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对传感器额的论述资料
专科毕业论文
对传感器的论述
Discussion On Sensor
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尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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目录
摘要
Abstract
引言1
第一章传感器基础知识2
1.1传感器的组成与分类2
1.1.1传感器的定义2
1.1.2传感器的组成与分类3
1.2传感器的基本特性3
1.3传感器的标定和校准3
第二章我国传感器的发展4
2.1我国传感器的发展史4
2.1.120世纪的发展5
2.1.221世纪的发展5
2.2我国传感器的现状6
2.3我国传感器的科研成果6
第三章国外传感器的发展7
3.1国外传感器的发展历史与回顾7
3.2国外传感器的应用领域7
第四章中外传感器现状对比8
结论9
致谢10
参考文献11
对传感器的论述
摘要：
传感器（英文名称：
transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，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。
传感器的特点包括：
微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。
通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。
传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。
一般来说，秤体有几个支撑点就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体如电子吊钩秤就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。
传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。
一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。
但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。
传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。
关键词：
敏感元件；转换元件；变送器；
Discussion on sensor
Abstract:
Sensor（EnglishName:
transducer/sensor）isadetectiondevice,canfeelthemeasuredinformation,andcanfeeltheinformation,accordingtothelawmusttransformintoelectricalsignalsorotherformsofinformationrequiredforoutputtomeettheinformationtransmission,processing,storage,display,recordandcontrolrequirements.Usuallyonthebasisofthebasicsensingfunctionisdividedintoaheatsensitiveelement,aphotosensitiveelement,agassensor,forcesensor,magneticsensor,humiditysensor,acousticsensor,radiationsensitiveelement,colorsensorsandtastesensitiveelementandothertencategories.Thenumberofsensorsareselectedaccordingtotheapplication,electronicweighingscalebodyneedssupportpoints（supportingpointsshouldbeaccordingtogeometricscalebodycenterofgravityandtheactualcenterofgravityprincipleanddetermination）and.Generallyspeaking,thescalebodyhasseveralsupportingpointontheselectionofafewsensors,butforsomespecialscalebodysuchaselectronichookscalecanonlyuseonesensor,itshouldbetodeterminethenumberofselectedsensoraccordingtobasedonthemaxweighingscales,theselectionofthenumberofsensors,weighingbodyweight,thepossiblemaximumloadanddynamicloadandotherfactorstodeterminethecomprehensiveevaluation.Ingeneral,thesensorrangeclosertotheallocationtoeachsensoroftheload,theweighingaccuracyishigher.Thecalculationformulaofsensorisinfullconsiderationofvariousfactorsaffectingthescalebody,afteralotofexperimentsanddeterminethe.
Keywords:
Sensitiveelement; interfaceelement; transmitter;
引言
人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：
例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。
显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。
一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。
世界各国都十分重视这一领域的发展。
相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。
第一章传感器基础知识
1.1传感器的组成与分类
1.1.1传感器的定义
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:
"能感受规定的被测量并按照一定的规律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"。
传感器是一种检测装置,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。
1.1.2传感器的组成与分类
传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。
1）敏感元件（Sensitiveelement）：
直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
2）转换元件（Transductionelement）：
以敏感元件的输出为输入，把输入转换成电路参数。
3）转换电路（Transductioncircuit）：
上述电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。
1.2传感器的基本特性
在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。
如果把传感器看作二端口网络，即有两个输入端和两个输出端，那么传感器的输出-输入特性是与其内部结构参数有关的外部特性。
传感器的基本特性可用静态特性和动态特性来描述。
传感器的静态特性是指当被测量的值处于稳定状态时的输入输出关系。
只考虑传感器的静态特性时，输入量与输出量之间的关系式中不含有时间变量。
衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。
传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。
当被测量随时间变化，是时间的函数时，则传感器的输出量也是时间的函数，其间的关系要用动特性来表示。
一个动态特性好的传感器，其输出将再现输入量的变化规律，即具有相同的时间函数。
实际上除了具有理想的比例特性外，输出信号将不会与输入信号具有相同的时间函数，这种输出与输入间的差异就是所谓的动态误差。
为了说明传感器的动态特性，下面简要介绍动态测温的问题。
在被测温度随时间变化或传感器突然插入被测介质中以及传感器以扫描方式测量某温度场的温度分布等情况下，都存在动态测温问题。
如把一支热电偶从温度为t0℃环境中迅速插入一个温度为t℃的恒温水槽中（插入时间忽略不计），这时热电偶测量的介质温度从t0突然上升到t，而热电偶反映出来的温度从t0℃变化到t℃需要经历一段时间，即有一段过渡过程。
热电偶反映出来的温度与介质温度的差值就称为动态误差。
造成热电偶输出波形失真和产生动态误差的原因，是因为温度传感器有热惯性（由传感器的比热容和质量大小决定）和传热热阻，使得在动态测温时传感器输出总是滞后于被测介质的温度变化。
如带有套管的热电偶的热惯性要比裸热电偶大得多。
这种热惯性是热电偶固有的，这种热惯性决定了热电偶测量快速温度变化时会产生动态误差。
影响动态特性的“固有因素”任何传感器都有，只不过它们的表现形式和作用程度不同而已。
动态特性除了与传感器的固有因素有关之外，还与传感器输入量的变化形式有关。
也就是说，我们在研究传感器动特性时，通常是根据不同输入变化规律来考察传感器的响应的[1]。
1.3传感器的标定与校准
传感器的标定是通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系。
同时，确定出不同使用条件下的误差关系。
传感器的标定工作可分为如下几个方面：
1）新研制的传感器需进行全面技术性能的检定，用检定数据进行量值传递，同时检定数据也是改进传感器设计的重要依据；
2）经过一段时间的储存或使用后对传感器的复测工作。
传感器的标定分为静态标定和动态标定。
静态标定目的是确定传感器的静态特性指标，如线性度、灵敏度、滞后和重复性等。
动态标定目的是确定传感器的动态特性参数，如频率响应、时间常数、固有频率和阻尼比等[2]。
第二章我国传感器的发展
2.1我国传感器的发展史
2.1.120世纪的发展
我国早在20世纪60年代就开始涉足传感器制造业。
我国在1972年组建成立中国第一批压阻传感器研制生产单位；1974年，研制成功中国第一个实用压阻式压力传感器；1978年，诞生中国第一个固态压阻加速度传感器；1982年，国内最早开始硅微机械系统（MEMS）加工技术和SOI（绝缘体上硅）技术的研究。
进入20世纪90年代后，硅微机械加工技术的绝对压力传感器、微压传感器、呼吸机压传感器、多晶硅压力传感器、低成本TO-8封装压力传感器等相继问世并实现生产。
改革开放30年来，我国传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：
建立了传感技术国家重点实验室、微米/纳米国家重点实验室、国家传感技术工程中心等研究开发基地；MEMS、MOEMS（微光机电系统）等研究项目列入了国家高新技术发展重点；在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格新产品的成绩，初步建立了敏感元件与传感器产业；
2.1.221世纪的发展
改革开放30年来，我国传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：
建立了传感技术国家重点实验室、微米/纳米国家重点实验室、国家传感技术工程中心等研究开发基地；MEMS、MOEMS（微光机电系统）等研究项目列入了国家高新技术发展重点；在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格新产品的成绩，初步建立了敏感元件与传感器产业；2007年传感器业总产量达到20.93亿只，品种规格已有近6000种，并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定应用。
我国在20世纪80年代末就将传感器列入国家高新技术发展的重点，经过“八五”、“九五”和“十五”的攻关和产业化建设，目前全国已有2000多家企事业单位从事传感器的研制、生产和应用。
由于经济发展水平和生产研发资金的限制，我国传感器行业总体技术水平还是相对比较落后的，规模和应用领域都较小。
今天活跃在国际市场上的仍然是德国、日本、美国、俄国等老牌工业国家的企业。
在这些国家里，传感器的应用范围很广，许多厂家的生产都实现了规模化，有些企业的年生产能力达到几千万只甚至几亿只。
相比之下，中国传感器的应用范围较窄，更多的应用仍然停留在工业测量与控制等基础应用领域。
几十年来，微电子技术促进了传感器技术的发展。
未来10年-20年，传统硅技术将进入成熟期（预计在2014年-2017年）。
从总体发展看，传统硅技术市场将一直延续到2047年（即晶体管发明100周年）才趋于饱和（即达到芯片特征尺寸的极限）并衰退。
而当前微电子技术仍将依循“等缩比原理”和“摩尔定律”两条基础定律走下去，在逼近传统硅技术极限中，不断扩展硅的跨学科横向应用（如MEMS等）和更先进应用（量子、分子器件）。
而上述微电子技术的两大发展方向正是当前乃至未来20年传感器技术的主要发展方向[3]。
2.2我国传感器的现状
我国传感器的技术和产品，经过发展，有了较大的提高。
全国已经有1600多家企事业单位从事传感器研制、开发、生产。
但与国外相比，我国传感器产品品种和质量水平，尚不能满足国内市场的需求，总体水平还处于国外上世纪90年代初期的水平。
2012年传感器发展重点传感器技术：
（1）MEMS工艺和新一代固态传感器微结构制造工艺：
深反应离子刻蚀（DRIE）工艺或IGP工艺;封装工艺：
如常温键合倒装焊接、无应力微薄结构封装、多芯片组装工艺;新型传感器：
如用微硅电容传感器、微硅质量流量传感器、航空航天用动态传感器、微传感器，汽车专用压力、加速度传感器，环保用微化学传感器等。
（2）集成工艺和多变量复合传感器微结构集成制造工艺;工业控制用多变量复合传感器，如：
压力、静压、温度三变量传感器，气压、风力、温度、湿度四变量传感器，微硅复合应变压力传感器，陈列传感器。
（3）智能化技术与智能传感器信号有线或无线探测、变换处理、逻辑判断、功能计算、双向通讯、自诊断等智能化技术;智能多变量传感器，智能电量传感器和各种智能传感器、变送器。
（4）网络化技术和网络化传感器传感器网络化技术;网络化传感器，使传感器具有工业化标准接口和协议功能。
传感器技术存在的主要问题有：
（1）科技创新差，核心制造技术严重滞后于国外，拥有自主知识产权的产品少，品种不全，产品技术水平与国外相差15年左右。
（2）投资强度偏低，科研设备和生产工艺装备落后，成果水平低，产品质量差。
（3）科技与生产脱节，影响科研成果的转化，综合实力较低，产业发展后劲不足[4]。
2.3我国传感器的科研成果
1）复旦大学发明的掩膜-无掩膜腐蚀工艺为国际首创。
不仅在实验上取得凸角处出现[311]面的基本规律，理论上也推导出新的底面条件和新生底面深度和位置的公式，开创了用腐蚀技术制造微结构的新工艺。
利用KOH腐蚀液对于不同晶面腐蚀速率的差异，在理论和工艺上解决了采用一次掩膜技术形成三维多层微机械结构的工艺，多层结构层差控制精度在4/μm以内，转移平面的平整度优于1/tm，受理一项发明专利。
2）清华大学研制成功一种基于石英谐振器应变敏感效应的数字式力与称重传感器。
研究了敏感元件的力敏特性、谐振器的能陷效应与谐振频率、谐波次数和结构的关系，保证了良好的频率稳定性。
研制了专用胶粘剂，解决了影响传感器蠕变和滞后性能的关键工艺，提高了传感器性能指标及合格率。
在国内外首创开发了系列化的下游应用产品——各类石英电子衡器。
取得6项实用新型专利、一项发明专利，受理4项发明专利。
3）哈尔滨理工大学研制成功了"新型本征半导电高分子压力温度双参数传感器"，首次合成聚省醌自由基高聚物，这是一种压敏系数和温度系数极高的高分子材料，过材料表面处理等技术制成传感器，解决了油井高温潜油泵的温度和压力测量的难题。
经过检索表明，新型本征高分子压力温度双参数传感器为国际首创，已经受理一项发明专利。
4）沈阳仪器仪表工艺研究所在国内首次解决了扩散硅力敏芯片温度灵敏度自补偿工艺。
通过调整平面工艺的掺杂工艺参数，实现了在-30-80C的全温区内，力敏芯片的灵敏度温度漂移控制在5%o之内，实现了扩散硅力敏芯片的灵敏度温度自补偿。
5）沈阳仪器仪表工艺研究所开发了高灵敏度InSb薄膜制备工艺，解决了高密度、高磁导率铁氧体基底磨抛工艺，In、Sb单质蒸镀工艺，敏感磨层微米级减薄工艺以及提高芯片灵敏度的掺杂工艺，研制的InSb薄膜完全能够满足制备高性能磁敏元件的需要。
取得了两项实用新型专利和发明专利[5]。
第三章国外传感器的发展
3.1国外传感器的发展历史与回顾
传感器技术是在20世纪的中期才刚刚问世的。
在那时，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段，并没有投入到实际生产与广泛应用中，转化率比较低。
在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。
然而，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。
3.2国外传感器的应用领域
传感器在当前科研领域的运用范围很广，影响力巨大。
尤其是基于光电传感器技术原理研发和制造出的新型光电传感器已成为当今传感器市场的主流。
在国外，光电传感器技术已广泛地运用到各国军事技术、航空航天、检测技术以及车辆工程等诸多领域。
例如，军事上，国外激光制导技术迅猛发展，使导弹发射的精度和射中目标的准确性大幅度提高;美国在航空航天领域，研制出了新型高精度高耐性红外测温传感器，使其在恶劣的环境中仍能高精度测量出运行中的飞行器各部分温度;国外的城市交通管理也大多运用电子红外光电传感器进行路段事故检测和故障排解的指挥;同时，国外现有汽车中常装载有新型光电传感器，如激光防撞雷达、红外夜视装置、测量发动机燃料特性、压力变化并用于导航的光纤陀螺等[6]。
第四章中外传感器现状对比
21世纪是迈向信息化社会的崭新阶段。
其中，光电信息学与生物学的迅猛发展已成为这一时期科学技术发展的重要标志，并最有机会寻求更大的突破与飞跃。
传感器技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科，在人类迈向新世纪，步入信息化社会的关键阶段想要寻求空前迅速的发展，很大程度上取决于传感器在这两个前沿领域中的深入研究与广泛应用。
在国外，光电传感器技术已广泛地运用到各国军事技术、航空航天、检测技术以及车辆工程等诸多领域。
例如，军事上，国外激光制导技术迅猛发展，使导弹发射的精度和射中目标的准确性大幅度提高；美国在航空航天领域，研制出了新型高精度高耐性红外测温传感器，使其在恶劣的环境中仍能高精度测量出运行中的飞行器各部分温度；国外的城市交通管理也大多运用电子红外光电传感器进行路段事故检测和故障排解的指挥；同时，国外现有汽车中常装载有新型光电传感器，如激光防撞雷达、红外夜视装置、测量发动机燃料特性、压力变化并用于导航的光纤陀螺等。
在国内，传感器行业发展迅速，传感器市场近些年一直持续增长，势头良好，主要应用于工业制造、汽车产品、电子通讯和专用设备，其中工业制造和汽车产品达到市场份额的三分之一。
传感器给我国的迅速发展带来了无限商机，西门子、霍尼韦尔、凯乐、横河等传感器大企业纷纷进入我国市场，这为我国工业设备制造商和汽车制造业等传感器最终消费者带来了很大便利，但也对国内传感器行业施加了很大压力。
国内传感器产品存在的主要问题是：
品种少，质量较差；制造工艺技术相对落后；生产企业不掌握先进的核心制造技术；高性能传感器的科研成果转化率较低[7]。
结论
传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高技术，是进入21世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。
现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间。
然而我们应该看到，我国在传感器技术方面的研究和应用实力，仍不及世界上的一些其他国家。
为此，国内传感器的研究开发工作应重视基础性研究,针对中试规模的新产品,在攻克制造工艺技术的前提下,进行工艺稳定性研究及市
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