我國工業(yè)傳感面臨的挑戰(zhàn)和工業(yè)常用傳感器分析

　　工業(yè)領(lǐng)域常用的傳感器分析

　　按被測(cè)量對(duì)象分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。

　　內(nèi)部信息傳感器主要檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部的位置，速度，力，力矩，溫度以及異常變化。

　　外部信息傳感器主要檢測(cè)系統(tǒng)的外部環(huán)境狀態(tài)，它有相對(duì)應(yīng)的接觸式(觸覺傳感器、滑動(dòng)覺傳感器、壓覺傳感器)和非接觸式(視覺傳感器、超聲測(cè)距、激光測(cè)距)。

　　超聲波傳感器

　　按傳感器能量源

　　可分為有源傳感器和無源傳感器。

　　1)無源傳感器：不需外加電源。而是將被測(cè)量的相關(guān)能量轉(zhuǎn)換成電量輸出(主要有：壓電式、磁電感應(yīng)式、熱電式、光電式)又稱能量轉(zhuǎn)化型;

　　例如：

　　光電傳感器能將光射線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其原理類似太陽能電池;

　　壓電傳感器能夠?qū)毫D(zhuǎn)換成電壓信號(hào);

　　熱電傳感器能將被測(cè)溫度場的能量(熱能)直接轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)的輸出等等。

　　2)有源傳感器：需要外加電源才能輸出電量，又稱能量控制型(主要有：電阻式、電容式、電感式、霍爾式)。

　　按作用形式

　　可分為主動(dòng)型和被動(dòng)型傳感器。

　　主動(dòng)型傳感器，此種傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象能發(fā)出一定探測(cè)信號(hào)，能檢測(cè)探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中所產(chǎn)生的變化，或者由探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中產(chǎn)生某種效應(yīng)而形成信號(hào)。

　　1)檢測(cè)探測(cè)信號(hào)變化方式的稱為作用型

　　2)檢測(cè)產(chǎn)生響應(yīng)而形成信號(hào)方式的稱為反作用型。

　　雷達(dá)與無線電頻率范圍探測(cè)器是作用型實(shí)例，而光聲效應(yīng)分析裝置與激光分析器是反作用型實(shí)例。

　　被動(dòng)型傳感器只是接收被測(cè)對(duì)象本身產(chǎn)生的信號(hào)，如紅外輻射溫度計(jì)、紅外攝像裝置等。

　　按外界輸入的信號(hào)變換為電信號(hào)采用的效應(yīng)

　　可分為物理型傳感器、化學(xué)型傳感器和生物型傳感器三大類

　　物理型傳感器又可以分為結(jié)構(gòu)型傳感器和物性型傳感器。

　　結(jié)構(gòu)型傳感器是以結(jié)構(gòu)(如形狀、尺寸等)為基礎(chǔ)，利用某些物理規(guī)律來感受(敏感)被測(cè)量，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。例如：

　　電容式壓力傳感器

　　必須有按規(guī)定參數(shù)設(shè)計(jì)制成的電容式敏感元件，當(dāng)被測(cè)壓力作用在電容式敏感元件的動(dòng)極板上時(shí)，引起電容間隙的變化導(dǎo)致電容值的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的測(cè)量。

　　物性型傳感器就是利用某些功能材料本身所具有的內(nèi)在特性及效應(yīng)感受(敏感)被測(cè)量，并轉(zhuǎn)換成可用電信號(hào)的傳感器。例如：

　　壓電式壓力傳感器

　　利用具有壓電特性的石英晶體材料制成的壓電式壓力傳感器，就是利用石英晶體材料本身具有的正壓電效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力測(cè)量的;

　　壓阻式傳感器

　　利用半導(dǎo)體材料在被測(cè)壓力作用下引起其內(nèi)部應(yīng)力變化導(dǎo)致其電阻值變化制成的壓阻式傳感器，就是利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力測(cè)量的。

　　一般而言，結(jié)構(gòu)型傳感器強(qiáng)調(diào)要依靠精密設(shè)計(jì)制作的結(jié)構(gòu)才能保證其正常工作;而物性型傳感器則主要依靠材料本身的物理特性、物理效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的敏感。

　　化學(xué)傳感器是利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機(jī)或有機(jī)化學(xué)的物質(zhì)成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器。最常用的是離子傳感器，即利用離子選擇性電極，測(cè)量溶液的pH值或某些離子的活度，如K+，Na+，Ca2+等。電極的測(cè)量對(duì)象不同，但其測(cè)量原理基本相同。

　　離子煙霧傳感器

　　主要是利用電極界面(固相)和被測(cè)溶液(液相)之間的電化學(xué)反應(yīng)，即利用電極對(duì)溶液中離子的選擇性響應(yīng)而產(chǎn)生的電位差。所產(chǎn)生的電位差與被測(cè)離子活度對(duì)數(shù)成線性關(guān)系，故檢測(cè)出其反應(yīng)過程中的電位差或由其影響的電流值，即可給出被測(cè)離子的活度。

　　化學(xué)傳感器的核心部分是離子選擇性敏感膜。膜可以分為固體膜和液體膜。玻璃膜、單晶膜和多晶膜屬固體膜;而帶正、負(fù)電荷的載體膜和中性載體膜則為液體膜。

　　化學(xué)傳感器廣泛應(yīng)用于化學(xué)分析、化學(xué)工業(yè)的在線檢測(cè)及環(huán)保檢測(cè)中。

　　生物傳感器是一種利用生物活性物質(zhì)選擇性來識(shí)別和測(cè)定生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器。生物活性物質(zhì)對(duì)某種物質(zhì)具有選擇性親和力，也稱其為功能識(shí)別能力。

　　生物傳感器主要由兩大部分組成。

　　其一是功能識(shí)別物質(zhì)，其作用是對(duì)被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行特定識(shí)別。

　　這些功能識(shí)別物有酶、抗原、抗體、微生物及細(xì)胞等。用特殊方法把這些識(shí)別物固化在特制的有機(jī)膜上從而形成具有對(duì)特定的從低分子到大分子化合物進(jìn)行識(shí)別功能的功能膜。

　　其二是電、光信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，此裝置的作用是把在功能膜上進(jìn)行的識(shí)別被測(cè)物所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)碾娦盘?hào)或光信號(hào)。

　　生物傳感器的最大特點(diǎn)是能在分子水平上識(shí)別被測(cè)物質(zhì)，不僅在化學(xué)工業(yè)的監(jiān)測(cè)上，而且在醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)保監(jiān)測(cè)等方面都有著廣泛的應(yīng)用前景。

　　關(guān)于傳感器，由于敏感材料和傳感器的數(shù)量特別多，類別十分繁復(fù)，相互之間又有著交叉和重疊，這里就不再贅述。