检测技术论文

传感器与检测技术的相关知识关键字传感器，灵敏度，敏感元件，信号，自动化，检测所谓传感器SENSOR,是指将感受到的物理量、化学量等信息,按照一定规律,转换成便于测量和传输的信号的装置。由于电信号易于传输和处理,因此一般概念上的传感器是指将非电量转换成电信号输出的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成,有时还需要加辅助电源,用方块图表示。敏感元件预变换器能够完成预变换的器件称为敏感元件,又称预变换器。如在传感器中各种类型的弹性元件常被称为敏感元件,并统称为弹性敏感元件。完成非电量到电量的变换时,并非所有的非电量都能利用现有手段直接变换为电量,往往是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量,然后再变换为电量。为了获取被测变量的精确数值,不仅要求敏感元件对所测变量的响应足够灵敏,还希望它不受或少受环境因素的影响。敏感元件与传感器的区别在于,传感器不但对被测变量敏感,而且能相应地以电信号,如电压、电流、频率等形式将其传送出去。转换元件将敏感元件输出的非电量直接转换为电量的器件称为转换元件。例如应变压力传感器中,弹性膜片是敏感元件,它将压力的变化转换成应变输出,而弹性膜片的应变施于电阻应变片上,电阻应变片将应变量转换为电量输出,因此电阻应变片才是转换元件。需要指出的是,一般的传感器都包括敏感元件和转换元件,但有一类传感器,其敏感元件和转换元件可合二为一,如压电晶体、热电偶等。测量电路将转换元件输出的电量变成便于显示、记录、控制和处理的有用电信号的电路,称为测量电路。测量电路的类型视转换元件的分类而定,经常采用的有电桥电路及其他特殊电路,如高阻抗输入电路、脉冲调宽电路、振荡回路等。传感器技术是一门学科跨度大、兼具理论性及应用性的技术。现代科学在理论原理或工艺技术上所取得的任何一点突破,几乎都会在传感器领域中得以体现。另一方面,现代科学每两个技术领域的发展都离不开传感器技术的支持,这些技术领域的需求既是传感器技术的应用背景,也是传感器技术发展的强大动力。然而,传感器技术的这种跨学科特性,使得传感器所涉及的领域非常之宽,给学习、研究与应用传感器技术带来了相当大的难度。传感器一般由敏感元件、转换元件及基本转换电路三部分组成。其作用是敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件。转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数及电流或电压等电信号的元件。基本转换电路则将该电信号转换成便于传输，处理的电量。2、正压电效应当某些晶体沿一定方向受外力作作而变形时，在相应的两个相对表面将产生极性相反的电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电的状态，这种物理现象称为正压电效应。其中晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，电荷的极性取决于变形的形式。3、在实际应用中，机电一体化系统对测速发电机的主要要求有哪些输出电压对转速应保持较精确的正比关系；转动惯量要小；灵敏度要高。4、什么是热电效应当两种不同金属导体两端相互紧密地连接在一起组成一个闭合电路时，由于两个接触点温度不同，回路中将产生热电动势，并有电流通过，这种把热能转化为电能的现象称为热电效应。5、常用的气敏元件有哪些常用的气敏元件有三种它们分别是烧结型气敏元件；薄膜型气敏元件；厚膜型气敏元件。6、有源滤波器与无源滤波器相比，有哪些优点有源滤波器不用电感线圈，因而在体积、重量、价格、线性度等方面具有明显的优越性，便开集成化；由于运算放大器输入阻抗高，输出阻抗低，可以提供良好的隔离性能，并可提供所需增益；可以使低频截止频率达到很低范围。7、传感器的主要性能指标有哪些测量范围及量程灵敏度线性度精确度重复性稳定性动态特性环境参数。8、电容式压力传感器的特点是什么灵敏度高适合测量微压频响好抗干扰能力强。9、绝对湿度指一定空间中水蒸气的绝对含量，相对湿度，指某一被测蒸气压与相同温度下饱和蒸气压比值的百分数。10、调制将直流信号变成交流信号的过程。解调当直流信号被调制成交流信号后，若再将该信号还原成直流信号的过程。11、模似信号在某一自变量连续变化的间隔内，信号的数值连续。离散信号自变量在某些不连续数值时，输出信号才具有确定性。12、周期信号离散性频谱谱线是离散的收敛性谐波幅值总的趋势随谐波次数的增加而降低谐波性谱线只出现在基频整数倍的频率处。13、传感器的静态特性是给传感器输入已知不变的标准非电量，测出其输出，给定标定曲线，标定方高和标定常数，计算其灵敏度，线性度，滞差，重复性等传感器的静态指标。动态特性通过确定传感器的线性工作范围频率响应函数，幅频特性和相频特性曲线，阶跃响应曲线，来确定传感器的频率响应范围、幅值误差和相位误差，时间常数，阻尼比和固有频率等。14、逆压电效应在某些晶体的极化方向施加外电场，晶体本身将产生机械变形，当外电场撤去后，变形也随之消失，这种物理现象称为逆压电效应。15、压电式传感器本身的内阻抗很高，而输入的能量又非常弱，因此在使用时，必须接入高输入阻抗的前置放大器。近年来，传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。新型传感器的特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统仪器仪表产业的改造，而且可导致建立新型工业和军事变革，是21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统MEMS技术基础上的，目前已成功应用在硅器件上形成硅压力传感器如上述EJX变送器。微电子机械加工技术，包括体微机械加工技术、表面微机械加工技术、L1GA技术X光深层光刻、微电铸和微复制技术、激光微加工技术和微型封装技术等。MEMS的发展，把仪器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。传感器和多通道检测仪表，在微电子技术基础上，内置微处理器，或把微传感器和微处理器及相关集成电路运算放大器、A/D、D/A、存贮器、网络通讯接口电路等封装在一起完成了数字化、智能化、网络化、系统化。网络化方面，目前主要是指采用多种现场总线和以太网互联网，这要按各行业的需求，选择其中的一种或多种，近年内最流行的有FF、PROFIBUS、CAN、LONWORKS、ASI、INTERBUS、TCP/IP等。除MEMS外，新型传感器的发展还有赖于新型敏感材料、敏感元件和纳米技术，如新一代光纤传感器、超导传感器、焦平面陈列红外探测器、生物传感器、纳米传感器、新型量子传感器、微型陀螺、网络化传感器、智能变送器、模糊传感器、多功能传感器等。多传感器数据融合技术正在形成热点，它形成于20世纪80年代，它不同于一般信号处理，也不同于单个或多个传感器的监测和测量，而是对基于多个传感器测量结果基础上的更高层次的综合决策过程。有鉴于传感器技术的微型化、智能化程度提高，在信息获取基础上，多种功能进一步集成以至于融合，这是必然的趋势。多传感器数据融合技术也促进了显示仪表技术的发展。多传感器数据融合的定义概括为把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确定性，获得对被测对象的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分的信息。其信息融合在不同信息层次上出现，包括数据层像素层融合、特征层融合、决策层证据层融合。由于它比单一传感器信息有如下优点，即容错性、互补性、实时性、经济性，所以数字压力表逐步得到推广应用。应用领域除军事外，还适用于自动化技术、机器人、海洋监视、地震观测、建筑、空中交通管制、医学诊断、遥感技术等方面。随着计算机辅助设计，辅助制造技术，集成电路技术和微机械电子系统技术等新技术以及新工艺、新材料的应用，出现了精度更高，性能更优、用途更广的现代传感器。现代化传感器正在向智能化、集成化、多功能化方向发展。传感器有其基本特性，可分为静态特性和动态特性。静态特性是指静态信号作用下的输出输入关系特性，而所谓动态特性是指动态信号下的输入输出关系特性。衡量传感器其静态特性优劣的重要性能指标线是性灵敏度、迟滞、重复性、分辨率与稳定性。传感器它是一种能够感受被测量信息的，在检测系统中传感器有着广泛的应用，现代自动检测是以计算机技术为核心，以传感器技术为基础构成的。检测系统的各个组成部分是以信息流的过程进行划分的。传感器处于整个系统的第一个环节，其作用是将直接感受到的被测量转换为容易进行测试的电信号或其他所需形式的信号。检测技术是科学实验中必不可少的手段。任何一项现代自然科学成就或技术发明，总是通过检测技术获取大量准确的数据。检测技术能够涉及的测量范围与能够达到的测量精度，很大程度上决定着现代科技进步的深度与广度。如在国防科技中，没有检测技术，导弹发射与卫星上天是不可能的。利用检测技术处理获取的数据信息，能对产品的质量和性能做出客观的评价，为工艺人员进行制造工艺提供依据。在现在大工业生产中，如果没有检测技术，新设备的研制以及复杂工艺流程的具体实现是不可能的。传感器的应用作为自动检测的首要环节，进行正确的选用是首先要考虑的。在选用传感器时，不能片面追求其线性度好、灵敏度高、迟滞小、重复性优、分辨力强，而是应该根据检测的具体要求和条件，保证主要性能指标满足要求即可，即选用时应遵循下列几项原则考虑检测系统内部的要求；考虑检测系统外部的条件；考虑传感器自身的技术指标。传感器作为感知、获取和检测信息的窗口，提供着人类赖以进行判断、决策与处理所必需的原始数据。若没有它，测量难以转换为电信号，其他仪表和装备也就失去了存在的意义。虽然目前自动检测和自动控制技术正经历着重大变革，但缺少传感器一切都是无法实现的。以下以光电传感器为例说一下当今传感器的发展。光电传感器光电传感器太阳能电池板太阳能电池板是利用光生伏特效应原理制造的在光线作用下能够使物体产生一汕定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应基于该效应的光电器件有光电池和光敏汕二极管,三极管太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流,而以光化学效应工作的湿汕式太阳能电池则还处于萌芽阶段太阳能电池板SOLARPANEL分类晶体硅电池板汕多晶硅太阳能电池,单晶硅太阳能电池非晶硅电池板薄膜太阳能电池,有机太阳能电汕池化学染料电池板染料敏化太阳能电池太阳能发电系统太阳能发电系统由太阳汕能电池组,太阳能控制器,蓄电池组组成如输出电源为交流220V或110V,还需要汕配置逆变器各部分的作用为一太阳能电池板太阳能电池板是太阳能发电系统中汕的核心部分,也是太阳太阳能电池板能发电系统中价值最高的部分其作用是将太阳汕能转化为电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作太阳能电池板的质量和成汕本将直接决定整个系统的质量和成本二太阳能控制器太阳能控制器的作用是控汕制整个系统的工作状态,并对蓄太阳能控制器电池起到过充电保护,过放电保护的作汕用在温差较大的地方,合格的控制器还应具备温度补偿的功能其他附加功能如光控汕开关,时控开关都应当是控制器的可选项三蓄电池一般为铅酸电池,一般有12汕V和24V这两种,小微型系统中,蓄电池也可用镍氢电池,镍镉电池或锂电池其作用汕是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来,到需要的时候再释放出来四汕逆变器在很多场合,都需要提供AC220V,AC110V的交流电源由于逆变器太阳能汕的直接输出一般都是DC12V,DC24V,DC48V为能向AC220V的电器提供电能,需要将太汕阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,因此需要使用DCAC逆变器在某些汕场合,需要使用多种电压的负载时,也要用到DCDC逆变器,如将24VDC的电能转换汕成5VDC的电能注意,不是简单的降压晶体硅太阳能电池的制作过程晶体硅太汕阳能电池的制作过程的制作过程晶体硅太阳能电池“硅“是我们这个星球上储藏最汕丰量的材料之一自从19世纪科学家们发现了晶体硅的半导体特性后,它几乎改变了汕一切,甚至人类的思维20世纪末,我们的生活中处处可见“硅“的身影和作用,晶体硅汕太阳能电池是近15年来形成产业化最快的生产过程大致可分为五个步骤A,提纯过汕程B,拉棒过程C,切片过程D,制电池过程E,封装过程太阳能电池的应用1太阳能电池,1971年首次应用于我国发射的卫星上1973年开始将太阳能电池用汕于地面由于受到价格和产量的限制,市场发展很缓慢,除了作为卫星电源,在地面上汕太阳能电池仅用于小功率电源系统,如航标灯,铁路信号系统等2002年,国家有关部汕委启动了“西部省区无电乡通电计划“,通过光伏和小型风力发电解决西部七省区无电汕乡的用电问题这一项目的启动大大刺激了太阳能发电产业,国内建起了几条太阳能电汕池的封装线,使太阳能电池的年生产量迅速增加目前太阳能电池已经开始广泛用于通汕信,交通,民用产品等各个领域,光伏发电不但列入到国家的攻关计划,而且列入国家电汕力建设计划,同时也在一些重大工程项目中得到应用2003年底,我国太阳能电池的累汕计装机达到5万千目前,光伏发电已遍及我国西部各省区,以及中部和东部的部分省汕,市,自治区,投入总规模已经超过30亿元人民币太阳能电池高效和低价统一始终是汕国际开发的目标太阳能发电系统的设计需要考虑如下因素问题1,太阳能发电系统在哪里使汕用该地日光辐射情况如何问题2,系统的负载功率多大问题3,系统的输出电压汕是多少,直流还是交流问题4,系统每天需要工作多少小时问题5,如遇到没有日汕光照射的阴雨天气,系统需连续供电多少天问题6,负载的情况,纯电阻性,电容性还汕是电感性,启动电流多大问题7,系统需求的数量太阳能电池的原理太阳光照在汕半导体PN结上,形成新的空穴电子对,在PN结电场的作用下,空穴由N区流向汕P区,电子由P区流向N区,接通电路后就形成电流这就是光电效应太阳能电池的汕工作原理一,太阳能发电方式太阳能发电有两种方式,一种是光热电转换方式,另汕一种是光电直接转换方式1光热电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能汕发电,一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气,再驱动汽轮机发电汕前一个过程是光热转换过程后一个过程是热电转换过程,与普通的火力发电一样汕太阳能热发电的缺点是效率很低而成本很高,估计它的投资至少要比普通火电站贵汕510倍一座1000MW的太阳能热电站需要投资2025亿美元,平均1KW的投资汕为20002500美元因此,目前只能小规模地应用于特殊的场合,而大规模利用在经济汕上很不合算,还不能与普通的火电站或核电站相竞争2光电直接转换方式该方汕式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,光电转换的基本装置就是太阳能汕电池太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件,是一汕个半导体光电二极管,当太阳光照到光电二极管上时,光电二极管就会把太阳的光能变汕成电能,产生电流当许多个电池串联或2并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了太阳能电池是一汕种大有前途的新型电源,具有永久性,清洁性和灵活性三大优点太阳能电池寿命长,只汕要太阳存在,太阳能电池就可以一次投资而长期使用与火力发电,核能发电相比,太汕阳能电池不会引起环境污染太阳能电池可以大中小并举,大到百万千瓦的中型电站,汕小到只供一户用的太阳能电池组,这是其它电源无法比拟的电池板原料玻璃,EVA,电汕池片,铝合金壳,包锡铜片,不锈钢支架,蓄电池等太阳能电池板新型涂层研发成功汕美国伦斯勒理工学院研究人员2008年开发出一种新型涂层,将其覆盖在太阳能电池汕板上能使后者的阳光吸收率提高到962,而普通太阳能电池板的阳光吸收率仅为汕70左右新涂层主要解决了两个技术难题,一是帮助太阳能电池板吸收几乎全部的太汕阳光谱,二是使太阳能电池板吸收来自更大角度的太阳光,从而提高了太阳能电池板吸汕收太阳光的效率普通太阳能电池板通常只能吸收部分太阳光谱,而且通常只在吸收汕直射的太阳光时工作效率较高,因此很多太阳能装置都配备自动调整系统,以保证太阳汕能电池板始终与太阳保持最有利于吸收能量的角度多元化合物太阳电池除了常用汕的单晶,多晶,非晶硅电池之外,多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制汕成的太阳电池现在各国研究的品种繁多,大多数尚未工业化生产,主要有以下几种汕A硫化镉太阳能电池B砷化镓太阳能电池C铜铟硒太阳能电池新型多元带隙梯汕度CUIN,GASE2薄膜太阳能电池全球太阳能电池产业现状据DATAQUEST的统计汕资料显示,目前全世界共有136个国家投入普及应用太阳能电池的热潮中,其中有9汕5个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制开发,积极生产各种相关的节能新产品汕1998年,全世界生产的太阳能电池,其总的发电量达1000兆瓦,1999年达2850兆汕瓦2000年,全球有将近4600家厂商向市场提供光电池和以光电池为电源的产品汕目前,许多国家正在制订中长期太阳能开发计划,准备在21世纪大规模开发太阳能,汕美国能源部推出的是国家光伏计划,日本推出的是阳光计划NREL光伏计划是美国国汕家光伏计划的一项重要的内容,该计划在单晶硅和高级器件,薄膜光伏技术,PVMAT,光汕伏组件以及系统性能和工程,光伏应用和市场开发等5个领域开展研究工作美国汕还推出了太阳能路灯“计划“,旨在让美国一部分城市的路灯都改为由太阳能供电,根据汕计划,每盏路灯每年可节电800度日本也正在实施太阳能“7万套工程计划“,日本汕准备普及的太阳能住宅发电系统,主要是装设在住宅屋顶上的太阳能电池发3电设备,家庭用剩余的电量还可以卖给电力公司一个标准家庭可安装一部发电汕3000瓦的系统欧洲则将研究开发太阳能电池列入著名的“尤里卡“高科技计划,推出了汕“10万套工程计划“这些以普及应用光电池为主要内容的“太阳能工程“计划是目前汕推动太阳能光电池产业大发展的重要动力之一日本,韩国以及欧洲地区总共8个国汕家最近决定携手合作,在亚洲内陆及非洲沙漠地区建设世界上规模最大的太阳能发电汕站,他们的目标是将占全球陆地面积约1/4的沙漠地区的长时间日照资源有效地利用汕起来,为30万用户提供100万千瓦的电能计划将从2001年开始,花4年时间完汕成目前,美国和日本在世界光伏市场上占有最大的市场份额美国拥有世界上最大汕的光伏发电厂,其功率为7MW,日本也建成了发电功率达1MW的光伏发电厂全世界总汕共有23万座光伏发电设备,以色列,澳大利亚,新西兰居于领先地位20世纪90年汕代以来,全球太阳能电池行业以每年15的增幅持续不断地发展据DATAQUEST发布汕的最新统计和预测报告显示,美国,日本和西欧工业发达国家在研究开发太阳能方面的汕总投资,1998年达570亿美元1999年646亿美元2000年700亿美元2001年汕将达820亿美元2002年有望突破1000亿美元我国太阳能电池产业现状我国对汕太阳能电池的研究开发工作高度重视,早在七五期间,非晶硅半导体的研究工作已经列汕入国家重大课题八五和九五期间,我国把研究开发的重点放在大面积太阳能电池等方汕面2003年10月,国家发改委,科技部制定出未来5年太阳能资源开发计划,发改委汕“光明工程“将筹资100亿元用于推进太阳能发电技术的应用,计划到2005年全国太汕阳能发电系统总装机容量达到300兆瓦2002年,国家有关部委启动了“西部省区无汕电乡通电计划“,通过太阳能和小型风力发电解决西部七省区无电乡的用电问题这一汕项目的启动大大刺激了太阳能发电产业,国内建起了几条太阳能电池的封装线,使太阳汕能电池的年生产量迅速增加我国目前已有10条太阳能电池生产线,年生产能力约为汕45MW,其中8条生产线是从国外引进的,在这8条生产线当中,有6条单晶硅太阳汕能电池生产线,2条非晶硅太阳能电池生产线据专家预测,目前我国光伏市场需求量汕为每年5MW,20012010年,年需求量将达10MW,从2011年开始,我国光伏市场年需汕求量将大于20MW目前国内太阳能硅生产企业主要有洛阳单晶硅厂,河北宁晋单晶硅汕基地和四川峨眉半导体材料厂等厂商,其中河北宁晋单晶硅基地是世界最大的太阳能汕单晶硅生产基地,占世界太阳能单晶硅市场份额的25左右在太阳能电池材料下游汕市场,目前国内生产太阳能电池的企业主要有无锡尚德,南京中电,保定英利,河北晶澳汕,林洋新能源,苏州阿特斯,常州天合,云南天达光伏科技,宁波太阳能电源,京瓷天津汕太阳能等公司,总计年产能在800MW以上2009年,国务院根据工信提供的报告指出汕多晶硅产能过剩,实际业界人并不认可,科技部已经表态,多晶硅产能并不过剩太阳汕能电池发展市场当电力,煤炭,石油等不可再生能源频频告急,能源问题日益成为制约汕国际社会经济发展的瓶颈时,越来越多的国家开始实行“阳光计划“,开发太阳能资源,汕寻求经4济发展的新动力欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源在国际光汕伏市场巨大潜力的推动下,各国的太阳能电池制造业争相投入巨资,扩大生产,以争一汕席之地全球太阳能电池产业19942004年10年里增长了17倍,太阳能电池生产汕主要分布在日本,欧洲和美国2006年全球太阳能电池安装规模已达1744MW,较200汕5年成长19,整个市场产值已正式突破100亿美元大关2007年全球太阳能电池汕产量达到3436MW,较2006年增长了56中国对太阳能电池的研究起步于1958年汕,20世纪80年代末期,国内先后引进了多条太阳能电池生产线,使中国太阳能电池生汕产能力由原来的3个小厂的几百KW一下子提升到4个厂的45MW,这种产能一直持汕续到2002年,产量则只有2MW左右2002年后,欧洲市场特别是德国市场的急剧放汕大和无锡尚德太阳能电力有限公司的横空出世及超常规发展给中国光伏产业带来了前汕所未有的发展机遇和示范效应目前,我国已成为全球主要的太阳能电池生产国2007汕年全国太阳能电池产量达到1188MW,同比增长293中国已经成功超越欧洲,日本为汕世界太阳能电池生产第一大国在产业布局上,我国太阳能电池产业已经形成了一定的汕集聚态势在长三角,环渤海,珠三角,中西部地区,已经形成了各具特色的太阳能产业汕集群中国的太阳能电池研究比国外晚了20年,尽管最近10年国家在这方面逐年汕加大了投入,但投入仍然不够,与国外差距还是很大政府应加强政策引导和政策激励汕,尽快解决太阳能发电上网与合理定价等问题同时可借鉴国外的成功经验,在公共设汕施,政府办公楼等领域强制推广使用太阳能,充分发挥政府的示范作用,推动国内市场汕尽快起步和良性发展太阳能光伏发电在不远的将来会占据