概述
　　人體為從外界獲取信息，必須借助于感覺器官，但是單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。
　　當今世界已進入信息時代，在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。
　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或*狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。
　　在基礎(chǔ)學科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，進入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 cm的粒子世界，縱向上要觀察長達數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、*磁場、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學科開發(fā)的。
　　傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調(diào)查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。
　　由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟、推動社會進步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，達到與其重要地位相稱的新水平。 嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
 

1 傳感器的定義與組成
　　我國國家標準（GB7665－87）中說，傳感器（Transducer/Sensor）的定義是："能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置"。我們的定義是：傳感器是一種以一定的度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。
　　這一定義包含了以下幾方面的意思：①傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)；②它的輸出量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等；③它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量；④輸出輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的程度。
　　關(guān)于傳感器，我國曾出現(xiàn)過多種名稱，如發(fā)送器、傳送器、變送器等，它們的內(nèi)涵相同或相似，所以近來已逐漸趨向統(tǒng)一，大都使用傳感器這一名稱了。從字面上可以作如下解釋：傳感器的功用是一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。關(guān)于傳感器，我國曾出現(xiàn)過多種名稱，如發(fā)送器、傳送器、變送器等，它們的內(nèi)涵相同或相似，所以近來已逐漸趨向統(tǒng)一，大都使用傳感器這一名稱了。從字面上可以作如下解釋：傳感器的功用是一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。 嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
　　傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成，組成框圖見圖1。
 

圖1傳感器組成
    敏感元件：它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。圖2是一種氣體壓力傳感器的示意圖。膜盒2的下半部與殼體1固接，上半部通過連桿與磁芯4相連，磁芯4置于兩個電感線圈3中，后者接入轉(zhuǎn)換電路5。這里的膜盒就是敏感元件，其外部與大氣壓力 相通，內(nèi)部感受被測壓力 當 變化時，引起膜盒上半部移動，即輸出相應(yīng)的位移量。

圖2是一種氣體壓力傳感器的示意圖
　　轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入摶換成電路參量。
　　在圖2中，轉(zhuǎn)換元件是可變電感線圈3，它把輸入的位移量轉(zhuǎn)換成電感的變化。
　　基本轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。傳感器只完成被測參數(shù)至電量的基本轉(zhuǎn)換，然后輸入到測控電路，進行放大、運算、處理等進一步轉(zhuǎn)換，以獲得被測值或進行過程控制。 嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
　　實際上，有些傳感器很簡單，有些則較復(fù)雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。zui簡單的傳感器由一個敏感元件（兼轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶就是這樣。如圖3所示，
 

圖3熱電偶

兩種不同的金屬材料,一端聯(lián)接在一起，放在被測溫度 中，另一端為參考，溫度為 , 則在回路中將產(chǎn)生一個與溫度 、 有關(guān)的電動勢，從而進行溫度測量。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成度，如圖4所示的壓電式加速度傳感器，其中質(zhì)量塊 是敏感元件，壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元件。因轉(zhuǎn)換元件的輸出已是電量，無需轉(zhuǎn)換電路。
 

圖4壓電式加速度傳感器
　　有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。
　　敏感元件與轉(zhuǎn)換元件在結(jié)構(gòu)上常是裝在一起的，而轉(zhuǎn)換電路為了減小外界的影響也希望和它們裝有一起，不過由于空間的限制或者其它原因，轉(zhuǎn)換電路常裝入電箱中。盡管如此，因為不少傳感器要在通過轉(zhuǎn)換電路后才能輸出電量信號，從而決定了轉(zhuǎn)換電路是傳感器的組成環(huán)節(jié)之一。

2 傳感器的分類
　　傳感器是知識密集、技術(shù)密集的行業(yè)，它與許多學科有關(guān)，它的種類十分繁多。為了很好地掌握它、應(yīng)用它，需要有一個科學的分類方法。
　　下面將目前廣泛采用的分類方法作一簡單介紹。
　　首先，按傳感器的工作機理，可分為物理型、化學型、生物型等。
　　其次，按構(gòu)成原理，可分為結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類。
　　在物理型傳感器中，作為傳感器工作物理基礎(chǔ)的基本定律有場的定律、物質(zhì)定律、守恒定律和統(tǒng)計定律等。 嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
　　結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學中場的定律構(gòu)成的，包括動力場的運動定律，電磁場的電磁定律等。物理學中的定律一般是以方程式給出的。對于傳感器來說，這些方程式也就是許多傳感器在工作時的數(shù)學模型。這類傳感器的特點是傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對位置變化引起場的變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)。
　　物性型傳感器是利用物質(zhì)定律構(gòu)成的，如虎克定律、歐姆定律等。物質(zhì)定律是表示物質(zhì)某種客觀性質(zhì)的法則。這種法則，大多數(shù)是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，決定了傳感器的主要性能。因此，物性型傳感器的性能隨材料的不同而異。例如，光電管就是物性型傳感器，它利用了物質(zhì)法則中的外光電效應(yīng)。顯然，其特性與涂覆在電極上的材料有著密切的關(guān)系。又如，所有半導(dǎo)體傳感器，以及所有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、合金等性能變化的傳感器，都屬于物性型傳感器。
　　此外，也有基于守恒定律和統(tǒng)計定律的傳感器，但為數(shù)較少。
　　第三，根據(jù)傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器。能量控制型傳感器，在信息變化過程中，其能量需要外電源供給。如電阻、電感、電容等電路參量傳感器都屬于一類傳感器?；趹?yīng)變電阻效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、熱阻效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等的傳感器也屬于此類傳感器。能量轉(zhuǎn)換型傳感器，主要由能量變換元件構(gòu)成，它不需要外電源。如基于壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、光電動勢效應(yīng)等的傳感器都屬于此類傳感器。
　　第四，按照物理原理分類，可分為
1.電參量式傳感器。包括電阻式、電感式、電容式等三個基本型式。
2.磁電式傳感器。包括磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁柵式等。
3.壓電式傳感器。
4.光電式傳感器。包括一般光電式、光柵式、激光式、光電碼盤式、光導(dǎo)纖維式、紅外式、攝象式等。
5.氣電式傳感器。
6.熱電式傳感器。
7.波式傳感器。包括超聲波式、微波式等。
8.射線式傳感器。
9.半導(dǎo)體式傳感器。
10.其它原理的傳感器等。
有些傳感器的工作原理具有兩種以上原理的復(fù)合形式，如不少半導(dǎo)體式傳感器，也可看成電參量式傳感器。 嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
　　第五，可以按照傳感器的用途來分類，例如位移傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、溫度傳感器等等。
　　另外，根據(jù)傳感器輸出是模擬信號還是數(shù)字信號，可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器；根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆與否，可分為雙向傳感器和單向傳感器等。
　　各種傳感器，由于原理、結(jié)構(gòu)不同，使用環(huán)境、條件、目的不同，其技術(shù)指標也不可能相同。但是有些一般要求，卻基本上是共同的，這就是：①可靠性；②靜態(tài)精度；③動態(tài)性能；④量程；⑤抗干擾能力；⑥通用性；⑦輪廓尺寸；⑧成本；⑨能耗；⑩對被測對象的影響等。
　　可靠性、靜態(tài)精度、動態(tài)性能、量程的要求是不言而喻的。傳感器是通過檢測功能來達到各種技術(shù)目的的，很多傳感器要在動態(tài)條件下工作，精度不夠、動態(tài)性能不好或出現(xiàn)故障，整個工作就無法進行。在某些系統(tǒng)中或設(shè)備上往往裝上許多傳感器，若有一個傳感器失靈，會影響全局。所以傳感器的工作可靠性、靜態(tài)精度和動態(tài)性能是zui基本的要求。
　　抗干擾能力也是十分重要的，因為使用現(xiàn)場總會存在這樣那樣的干擾，總會出現(xiàn)各種意想不到的情況，因此要求傳感器應(yīng)有這方面的適應(yīng)能力，同時還應(yīng)包括在惡劣環(huán)境下使用的安全性，通用性主要是指傳感器應(yīng)可用于各種不同的場合，以免一種應(yīng)用要搞一種設(shè)計，達到事半功倍的目的。其它幾項要求不言自明，不再贅述。
 

3 傳感器的發(fā)展趨勢
　　傳感器在科學技術(shù)領(lǐng)域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會對傳感器提出的越來越高的要求是傳感器技術(shù)發(fā)展的強大動力。而現(xiàn)代們學技術(shù)突飛猛進則提供了堅強的后盾。
3.1 傳感器改善性能的途徑
縱觀幾十年來的傳感技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，不外乎分為兩個方面：一是提高與改善傳感器的技術(shù)性能，二是尋找新原理、新材料、新工藝及新功能等。為傳感器的性能，可采用下列技術(shù)途徑：
　　1、差動技術(shù)
差動技術(shù)是傳感器中普遍采用的技術(shù)。它的應(yīng)用可顯著地減小溫度變化、電源波動、外界干擾等對傳感器精度的影響，抵消了共模誤差，減小非線性誤差等。不少傳感器由于采用了差動技術(shù)，還可使靈敏度增大。 嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
　　2、平均技術(shù)
在傳感器中普遍采用平均技術(shù)可產(chǎn)生平均效應(yīng)，其原理是利用若干個傳感單元同時感受被測量，其輸出則是這些單元輸出的平均值，若將每個單元可能帶來的誤差均可看作隨機誤差且服從正態(tài)分布，根據(jù)誤差理論，總的誤差將減小為式中 ——傳感單元數(shù)。
　　可見，在傳感器中利用平均技術(shù)不僅可使傳感器誤差減小，且可增大信號量，即增大傳感器靈敏度。
　　光柵、磁柵、容柵、感應(yīng)同步器等傳感器，由于其本身的工作原理決定有多個傳感單元參與工作，可取得明顯的誤差平均效應(yīng)的效果。這也是這一類傳感器固有的優(yōu)點。另外，誤差平均效應(yīng)對某些工藝性缺陷造成的誤差同樣起到彌補作用。在懂得這種道理之后，設(shè)計時在結(jié)構(gòu)允許情況下，適當增多傳感單元數(shù)，可收到很好的效果。例如圓光柵傳感器，若讓全部柵線都同時參與工作，設(shè)計成“全接收”形式，誤差平均效應(yīng)就可較充分地發(fā)揮出來。
　　3、補償與修正技術(shù)
　　補償與修正技術(shù)在傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。這種技術(shù)的運用大致是針對下列兩種情況。一種是針對傳感器本身特性的，另一種是針對傳感器的工作條件或外界環(huán)境的。
　　對于傳感器特性，可以找出誤差的變化規(guī)律，或者測出其大小和方向，采用適當?shù)姆椒右匝a償或修正。
　　針對傳感器工作條件或外界環(huán)境進行誤差補償，也是提高傳感器精度的有力技術(shù)措施。不少傳感器對溫度敏感，由于溫度變化引起的誤差十分可觀。為了解決這個問題，必要時可以控制溫度，搞恒溫裝置，但往往費用太高，或使用現(xiàn)場不允許。而在傳感器內(nèi)引入溫度誤差補償又常常是可行的。這時應(yīng)找出溫度對測量值影響的規(guī)律，然后引入溫度補償措施。
　　在激光式傳感器中，常常把激光波長作為標準尺度，而波長受溫度、氣壓、溫度的影響，在精度要求較高的情況下，就需要根據(jù)這些外界環(huán)境情況進行誤差修正才能滿足要求。補償與修正，可以利用電子線路（硬件）來解決，也可以采用微型計算機通過軟件來實現(xiàn)。
　　4.屏蔽、隔離與干擾抑制
傳感器大都要在現(xiàn)場工作的，現(xiàn)場的條件往往是難以充分預(yù)料的，有時是極其惡劣的。各種外界因素要影響傳感器的精度與各有關(guān)性能的。為了減小測量誤差，保證其原有性能，就應(yīng)設(shè)法削弱或消除外界因素對傳感器的影響。其方法歸納起來有二：一是減小傳感器對影響因素的靈敏度；二是降低外界因素對傳感器實際作用的烈度。
　　對于電磁干擾，可以采用屏蔽、隔離措施，也可用濾波等方法抑制。對于如溫度、濕度、機械振動、氣壓、聲壓、輻射、甚至氣流等，可采用相應(yīng)的隔離措施，如隔熱、密封、隔振等，或者在變換成為電量后對干擾信號進行分離或抑制，減小其影響。
　　5、穩(wěn)定性處理
　　傳感器作為長期測量或反復(fù)使用的器件，其穩(wěn)定性顯得特別重要，其重要性甚至勝過精度指標，尤其是對那些很難或無法定期鑒定的場合。
　　造成傳感器性能不穩(wěn)定的原因是：隨著時間的推移和環(huán)境條件的變化，構(gòu)成傳感器的各種材料與元器件性能將發(fā)生變化。
　　為了提高傳感器性能的穩(wěn)定性，應(yīng)該對材料、元器件或傳感器整體進行必要的穩(wěn)定性處理。如結(jié)構(gòu)材料的時效處理、冰冷處理、永磁材料的時間老化、溫度老化、機械老化及交流穩(wěn)磁處理，電氣元件的老化篩選等。
　　在使用傳感器時，若測量要求較高，必要時也應(yīng)對附加的調(diào)整元件，后續(xù)電路的關(guān)鍵元器件進行老化處理。 嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
3.2傳感器的發(fā)展動向
3.2.1開發(fā)新型傳感器
新型傳感器，大致應(yīng)包括：①采用新原理；②填補傳感器空白；③仿生傳感器等諸方面。它們之間是互相的。傳感器的工作機理是基于各種效應(yīng)和定律，由此啟發(fā)人們進一步探索具有新效應(yīng)的敏感功能材料，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器件，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。結(jié)構(gòu)型傳感器發(fā)展得較早，目前日趨成熟。結(jié)構(gòu)型傳感器，一般說它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積偏大，價格偏高。物性型傳感器大致與之相反，具有不少誘人的優(yōu)點，加之過去發(fā)展也不夠。世界各國都在物性型傳感器方面投入大量人力、物力加強研究，從而使它成為一個值得注意的發(fā)展動向。其中利用量子力學諸效應(yīng)研制的低靈敏閾傳感器，用來檢測微弱的信號，是發(fā)展新動向之一。例如：利用核磁共振吸收效應(yīng)的磁敏傳感器，可將靈敏閾提高到地磁強度的；利用約瑟夫遜效應(yīng)的熱噪聲溫度傳感器，可測的超低溫；利用光子滯后效應(yīng)，做出了響應(yīng)速度極快的紅外傳感器等。此外，利用化學效應(yīng)和生物效應(yīng)開發(fā)的、可供實用化學傳感器和生物傳感器，更是有待開拓的新領(lǐng)域。
大自然是生物傳感器的設(shè)計師和工藝師。它通過漫長的歲月，不僅造就了集多種感官于一身的人類，而且還構(gòu)造了許多功能奇特、性能高超的生物感官。例如狗的嗅覺（靈敏閾為人的）、鳥的視覺（視力為人的倍），蝙蝠飛蛾海豚的聽覺（主動型生物雷達—超聲波傳感器）等等。這些動物的感官功能，超過了當今傳感器技術(shù)所能實現(xiàn)的范圍。研究它們的機理，開發(fā)仿生傳感器，也是引人注目的方向。
3.2.2 開發(fā)新材料
近年來對傳感器材料的開發(fā)研究有較大進展，其主要發(fā)展趨勢有以下幾個方面：①從單晶體到多晶體、非晶體；②從單一型材料到復(fù)合材料；③原子（分子）型材料的人工合成。有復(fù)雜材料來制造性能更加良好的傳感器是今后的發(fā)展方向之一。
①半導(dǎo)體敏感材料
　　半導(dǎo)體敏感材料在傳感器技術(shù)中具有較大的技術(shù)優(yōu)勢，在今后相當長時間內(nèi)仍占主導(dǎo)地位。半導(dǎo)體硅在力敏、熱敏、光敏、磁敏、氣敏、離子敏及其它敏感元件，具有廣泛用途。
　　硅材料可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅。單晶硅zui簡單，非晶硅zui復(fù)雜。單晶硅內(nèi)的原子處處規(guī)則排列，整個晶體內(nèi)有1個固定晶向；多晶硅是由許多單晶顆粒構(gòu)成，每一單晶顆粒內(nèi)的原子處處規(guī)則排列，單晶顆粒之間以界面相分離，且各單晶顆粒晶向不同，故整個多晶硅并無固定的晶向。非晶硅又叫，即無序型硅或無定型硅。從宏觀看，原子排列無序的，即遠程無序。但從微觀看，原子排列也絕非*無序，即近程有序，特別是能夠用來制造傳感器的非晶硅中都含有微晶，微晶尺寸一般為左右，這種非晶硅又叫微晶硅。非晶硅中微晶粒子的大小及其分布對其性能有重要影響。用這3種材料都可制成壓力傳感器，這些壓力傳感器大致可分為4種形式，即壓阻式、電容式、式和薄膜式。目前壓力傳感器仍以單晶硅為主，但有向多晶和非晶硅的薄膜方向發(fā)展的趨勢。
　　蘭寶石上外延生長單晶硅膜是單晶硅用于敏感元件的典型應(yīng)用。由于絕緣襯底蘭寶石是良好的彈性材料，而在其上異質(zhì)結(jié)外延生長的單晶硅是制作敏感元件的半導(dǎo)體材料，故用這種材料研制的傳感器具有無需結(jié)隔離、耐高溫、高頻響、壽命長、可靠性好等優(yōu)點，可以制作磁敏、熱敏、離子敏、力敏等敏感元件。多晶硅壓力傳感器的發(fā)展十分引人注目。這是由于這種傳感器具有一系列優(yōu)點，如溫度特性好、制造容易、易小型化、成本低等。非晶硅應(yīng)用于傳感器，主要有應(yīng)變傳感器、壓力傳感器、熱電傳感器、光傳感器（如攝像傳感器和顏色傳感器）等。非晶硅由于具有光吸收系數(shù)大，可用作薄膜光電器件，對整個可風光區(qū)域都敏感，薄膜形成溫度低等極為誘人的特性而獲得迅速發(fā)展。嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
　　用金屬材料和非金屬材料結(jié)合成化合物半導(dǎo)體是另一個思路。目前不僅用金屬和合成了，而且制成了許多化合物半導(dǎo)體，形成了一個龐大的家族。發(fā)光效率高、耐高溫、抗輻射、電子遷移率比大倍，故可制成高頻率器件。預(yù)計在光敏、磁敏中會得到越來越多的應(yīng)用。例如采用爐內(nèi)合成生長單晶，重復(fù)性均勻性有較大提高，再采用離子注入技術(shù)，可制性能優(yōu)良的霍爾器件，線性誤差為，霍爾電勢溫度系數(shù)為。
　　在半導(dǎo)體傳感器中，場效應(yīng)晶體管的應(yīng)用令人矚目。是一種電壓控制器件。若在柵極上加一反向偏壓，偏壓的大小可控制漏極電流的大小。若用某種敏感材料將所要測量的參量以偏壓的方式加到柵極上，就可以從漏極電流或電壓的數(shù)值來確定該參量的大小。很容易系列化、集成化?？勺龀筛鞣N敏感場效應(yīng)管，如離子敏場效應(yīng)管、PH-、溫度-、濕度-、氣敏-等。
②陶瓷材料
　　陶瓷敏感材料在敏感技術(shù)中具有較大的技術(shù)潛力。陶瓷材料可分為很多種。具有電功能的陶瓷又叫電子陶瓷。電子陶瓷可分為絕緣陶瓷、壓電陶瓷、介電陶瓷、熱電陶瓷、光電陶瓷和半導(dǎo)體陶瓷。這些陶瓷在工業(yè)測量方面都有廣泛的應(yīng)用。其中以壓電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷應(yīng)用。陶瓷敏感材料的發(fā)展趨勢是繼續(xù)探索新材料，發(fā)展新品種，向高穩(wěn)定性、高精度、長壽命和小型化、薄膜化、集成化和多功能化方向發(fā)展。
　　半導(dǎo)體陶瓷是傳感器應(yīng)用常要材料，其尤以熱敏、濕敏、氣敏、電壓敏zui為突出。熱敏陶瓷的主要發(fā)展方向是高溫陶瓷，如填加不同成分的、、和--等，濕敏材料的主要發(fā)展方向是不需要加熱清洗的材料，如-、-等。氣敏陶瓷的主要發(fā)展方向是不使用催化劑的低溫材料和高溫材料，如r-可不用觸媒，而特別是在高溫下檢測氧氣更有獨到之處。電壓敏陶瓷材料的發(fā)展方向是低壓用材料和高壓用材料，如-為低壓用材料，而-為高壓用材料。陶瓷敏感材料在使用時的結(jié)構(gòu)形式也是各種各樣的。以陶瓷濕敏傳感器為例，可以是體型結(jié)構(gòu)、厚膜型結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu)或涂覆型結(jié)構(gòu)等。
③磁性材料
　　不少傳感器采用磁性材料。目前磁性材料正向非晶化、薄膜化方向發(fā)展。非晶磁性材料具有導(dǎo)磁率高、矯頑力小、電阻率高、耐腐蝕、硬度大等特點，因而將獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
　　由于非晶體不具有磁的各向同性，因而是一種高導(dǎo)磁率和低損耗的材料，很容易獲得旋轉(zhuǎn)磁場，而且在各個方向都可得到高靈敏度的磁場，故可用來制作磁力計或磁通敏感元件，也可利用應(yīng)力一磁效應(yīng)制得高靈敏度的應(yīng)力傳感器，基于磁致伸縮效應(yīng)的力敏元件也得到發(fā)展。
　　由于這類材料靈敏度比坡莫合金高幾倍，這就可大大降低渦流損耗，從而獲得優(yōu)良的磁特性，這對高頻更為可貴。利用這一特點，可以制造出用磁性晶體很難獲得的快速響應(yīng)型傳感器。合成物可以在任意高于居里溫度（約）下產(chǎn)生，這就使得發(fā)展快速響應(yīng)的溫度傳感器成為可能。
3.2.3.智能材料
　　智能材料是指設(shè)計和控制材料的物理、化學、機械、電學等參數(shù)，研制出生物體材料所具有的特性或者優(yōu)于生物體材料性能的人造材料。有人認為，具有下述功能的材料可稱之為智能材料：具備對環(huán)境的判斷可自適應(yīng)功能；具備自診斷功能；具備自修復(fù)功能；具備自增強功能（或稱時基功能）。
　　生物體材料的zui突出特點是具有時基功能，因此這種傳感器特性是微分型的，它對變分部分比較敏感。反之，長期處于某一環(huán)境并習慣了此環(huán)境，則靈敏度下降。一般說來，它能適應(yīng)環(huán)境調(diào)節(jié)其靈敏度。除了生物體材料外，zui引人注目的智能材料是形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶聚合物。 嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
　　智能材料的探索工作剛剛開始，相信不久的將來會有很大的發(fā)展。
3.2.4 新工藝的采用
在發(fā)展新型傳感器中，離不開新工藝的采用。新工藝的含義范圍很廣，這里主要指與發(fā)展新興傳感器特別密切的微細加工技術(shù)。該技術(shù)又稱微機械加工技術(shù)，是近年來隨著集成電路工藝發(fā)展起來的，它是離子束、電子束、分子束、激光束和化學刻蝕等用于微電子加工的技術(shù)，目前已越來越多地用于傳感器領(lǐng)域，例如濺射、蒸鍍、等離子體刻蝕、化學氣體淀積（CVD）、外延、擴散、腐蝕、光刻等，迄今已有大量采用上述工藝制成的傳感器的國內(nèi)外報道。
　　以應(yīng)變式傳感器為例。應(yīng)變片可分為體型應(yīng)變片、金屬箔式應(yīng)變片、擴散型應(yīng)變片和薄膜應(yīng)變片，而薄膜應(yīng)變片則是今后的發(fā)展趨勢，這主要是由于近年來薄膜工藝發(fā)展迅速，除采用真空淀積、高頻濺射外，還發(fā)展了磁控濺射、等離子體增強化學汽相淀積、金屬有機化合物化學汽相淀積、分子束外延、光CVD技術(shù)，這些對傳感器的發(fā)展起了很大推動作用。如目前常見的濺射型應(yīng)變計，是采用濺射技術(shù)直接在應(yīng)變體即產(chǎn)生應(yīng)變的柱梁、振動片等彈性體上形成的。這種應(yīng)變計厚度很薄，大約為傳統(tǒng)的箔式應(yīng)變計的十分之一以下，故又稱薄膜應(yīng)變計。濺射型應(yīng)變計的主要優(yōu)點是：可靠性好，精度高，容易做成高阻抗的小型應(yīng)變計，無遲滯和蠕變現(xiàn)象，具有良好的耐熱性和沖擊性能等。用化學氣相淀積法制備薄膜，以其成膜溫度低、可靠性好、系統(tǒng)簡單等優(yōu)點而發(fā)展很快，在制備多晶硅微晶硅傳感器方面有許多報道。硅杯是力敏元件中非常重要的結(jié)構(gòu)。目前已極少采用機械方法加工硅杯，而改為可控的化學腐蝕方法，如各向異性腐蝕、凸角補償和etch-step法等，化學腐蝕方法，可做到工藝穩(wěn)定，硅杯尺寸很小，膜片均勻度很高，結(jié)構(gòu)從C形、E形、雙島發(fā)展到梁膜式，性能和生產(chǎn)率都有很大提高。
3.2.5集成化、多功能化與智能化
　　傳感器集成化包括兩種定義，一是同一功能的多元件并列化，即將同一類型的單個傳感元件用集成工藝在同一平面上排列起來，排成1維的為線性傳感器，CCD圖象傳感器就屬于這種情況。集成化的另一個定義是多功能一體化，即將傳感器與放大、運算以及溫度補償?shù)拳h(huán)節(jié)一體化，組裝成一個器件。
　　目前，各類集成化傳感器已有許多系列產(chǎn)品，有些已得到廣泛應(yīng)用。集成化已經(jīng)成為傳感器技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。 嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
　　隨著集成化技術(shù)的發(fā)展，各類混合集成和單片集成式壓力傳感器相繼出現(xiàn)，有的已經(jīng)成為商品。集成化壓力傳感器有壓阻式、電容式、等類型，其中壓阻式集成化傳感器發(fā)展快、應(yīng)用廣。自從壓阻效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后，有人把4個力敏電阻構(gòu)成的全橋做在硅膜上，就成為一個集成化壓力傳感器。國內(nèi)在80年代就研制出了把壓敏電阻、電橋、電壓放大器和溫度補償電路集成在一起的單塊壓力傳感器，其性能與國外同類產(chǎn)品相當。由于采用了集成工藝，將壓敏部分和集成電路分為幾個芯片，然后混合集成為一體。提高了輸出性能及可靠性，有較強的抗干擾能力，*消除了二次儀表帶來的誤差。
　　70年代國外就出現(xiàn)了集成溫度傳感器，它基本上是利用晶體管作為溫度敏感元件的集成電路。其性能穩(wěn)定，使用方便，溫度范圍在。國內(nèi)在這方面也有不少進展，例如近年來研制集成熱電堆紅外傳感器等。集成化溫度傳感器具有遠距離測量和抗干擾能力強等優(yōu)點，具有很大的實用價值。
　　傳感器的多功能化也是其發(fā)展方向之一。所謂多功能化的典型實例，美國某大學傳感器研究發(fā)展中心研制的單片硅多維力傳感器可以同時測量3個線速度、3個離心加速度（角速度）和3個角加速度。主要元件是由4個正確設(shè)計安裝在一個基板上的懸臂梁組成的單片硅結(jié)構(gòu)，9個正確布置在各個懸臂梁上的壓阻敏感元件。多功能化不僅可以降低生產(chǎn)成本，減小體積，而且可以有效的提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性等性能指標。
　　為同時測量幾種不同被測參數(shù)，可將幾種不同的傳感器元件復(fù)合在一起，作成集成塊。例如一種溫、氣、濕三功能陶瓷傳感器已經(jīng)研制成功。
　　把多個功能不同的傳感元件集成在一起，除可同時進行多種參數(shù)的測量外，還可對這些參數(shù)的測量結(jié)果進行綜合處理和評價，可反映出被測系統(tǒng)的整體狀態(tài)。由上還可以看出，集成化對固態(tài)傳感器帶來了許多新的機會，同時它也是多功能化的基礎(chǔ)。 嘉興中寶檢測設(shè)備有限公司
　　傳感器與微處理機相結(jié)合，使之不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，就稱之為傳感器的智能化。借助于半導(dǎo)體集成化技術(shù)把傳感器部分與信號預(yù)處理電路、輸入輸出接口、微處理器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成智能傳感器。可以說智能傳感器是傳感器技術(shù)與大規(guī)模集成電路技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的實現(xiàn)將取決于傳感技術(shù)與半導(dǎo)體集成化工藝水平的提高與發(fā)展。這類傳感器具有多能、高性能、體積小、適宜大批量生產(chǎn)和使用方便等優(yōu)點，可以肯定地說，是傳感器重要的方向之一。
　　智能傳感器又叫靈巧（Smart）傳感器。這一概念zui早是由美國宇航局在開發(fā)宇宙飛船過程中提出來的。飛船上天后需要知道其速度、位置、姿態(tài)等數(shù)據(jù)。為使宇宙員能正常生活，需要控制艙內(nèi)的溫度、濕度、氣壓、加速度、空氣成分等。為了進行科學考察，需要進行各種測試工作。所有這些都需要大量的傳感器。眾多傳感器獲得的大量數(shù)據(jù)需要處理，顯然在飛船上安放大型電子計算機是不合適的。為了不丟失數(shù)據(jù)，又要降低費用，提出了分散處理這些數(shù)據(jù)的方法。即傳感器獲得的數(shù)據(jù)自行處理，只送出必要的少量數(shù)據(jù)。由此可見，智能傳感器是電五官與微電腦的統(tǒng)一體，對外界信息具有檢測、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷、自診斷和自適應(yīng)能力的集成一體化多功能傳感器，這種傳感器還具有與主機互相對話的功能，也可以自行選擇*方案。它還能將已獲得的大量數(shù)據(jù)進行分割處理，實現(xiàn)遠距離、高速度、高精度傳輸?shù)取?/p>

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