传感器的应用现状及未来趋势.doc

传感器的应用现状及未来趋势 邱仁炜1，李建飞2 （1.哈尔滨工业大学深圳研究生院电气工程专业，深圳 518055； 2.深圳艾默生网络能源有限公司，深圳 518057） 摘要：本文首先对传感器作了简介，然后介绍了传感器的应用现状，并对传感器的发展趋势作了预测，指出了几种未来发展方向的传感器。 关键词：传感器；新型；发展 The Modern Application and Development Direction of Sensors QIU Ren-wei1, LI Jian-fei2 Harbin Institute of Technology Shenzhen Graduate School, Shenzhen, 518055; 2. Shenzhen Emerson Network Power CO, LTD, Shenzhen, 518057) Abstract：This paper gives sensors a brief introduction and presents the modern application of sensors, makes a prediction of sensors and points out several representative sensors in the future. Key words：sensor；new type；development 1引言 随着信息时代的到来，计算机、各类智能仪器、机器人等高科技得到了越来越广泛的应用。在信息化时代，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理都需要必不可少的“感觉器官”——传感器。计算机被称为“电脑”，传感器被称为“电五官”。信息的获取和处理都离不开“大脑和五官”。作为提供信息的传感技术及传感器倍受重视，进入到了一个飞速发展的新阶段。 传感器种类繁多，其原理也各种各样。传感技术是一门知识密集型技术，它与许多学科相关，传感器技术已经成为各个应用领域，特别是电子信息工程、电气工程、自动控制工程、机械工程等领域中不可缺少的技术。传感技术与信息技术、计算机技术并列称为支撑现代信息产业的三大支柱。如果没有精度高和性能可靠的传感器，没有先进的传感器技术，那么信息的准确获取将无从谈起，信息技术与计算机技术将成为无源之水。 2传感器简介 传感器是一种装置或器件。国家标准GB 7665－87给传感器的定义是：能够感受规定的被测量并按照一定的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。传感器的定义包含四个方面的内容：（1）传感器是测量装置，能完成检测任务；（2）它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；（3）它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量，目前主要是电量；（4）输出和输入有对应关系，且应有一定的精确度。传 感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成，组成框图如图1所示。 图1 敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一种量的元件。敏感元件的输出量就是转换元件的输入量，转换元件把输入量转换成电路参量。电路参量接入转换电路，便可转换成电量输出。 传感器的基本特性通常可以分为静态特性和动态特性。传感器的静态特性是指被测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。如果被测量是一个不随时间变化，或随时间变化缓慢的量，可以只考虑其静态特性，这时传感器的输入量与输出量之间在数值上一般具有一定的对应关系，关系式中不含有时间变量。对静态特性而言，传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示： 式中：——输入量x为零时的输出量； ——非线性项系数。 传感器的静态特性指标主要包括灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移。 （1）灵敏度 灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义是输出量增量△y与相应输入量增量△x之比。用S表示灵敏度，即 它表示单位输入量的变化所引起传感器输出量的变化，显然，S值越大，表示传感器越灵敏。 （2）迟滞 传感器在输入量由小到大及输入量由大到小变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。如图2所示。 图2 也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。传感器在全量程范围内最大的迟滞差值与满量程输出值之比称为迟滞误差，用表示，即 产生迟滞误差的主要原因是由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械零部件的缺陷所造成的。 （3）线性度 线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。线性度也称为非线性误差，用表示，可以通过下式求得： 式中：——最大非线性绝对误差； ——满量程输出值。 （4）重复性 重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量