我國工業(yè)傳感面臨的挑戰和工業(yè)常用傳感器分析

　　工業(yè)領(lǐng)域常用的傳感器分析

　　按被測量對象分為內部傳感器和外部傳感器。

　　內部信息傳感器主要檢測系統內部的位置，速度，力，力矩，溫度以及異常變化。

　　外部信息傳感器主要檢測系統的外部環(huán)境狀態(tài)，它有相對應的接觸式(觸覺(jué)傳感器、滑動(dòng)覺(jué)傳感器、壓覺(jué)傳感器)和非接觸式(視覺(jué)傳感器、超聲測距、激光測距)。

　　超聲波傳感器

　　按傳感器能量源

　　可分為有源傳感器和無(wú)源傳感器。

　　1)無(wú)源傳感器：不需外加電源。而是將被測量的相關(guān)能量轉換成電量輸出(主要有：壓電式、磁電感應式、熱電式、光電式)又稱(chēng)能量轉化型;

　　例如：

　　光電傳感器能將光射線(xiàn)轉換成電信號，其原理類(lèi)似太陽(yáng)能電池;

　　壓電傳感器能夠將壓力轉換成電壓信號;

　　熱電傳感器能將被測溫度場(chǎng)的能量(熱能)直接轉換成為電壓信號的輸出等等。

　　2)有源傳感器：需要外加電源才能輸出電量，又稱(chēng)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，此種傳感器對被測對象能發(fā)出一定探測信號，能檢測探測信號在被測對象中所產(chǎn)生的變化，或者由探測信號在被測對象中產(chǎn)生某種效應而形成信號。

　　1)檢測探測信號變化方式的稱(chēng)為作用型

　　2)檢測產(chǎn)生響應而形成信號方式的稱(chēng)為反作用型。

　　雷達與無(wú)線(xiàn)電頻率范圍探測器是作用型實(shí)例，而光聲效應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對象本身產(chǎn)生的信號，如紅外輻射溫度計、紅外攝像裝置等。

　　按外界輸入的信號變換為電信號采用的效應

　　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(lèi)

　　物理型傳感器又可以分為結構型傳感器和物性型傳感器。

　　結構型傳感器是以結構(如形狀、尺寸等)為基礎，利用某些物理規律來(lái)感受(敏感)被測量，并將其轉換為電信號實(shí)現測量的。例如：

　　電容式壓力傳感器

　　必須有按規定參數設計制成的電容式敏感元件，當被測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致電容值的變化，從而實(shí)現對壓力的測量。

　　物性型傳感器就是利用某些功能材料本身所具有的內在特性及效應感受(敏感)被測量，并轉換成可用電信號的傳感器。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而實(shí)現對壓力測量的;

　　壓阻式傳感器

　　利用半導體材料在被測壓力作用下引起其內部應力變化導致其電阻值變化制成的壓阻式傳感器，就是利用半導體材料的壓阻效應而實(shí)現對壓力測量的。

　　一般而言，結構型傳感器強調要依靠精密設計制作的結構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、物理效應來(lái)實(shí)現對被測量的敏感。

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

　　離子煙霧傳感器

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

　　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)傳感器廣泛應用于化學(xué)分析、化學(xué)工業(yè)的在線(xiàn)檢測及環(huán)保檢測中。

　　生物傳感器是一種利用生物活性物質(zhì)選擇性來(lái)識別和測定生物化學(xué)物質(zhì)的傳感器。生物活性物質(zhì)對某種物質(zhì)具有選擇性親和力，也稱(chēng)其為功能識別能力。

　　生物傳感器主要由兩大部分組成。

　　其一是功能識別物質(zhì)，其作用是對被測物質(zhì)進(jìn)行特定識別。

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

　　其二是電、光信號轉換裝置，此裝置的作用是把在功能膜上進(jìn)行的識別被測物所產(chǎn)生的化學(xué)反應轉換成便于傳輸的電信號或光信號。

　　生物傳感器的最大特點(diǎn)是能在分子水平上識別被測物質(zhì)，不僅在化學(xué)工業(yè)的監測上，而且在醫學(xué)診斷、環(huán)保監測等方面都有著(zhù)廣泛的應用前景。

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