传感器7874679729

1、传感器论文学院：信息工程学院 专业：电子信息工程 学号：200811214 姓名:袁广彬 一：传感器的地位及作用 没有传感器就没有现代科学技术”的观点已为全世界所公认。以传感器为核心的检测系统就像神经和感官一样，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有利工具。 传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。传感器是获取信息的主要途径与手段。 没有传感器，现代化生产就失去了基础。 传感器是边缘学科开发的先驱。传感器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广泛的领域。从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的

2、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。 可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步等方面起着重要作用。尤其是今天现在，信息技术对社会发展、科学进步起了决定性的作用。现代信息技术的基础包括信息采集、信息传输与信息处理。信息采集离不开传感器技术。传感器位于信息采集系统之首、检测与控制之前，是感知、获取与检测的最前端。 科学研究与自动化生产过程中所要获取的各类信息，都须通过传感器获取并转换成电信号。没有传感器技术的发展，整个信息技术的发展就成为一句空话。若将计算机比喻为人的大脑，那么传感器则可比喻为感觉器官。可以设想，没有功能正常而完善的感觉器官来迅速、准确地采集与转换外界信息，纵

3、使有再好的大脑也无法发挥其应有的效能。科学技术越发达，自动化程度越高，工业生产和科学研究对传感器的依赖性越大。20世纪80年代以来，世界各国相继将传感器技术列为重点发展的技术领域。 传感器广泛应用于各个学科领域。在基础学科和尖端技术的研究中，大到上千光年的茫茫宇宙，小到10-13cm的粒子世界；长到数十亿年的天体演化，短到10-24s的瞬间反应，高达5×1041×10-8度的超高温，低到10-6K以下的超低温；从25T超强磁场，到10-11T的超弱磁场要完成如此极巨和极微信息的测量，单靠人的感官和一般电子设备早已无能为力，必须凭借配备有专门传感器的高精度测试仪器或大型测试系

4、统的帮助。传感器技术的民展，正在把人类感知、认识物质世界的能力推向一个新的高度。 在工业领域和国防领域，高度自动化的装置、系统、工厂和设备是传感器的大集合地。从工业自动化中的柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、几十万千瓦的大型发电机组、连续生产的轧钢生产线、无人驾驶汽车、多功能武器指挥系统，直至宇宙飞船或星际、海洋探测器等，无不装置数以千计的传感器，昼夜发送各种各样的工况参数，以达到监控运行的目的，成为运行精度、生产速度、产品质量和设备安全的重要保障。 在生物工程、医疗卫生、环境保护、安全防范、家用电器等与人们生活密切相关的方面，传感器的应用也已层出不穷。可以肯定地说，未来

5、的社会将是充满传感器的世界。二：电子式压力式传感器的设计我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压电传感器。  压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。2.1 背景压力传感器中主要使用的压电材料

6、包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。早在1954年美国C.S.Smith首先确认了半导体压电效应，1955年C.Herring指出：这种压电电阻效应是由于应

7、力的作用，引起导体与价电子带能量状态的变化，以及载流子数量与迁移率变化所产生的一种现象。日本从1970年开始研究开发，首先应用在血压计上，之后在过程控制领域及轿车发动机控制部分都获得了广泛的应用。最近几年在家用电器、装配机器人等应用领域普遍采用电子压力传感器作为压力控制、压力监控和判断真空吸附的效果。图1 电子压力传感器模型2.2 设计目的图2是压力传感器在全自动洗衣机中的应用实例。如图所示，利用气室，将在不同水位情况下水压的变化，作为空气压力的变化检测出来，从而可以在设定的水位上自动停止向洗衣机注水。 图2 压力传感器在全自动洗衣机中的应用2.3 工作原理图1为PS压力传感器的截面结构图，图

8、2为其传感器部分的结构。如图所示，在压力传感器半导体硅片上有一层扩散电阻体，如果对这一电阻体施加压力，由于压电电阻效应，其电阻值将发生变化。受到应变的部分，即膜片由于容易感压而变薄，为了减缓来自传感器底座应力的影响，将压力传感器片安装在玻璃基座上。  如图2（b）所示，当向空腔部分加上一定的压力时，膜片受到一定程度的拉伸或收缩而产生形变。压电电阻的排列方法如图3所示，受到拉伸的电阻R2和R4的阻值增加；受到压缩的电阻R1和R3阻值减小。 图4 由于各压电电阻如图4那样组成桥路结构，如果将它们连接到恒流源上，则由于压力的增减，将在输出端获得输出电压V，当压力为零时的V等于偏置

9、电压Voffset,在理想状态下我们希望Voffset=0V，实际上在生成扩散电阻体时，由于所形成的扩散电阻体尺寸大小的不同和存在杂质浓度的微小差异，因此总是有某个电压值存在。压力为零时，R1=R2=R3=R4=R，我们把加上一定压力时R1、R2电阻的变化部分记作R；相应R3、R4电阻的变化部分记作-R，于是V=RI 。这个V相对压力呈现几乎完全线性的特性，只是随着温度的变化而有所改变。2.4电路图设计图5是PS压力传感器的外围电路设计实例，图中用恒流源来驱动压力传感器。图5 压力传感器设计电路由于桥路失衡时的输出电压比较小，所以必须用运放IC1b和IC1C来进行放大。图中VR1为偏置调整，V

10、R2为压力灵敏度调整，VR3为没有加压时输出电压调整，C1、C2用于去除噪声。另外，如果电源电压波动的话，将引起输出电压的变化，所以必须给电路提供一个稳定的电源。 2.5电路仿真3：电化学硫化氢传感器电化学硫化氢传感器是一种识别硫化氢气体的化学参数与传导系统连结起来的装置，能有效检测进入密闭空间和在其间工作时遇到的硫化氢气体。在生活中，有效应用多种高要求的场合,包括化工行业，钢铁行业的固定点测量系统电化学硫化氢传感器的原理电化学硫化氢气体根据电化学的原理工作，利用待测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程，通过电子线路将电解池的工作电极和参比电极恒定在一个适当的电位，在该电位下可以发生待测气

11、体的电化学氧化，由于氧在氧化和还原反应时所产生的法拉第电流很小，可以忽略不计，于是待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律。这样，通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度。 电化学硫化氢传感器的特点·低功耗·高精度·高灵敏度·线性范围宽·抗干扰能力强·优异的重复性和稳定性·广泛适合工业、矿下及环保中H2S的检测电化学硫化氢传感器的功能化学传感器主要由两部分组成：识别系统;传导或转换系统。识别系统反待测物的某一化学参数(常常是浓度)与传导系统连结起来。它主要具有两种功能：选择性地与待测物发生作用，反所测得

12、的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式，传送到电子系统进行放大或进行转换输出，最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号，检测出样品中待测物的量。心得体会传感器技术是一门理论性和实践性都很强的专业基础课，也是一门综合性的技术基础学科，它需要数学、物理学、电子学、力学、机械等知识，同时还要掌握各种物理量的变换原理、各种静态和动态

13、物理量（如力、振动、噪声、压力和温度等）的测定，以及实验装置的设计和数据分析等方面所涉及的基础理论。在做此次实验前，我把老师所讲的传感器教材通读了一遍，对传感技术有了一定得了解。因为在这之前，没有接触过类似的课程设计，所以这次实验，我感觉有些困难。传感技术是一门综合性的课程知识，想做好每次实验，必须要有较好的理论知识，例如：电路，模电，还有画图时，也要用软件画图multisim仿真软件的使用。只有熟悉了这些们课程才能真正的完成这次实验。首先，是电路图的设计，要明白传感器的原理及在电路中的作用是什么。虽然最终设计出的电路图不是很复杂，但是也是几经周折。其次，是在multisim中连接电路元件，让我进一步得熟悉了这个软件的功能，并能运用自如。虽然画图时比较麻烦，经过大概一个小时的时间才画完，但看着自己画的图，觉得很有成就感。最后，是电路的仿真，者可以说是最关键的一部了，前面所有的工作都是在为它打基础，一旦仿真失败就意味着所有得努力可能全部白费。仿真的结果虽然显示出数字来了，但是和是要得要求相差很远。因此，就一次一次的调试，改变电阻的阻值，以及滑动变阻器的阻值，最终把结果调试出来了。通过传感