先进传感器的应用与发展

先进传感器的应用与发展传感器（transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。我国的国家标准对传感器的定义是“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”，而在新韦伯斯特大辞典上的定义是“从一个系统接受功率，通常另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。

从这些定义上看，我们身边处处都有传感器的身影：楼道的声控灯，办公楼的自动门，手里用的触屏手机、相机，电子眼，红外线报警器，流量计，测速计，电子称，乃至一个小小的温度计，在某种意义上讲，也是一个简易的传感器。科技的发展，让传感器也有一个用简易到复杂的发展过程，到了现在，传感器在控制过程中的应用已经是相当的广泛，并且依旧有广阔的发展空间。

人们常将传感器称为人类五官的延长，因此传感器可以粗略的依靠视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉而分为五大类，下面就以这五大类传感器来谈谈现在的先进的传感器在过程控制工业与生活中的应用，以及这些传感器未来的发展趋势。

一、光敏传感器

光敏传感器类似于人类的视觉，可以依靠光线的颜色与亮度来进行系统的调节。其分类并不仅仅限于最简单的那些阻值随光线强弱变化的光敏电阻，光电管、光电倍增管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、色彩传感器、图像传感器等等都属于光敏传感器的范畴。下面简单介绍几类与控制领域相关的传感器的应用。

红外线传感器：如上文所说的自动门，当传感器检测到高温（生命体）信号时，可以控制门的自动打开，等高温信号在一定距离外消失后，又可以把门关上，这类应用，属于在未来很有研究潜力的领域——智能家居的范围。而一些重要的场合应用的红外线报警器，可以有效的进行防盗。红外线成像仪的作用类似于图像传感器，但是主要检测的高温物体，并且可以利用红外线的穿透性来检测一些在障碍物外的高温物体，这是图像传感器所不能达到的。

光敏电阻：生活中比较常见的楼道电灯的声光控开关，这类开关可以保证在白天光线较强的情况下，电灯是不能被打开的。而到了夜晚或者光线不足的情况时。可以通过声音来打开电灯。这样可以有效的节省能源。现在的触屏手机中的某些产品也有一些光敏电阻，可以根据所处环境的光线强弱来自动调节手机屏幕的亮度，这种人性化的设计也得益于光敏电阻的应用。

图像传感器：这类传感器的应用更为广泛，照相机、摄像头，尤其是现在的

设备都是数字类型的传感器，其应用是如此的广泛。而且发展势头之猛也是大家有目共睹的：十年前的30w像素的摄像头，到现在动辄几千万像素的摄像头，其图像质量及图像的处理手段都在稳固的提高，现在有一类摄像头，可以通过捕捉物体的运动来控制对象的运动，当然最成熟与广泛的应用是这类系统在一些模拟赛车等的游戏上的应用，但是其也可以用在工业过程中。

二、声敏传感器

声敏传感器最典型的代表就是超声波传感器，超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。

在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。

超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便，防水型，发射夹角较小，灵敏度高，方便与工业显示仪表连接，也提供发射夹角较大的探头。

三、气敏传感器

气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。它的应用主要有：一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂（R11、R12）的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。

它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监

控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。

气敏传感器的最典型应用，莫过于现在交警手中的那个检测司机呼出的气中的酒精含量的仪器。还有一类气敏传感器可以用来进行一氧化碳气体、瓦斯气体与煤气等的检测，在关键的场合用来报警。

四、化学传感器

化学传感器（chemical sensor）对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。对比于人的感觉器官，化学传感器大体对应于人的嗅觉和味觉器官。但并不是单纯的人器官的模拟，还能感受人的器官不能感受的某些物质，如H2、CO。其主要用于化学测量。化学传感器常用于生产流程分析和环境污染监测。化学传感器在矿产资源的探测、气象观测和遥测、工业自动化、医学上远距离诊断和实时监测、农业上生鲜保存和鱼群探测、防盗、安全报警和节能等各方面都有重要的应用。

另有一类生物传感器，对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。一般可以应用于测定分析食品中的应用包括食品成分、食品添加剂、有害毒物及食品鲜度等。这类传感器融生物学、化学、物理学、信息科学及相关技术于一体，已经成为一个十分活跃的研究领域。其发展前景广不可言。

五、压敏、温敏、流体传感器

这类传感器对应的是人类的触觉，其在人们的日常生活中的应用十分广泛。

压敏传感器：现在的一些商店已经采用电子称进行称重，并且可以输入货物的单价直接得出顾客需要付的钱数，极大的减轻了卖家的脑力负担，也避免了一些顾客不识商家的杆秤而带来的怕被商家欺骗的可能性。这类电子称简单易用，便于存放管理，是一类非常实用的传感器。

温敏传感器：温敏传感器在人们的生活中也比较广泛，除去常见的水银温度计不说（这类温度计属于传感器与否饱受争议），现在已经有了一类电子指示的温敏传感器，其应用热电偶来进行温度的测量，应用到医学上，也省去了用普通的温度计还要等待一段时间的麻烦。一些家庭里或者公共场合也有电子温度计来监测室温，便于人们调节室内环境。

流体传感器：现在的楼房住户里基本上都安装了水表与煤气表，这类仪表都是典型的流体传感器，其类型有的可以监测流体的流速，有的可以监测流体的流量，不管应用在工业上还是生活中，都是一类相当实用的传感器。

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