毕业设计（论文）-烟雾报警器的设计与调试.doc

常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文目录摘 要Abstract第1章 前言1第2章 传感器的发展现状及趋势22.1 烟雾报警器的基本介绍22.2烟雾报警器发展的现状及趋势3第3章 传感器技术的定义及作用63.1 传感器的概述63.1.1 传感器技术的介绍63.1.2 传感器的发展趋势73.2 传感器的组成与分类83.2.1 传感器的组成93.2.2 传感器的分类93.3 传感器的特性参数与选择注意事项113.3.1 静态参数113.3.2 动态参数113.3.3 传感器选择注意事项12第4章 烟雾报警器的组成134.1 烟雾报警器工作原理134.1.1 烟雾报警器的组成及分类144.1.2 气敏传感器及气敏元件的介绍15第5章 烟雾报警器的设计与调试195.1 烟雾报警器的设计195.1.1 烟雾报警器设计的要求195.1.2 烟雾报警器的设计原理195.1.3 烟雾报警器元器件识别195.2 烟雾报警器的制作过程及调试21第6章烟雾报警器的安装22第7章 结束语25答谢辞26参考文献2727摘 要随着“信息时代”的到来，作为获取信息的手段传感器技术得到了显著的进步，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。因此，了解并掌握各类传感器的基本结构、工作原理及特性是非常重要的。为了提高对传感器的认识和了解，尤其是对烟雾传感器的深入研究以及其用法与用途，基于实用、广泛和典型的原则而设计了本系统。烟雾报警器，别称火灾烟雾报警器、烟雾传感器、烟雾感应器等。一般将独立的，电池供电、或交流电供电电池为备电，现成报警时能发出声光指示的，称为独立式烟雾报警器。由总线供电，总线上可以连接有多个，与火灾报警控制器联网、通讯组成一个报警系统，报警时现场无声音，主机有声光提示，这类感烟报警装置一般称之为感烟探测器。“烟雾报警器”是由两个部分组成：一是一台用于检测烟雾的感应传感器，二是一只声音非常响亮的电子扬声器，一旦发生危险可以及时警醒人们。而要维持烟雾报警器的正常运行，只需要一块9伏特的电池就可以了。当今，世界上使用得最为普遍的烟雾报警器当属光电式烟雾报警器和电离式烟雾报警器。关键词：烟雾报警器；感应传感器；电子扬声器；气敏传感器；气敏元件AbstractWith the information age coming, as a means of access to information - sensor technology has been significant progress, their applications become wider, increasing their demands, needs more urgent. Sensor technology has become the measure of a countrys level of development of science and technology an important landmark. Therefore, to understand and master the basic structure of various types of sensors, working principle and characteristics are very important. In order to improve awareness and understanding of the sensor, especially for smoke sensor in-depth research, and its use and purpose, based on practical, extensive and typical principle devised the system. Smoke alarm, another name for the fire smoke alarms, smoke sensors, smoke detectors and so on. Generally independent, battery-powered or AC powered battery backup power, ready-made sound and light alarm can be issued when the instructions, known as the stand-alone smoke alarm. Powered by the bus, the bus can have multiple connections with the fire alarm control networking, communications form an alarm system, alarm on-site non-voice, sound and light have prompted the host, this type of smoke alarm smoke detection device is typically referred to device. Smoke alarm is composed of two parts: a sensor for detecting smoke sensor, the second was a very loud electronic sound speakers, a timely alert in case of dangerous people. In order to maintain the normal operation of smoke alarms, only a 9 volt battery on it. Today, the worlds most widespread use of smoke alarm comes as photoelectric and ionization type smoke alarms smoke alarm. Keywords: Smoke alarm; induction sensor; electronic speaker; gas sensor; gas sensor第1章 前言现代建筑的特点是楼层不断加高，这主要是从缓解城市用地紧张的角度出发的，同时还便于集中供电、供热、供气，便于集中控制和管理。现在，不论是普通型（比如民用住宅）还是豪华型（比如高级宾馆）的高层建筑，都日益重视防火和安全技术的普及应用。因为其楼层多、人员密集，如果发生火灾，疏散困难，扑救也困难，势必造成严重的人员伤亡和财产损失。为了保障高层建筑安全可靠，必须设计出具有可靠性高、实时性好的火灾自动报警与消防系统，其要求是：（1）当有火情发生时，能以最快的速度检测报警，并能检测火情发生的具体地点；（2）经查实确认后，能及时的通报消防部门灭火；（3）系统本身应有自身故障检测的功能，如系统欠电压报警和自检功能等，保证自动报警系统功能完好；（4）较高的系统抗干扰能力，防止系统发生误报警。随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高，家庭火灾一旦发生，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失、探讨家庭火灾的特点及防火对策。对于预防家庭火灾，减少火灾损失具有现实意义。在现代城市家庭里，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，是好端端的幸福家庭转眼间毁于一旦，有的导致家破人亡，而且一旦发生居民家庭火灾处置不当、报警迟缓，是造成人员伤亡的主要原因。所以说，人们应该积极了解家庭火灾的主要原因，掌握防止发生火灾的知识和万一发生火灾是保护自己的方法。英国每年发生50000起以上的严重家庭火灾，其中大部分火灾造成人员伤亡和重大的家庭财产损失，有的还连累左邻右舍，火灾损失更加惨重，在调查火灾起因的时候，绝大多数发生火灾家庭的当事人说，以前总觉得火灾是人家的事情，与自己离得很远，没有想到这一次竟然会发生在自己的头上。家庭火灾的主要原因是麻痹大意，没有及时采取预防措施。在我国的一些城市中，几乎每天都发生家庭火灾，所以防火是每个家庭必须时刻注意的问题。本报警器主要是有电源电路和报警电路组成第2章 传感器的发展现状及趋势随着科学技术发展的需要，传感器研制和生产已经提到日程上来了，“头脑（计算机）发达，感觉（传感器）迟钝”的情况再也不允许存在下去了。因此近年来传感器的地位受到广泛重视。传感器用于各行各业，所色剂的知识非常广泛，渗透到各个学科领域，加之这些年来，家用电器、汽车、信息产业三方面的飞速发展，对传感器需求大增，所以传感器制造业发展很快，形成独立的产业，这就拉动了工业设备，特别是半导体设备制造业的发展，所以中国有必要特别关注传感器产业。由于科学技术的迅猛发展，工艺过程自动化程度越来越高，因此对测控系统的精度提出更高的要求。近年来，微型计算机组成的测控系统已经在许多领域得到应用，而传感器作为微型机的接口必须解决相容技术，根据这些特点，传感器将向以下几个方面发展。1. 高精度为了提高测控精度，必须使传感器的精度尽可能高，例如对于火箭发动机燃烧室的压力测量，希望测试精度能优于0.1%，对超精加工“在线”检测精度高于0.1um，因此需要研制出高精度的传感器，以满足测量的需要。目前我国已研制出精度优于0.05%的传感器。2. 小型化很多测控场合要求传感器具有尽可能小的尺寸。例如生物医学工程中颅压的测量，风洞压力场分布的测量等。压阻传感器的出现，是压力传感器在小型化方面取得重大进展。目前我国已有外径为2.8mm的压阻式压力传感器。3. 集成化集成化传感器有两种类型：一种是将传感器与放大器、温度补偿电路等集成在同一芯片上，既减小体积，又增加抗干扰能力；另一种是将同一类的传感器集成在同一芯片上，构成二维阵列式传感器，它可以测量物体的表面状况。4. 数字化为了实现传感器与计算机直接联机，致力于数字式传感器研究是很重要的。5. 智能化智能传感器是传感器与微型计算机结合的产物，它兼有检测与信息处理功能。与传统传感器相比它有很多特点，它的出现是传感器技术发展中的一次飞跃。国外已经有商品化的智能传感器，我国也开始了智能传感器的研究工作。2.1 烟雾报警器的基本介绍烟雾传感器使用安装在少烟、禁烟场所探烟雾离子，当烟雾浓度超过限量时，传感器发生声光告警，并向采集器输出告警信号。烟雾报警器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。“烟雾报警器”是由两个部分组成：一是一台用于检测烟雾的感应传感器，二是一只声音非常响亮的电子扬声器，一旦发生危险可以及时警醒人们。而要维持烟雾报警器的正常运行，只需要一块9伏特的电池就可以了。当今，世界上使用得最为普遍的烟雾报警器当属光电式烟雾报警器和电离式烟雾报警器。烟雾传感器在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度、家庭用气体泄漏报警器对丁烷、丙烷、甲烷的灵敏度较高，工业用可燃气体报警器长寿命、低成本、便携式气体检测器简单的驱动电路即可。烟雾传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。烟雾传感器对丁烷、丙烷、甲烷的灵敏度高，对甲烷和丙烷可较好的兼顾。这种传感器可检测多种可燃气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。2.2 烟雾报警器发展的现状及趋势 在我国由于烟雾而引起来的灾害越来越多，人民每年因此而损失了大量的财产。|要是在没发生灾害之前，就由自动化系统告诉人们现场情况，而避免火灾发生的话，对人们将有很大的意义.因此本文对烟雾报警系统进行研究，是具有理论和实际双面意义的。报警器作为预防燃气烟雾泄漏的有力武器，它的出现却似乎并没有引起人们应有的注意。这个在安全防护上可以和家用灭火器相提并论、甚至比灭火器更需要进入家庭的小东西，大多数家庭根本没有把它当一回事，甚至不知道还有这样一个可以从根本上解决煤气中毒和煤气爆炸的保护神存在。以上海为例，去年因热水器废气中毒及灶具溢熄、橡皮管老化脱落引起的燃气泄漏和造成中毒死亡的共86人，占全部燃气事故死亡人数据的84%。但据权威部门公布的另一项调查表明，在上海市300万左右的燃气用户中，安装家用燃气泄漏报警器的不足10%。在日常生活中，无论是煤气中毒还是煤气爆炸事故，都因煤气泄漏而起。居家过日子，谁都离不开使用煤气，无论你的预防措施做得多好，但百密难免一疏，更何况对消防安全不采取任何措施的家庭就更加危险。因此很有必要在家里准备一个燃气报警器，随时替主人守护着燃气用具，时刻警惕着燃气这个无形杀手悄悄溜出来，帮助主人将家庭隐患消灭在萌芽之际，成为家庭安全的好管家，让家人使用燃气具时，用得安心放心。例如有很多的家庭煤气爆炸火灾，都是在不知道房间里充满了泄露出来的煤气，盲目动用电器开关而在瞬间发生的悲剧，如果有一个报警器，类似这样的悲剧就可以大大避免。燃气报警器进入家庭，将成为家庭安全的好帮手，这是不争的事实。在现代城市家庭里，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，是好端端的幸福家庭转眼间毁于一旦，有的导致家破人亡，而且一旦发生居民家庭火灾处置不当、报警迟缓，是造成人员伤亡的主要原因。所以说，人们应该积极了解家庭火灾的主要原因，掌握防止发生火灾的知识和万一发生火灾是保护自己的方法。例如对一个小区来说,应设一个消防控制中心,内设火灾报警控制柜,消防联动控制设备,事故广播消防通讯装置,计算机显示打印装置等,以便于集中控制管理.小区的各个单体内设消防值班室,内设火灾报警控制器,消防控制设备等. 自动报警系统一般由火灾探探测测器,区域报警器和集中报警器组成.及时,准确是大家关注的焦点.误报是常见的问题,为防误报,我们可以在同一场所选择不同类型的探测器,只有两种探测器都报警是报警器才动作,这样可以较准确的在报警器上,计算机上显示出准确火灾位置.规范中对探测器的位置设置有明确的规定,我们在设计中应该考虑探测器在不同场所的设置.民用建筑中应重点考虑公共场所的探测器设置,工业建筑中探测器设置要考虑层高,火灾危险性,爆炸场所,电缆夹层等因素. 目前建筑物的空间大,房间高度过高现象越来越普遍,线型红外光束探测器的使用越来越多.对爆炸场所中探测器的设置,笔者认为应该在可燃物附近设置防爆型可燃气体探测器,在整个区域设置防爆型点式感烟或感温探测器,防爆型手动报警按钮，高层民用建筑中每层宜设火灾显示器,地下车库的探测器布置应考虑梁的影响.报警总线中应设短路保护器. 规范中对探测器,报警按钮的设置要求并不是完全相同的。根据我的调查：2005-2009年烟雾报警器行业总资产发展情况分析如下（图2-1）：图2-1 烟雾报警器行业总资产发展分析烟雾报警器行业生命周期的发展（图2-2）：图2-2 烟雾报警器生命周期的发展图由上可见烟雾报警器的发展趋势是非常激烈的，而且发展的非常快。第3章 传感器技术的定义及作用传感器下的定义是：“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。如果没有传感器对原始参数进行精确可靠的测量，那么，无论是信号转换还是信息处理，或者是最佳数据的显示和控制，都将成为一句空话。可以说，没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测和控制系统。现代电子技术和计算机技术为信息转换和处理提供了极其完善的手段，是监测与控制技术发涨到了一个崭新的阶段，那么电子计算机也无法发挥其应有的作用。如果把计算机比喻为人的大脑，则传感器为人的五官。在生产中，尤其是自动化生产过程中，用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，一边是设备工作在最佳状态，产品达到最好的质量。3.1 传感器的概述传感器是能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态，为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。3.1.1 传感器技术的介绍传感器是一种能将物理量、化学量、生物量等转换成电信号的器件。输出信号有不同形式,如电压、电流、频率 、脉冲等,能满足信息传输、处理、记录、显示、控制要求 ,是自动检测系统和自动控制系统中不可缺少的元件 。如果把计算机比作大脑 ,那么传感器则相当于五官,传感器能正确感受被测量并转换成相应输出量 ,对系统的质量起决定性作用。自动化程度越高,系统对传感器要求越高。在今天的信息时代里 ,信息产业包括信息采集、传输、处理三部分 ,即传感技术、通信技术、计算机技术。现代的计算机技术和通信技术由于超大规模集成电路的飞速发展 ,而已经充分发达后 ,不仅对传感器的精度、可靠性、响应速度、获取的信息量要求越来越高,还要求其成本低廉且使用方便。显然传统传感器因功能、特性、体积、成本等已难以满足而逐渐被淘汰。世界许多发达国家都在加快对传感器新技术的研究与开发 ,并且都已取得极大的突破。3.1.2 传感器的发展趋势随着人类探知领域和空间的拓展，电子信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。从20世纪80年代起，逐步在世界范围内掀起一股“传感器热”，各先进工业国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产。传感技术已成为重要的现 代科技领域，传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。如今传感器技术的发展,主要有以下儿个方面：1、 发现利用新现象利用物理现象、化学反应、生物效作为传感器原理 ,所以研究发现新现与新效应是传感器技术发展的重要工作是研究开发新型传感器的基础。日本松夏公司利用超导技术研制成功高温超导性传感器 ,是传感器技术的重大突破 ,灵敏度高 ,仅次干超导量子干涉器件。传感器的制造工艺远比超导量子干涉器件简单，可用于磁成像技术,有广泛推广价值。利用抗体和抗原在电极表面上相复合时 ,会引起电极电位的变化 ,利用新现象可制出免疫传感器用这种抗体制成的免疫传感器可对某生物体内是否有这种抗原作检查。如用肝炎病毒抗体可检查某人是否患有肝炎 ,起到快速、淮确作用美国加州大学巳研制出这类传感器。2、 利用新材料传感器材料是传感器技术的重要基础 ,由于材料科学进步 ,人们可制造出各种新型传感器。例如用高分子聚合物薄膜制成温度传感器光导纤维能制成压力 流量温度、位移等多种传感器 用陶瓷制成压力传感器。高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。高分子电介常数小 ,水分子能提高聚合物的介电常数。将高分子电介质做成电容器 ,测定电容容量的变化 ,即可得出相对湿度。利用这个原理制成等离子聚合法聚苯乙烯薄膜温度传感器 ,其有以下特点：测湿范围宽,温度范围宽,响应速度快,尺寸小,可用干小空间测湿温度系数小。陶瓷电容式压力传感器是一种无中介的干式压力传感器。采用先进的陶瓷技术,厚膜电子技术 ,其技术性能稳定,漂移量小，抗过载强,可达量程的数百倍。其最早用干光通信技术。在光通信作用中发现当温度、压力、电场、磁场等一环境条件变化时 ,引起光纤传输的光波、强度、相位、频率、偏振态等变化，测量光波量的变化,就可知道导致这些光波测量变化的温度、压力、电场、磁场等物理量的大小,利用这些原理可研制出光导纤维传感器。光纤传感器与传统传感器相比有许多特点 灵敏度高,结构简单、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲、便于实现遥测等。3、 微机械加工技术半导体技术中的加工方法有氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺 ,各向导性腐蚀及蒸镀,溅射薄膜等,这些都已引进到传感器制造。因而产生了各种新型传感器,如利用半导体技术制造出硅微传感器,利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器 ,利用溅射薄膜工艺制压力传感器等。日本横河公司利用各向导性腐蚀技术进行高精度三维加工 ,制成全硅谐振式压力传感器。核心部分由感压硅膜片和硅膜片上面制作的两个谐振梁结成 ,两个谐振梁的频差对应不同的压力,用频率差的方法侧压力 ,可消除环境温度等因素带来的误差。当环境温度变化时 ,两个谐振梁频率和幅度变化相同 ,将两个频率差后，其相同变化量就能够相互抵消。它以硅为材料制成,具有独特的三维结构,轻细微机械加工 ,和多次蚀刻制成惠斯登电桥于硅膜片上 ,当硅片上方受力时 ,其产生变形 ,电阻产生压阻效应而失去电桥平衡,输出与压力成比例的电信号。象这样的硅微传感器是当今传感器发展的前沿技术,其基本特点是敏感元件体积为微米量级 ,是传统传感器的几十、几百分之一。在工业控制、航空航天领域、生物医学等方面有重要的作用 ,如飞机上利用可减轻飞机重量,减少能源。另一特点是能敏感微小被测量,可制成血压压力传感器。中国航空总公司北京测控技术研究所研制的系列溅谢膜压力传感器是采用离子溅射工艺加工成金属应变计,它克服了非金属式应变计易受温度影响的不足,具有高稳定性,适用于各种场合,被测介质范围宽,还克服 了传统粘贴式带来的精度低、迟滞大、蠕变等缺点 ,具有精度高、可靠性高、体积小的特点 ,广泛用于航空、石油、化工、医疗等领域。4、 集成传感器集成传感器的优势是传统传感器无法达到的,它不仅仅是一个简单的传感器，其将辅助电路中的元件与传感元件同时集成在一块芯片上，使之具有校淮、补偿、自诊断和网络通信的功能,它可降低成本、增加产量。智能化传感器智能化传感器是一种带微处理器的传感器,是微型计算机和传感器相结合的成果,它兼有检测、判断和信息处理功能,与传统传感器相比有很多特点具有判断和信息处理功能,能对测量值进行修正、误差补偿 ,因而提高测量精度可实现多传感器多参数测量有诊断和自校准功能,提高可靠性测量数据可存取 ,使用方便有数据通信接口 ,能与微型计算机直接通信。把传感器 、信号调节电路、单片机集成在一芯片上形成超大规模集成化的高级智能传感器。美国宇航局在开发宇宙飞船时称这种传感器为灵巧传感器,在宇宙飞船上这种传感器是非常重要的。我国在这方面的研究与开发还很落后，主要是因为我国半导体集成电路工艺水平有限。传感器的发展日新月异 ,特别是人类由高度工业化进入信息时代以来,传感器技术向更新、更高的技术发展。美国、日本等发达国家的传感器技术发展最快,我国由于基础薄弱 ,传感器技术与这些发达国家相比有较大的差距 。因此,我们应该加大对传感器技术研究、开发的投入 ,使我国传感器技术与外国差距缩短 ,促进我国仪器仪表工业和自动化技术的发展。3.2 传感器的组成与分类传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。传感器种类及品种繁多，原理也各式各样。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的过高的精度要求对某种使用也无太大意义，过宽的范围度也会使测量精度降低，而且会造成成本过高及增加工艺上的困难，因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。为此，在研究高精度传感器的同时，必须重视可靠性和稳定性的研究。目前，包括床暗器的研究、设计、试制、生产、检测与应用等诸项内容在内的传感器技术，已逐渐形成了一门相对独立的专门学科。 一般情况下，由于传感器设置的场所并非理想，在温度、湿度、压力等效应的综合影响下，可引起传感器零点漂移和灵敏度的变化，已成为使用中的严重问题。虽然人们在制作传感器过程中，采取了温度补偿及密封防潮的措施，但它与应变片、粘帖胶本身的高兴能化、粘帖技术的精确和熟练、弹性体材料的选择及冷、热加工工艺的制定均有密切的关系，哪一方面都不能忽视，都需精心设计和制作。同时，还须注意传感器的安装方法，支撑结构的设置，如何克服横向力等问题。3.2.1 传感器的组成通常，传感技术中传感器由敏感元件、传感元件和其他辅助件组成，有时也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分，如图3-1：图3-1 传感器的组成敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。转换电路：将转换元转换成的电路参数接入转换电路，便可转换成电量输出。3.2.2 传感器的分类可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。 根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类： 传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。 按照其用途，传感器的分类可分为： 压力敏和力敏传感器，位置传感器，液面传感器，能耗传感器，速度传感器，热敏传感器， 加速度传感器，射线辐射传感器，振动传感器，敏传感器，磁敏传感器，敏传感器，真空度传感器，物传感器等。 以其输出信号为标准可将传感器分为： 模拟传感器将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 数字传感器将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。 膺数字传感器将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。 开关传感器当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。 在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：(1)按照传感器的分类其所用材料的类别分金属聚合物 陶瓷混合物(2)按材料的物理性质分 导体 绝缘体 半导体 磁性材料(3)按材料的晶体结构分单晶 多晶 非晶材料与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向：(1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。(2)探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。(3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。 现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。按照其制造工艺，可以将传感器区分为：集成传感器 薄膜传感器 厚膜传感器 陶瓷传感器集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3 制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。3.3 传感器的特性参数与选择注意事项传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。传感器的特性参数名目繁多，有些名词相互混淆，定义也不尽相同。因此在选择时，一定要弄清各种参数的含义。下面介绍介个主要的特性：一般来说，传感器的输入和输出关系可用微分方程来描述。理论上，将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，即可得到静态特性。因此传感器的静特性是其动特性的一个特例。传感器除了描述输入与输出量之间的关系特性外，还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。3.3.1 静态参数静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。传感器的输入-输出关系:输入（外部影响：冲振、电磁场、线性、滞后、重复性、灵敏度、误差因素）传感器输出（外部影响：温度、供电、各种干扰稳定性、温漂、稳定性（零漂）、分辨力、误差因素）。 人们总希望传感器的输入与输出成唯一的对应关系，而且最好呈线性关系。但一般情况下，输入输出不会完全符合所要求的线性关系，因传感器本身存在着迟滞、蠕变、摩擦等各种因素，以及受外界条件的各种影响。传感器静态特性的主要指标有：线性度、灵敏度、重复性、迟滞、分辨率、漂移、稳定性等。3.3.2 动态参数动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。动特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。很多传感器要在动态条件下检测，被测量可能以各种形式随时间变化。只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数，其间关系要用动特性来说明。设计传感器时要根据其动态性能要求与使用条件选择合理的方案和确定合适的参数；使用传感器时要根据其动态特性与使用条件确定合适的使用方法，同时对给定条件下的传感器动态误差作出估计。总之，动特性是传感器性能的一个重要方面，对其进行研究与分析十分必要。总的来说，传感器的动特性取决于传感器本身，另一方面也与被测量的形式有关。 （1）规律性的：1）周期性的：正弦周期输入、复杂周期输入；2）非周期性的：阶跃输入、线性输入、其他瞬变输入 （2）随机性的：1）平稳的：多态历经过程、非多态历经过程；2）非平稳的随机过程。在研究动态特性时，通常只能根据“规律性”的输入来考虑传感器的响应。复杂周期输入信号可以分解为各种谐波，所以可用正弦周期输入信号来代替。其它瞬变输入不及阶跃输入来得严峻，可用阶跃输入代表。因此，“标准”输入只有三种；正弦周期输入、阶跃输入和线性输入。而经常使用的是前两种。3.3.3 传感器选择注意事项我们在提供解决方案的时候,选择合适的产品是很重要的一个环节,就传感器而言,种类就有很多,一旦选的不好,就会给后期工作带来很多的麻烦,下面总结几种选择传感器的简单方法.1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量.在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。2、灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。3、频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。4、线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。5、稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。6、精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。在一般情况下,如果考虑到了上面几点,就可以选择到合适的传感器了。第4章 烟雾报警器的组成烟雾报警器，别称火灾烟雾报警器、烟雾传感器、烟雾感应器等。一般将独立的，电池供电、或交流电供电电池为备电，现成报警时能发出声光指示的，称为独立式烟雾报警器。由总线供电，总线上可以连接有多个，与火灾报警控制器联网、通讯组成一个报警系统，报警时现场无声音，主机有声光提示，这类感烟报警装置一般称之为感烟探测器。感烟探测器分带地址编码的、不带地址编码的。4.1 烟雾报警器工作原理如下图4-1所示为简易气体烟雾报警电路。该报警器由降压整流与稳压电路、气敏传感元件和触发、报警音响电路等组成。降压整流与稳压电路由变压器B、桥氏整流电路、集成稳压电源7805等组成。触发、报警音响电路由可控多谐振荡器(555、R2、W2、C4)和扬声器Y等组成。半导体气敏元件采用QM-25型或MQ211型，其适用于煤气、天然气、汽油、醇、醚类及各种烟雾的报警，其要求加热电压稳定，故采用7805对灯丝电压进行稳压，且要求开机预热3分钟。当气敏元件QM接触到可燃性气体或烟雾时，其AB极间的电阻降低，从而使该电阻与W1的分压上升，相应555脚电位上升，当脚的电位上升到lV以上时，555起振，其振荡频率为f=1.44(R2+2Rw2)C4。图中所示参数对应的频率约为0.68kHz。调节电位器W2，使其频率为1.5kHz即可。相应555的输出端脚的输出信号推动扬声器Y发出报警声。正常情况下，气敏元件的A-B极间的阻值较大，该电阻与W1的分压减小，相应使555脚处于低电平，555停振，扬声器Y不工作。图4-1 简易气体烟雾报警电路4.1.1 烟雾报警器的组成及分类“烟雾报警器”是由两个部分组成：一是一台用于检测烟雾的感应传感器，二是一只声音非常响亮的电子扬声器，一旦发生危险可以及时警醒人们。而要维持烟雾报警器的正常运行，只需要一块9伏特的电池就可以了。当今，世界上使用得最为普遍的烟雾报警器当属光电式烟雾报警器和电离式烟雾报警器。烟雾是上升运动的，到达天花底下。烟感报警器通过烟发现火灾。在您没有看到火苗或闻到烟味的时候，烟感器已经知道了。它不停工作，一年365天，每天24小时，从不间断。在报警时，它发出尖啸刺耳的声音，直到烟雾散去。在真实的火灾中它一直工作到被烧毁。 离子传感器是通过测量空气中的正负电荷的平衡来工作的。在传感器内部，有一小片放射性物质，这种物质能在感应室内流动的空气中产生一股微小的电流。在线路板上，有一个电脑芯片用来监测这股电流。当烟雾粒子进入到感应室后，就会扰乱那里的正负电荷的平衡，同时也会使这股电流发生变化。当烟雾逐渐加重，正负电荷的不平衡性就会加强。当这种平衡性达到一定的限度，喇叭就会响起。烟雾报警器从使用的传感器来分为离子烟雾报警器、光电烟雾报警器等。离子型烟雾报警器，它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾进入外电离室，烟雾达到3.0%/ft时就干扰了带电粒子的正常运动，使电流，电压就有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是就发出了信号达到报警的目的。光电型烟雾报警器，它有一个发光元件和一个光敏元件，平常光源发出的光，通过透镜射到光敏元件上，电路维持正常，如果有烟雾从中阻隔，到达光敏元件上的光就显著减弱，达到3.0%/ft时光敏元件就把光强的变化变成电的变化，通过放大电路向人们报警。4.1.2 气敏传感器及气敏元件的介绍气敏传感器是一种基于声表面波器件波速和频率随外界环境的变化而发生漂移的原理制作而成的一种新型的传感器。工作原理：声表面波器件之波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用（化学作用或生物作用，或者是物理吸附），使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以准确的反应气体浓度的变化。气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。例如生活环境中的一氧化碳浓度达0.81.15 ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥等状态，达1.84ml/L时则有在几分钟内死亡的危险，因此对一氧化碳检测必须快而准。利用SnO2金属氧化物半导体气敏材料，通过颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒，并以此为基体掺杂一定催化剂，经适当烧结工艺进行表面修饰，制成旁热式烧结型CO敏感元件，能够探测0.005%0.5%范围的CO气体。还有许多易爆可燃气体、酒精气体、汽车尾气等有毒气体的进行探测的传感器。常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持300400的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。电化学气敏传感器一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点，应用极其广泛；下面重点介绍半导体气敏传感器及其气敏元件。 半导体气敏元件有N型和P型之分。N型在检测时阻值随气体浓度的增大而减小；P型阻值随气体浓度的增大而增大。象SnO2金属氧化物半导体气敏材料，属于N型半导体，在200300温度它吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当遇到有能供给电子的可燃气体（如CO等）时，原来吸附的氧脱附，而由可燃气体以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面；氧脱附放出电子，可燃行气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度增加，电阻值下降。可燃性气体不存在了，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值升高到初始状态。这就是半导体气敏元件检测可燃气体的基本原理。 目前国产的气敏元件有2种。一种是直热式，加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内；旁热式气敏元件以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。 气敏元件的参数主要有加热电压、电流，测量回路电压，灵敏度，响应时间，恢复时间，标定气体（0.1%丁烷气体）中电压，负载电阻值等。QM-N5型气敏元件适用于天然气、煤气、氢气、烷类气体、烯类气体、汽油、煤油、乙炔、氨气、烟雾等的检测，属于N型半导体元件。灵敏度较高，稳定性较好，响应和恢复时间短，市场上应用广泛。QM-N5气敏元件参数如下：标定气体（0.1%丁烷气体，最佳工作条件）中电压2V，响应时间