机器人智能感知基础 课件 第四章 机器人近觉热觉滑觉听觉嗅觉味觉感知基础

第四章机器人近觉/热觉/滑觉/听觉/嗅觉/味觉感知基础目录CONTENT123接近觉传感器热觉传感器滑觉传感器456听觉传感器嗅觉与味觉传感器本章小结接近觉传感器4.1接近觉传感器介于触觉传感器与视觉传感器之间，可以测量距离和方位，并且可以融合视觉和触觉传感器的信息。接近觉传感器的作用可以归纳为：1、发现前方障碍物，限制机器人的运动范围，以避免与障碍物发生碰撞；2、在接触对象物前得到必要信息，如与物体间的相对距离、相对倾角，以便为后续动作做准备；3、获取对象物表面各点间的距离，从而得到有关对象物表面形状信息。接近觉传感器机器人接近觉传感器分为接触式和非接触式两种测量方法。对机器人传感器而言，根据所采用的原理不同，机器人接近觉传感器可以分为机械式、感应式、电容式、超声波、光电式等。接触式接近觉传感器触觉接近觉传感器与昆虫的触须类似，在机器人上通过以微动开关和相应的机械装置（探头、探针等）相结合而实现一般非接触测量距离的作用。实例：猫胡须传感器，其控制杆采用柔软弹性物质制成，相当于微动开关，如图（a）所示，当触及物体时接通输出回路，输出电压信号。图（b）为使用实例，在机器人脚下安装多个猫胡须传感器，依照接通的传感器个数来检测机器脚在台阶上的具体位置。接触式接近觉传感器接触棒接近觉传感器如右图所示为安装在机器人手爪上的接近觉传感器，传感器由一端伸出的接触棒和传感器内部开关组成。机器人手爪在移动过程中碰到障碍物或接触作业对象时，传感器的内部开关接通电路，输出信号。接触式接近觉传感器气压接近觉传感器如右图所示气压接近觉传感器利用反作用力方法，通过检测气流喷射遇到物体时的压力变化来检测和物体之间的距离。气源送出具有一定压力

的气流，离物体的距离越小，气流喷出的面积就越窄，气缸内的压力就越大。如果事先求得距离和气缸内气体压力的关系，即可根据压力计读数测定距离。感应式接近觉传感器电磁感应接近觉传感器感应式接近觉传感器主要有三种类型，它们分别基于电磁感应、霍尔效应和电涡流原理，仅对铁磁性材料起作用，用于近距离、小范围内的测量。电磁感应传感器的核心由线圈和永久磁铁构成。当传感器远离铁磁性材料时，永久磁铁的原始磁力线如图（a）所示；当传感器靠近铁磁性材料时，引起永久磁铁磁力线的变化，如图（b）所示，从而在线圈中产生电流。感应式接近觉传感器电涡流接近觉传感器电涡流接近觉传感器主要用于检测由金属材料制成的对象物体。它是利用一个导体在非均匀磁场中移动或处在交变磁场内，导体内就会出现感应电流这一基本电学原理工作的。工作原理：线圈通入电流产生交变磁场。当传感器与外界导体接近时，导体中感应产生电流，形成磁场，导致传感器线圈阻抗发生变化。通过适当的检测电路，可从线圈中耗散功率的变化得到传感器与外界物体的距离。感应式接近觉传感器霍尔效应接近觉传感器原理：持霍尔元件的激励电流不变，使其在一个均匀梯度的磁场中移动时，则其输出的霍尔电动势取决于它在磁场中的位移量。如图所示，由霍尔元件和永久磁体以一定方式联合使用构成，可对铁磁体进行检测。当附近没有铁磁物体时，霍尔元件感受一个强磁场；铁磁体靠近接近觉传感器时，磁力线被旁路，霍尔元件感受的磁场强度减弱，引起输出的霍尔电动势变化。电容式接近觉传感器电容式接近觉传感器能够检测任何固体和液体材料，这类传感器通过检测外界物体靠近传感器所引起的电容变化来反映距离信息。工作原理：如右图所示，若在极板1上施加交变电压，在附近产生交变电场。当目标接近时，电场的变化使极板1、2间耦合电容改变。由于激励电压幅值恒定，所以电容的变化又反映为极板2上电荷的变化。将极板2上的电荷转化为电压输出，并导出电压与距离的对应关系，就可以根据实测电压值确定当前距离。超声波接近觉传感器原理：基于测量渡越时间（TimeofFlight），即测量从发射换能器发出的超声波，经目标反射后沿原路返回接收换能器所需的时间。渡越时间的测量有多种方法，基于脉冲回波法的超声波接近觉传感器是其中应用最普遍的一种，如右图所示。其他方法还有调频法、相位法、频差法等。超声波接近觉传感器环境因素影响：环境中温度、湿度、气压对声速均会产生影响，这对以声速来计算测量结果的超声波接近觉传感器来说是一个主要的误差来源。其中温度变化的影响最大。空气中声速的大小可近似表示为：式中，v为t℃时的声速，m/s;v为0℃时的声速，m/s；t为温度，℃。声强随传播距离增加而按指数规律衰减，以及空气流的扰动、热对流的存在均使超声波接近觉传感器在测量中、长距离目标时精度下降，甚至无法工作，工业环境中噪声也会给可靠的测量带来困难。光电式接近觉传感器光学接近觉传感器一般包括发光元件和接收元件，按测距原理，基本分为三角法、相位法和光强法。三角法原理：发射元件发射的光束照射到被测物体表面上被反射，部分反射光成像在位置敏感元件（PSD、CCD或光电晶体管阵列）表面上，根据几何关系，测得目标距离z为：。问题：基于三角测量原理的主要问题是距离灵敏度与距离的平方成反比，这将限制传感器的动态范围，否则传感器的尺寸会很大。距离灵敏度：光电式接近觉传感器相位法原理：调制光源发出频率很高的调制光波，根据接收器接收到的反射光与发射光的相位变化来确定距离。假设波长为λ的激光束被分为两束，一束（参考光束）经过距离L到达相位测量装置，另一束经过距离d到达反射表面。反射光经过的总距离为L+2d。若d大于0，测量点处两光束之间将产生相位移：。若，即只根据测得的相位移无法区别反射光束和参考光束。因此只有或，才有唯一解。将

代入上式，有其中d为目标距离，c为光的传播速度，f为调制光波的频率。光电式接近觉传感器光强法原理：当被测目标为平面时，若发射元件和接收元件轴线近似平行，且相距很近时，接收元件的输出近似为:式中，d为传感器与被测物体之间的距离；K为被测物体表面特性的参数，通过试验确定。热觉传感器4.2热电式传感器热电式传感器是将温度转化为电量变化的装置。主要利用某些材料或原件的性能随温度变化的特性来测量。实际使用中最朴素的方法是将温度变化转换为电阻变化，如热电阻和热敏电阻，或者转换为电动势变化，如热电偶。热电式传感器热电阻热电阻也被称为金属热电阻，是利用金属导体的电阻随温度变化的特性对温度及其相关参数进行测量。目前大多数热电阻再温度增加1℃时电阻增加0.4%~0.6%。热电阻材料通常需要具备高电阻率、高温度系数、较宽测量范围内具有稳定的物理和化学性质、良好的输出特性和加工工艺。因此，纯金属时制造热电阻的主要材料，例如铂、铜、铁、镍等。实际使用时热电阻的产品引出导线也有一定电阻值，为了避免导线电阻引入电桥等测量电路导致的测量误差，实际热电阻产品引线有二线制、三线制和四线制，分别用于接入不同的测量电路中，分别适用于普通场合、工业精确测量场合和高精度测量应用中。热电式传感器热敏电阻热敏电阻也是利用电阻阻值随温度变化这一特性制成的热敏元件。与金属热电阻不同，热敏电阻采用半导体材料制成，例如钴、锰、镍等材料的氧化物采用不同比例配方、高温烧结而成。根据半导体电阻-温度特性的不同，热敏电阻可分为正温度系数（PTC）、负温度系数（NTC）和临界温度系数（CTR）热敏电阻。热敏电阻相对于热电阻具有结构简单、体积小、温度系数大、灵敏度高、电阻率高、热惯性小、适宜动态测量、可测点温度等优点。热敏电阻的测温范围通常为-50°C~350°C。同时，热敏电阻阻值随温度变化的灵敏度高，由于电流对热敏电阻有加热作用，所以不能使用大电流以防带来测量误差。热电式传感器热电偶热电偶主要基于塞贝克效应（也称为第一热电效应）进行工作的。所谓塞贝克效应是1821年T.J.Seebeck发现的一种物理现象，即当两种不同性质的导体两端连接在一起组成一个闭合回路时，如果接点处的温度不同，则在两导体间产生电动势，并在回路中形成电流。该现象其实是受热物体中的电子（空穴）在温度梯度作用下由高温区往低温区移动，所产生电流或电荷堆积的一种现象，这种现象被称为塞贝克效应。热电偶被广泛用于测量100°C~1300°C范围内的温度。回路中的热电动势主要包括两部分，即两种导体的接触电动势和单一导体的温差电动势。热电式传感器热电偶

热电式传感器热电偶

热电式传感器热电偶综上可知，温度不同的导体A和B组成闭合回路，回路中总电动势可计算为：

热电式传感器热电偶由此可知，导体材料确定后热电偶总电动势只与接点温度有关，而且热电偶必须采用不同电极材料、两端温度不同才能形成电动势。此外，热电偶还具有一些基本定律，比如连接导体定律（包括中间导体定律、均质导体定律）、中间温度定律、参考电极定律。热电偶中间导体定律：若在导体A和B组成的热电偶中插入第三种导体C，只要导体C两端温度相同，则对热电偶总电动势无影响。该定律是采用补偿导线法进行温度测量的理论基础。同理，当加入更多导体后，只要保证加入导体的两端温度相等，就不会影响回路中总电动势。热电式传感器热电偶均质导体定律：若热电偶导体A和B分别与连接导线C和D相接，总电动势仍为两部分的和即如果组成热电偶两个接点的材料相同，无论两接点的温度是否相同，热电偶回路中的总电动势为零。

热电式传感器热电偶参考电极定律：若两种导体B、C分别与第三种导体A组成热电偶电动势已知，则B、C组成的热电偶也可知。即：根据热电偶定律，只要是两种不同金属材料，都可以形成热电偶。为了保证可靠性和测量精度，要求热电偶材料具有热电性质稳定，不易氧化腐蚀，电阻温度系数小，电导率高等特点。根据上述定律，可以进行平均温度、单点温度、温差等测量。机器人热觉传感器的设计原理机器人热觉传感器可仿照人的热觉敏感进行设计。皮肤覆盖的毛细管血液循环系统使皮肤温度保持恒定并高于环境温度，利用皮肤的这一特性可鉴别接触物体的热性能。

机器人热觉传感器的设计原理

热源温度高可提高灵敏度，但应避免热源损坏待检测物体。热源与未知物体的耦合层是3mm厚的硅橡胶，橡胶弹性能使不平表面有好的接触。机器人热觉传感器的设计原理

热觉传感器的数学模型

机器人金属抓手由右侧抓取物体，假设物体右侧保持在环境温度。时间相关热扩散方程解的标准形式：热觉传感器的数学模型

热觉传感器的数学模型

由同一界面两侧的连续热流量使得：

（4.1）（4.2）（4.3）热觉传感器的数学模型最后一个条件是如图（b）所示的初始条件。两种材料的超越方程的解是准正交函数，应用加权特征值方法可得（4.4）热觉传感器的数学模型

水下热觉传感器

结构原理水下热觉传感器水下各种物体的热响应典型热响应曲线如下图所示：水下热觉传感器水下各种物体的热响应传感器的热敏元件接触物体时，其电路即输出一个表征所接触物体传热性能的特征电压，将各种物体的特征电压范围按大小列成的图表即是物体的分类表。表4-1列出水环境温度为25~30°C时，实验得出的物体分类表。水下物体特征电压范围（DCV）水下物体特征电压范围（DCV）钢-4.000~-2.730玻璃-0.300~0.000覆铜板-2.650~-2.067皮革0.100~0.590大理石-2.037~-1.490胶木0.600~1.100油石-1.470~-0.800塑料1.200~1.950陶器-0.790~-0.360泡沫塑料2.000~3.800水下热觉传感器水下各种物体的热响应基于热觉传感器的计算机在线识别水下物体系统由热觉传感器、A/D接口、计算机和识别软件组成。1、系统学习过程：传感器对水下物体样本进行测试实验（对每种样本的测试实验次数不少于25次），由测试实验结果得出水下物体分类表，并将分类表存人系统的水下物体数据库中。水下热觉传感器水下各种物体的热响应2、系统在线识别水下物体流程如下图所示。实验结果表明，大理石的识别率为92%，覆铜板和油石的识别率为96%，其余物体的识别率为100%。显然，水下热觉传感器亦可用于空气中识别物体。滑觉传感器4.3滑觉传感器机器人的特殊关节（或一组关节）的电机电流作为物体是否滑动的量度，电流监控可以是数字式，亦可是模拟式。若被抓物体滑动（抓握不恰当），感知滑动的最简单方法是“抓举尝试技术”，如右图所示。机械手试图举起物体时，负载转矩使一个或多个关节内的电动机电流增加。若未检测到电流增大，则指令机械手返回起始点。然后，通过某种预定的量增大力，并使机器人“再尝试”。重复程序直到监控电流增加，从而使部件不滑动。受迫震荡式滑觉传感器受迫振荡滑觉传感器的工作原理如右图所示。受迫振荡导致的电压脉冲使部件跟抓爪表面成切线方向（跟抓爪力垂直）移动。蓝宝石指针伸出传感器表面，并跟被抓物体接触。若部件滑动，则指针移动，于是压电晶体产生机械形变，用阈值检测器能敏感到所产生的合成电压脉冲。抓爪力增量性地增加直到部件停止滑动。受迫震荡式滑觉传感器存在的问题：1、尽管橡胶阻尼器使传感器对非滑动敏感较少，但传感器仍对机器人机械手本身的机械振动起反应；2、为了检测滑动，指针必须碰着部件表面，这样容易磨损指针。受迫震荡式滑觉传感器改进：右图展示了改进后的滑觉传感器。蓝宝石指针用一个坚固的Φ0.5mm钢球代替，有脆性的压电晶体用永磁线圈代替。因此，部件沿着抓爪的任何运动都会引起线圈的机械位移，从而输出电压。此外，使用橡胶和油两种阻尼器以及阈电路还降低了传感器对机械手振动的敏感。断续器型滑觉传感器右图展示了磁滚轮型滑觉传感器，其由伸出传感器的橡胶滚轮和一个小的永久磁铁构成。部件在抓爪中的滑动能使滚轮转动。永久磁铁在磁头（可采用磁带录相机用的磁头）上方经过时产生一个脉冲，从而增大抓爪力。缺点：滑动分辨率差。若传感器不是处于复原位置，则检测滑动仅需要作很小的转动。开始处于复原位置，在转动开始时就能立即检测滑动。但进一步敏感滑动要等到其他滚轮转动。断续器型滑觉传感器改进：提高分辨率的办法是使用多个磁体而不是一个磁体。磁体可用多个小片铁磁材料，并将它们对称地埋置在橡胶滚轮周围。读出头由简单的直流线圈构成。这样，只要很小的转动，部件滑动就能使磁阻变化。这种传感器能敏感连续滑动。断续器型滑觉传感器右展示了光学断续型滑觉传感器。在这种传感器的上述橡胶滚轮中安置个小裂缝。用光发射检测器检测部件运动。这类传感器跟上述传感器一样分辨率不高。提高分辨率办法是在滚轮上设置更多的裂缝。贝尔格莱德手掌滑觉传感器

缺点：这种传感器难于小型化，并且反应角受限制（滑动力在滚轮平面上起作用），仅能在一个方向敏感滑动。贝尔格莱德手掌滑觉传感器第二种贝尔格莱德手滑觉传感器：如右图所示压花滚轮用指针代替的滑觉传感器。沿手表面滑动的物体使指针朝着传感器部件形成的接地接点振动。载频方波再一次产生脉冲宽度调制。除了上述传感器的问题外，这种器件仅在抓爪力较小时才工作（力大时指针闭锁，从而阻止机械振动）。贝尔格莱德手掌滑觉传感器改进：如右图所示，滚轮和指针都用一个非导电小球代替，这种小球可在任意方向旋转，球表面是用导体和绝缘体配置的网眼。监控两个接点末端的电压差便可检测滑动。一旦物体滑动，则产生脉冲宽度调制信号。和前两种传感器相比，这种传感器可在任意方向敏感滑动，对外部振动敏感小，且容易使球小型化，因而增加了装置检测小球线方向运动的能力。听觉传感器4.4声音的基本概念声音是由物体振动激励周边空气、固体或液体介质的质点振动，在质点的相互作用下，振动物体四周介质交替产生压缩或膨胀，并逐渐向外传播，从而形成波的传递方式，并被听觉器官所感知。声波传播为能量传递，其形成条件依赖于声源及传播介质两方面。人耳能听到的声波频率在20~20000Hz之间，超过该范围的声音人时听不到的。人们获取听觉信息主要时通过空气传播。声音的基本概念声音的物理性质描述声音的物理量主要包括声音频率、声音周期、声音波长、声速。声音的度量通常声音的强弱可以采用声压、声功率和声强来度量。声压：声波振动时空气压强相比于正常大气压会有增强或者减弱，将增强或减弱的压强称为瞬时声压，单位为帕斯卡（Pa）。声功率：声功率是指声源单位时间内向外辐射的声能，单位为瓦特（W）。声强：声强表示声波平均能量流密度值，代表单位时间内通过一定面积的声波能力，单位为瓦特/平方米（W/m2）。声音的基本概念声音信号特征声音是一种波，具有音色、音调、响度和音长四种物理特征。音色是一种声音区别于其他声音的基本特征。音调表示声音的高低，取决于声波的频率，频率快音调高，反之则低。响度表示声音的强弱，由声波振动幅度决定。音长表示声音的长短，由发音持续时间的长短决定。听觉传感器技术基础动圈式传声器右图为动圈式传声器的结构原理，它与球顶式扬声器的结构非常相似。实际上两者有较大的差别。扬声器的功能是将电信号转换为声信号，而传声器则是将声信号转换为电信号。听觉传感器技术基础动圈式传声器传声器的振膜非常轻、薄，可随声音振动。动圈同振膜粘在一起，可随振膜的振动而运动。动圈浮在磁隙的磁场中，当动圈在磁场中运动时，动圈中可产生感应电动势。此电动势与振膜振动的振幅和频率相对应。因而动圈输出的电信号与声音的强弱、频率的高低相对应。这样传声器就将声音转换成了音频电信号输出。听觉传感器技术基础电容式传声器

听觉传感器技术基础电容式传声器右图所示为MEMS电容传声器的结构原理，背极板与声学膜共同组成一个平行板电容器。在声压的作用下，声学膜将向背极板移动，两极板之间的电容值发生相应的改变，从而实现声信号向电信号的转换。对于硅基电容式微传声器来说，由于狭窄气隙中空气流阻抗的存在，引起高频情况下灵敏度的降低，通过在背极板上开大量声孔以降低空气流阻抗的方法来解决。听觉传感器技术基础光纤式传声器原理：当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，使传输光的相位产生变化以及造成传输光的损耗等，光纤声传感器就是基于此原理制成。听觉传感器技术基础光纤式传声器双光纤干涉仪型声传感器由两根单模光纤组成。分光器将激光器发出的光束分为两束光，分别作为信号光和参考光。信号光射入绕成螺旋状的作为敏感臂的光纤中，在声波的作用下，敏感臂中的激光束相位发生变化，而与另一路作为参考臂光纤传出的激光束产生相位干涉，光检测器将这种干涉转换成与声压成比例的电信号。作为敏感臂的光纤绕成螺旋状，其目的是增大光与声波的作用距离。语音识别芯片语音识别技术就是让机器把传感器采集的语音信号通过识别和理解过程转变为相应的文本或命令的高技术。1.语音识别过程计算机语音识别过程与人对语音识别处理过程基本上是一致的。目前主流的语音识别技术是基于统计模式识别的基本理论，一个完整的语音识别系统可大致分为三部分。分别为语音特征提取、声学模型与模式匹配（识别算法）和语义理解。语音识别芯片①

语音特征提取由于语音信号的时变特性，特征提取必须在小段语音信号上进行，也即进行短时分析。这一段被认为是平稳的分析区间，称为帧，帧与帧之间的偏移通常取帧长的。通常要对信号进行预加重以提升高频，对信号加窗以避免短时语音段边缘的影响。②声学模型与模式匹配（识别算法）声学模型通常由获取的语音特征通过训练产生，目的是为每个发音建立发音模板。声学模型单元大小（字发音模型、半音节模型或音素模型）对语音训练数据量大小、系统识别率以及灵活性有较大影响。③语义理解计算机对识别结果进行语法、语义分析。明白语言的意义以便作出相应的反应，通常是通过语言模型来实现。语音识别芯片2.语音识专用芯片DSP语音芯片由数字信号处理器（DSP）组成的语音识别系统一般由定点16位DSP组成，外加A/D变换、D/A变换，以及ROM、RAM、FLASH等存储器组成。最常用的DSP芯片有TI公司的TMS320AC54XX系列，AD公司的ADSP218X系列，以及DSPG公司开发的OAK系列。语音识别芯片2.语音识专用芯片人工神经网络芯片人工神经网络一般采用时延单元神经网络，并于其他方法结合，实现高性能的语音识别。语音识别系统级芯片系统级芯片（SystemonCircuit，SOC）将MCU或DSP、A/D、D/A、RAM、ROM以及预放、功放等电路集成在一个芯片上，最有代表性的是Sensory公司的RSC-364及Infineon公司的UniSpeech-SDA80D51。语音识别芯片3.典型芯片介绍①RSC-364由美国SensoryIntegratedCircuit公司开发，2000年开始生产，是一种低价位的语音识别专用芯片，RSC-364功能框图如上图所示。RSC-364使用预先学习好的人工神经网络进行非特定人语音识别，识别率为97%。RSC-364可以进行5~15kb/s的语音合成，是由Sensory专门设计，其音质较好。同时，它还具有改进的ADPCM（自适应差分脉冲调制）语音编解码功能，用作语音回放。语音识别芯片3.典型芯片介绍②

UniSpeech-SDA80D51SDA80D51芯片是德国Infineon公司生产的语音处理芯片，它采用0.18μｍ工艺，内核的工作电压为1.8V，I/O电压为3.3V，模拟Codec部分电压为2.5V，功耗是150mW。SDA80D51芯片如上图所示，该芯片相当于一个片上系统（SOC），内部集成了许多功能模块。由于集成了许多功能块，几乎只需要一片芯片就能完成语音处理和系统控制。嗅觉与味觉传感器4.5嗅觉传感器嗅觉机理人类嗅觉嗅觉是生物鼻腔受某种挥发性分子的刺激后产生的一种生理反应，是一种复杂而模糊的感觉。单个嗅细胞的性能是有限的，多个嗅细胞的性能是彼此重叠的，生物嗅觉系统的识别能力是大量嗅细胞、嗅神经和大脑中枢共同作用的结果。人的嗅觉传导通路如下图所示。嗅觉传感器嗅觉机理人工嗅觉系统常见的人工嗅觉系统一般由气敏传感器阵列和分析处理器构成。下图所示为人工嗅觉系统的结构框图，从功能上讲，气敏传感器阵列相当于生物嗅觉系统中彼此重叠的嗅细胞，数据处理器和智能解释器相当于生物的大脑，分析处理器相当于生物的脑细胞，其余部分相当于嗅神经信号传递系统，嗅觉模拟系统在以下几个方面模拟了生物的嗅觉功能。嗅觉传感器嗅觉传感器阵列气敏传感器按敏感材料类型主要有化学电阻型和质量型两大类，前者包括金属氧化物半导体（MOS）和有机聚合物膜（Ploymer），后者主要为石英晶振（QMB）与声表面波（SAW）。嗅觉传感器嗅觉传感器阵列

嗅觉传感器嗅觉传感器阵列2、导电聚合物膜传感阵列装置这类装置的工作原理是工作电极表面上杂环分子涂层在吸附或释放被测气味分子后导电性能会发生变化。导电聚合物膜材料来源广泛，选择性大；具有灵敏度高、稳定性好、不易被含硫化合物“毒化”的优点。被测对象的浓度与传感器的响应在很大范围内几乎呈线性关系，这给数据处理带来极大的方便。这类传感器阵列易于制造和微型化，在环境温度下，吸附和释放速度快，因而响应时间短。嗅觉传感器嗅觉传感器阵列2、导电聚合物膜传感阵列装置①声表面波（SAW）型气敏传感器声表面波型气敏传感器利用声表面器件制成后波速和频率随外界环境变化而漂移的特性，在压电晶体表面涂一层选择性吸附某种气体的气敏薄膜制成。当这层气敏薄膜吸附特定气体之后，引起压电晶体的声表面波频率发生漂移，从而可以测出气体的浓度。嗅觉传感器嗅觉传感器阵列2、导电聚合物膜传感阵列装置①声表面波（SAW）型气敏传感器

嗅觉传感器嗅觉传感器阵列2、导电聚合物膜传感阵列装置②石英谐振型气敏传感器石英谐振型气敏传感器由石英基片、电极、支架三部分构成。其中化学涂层物质涂在电极的中心用来吸附被测气体，涂层质量的好坏直接影响传感器的质量。涂层材料的质量分数不同对气体的灵敏度也不同，质量分数过小时吸附气体的量就较少，容易饱和；质量分数过大时，涂层黏度大，石英振子容易超载，甚至会引起停振。嗅觉传感器嗅觉传感器阵列2、导电聚合物膜传感阵列装置②石英谐振型气敏传感器另外，涂层种类的选择也会对传感器的各项性能产生巨大的影响。所选涂层应该能对被测气体快速作出响应，而对载气或其他气体不吸附或很少吸附，响应过程应完全可逆。当用载气通过气敏元件时被测气体应很快解吸，使晶体恢复原来的振荡频率。最后，涂层应该附着性好、不易挥发、使用寿命长。嗅觉传感器嗅觉传感器阵列3、红外线光电检测装置红外线光电检测装置基于在给定的光程上，红外线通过气体后，光强以及光谱峰的位置和形状均会发生变化，测出这些变化，就可对被测气体的成分和浓度进行分析。红外线光电检测装置在一定的范围内，传感器的输出与被测对象的浓度基本呈线性关系。但是，这类装置的体积不可能很小、价格昂贵、使用条件苛刻。味觉传感器在人类味觉系统中，舌头表面味蕾上的味觉细胞的生物膜可以感受味觉。味觉物质被转换为电信号，经神经纤维传至大脑，这样人就感受到味觉。味觉传感器与传统的、只检测某种特殊的化学物质的化学传感器不同。目前某些传感器可实现对味觉的敏感，如pH计可用于酸度检测、导电计可用于咸度检测、比重计或屈光度计可用于甜度检测等。但这些传感器只能检测味觉溶液的某些物理化学特性，并不能模拟实际的生物味觉敏感功能，测量的物理值受到外界非味觉物质的影响。此外，这些物理特性还不能反映各味觉物质之间的关系，如抑制效应等。味觉传感器实现味觉传感器的一种有效方法是使用类似于生物系统的材料作传感器的敏感膜，电子舌是用类脂膜作为味觉物质换能器的味觉传感器，能够以类似人的味觉感受方式检测味觉物质。目前，从不同的机理看，味觉传感器技术大致分为多通道类脂膜技术、基于表面等离子体共振技术、表面光伏电压技术等，味觉模式识别由最初的神经网络模式识别发展到混沌识别。混沌是一种遵循一定非线性规律的随机运动，它对初始条件敏感，混沌识别具有很高的灵敏度，因此越来越得到应用。较典型的电子舌系统有法国的AlphaMOS系统和日本的KiyoshiToko电子舌。味觉传感器1、多通道味觉传感器这种传感器用类脂膜构成多通道电极制成的，多通道电极通过多通道放大器与多通道扫描器连接，从传感器得到的电子信号通过数字电压表转化为数字信号，然后送入处理器进行处理，测