接 收，经过过滤背景干扰，某些特有 经过过滤背景干扰， 的波谱经计算机软件分析处理， 的波谱经计算机软件分析处理，在 显示屏显示。 显示屏显示。
传感器的分类