智能柔性传感器的应用及其发展前景
智能柔性传感器的应用及其发展前景
刘 敏,庄勤亮
(东华大学纺织学院,上海201620)
摘 要:介绍了智能纺织品的定义、分类和特征,综述了智能纺织品用作柔性传感器在电子电工、医疗保健、运动器材、娱乐、产业用纺织品等领域的应用,指出了智能柔性传感器存在问题及其发展前景。
关键词:柔性传感器;智能纺织品;应用;前景中图分类号:TP391 文献标识码:A
文章编号:1673-0356(2009)01-0038-03
收稿日期:2008210212;修回日期:2008211215
作者简介:刘 敏(19822),女,重庆长寿人,硕士研究生在读,主要从事智
能纺织品的研究开发。
智能材料结构的发展是以智能材料的不断开发为依托的,因此各种感知材料、驱动材料和自修复材料的研制、改性与装置开发,将不断丰富和发展智能结构体系。随着智能纺织品和人工智能技术特别是微型计算机技术的迅速发展,智能导电织物不仅可以用来消除静电、吸收电磁波,还因其体积小、功能强大、易于穿着等特点被广泛用于医疗、军事、航空和运动器材等多个领域。未来智能纺织品还应有更为强大的功能
[1～5]
,如智能柔
性传感器自身能消除异常值和例外值,提供更全面、更真实的信息,有一定的智能算法及自学习功能,可通过数字通信接口而实现网络化和远程控制,等等。本文就智能纺织的应用和发展前景作一综述。
1 智能纺织品的特征及分类
111 智能纺织品及其特征
智能纺织品是模仿生命系统能感知环境变化(如负载、应力、应变等及其变化),并能实时地改变自身的一种或多种性能参数,自身可作出所期望的能与变化后环境相适应的自我调整复合材料或材料的复合[6～8]。智能导电纺织品不仅具有一般机织、针织面料所具有的性能,而且还至少具有一种实用功能,因此也称为功能织物。智能纺织品通常由3部分组成:传感器、致动器和控制单元[9～12]。经过20多年研究,智能导电纺织品已经在电子电工、运动器材与服装、数字化多媒体娱乐、卫生保健和工业工程设施等领域发挥了极其重要的作用。目前,对高度刺激能产生智能响应的纤维和纺织品的研究和开发已引起了人们极大的关注,甚至有一些专家将智能导电纺织品(smart tex 2
tiles )看作是纺织服装工业的未来[13～14]。112 智能纺织品的分类
随着智能材料的种类不断扩大,智能纺织品的分类也只能是粗浅的,分类方法有多种,通常,按照对外界刺激所反应的方式智能纺织品可大体上分为如下3类[15～17]。
(1)消极智能纺织品 在消极智能纺织品中,传感器只能感
知外界的环境和刺激,如所开发的光纤传感技术。光纤具有感知和单向传输功能,主要用于检测应变、温度、位移、压力、电流、磁场等。因此,光导纤维已成为组成感知风格的最有希望的媒
介。消极智能纺织品主要有士兵作战服,消极智能衬衫,导电纺织品,压敏纺织品等。
(2)积极智能纺织品 在积极智能纺织品中包含有传感器
和致动器,致动器可根据直接检测得到信号或根据从中央控制单元得到的信息,使结构发生变化以适应环境的变化。这类纺织品具有对外界环境和刺激感知且反应的能力。积极智能纺织品主要有形状记忆材料,防水织物,储能纤维,变色织物,蓄热织物,新型液晶聚合体,调温纺织品,芳香纺织品等。
(3)高级智能纺织品 高级智能纺织品属于最高水准的智
能纺织品,不仅具有对外界环境和刺激感知、反应的能力,还表现出动态的自适应性。高级智能纺织品主要有信息服装,数字服装,智能文胸,保健服装,灭蚊服装,情感服装,军用帐篷等。
2 智能导电纺织品的应用
211 电子电工
在电子电工领域,智能导电纺织品作为柔性传感器主要用在织物柔性键盘和软开关方面。压敏传感器作为一种柔性纺织品,与个人通讯系统结合,在织物或者服装中封装一个非常小的传感器和芯片,同时织物中优良的传导材料提供所需的电子连接,其应用主要包括个人信息终端、科学探索器材、残障设备等领域[18]。压敏纺织品的传感器是由传统的纤维编织而成(柔韧性强),织物中导电纤维经纬向交织形成一个矩阵,可以准确感知到织物受压部位。因此被运用到柔性衬垫、柔性遥控器、柔性键盘及柔性电话中。如图1所示,英国的Softswitch 是用于商业生产的服装键盘,基于量子隧道效应,可以与任何类的电子元件直接接触,而不需要单一处理或复杂的软件[19]。美国麻省理工学院的研究人员用不锈钢纤维在织物上刺绣出不同的电路,可以织成织物软键盘[20]。智能导电织物可以用于玩具、智能表面、压力测试、计算机表面,以及可穿着电子元件等。
212 运动器材和服装
随着技术密集型运动器材和运动服装的功能性和智能型发展,智能纺织品的柔性传感器起着越来越重要的桥梁作用。在高性能滑雪服中嵌入电子滑雪通行证、无线电连接、全球定位系统、温度传感器和热敏材料等。Lapland 大学与Finnish Re 2
ima Tutta 公司及其他一些机构合作开发的一种滑雪运动服,使
用了综合传感器包括加速计、罗盘和全球定位系统(GPS ),以提供穿着者的健康信息、位置及运动情况,并通过数据分析建议合
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2009年第1期
理的运动量;同时智能卡记录了穿着者的训练计划,能够感知穿着者的疲劳程度,或建议继续运动,或建议改天再训练。如果穿着者发生事故,它们会发送包含当前位置坐标和生理测量数据的信息,通知紧急情况办公室[21]
。
图1 Soft switch 的应用
J Wu 等人利用聚吡咯导电织物研究出一种智能型膝套,这
种膝套是由包覆一层薄薄的导电聚吡咯的莱卡织物支撑,并能通过释放的音频语调给玩家提供反馈,起到保护作用。这是因为膝盖套包含一个动态的电子元件内部电子电路,当涂层织物拉伸变化电阻也随着变化,从而导致输出电信号变化。根据涂层织物的应变,
不同的声音就会被自动释放[22],如图2所示。
图2 智能膝套显示图
213 数字化多媒体娱乐
利用导电纤维在织物上刺绣的技术,Philip 公司和Levig 公司已经开发出了音乐茄克、音乐键盘和运动茄克等系列产品,依靠埋人的光纤实现与电子产品的连接,可与外界对话等,实现服装的电子化和数字化[23]。Philip 公司和Levi 公司合作生产的音乐茄克,包含了一个简易的网络系统,依靠埋入衣料内的光纤将随身携带的电子产品连接起来,并且通过置入织物的软键盘,实现对手机和播放机的控制;在衣领内有一个微型麦克风和一对可随意调节左右声道的立体声耳机,可以与外界对话和收听广播[24]。
214 医疗卫生保健
在医疗卫生保健方面,通过在衣服内置入智能柔性传感器,可制成保健服装。保健服装作为人体的第2层皮肤,有内层和外层两个接触面。外层用来观测天气,获取气候特征;内层可检测穿着者的生物生理状态。通过衡量比较这些特征,服装对人体的运动作出分析,就能够感知穿着者的疲劳程度。如果遇上有不适的情况,服装就会叫穿着者的医生[25～26]。目前利用表面涂有导电聚合体的织物作为传感器,已开发出会根据胸部运动,
自动地收紧、放松肩带或加固、松弛罩杯来约束胸部运动的智能文胸,可避免胸部有疼痛的感觉或产生乳房下垂现象。这种智能文胸可辨别由于惊慌或医疗突发事故引起的心跳加快和由于兴奋引起的心跳增长。当心跳突然改变时穿着者就会得到提示,以确告装置一切正常。如果穿着者没有反应,系统就会自动认为需要帮助。通过无线移动技术来传送疼痛信号,再由全球定位系统得出穿着者的位置所在[27]。D Della Santa 等人[28～29]使用智能材料使设计和生产的新一代服装具有分布式感应器和电极,可穿着式非侵扰性智能衬衫将允许用户以最少的训练和不适来进行日常活动,同时配置有计算机语言记录器的压阻式织物传感器的智能衬衫可用来监测人体的呼吸情况和心电图变化。
215 工业工程设施
一般集成在纺织品内的电子元件很重要的一个特点就是它必须具有非常低的能耗,完善的能源管理和创新的电力供给。热能发电器的出现可以解决智能服装驱动能量来源的问题,因此非常有前途。日本太阳工业公司用碳纤维开发了检测应变的传感器,可用于建筑物、道路、工厂、飞机、烟囱、索道等结构安全的诊断[21]。Paul 和他的合作者设计制作了含有导电纤维的消防服,其中的导电纤维可以将电信号从输入装置传送到适当的输出装置[30]。当消防人员在集中精力对付面前的火焰时,却面临着背后起火的威胁。一个埋在服装后背的传感器通过导电纤维与埋在服装前面的警报器相连,消防员可及时得到信息,避免灾难。
216 军事安全设施
在士兵作战服的面料中嵌入p H 感应传感器就能探测到生物化学药剂、毒害物质、电磁能量波及神经毒气而发出警告,以保护士兵免受伤害,从而提高士兵的作战和生存能力。这些智能作战服还可制作成消防战士、从事危险工作的工人及其他暴
露在有毒环境中的工作人员的防护服。产品的开发原理是将一种荧光活性染料掺入到光纤中组成传感器,再用这些传感器来检测温度和p H 值。美国乔治亚技术研究学院研制出的可穿着智能监测服装母板(GTWM )为信号的收集、监测和信息处理设备提供了一个非常灵活的框架。它利用光学纤维检测到打击子弹,然后经特殊传感器连接到身体重要信号的监控装置
[31],如图3所示。
图3 可穿着智能监测服装母板
?
93? 2009年第1期 纺织科技进展
217 产业用纺织品
用织物纤维(纱线、丝、棉线)等将塑料光子纤维包缠后织造成光子布,在布的表面用发光染料涂上各种图案或由不同颜色的光子布制成图案,图案的色彩由不同颜色的织物或不同颜色的发光染料配色实现。对有图案的光子布面进行处理,使得塑料光子纤维芯层传输光在侧面泄漏,在塑料光子纤维两端用白光发射二极管(L ED)获各种颜色的L ED通光,布就可以展示出不同的彩色图案[4]。陶肖明教授等人也在交互式织物和智能纺织品方面做了相当多的研究,并取得了一定成果。目前国际上智能材料的研究经过了基础性研究和探索后,预计将逐步在实际结构中局部应用,最后全面进入实用阶段。
3 智能柔性传感器存在问题及发展前景
311 存在问题
智能纺织品的柔性传感器能与服装充分结合,具有体积小、可洗涤、安全舒适等其他金属传感器所不具有的优良特性,无论在电子电工领域,还是在医疗和运动器材等领域的应用研究都特别受到科研工作者的青睐,并已取得了一些成果。但要真正实现大规模的开发应用,实现民用智能化产品的多样化,还有很多问题有待科研工作者进一步解决。
(1)智能柔性传感器的灵敏度和稳定性 对传感器最重要的就是高灵敏度、高精度和高稳定性,特别是用在某些精密仪器上时[32]。现有的纺织品智能传感器精度还有待提高,还不能达到某些高精度仪器的要求,因此必须通过提高纺织品基布的性能、工艺条件等来提高其灵敏度、精度和稳定性。
(2)功能的耐久性 智能纺织品中的智能电路系统比较复杂,穿着者使用初期测试效果比较明显,但经过一段时间使用后,纺织品的应力松弛和疲劳可能导致功能明显下降。因此必须开发具有良好形变回复、耐疲劳、耐磨损等优良特性的纺织品原料作为基布,从根本上保证功能的耐久性。
(3)价格和规模化生产 尽管智能纺织品作为传感器在很多领域都有应用,但是纺织品的智能化时代并未到来,智能柔性传感器要真正走进普通消费者,需要通过采用新材料、新工艺批量生产来实现产品规模化以降低价格。
312 发展前景
随着智能导电纺织品和人工智能技术特别是微型计算机技术的迅速发展,智能纺织品将在各个高新技术领域得到应用。目前研制的智能纺织品的传感器如光纤传感器、压电传感器、微芯片传感器等在各领域的应用已经取得一定成效,未来的智能材料传感器应具有更强大的功能。智能纺织品是21世纪新时尚哲学的基础,在工业、技术、医药或军用纺织品上的发展将成为开启未来时尚之门的一把钥匙,作为“第2皮肤”的生物纺织品或智能纺织品会有美好的市场前景。
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贸易中得到了WTO的认可,因此这就决定了我国出口型企业要做好打持久战的准备。同时对技术壁垒应有一个全面的、清醒的认识,要加强对国外纺织服装业的新成果、新技术、新标准的研究,只有掌握了这些新成果、新技术和新标准,才能有助于将技术壁垒对我国纺织服装产品出口的阻碍作用转变为对纺织服装业可持续发展的促进作用。
21112加强技术改造,严格执行标准
随着科技的进步,各国技术壁垒的技术含金量也在日益增高,这就要求企业必须大力进行技术改造、技术攻关,主动引进新技术、新工艺、新标准,不断提高产品的科技含量和附加值,严格执行国际同样产品的领先标准,同时积极申请质量和环境体系认证,增强企业的国际竞争力。
21113适时调整产品出口经营策略
我国纺织服装企业需要积极调整产品开发战略,大力开发环保型深加工产品和功能性纤维及服装;同时转变经营思想,如可在国外直接设厂就地生产、销售,将技术壁垒的不利影响减小到最低限度。
21114加强品牌意识,以质取胜
我国的出口纺织服装以贴牌加工、来料加工占很大一部分,产品的技术含量和附加值低,绝大多数企业的优势集中在低价格上。很多企业的加工质量得到世界认可,许多世界著名品牌在我国加工,但国内具有自主知识产权的世界级纺织服装品牌却很少,长期处于为他人做嫁衣的状态。所以各企业要加强品牌意识,争创自主品牌,以质取胜。
21115研制和开发生态纺织品
技术壁垒以保护环境、保护人类健康为名,这必然会导致国际贸易中对环境影响较大的初级纺织服装产品的比重逐渐下降,促使以初级产品出口为主的我国纺织服装业实施产品结构调整。我国纺织服装企业只有积极调整产品研发战略,大力开发环保型深加工产品,把绿色纺织品、生态服装等作为出口的新增长点,才能打破国外技术壁垒,稳定并进一步扩大我国纺织服装产品在国际市场上的占有率。
212 政府应对措施
在政府相关职能机构方面,加大宣传力度,及时掌握国外贸易壁垒的动向,宣传国外新的技术法规,加强预警检测工作,积极为企业跨越国外技术壁垒提供必要的技术性服务。同时加入国际标准化机构,争取参与标准的制定。在基础性标准和方法标准中,尽可能地采用国际标准或国外先进标准。加强标准体系和认证认可体系建设,综合运用各种手段鼓励和帮助企业开拓国际市场。加强多双边磋商,充分利用WTO TB T/SPS委员会及各相关平台进行交涉,积极维护和争取我国利益。
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Abstract:Technical barrier becomes t he important factor influencing textile and apparel export trade of our country gradually.It’s harmful to t he textile exportation.The primary technological barriers textile and apparel trade facing are elaborated,and some solutions are proposed.
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The Application and Development Foreground of Smart Flexible Sensor
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(College of Textiles,Donghua University,Shanghai201620,China)
Abstract:Smart textile’s definition,classification,characteristics is introduced,and smart textile as flexible sensor using in E2electrician,healt h care,sport s equipment and entertainment,indust rial textiles fields are also summarized.It s problems and future application prospect are also pointed out.
K ey w ords:flexible sensor;smart textile;application;foreground
传感器的技术应用与发展前景
传 感 器 的 技 术 应 用 与 发 展 趋 势 院系：新联学院 专业：10电子信息工程 姓名：王俊锋 学号:1002174050
传感器的技术应用与发展趋势 摘要：随着信息科学、生物科学以及材料科学的日益进步，传感器技术也随着发展很迅速, 日常生活的各个领域它已越来越受到广泛的关注。将来的传感器技术会向微型化、多功能化、智能化以及网络化的方向发展。 关键词：传感器技术;应用; 现状；发展趋势；微型化;多功能化;智能化;网络化随着科学技术的迅猛发展, 在机械制造、交通运输、石油化工以及医疗卫生等领域，传感器技术的应用越来越广泛，它正逐渐地渗透到人们的日常生活中去。 从某种程度上来讲, 衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志是传感器技术水平的高低，主要体现在传感器能够较好地实现自动控制水平和测试技术的高低。作为测量与自动控制的重要环节的传感器，不仅是新技术革命的重要技术基础，而且还是当今信息社会的重要技术基础。笔者就当前一些重要的领域里，讲述了传感器技术的应用情况，并按照目前传感器技术的发展现状，对其将来的发展方向加以预测。 一、传感器的定义以及分类 （一）传感器的定义 从广义上来说，传感器是指将被测量对象的某一确定的信息具有定量检出与感知功能，而且根据一定的规律能够转化为与之相符的有价值认识信号的装置或者元器件。从狭义上来说，可以感受被测量，而且可以根据特定的规律把其转化为性质相同或不同的输出信号的装置。 （二）传感器的分类 1.传感器种类及品种繁多,原理也各式各样。 2.按照输入物理量的分类，传感器常以别测物理量命名，如位移传感器，速度传感器、温度传感器、压力传感器等； 3.按照工作原理分类，传感器的命名常能够根据工作原理，如应变式、电容式、电感式、热点式、光电传感器等； 4.按输出信号分类，可分为模拟传感器和数字式传感器。若输出量为模拟量则成为模拟式，输出量为数字式则称为数字式传感器等。 5.按照被测量的性质,可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。 (1)物理传感器原理及应用 物理传感器是利用某些物理效应,把被测量转化成为便于处理的能量形式的信号装置,其输出的信号和输入的信号有确定的关系。常用的物理传感器有光电式传感器、压电式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。 (2)化学传感器原理及应用 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,将被测信号量的微小变化转换成电信号。常用的有气敏、湿敏和离子传感器。 （3）生物传感器原理及应用 生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件。换句话说,它是利用生物的或有生命物质分子的识别功能与信号转换器相结合,将生物反应所引起的化学、物理变化变换成
传感器的应用现状及发展趋势-论文2011-11-16
传感器技术的研究应用现状与发展前景 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。传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力，而现代科学技术突飞猛进则提供了坚强的后盾。传感器是信息系统的源头, 在某种程度上是决定系统特性和性能指标的关键部件。本文回顾了传感器技术的发展历史，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究应用状况，并通过简述当前的应用实例，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 1.引言 传感器是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的非电信号转换成电信号的换能器。当今社会的发展是信息化社会的发展，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理，而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统，它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的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的大脑，把通信系统比喻为传递信息的神经系统，那么传感器就是感知和获取信息的感觉器官。传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置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，发展前景十分广阔。 2.传感器的发展历史及分类 2.1传感器技术的发展历史 传感器技术是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
智能传感器的五大领域应用
智能传感器的五大领域应用 近年来，我国的物联网产业发展迅速，据相关数据统计和预测，2014年产业规模达到了6320亿元人民币，同比增长22.6%；2015年产业规模达到7500亿元人民币，同比增长29.3%；2017年产业规模突破9300亿元，同比增长9.31%。预计2018年我国的物联网整体规模将突破万亿元。 传感器在物联网产业中的作用 物联网是将各种信息传感设备和互联网结合起来形成的一个巨大网络，它是互联网的升级，也是信息化时代的核心。物联网的发展需要智能感知、识别和通讯等技术支撑，而感知的关键就是传感器及相关技术，可以毫不夸张的说，没有传感器的进步，就没有物联网的繁荣。随着物联网的发展，传感器产业也将迎来爆发，传感器是物联网采集数据的关键组件，扮演着不可或缺的角色。 随着全球开始步入高速发展的信息时代，在获取和处理信息过程中，首先要解决的就是要获取可靠并准确的信息，而传感器是获取信息的主要手段和途径。例如在工业4.0时代，要用传感器来监视和控制生产过程中的参数，使设备保持正常的工作状态；在智能家居领域，传感器是实现用户和家居单品（灯光、电视、冰箱、音响等）互动的基础；在无人驾驶中，需要通过传感器对交通和环境数据的采集和处理，这样才能保证汽车在道路上的安全行驶……可以毫不夸张的说，未来物联网有多大的市场，传感器就能有多大的作为。 物联网时代，智能传感器将大有可为 中国的传感器产业相对落后，但随着物联网需求的增加，目前国内传感器呈现一种高速增长的态势。据统计，2017年中国的传感器市场规模为2070亿元，预计到2021年将增至5937亿元，未来五年中国传感器产业年均复合增长率约30%，远高于全球平均水平。我国的传感器发展大致分为三个阶段，以利用结构变化感知信号的结构型传感器；以半导体和材料组成的固体型传感器；以具有信息交换、处理能力的智能传感器，这也是物联网时代最有前景的传感器类型。 智能传感器具有高精度、成本低、功能多样化、自动化强等特点，它是一种具有信息处理功能的传感器，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。在很多物联网场景下的传感器都具有智能传感器得特点，未来得物联网时代，智能传感器将是市场主流。 传感器的类型有上万种，智能传感器亦是如此，一个良好的智能传感器是由微处理器驱动的传感器与仪表套装等组成，智能传感器能将检测到的信息储存起来并处理这些数据，从而创造出新数据。智能传感器实现物联网的关键技术之一，它在工业、农业、医疗、交通等领域将发挥巨大作用，在未来的传感器市场上，智能传感器的比重会越来越大。近期云里物里也将发布光传感器，红外线传感器，压力传感器等新品。 五大领域对智能传感器的需求暴涨 近日，某国内知名研究机构发布了未来最有前景的几大物联网场景，其中智能工业、智能家
压电式传感器的发展与应用
HEFEI UNIVERSITY 自动检测技术报告 题目压电式传感器的应用与发展 系别 ***级自动化 班级 **班 姓名 ********************** 指导老师***** 完成时间 2011-11-28
前言：压电式传感器是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量。压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。近年来，由于电子技术的飞速发展，随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。因此，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。本文重点介绍压电式传感器的工作原理，在航空发动机中的应用及发展趋势。 关键字：传感器压电效应测振 正文：压电式传感器的发展及应用压电式传感器是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变 时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量 与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电 效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起 晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。用逆压电效 应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件 的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、 厚度切变型、平面切变型5种基本形式（见图）。压电 晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 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。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。 压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。
智能农业中的传感器应用
设施农业用传感器的分类 设施农业传感器的品种较多，按其检测参数分类，主要有以下几种； 1. 用于检测土壤温度，一般使用的有效温度范围在10～40℃（土壤热容积较大，温度变化不是很明显），安装在作物根部土壤中，以测量作物的生长、发育的土壤温度及浇水后土壤的温度变动情况。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。 2. 用于检测设施农业的空气环境温湿度，一般使用的有效温度范围在0～50℃，有效湿度范围在30～90%。大部分安装在温室、大棚或畜禽舍中空气流通较好的遮阳处，一般根据温室、大棚或畜禽舍长度安装1～4个不等，以避免空气流通差导致的局部小气候效应。 3. 用于检测土壤中水分含量，便于及时和适量浇灌。目前有两种表示方式，其一为容积含水量，即V/V%，其二为质量含水量，即M/M%，大部分产品以容积含水量表示，一般有效范围在10～70%。因不同土质能容纳水量不同，故不同土质在浇灌等量水后，所显示的容积含水量会有不同。根据温室或大棚长度安装2～4个不等，安装时根据不同作物根系深度确定埋土深度。 4. CO2含量传感器 CO2含量传感器用于检测环境中CO2含量，便于决定是否增施气肥或需通风换气。一般以ppm为单位，有效范围在100～1000ppm之间。可以用在
温室、大棚中，也可以用在密封/半密封的畜禽舍中。温室、大棚中主要检 测有光照情况下CO2含量是否低于作物光合作用的最佳浓度，在畜禽舍中主 要检测密封环境下CO2浓度是否超出影响畜禽能生长发育的最大浓度，以便 于及时通风换气。独栋温室、大棚或畜禽舍安装1个即可。 含量传感器 NH3含量传感器用于检测畜禽舍环境中NH3的含量，以决定是否需要通 风换气和清除粪便。一般以ppm为单位，有效范围在0~100ppm之间。养鸡 场应用居多，尤其是蛋鸡场，因为鸡的消化系统不能完全消化饲料，大量 蛋白质通过粪便排出后，经过复杂的化学反应转变为NH3，而NH3又是影响 鸡蛋产量的关键因素，一旦NH3浓度超过一定值，蛋鸡产蛋率明显下降，甚 至不产蛋，需要数周后才能恢复。一般安装1个即可。 6.光照度传感器 光照度传感器用于检测作物生长环境的光照强度，以决定是否需要遮 阳或补光。单位lux（勒克司），有效范围在200～200000Lux。一般安装 在温室、大棚中，用来检测作物生长所需要的光照强度是否满足最基本需 要或是否达到作物的最佳生长状态，如与CO2传感器联合使用，可以为何时 增施气肥提供参考。安装时考虑向阳并且避免被遮挡。一般安装1个即可。 7.营养元素传感器 营养元素传感器用于检测作物生长环境中N（氮）、P（磷）、K（钾）的含量，以决定是否需要施肥。一般用于检测无土栽培环境中所调配的营 养液中营养元素含量，或根据流回的营养液中元素的吸收情况决定营养元 素的调配比率，也可用于普通大棚或温室中土壤营养元素含量检测。 二性能要求
(完整版)传感器的目前现状与发展趋势综述
传感器的目前现状与发展趋势 吴伟 1106032008 材控2班 摘要：传感器是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的一个关键组成部分。传感器技术是世界各国竞相发展的高新技术，也是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛，其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。本文首先介绍了传感器的基本知识和传感器技术的发展历史。之后，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究状况。最后，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 关键词：传感器技术；传感器；研究现状；趋势 引言 当今社会的发展，是信息化社会的发展。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统。它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的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”，把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”，那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。 传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。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，发展前景十分广阔。 1 传感器的基本知识
1.1 传感器的定义和组成 广义地说，传感器是指将被测量转化为可感知或定量认识的信号的传感器。从狭义方面讲，感受被测量，并按一定规律将其转化为同种或别种性质的输出信号的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成，其中敏感元件和转换元件可能合二为一，而有的传感器不需要辅助电源。 1.2 传感器技术的基本特性 在测试过程中，要求传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有两种形式：一种是稳定的，称为静态信号；一种是随着时间变化的，称为动态信号。由于输入量的状态不同，传感器的输入特性也不同，因此，传感器的基本特性一般用静态特性和动态特性来描述。衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性等，动态特性还与传感器输入量的变化形式有关。 2 传感器技术的发展历史与回顾 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。 我国从20世纪60年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号
智能传感器的主要功能
智能传感器的主要功能 一，概述 智能传感器技术是1978年由美国宇航局在宇航工业中发展出来的产品。智能传感器过去主要用于过程工业，如今已向离散自动化领域和商业领域推进。正在由神秘走向推广普及。但是，直到今天，究竟何为智能传感器?其功能如何?这些看似简单的问题人们的回答仍是莫衷一是。实际上，究其实质，智能传感器就是含有微控制器的检测装置。一个普通检测器件只能检测一个物理量，其信号调节是由若干与主检测单元连接的模拟电子电路实现的。而如今，一个微控制器用软件就能实现同样的功能。过程工业中的一些较大而复杂的传感器通常比离散工业和商业领域的传感器昂贵，这是因为从模拟信号调节切换成数字信号调节的成本虽高，但可以接受，而且很早就被接受了。数字信号调节有若干优点胜过模拟调节，其一是数字系统的调节电路无温漂，而且很容易调节传输特性。其二是用软件比用分立电子电路能更快捷方便地建立若干不同功能。 由于微控制器技术正朝着低价、小巧和高性能方向发展，使智能传感器打开了进入其它工业和商业领域的大门。为了便于大家了解智能传感器的功能特性，巧妙地用于自己的场合，下面简要介绍它与普通传感器不同的几种主要特性。 二，智能传感器的主要功能 智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的
智能单元，它的出现对原来硬件性能的苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助来使传感器的性能大幅度提高。智能传感器通常可以实现以下功能： 1.复合敏感功能 我们观察周围的自然现象，常见的信号有声、光、电、热、力和化学等。敏感元件测量一般通过两种方式：直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能，能够同时测量多种物理量和化学量，给出能够较全面反映物质运动规律的信息。如美国加利弗尼亚大学研制的复合液体传感器，可同时测量介质的温度、流速、压力和密度。美国EG&GIC Sensors公司研制的复合力学传感器，可同时测量物体某一点的三维振动加速度、速度、位移等。 2. 自适应功能 智能传感器可在条件变化的情况下,在一定范围内使自己的特性自动适应这种变化。通过采用自适应技术,由于它能补偿老化部件引起的参数漂移,所以自适应技术可延长器件或装置的寿命。同时也扩大其工作领域,因为它能自动适应不同的环境条件。自适应技术提高了传感器的重复性和准确度。因为其校正和补偿数值已不再是一个平均值,而是测量点的真实修正值。 3. 自检、自校、自诊断功能 普通传感器需要定期检验和标定，以保证它在正常使用时足够的准确度，这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行,对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智
传感器技术的应用及其发展
传感器技术的应用及其发展 摘要：传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节，而测试技术与自动控制水平 高低，是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。本文列举了传感器技术在当前一些重要领域里的应用，并讲述了其发展趋势。 关键词：传感器技术应用现状发展趋势 一、引言 传感器技术是当今世界令人瞩目，迅速发展的高新技术之一，也是当代科学发展的一个重要标志，与通许技术、计算机技术共同构成21世纪信息产业的三大支柱。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。因此各发达国家都将传感器技术作为本世纪重点技术加以发展。随着国内工业自动化、信息化和国防现代化的发展，传感器的年需求量持续增长。传感器的应用也越来越广泛、已渗透到各个专业领域。但是目前国内传感器技术的创新和新产品开发能力落后于国内外先进水平，制约了我国工业自动化和信息化技术的发展。 二、传感器介绍 传感器一般由敏感元件、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。传感器通常可以按照一系列方法进行分类。根据输入物理量的分类，传感器常以别测物理量命名，如位移传感器，速度传感器、温度传感器、压力传感器等；根据工作原理分类，传感器常可以依据工作原理进行命名，如应变式、电容式、电感式、热电式、光电传感器等；按输出信号分类，可分为模拟传感器和数字式传感器。输出量为模拟量则称为模拟式，输出量为数字式则称为数字式传感器等等。 三、主要传感器技术分类 传感器技术是当前代表国家综合科研水平的重要技术，传感器技术的具体应用是传感器技术转化的重要途径和方法。加强对传感器技术应用的研究也是了解传感器技术发展现状并对其未来发展进行预测的基础和前提。 3．1 光电传感器技术
传感器在智能家居中的应用
传感器在智能家居中的应用 （） 摘要：本文以智能家居为背景，主要讨论了温度传感器、光传感器和气敏传感器这三种传感器在智能 家居中的应用。首先对系统进行了需求分析，明确了系统要实现的功能，在本文中主要测温度、亮度 和气体这三个量。其次对每种传感器的选型进行了详细的方案对比，然后选定一种较合适的传感器， 最后对选定的传感器进行介绍，包括原理、电路图，精度分析等。最后对对智能家居目前存在的问题 进行了简单描述以及对本文的一个总结。 关键词：智能家居；温度传感器；光传感器；气敏传感器 Sensors in the smart home Abstract: In this paper,I mainly discussed the temperature sensors, light sensors and gas sensors in the smart home. Firstly, I analysised the smart home system and defined the function of system，primarily measured the temperature, the brightness and the amount of gas。Secondly, the selection of each sensor for a detailed comparison have been included in this paper, and then I select a more suitable sensor,introduced it，including the principle, schematics, precision analysis. Finally, I gave a simple description of problems in smart home and a summary of this paper. Key words: smart home；temperature sensors；light sensors；gas sensors 一、智能家居简介 智能家居就是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术（3C），建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。智能家居是IT技术（特别是计算机技术），网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。 相信很多人对一些美国科幻电影中的镜头印象深刻：主人公回到家中，随着门锁被开启，家中的安防系统自动解除警戒，廊灯缓缓点亮，空调、通风系统自动启动，动听的背景交响乐轻轻奏起。主人公坐在家中沙发上，手拿一个外观精美的遥控器，就能控制家中所有的电器。晚上，主人公上床休息，在他躺下的一刻，所有的窗帘都自动关闭，入睡前，床头边的面板上，晚安的灯光按钮亮起，所有需要关闭的灯光和电器设备自动关闭，同时安防系统自动开启处于警戒状态。主人公外出的时候，只要按一个键就可以关闭家中所有的灯和电器。 在科技高速发展的今天，这已经不仅仅是只能在科幻电影中看到的情景了。随着智能家居逐渐走进我们的生活，这样的场景也许不久就会在您身边变成现实。 现代科技进入家居的带来的变化令人啧啧称奇，给人们的家居生活带来了极大的便利。上文所描绘的这些场景，都是是智能家居将要带给您的“神奇”体验，而这一切，不过是智能家居控制系统能为您做的事情中的一小部分。 智能化志在必行是发展的趋势，因为这个世界显然是为懒人设计的。智能家居的概念并不是一个新东西，其实早在10年前，智能家居的概念就从国外引入到国内，从最初的梦想到真正进入我们今天的生活，智能家居在随着科技的发展，经历了一个既热闹又艰难的发
传感器技术发展现状及趋势
传感器技术发展现状及趋势 桂林航天工业学院 课程论文 题目：传感器技术发展现状及趋势 专业：工商企业管理（生产运作与质量管理） 姓名：罗并 学号：20190820Z00102 指导教师：陈少航 2019年 6月12日 传感器技术发展现状及趋势 在信息化社会，几乎没有任何一种科学技术的发展和应用能够离得开传感器和信号探 测技术的支持。生活在信息时代的人们，绝大部分的日常生活与信息资源的开发，采集， 传送和处理息息相关。分析当前信息与技术发展状态，21世纪的先进传感器必须具备小型化，智能化，多功能化和网络化等优良特征。 为了能够与信息时代信息量激增，要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋 势保持一致，对于传感器性能指标(包括精确性，可靠性，灵敏性等)的要求越来越严格； 与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标 准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被 各种不同类型的高性能微型传感器所取代；后者主要由硅材料构成，具有体积小，重量轻，反应快，灵敏度高以及成本低等优点。 目前，几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计(CAD) 的模拟式工程化设计转变，从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本，高性能的 新型系统，这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能 够满足科技发展需求的微型化的方向发展。 智能化传感器(Smart Sensor)是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新 型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用 领域，如分布式实时探测，网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。，智能化传感器具有以下优点: (1)智能化传感器不但能够对信息进行处理，分析和调节，能够对所测的数值及其误 差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行
智能传感器的原理组成及应用
智能传感器的原理组成及应用 自动化领域所取得的一项最大进展就是智能传感器的发展与广泛使用。但究竟什么是“智能”传感器？下面，来自6个传感器厂家的专家对这一术语进行了定义。 据H oneywell工业测量与控制部产品经理Tom Gri ffiths的定义：“一个良好的…智能传感器?是由微处理器驱动的传感器与仪表套装，并且具有通信与板载诊断等功能，为监控系统和/或操作员提供相关信息，以提高工作效率及减少维护成本。” 图1：智能传感器，像这种带有A S接口通信的感应式位置传感器，可减少系统中的传感器数量。内部诊断功能使传感器能提供故障的预指示。 图2：根据IEEE1451，传感器被分为两部分：带传感元件、适当的信号调理电路以及A/D转换器的智能传感器接口模块（STIM），和传感器电子数据表（TED S）
——一块标明传感器类型、组成与型号、校准参数及比例系数等内容的存储器芯片。STIM与具有联网能力的应用处理器（N CAP）相连，而NCA P为通信网络提供接口。 无故障通信：“智能传感器的优势，”GE Fanu c自动化公司控制器产品经理Bill Black说，“是能从过程中收集大量的信息以减少宕机时间及提高质量。”M TS 传感器公司Tem posoni cs（磁致伸缩位移传感器）产品经理DavidE deal对此补充说：“分布式智能的基本前提是，在适当位置和时间拥有有关系统、子系统或组件的状态的全部知识，以进行…最优的?过程控制决策。” Cognex公司Che cker机器视觉部产品营销经理J ohnKeating继续补充说，“对于一种真正的…智能?（机器视觉）传感器，它应该不需要使用者懂得机器视觉。” 智能传感器必须具备通信功能。“最起码，除了满足最基本应用的反馈信号，…智能?传感器必须能传输其它信息。”E deal表示。这可以是叠加在标准4-20mA 过程输出、总线系统或无线安排上的HART（可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议）信号。该领域正在增长的因素是IEEE1451——一系列旨在为不同厂家生产的传感器提供即插即用能力的智能传感器接口标准。 诊断与程序 智能传感器可对其运行的各个方面进行自监控，包括“摄像头的污浊，超容忍限或不能开关等，”GE Fanu c自动化公司的Bl ack说。Pe pperl+Fu ch s公司智能系统经理Hel geHorni s补充说，“（除此之外），还有线圈监控功能，目标超出范围或太近。”它也可以对工况的变化进行补偿。“…智能?传感器，”Omr on电子有限公司战略创意总监DanArmentr out表示，“必须首先能监视自身及周围的环境，然后再决定是否对变化进行自动补偿或对相关人员发出警告。”
先进传感器的应用与发展
先进传感器的应用与发展传感器（transducer/sensor）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。我国的国家标准对传感器的定义是“能感受规定的被测量件并按照一定的规律(数学函数法则)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”，而在新韦伯斯特大辞典上的定义是“从一个系统接受功率，通常另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。 从这些定义上看，我们身边处处都有传感器的身影：楼道的声控灯，办公楼的自动门，手里用的触屏手机、相机，电子眼，红外线报警器，流量计，测速计，电子称，乃至一个小小的温度计，在某种意义上讲，也是一个简易的传感器。科技的发展，让传感器也有一个用简易到复杂的发展过程，到了现在，传感器在控制过程中的应用已经是相当的广泛，并且依旧有广阔的发展空间。 人们常将传感器称为人类五官的延长，因此传感器可以粗略的依靠视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉而分为五大类，下面就以这五大类传感器来谈谈现在的先进的传感器在过程控制工业与生活中的应用，以及这些传感器未来的发展趋势。 一、光敏传感器 光敏传感器类似于人类的视觉，可以依靠光线的颜色与亮度来进行系统的调节。其分类并不仅仅限于最简单的那些阻值随光线强弱变化的光敏电阻，光电管、光电倍增管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、色彩传感器、图像传感器等等都属于光敏传感器的范畴。下面简单介绍几类与控制领域相关的传感器的应用。 红外线传感器：如上文所说的自动门，当传感器检测到高温（生命体）信号时，可以控制门的自动打开，等高温信号在一定距离外消失后，又可以把门关上，这类应用，属于在未来很有研究潜力的领域——智能家居的范围。而一些重要的场合应用的红外线报警器，可以有效的进行防盗。红外线成像仪的作用类似于图像传感器，但是主要检测的高温物体，并且可以利用红外线的穿透性来检测一些在障碍物外的高温物体，这是图像传感器所不能达到的。 光敏电阻：生活中比较常见的楼道电灯的声光控开关，这类开关可以保证在白天光线较强的情况下，电灯是不能被打开的。而到了夜晚或者光线不足的情况时。可以通过声音来打开电灯。这样可以有效的节省能源。现在的触屏手机中的某些产品也有一些光敏电阻，可以根据所处环境的光线强弱来自动调节手机屏幕的亮度，这种人性化的设计也得益于光敏电阻的应用。 图像传感器：这类传感器的应用更为广泛，照相机、摄像头，尤其是现在的
压电式传感器的发展与应用
压电式传感器的发展与 应用 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
HEFEI UNIVERSITY 自动检测技术报告 题目压电式传感器的应用与发展 系别 ***级自动化 班级 **班 姓名 ********************** 指导老师 ***** 完成时间 2011-11-28 前言：压电式传感器是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量。压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。近年来，由于电子技术的飞速发展，随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。因此，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。本文重点介绍压电式传感器的工作原理，在航空发动机中的应用及发展趋势。 关键字：传感器压电效应测振 正文：压电式传感器的发展及应用 压电式传感器是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点
是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型 5种基本形式（见图）。压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都 能在这 5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没 有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度 变形压电效应。 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。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮
光电传感器在汽车上的应用及发展
传感器与检测技术论文 题目：光电传感器在汽车上的应用班级：2013级电子信息工程1班学号： ：俊旭 指导老师：江华 2016.5.2
摘要 光电传感器是把被测量的变化转换成光信号的变化，然后，借助光电元件把光信号转换成电信号来实现控制。如光电开关、光感电阻、光感二极管、光电池、光纤等。光电式传感器在检测和控制领域中应用非常广泛，它是采用光电元件作为检测元件的传感器，具有反应快、精度高、非接触等优点，而且可测参数多，结构简单，形式灵活多样。本文列举了光电传感器技术在一些领域里的应用。并阐述了当前传感器技术的发展现状以及发展趋势。 关键词：光电传感器；汽车；应用；
目录 一、引言 二、光电传感器 2.1 光电传感器的概念 2.2 光电传感器的工作原理 2.3 光电传感器的分类 三、光电式传感器在汽车上的应用 3.1 光电式车高传感器 3.2 光电式转向传感器 3.3光电式光量传感器 3.4 光电式车速传感器 四、参考文献
一、引言 随着汽车电子技术的迅速发展及电控单元运用的普及，新型汽车为了提高动力性、经济性、安全性、舒适性以及减少排气污染，已广泛应用电子控制技术。从发动机的燃油喷射系统、点火装置、进气装置、废气排放、故障自诊断到底盘的传动系统、行驶系统、转向制动系统以及车身和辅助设备等普遍采用了电子控制技术。在汽车电子控制系统中，传感器担负着采集和传输功能，它是电子控制中非常重要的部件，其技术性能的好坏，直接影响汽车电子控制系统的工作情况。汽车传感器主要有温度传感器、压力传感器、空气流量传感器、位置与角度传感器、气体浓度传感器、速度与加速度传感器、爆燃与碰撞传感器等几十种。 本文主要讲述了传感器在汽车技术中的应用以及各种汽车传感器的工作原理和在汽车技术中的作用。其中转速传感器是检测发动机的转速、空气流量传感器检测发动机的进气量以更好的控制空燃比、节气门位置传感器是将节气门开度转换为电信号，通过ECU控制喷油量、进气温度传感器是检测发动机的进气温度，将进气温度转变为电压信号输入ECU作为喷油修正信号、氧传感器是根据化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉燃烧空然比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件。
智能传感器原理及应用
智能传感器原理及应用 电子与通信工程 2013级在职研究生 杨 娜 一、（10分）简述压阻式压力传感器的工作原理。 答：压阻式压力传感器组成框图如下： 图中第一部分可等效为质量-弹簧-阻尼机械力学系统的弹性敏感元件，它将输入的被测压力P 转换为中间变量即应力δ及其对应的应变ε。常用的弹性敏感元件有周边固定的膜片，在压力P 的作用下，膜片上的应力分布不同，确定处的应力与压力成正比。 图中第二部分是膜片相应部位采用半导体工艺制作的电阻条——电阻式变换器，由于压阻相应则有相应的电阻变化量?R 输出，电阻变化量与相应部位膜片应力δ成正比。 二、（10分）简述智能传感器系统的基本组成。 答：智能传感器系统主要由传感器、调理电路、数据采集与转换、计算机及I/O 接口设备组成。如下图所示。 三、（15分）设计一个巴特沃斯低通数字滤波，要求：该低通数字滤波器等效模拟滤波器()Hd s 幅频特性过渡段特征是：对信号频率 1100f Hz =的衰减率 10.3δ≤；对信号频率2400f Hz =的衰减率20.8δ≥；写出巴特沃斯低通数 字滤波器()Hd z 的实现过程。 答：1、等效模拟低通滤波器传递函数H(s)的确定。 (1)需求出阶次n 及截至频率()c ω即可确定H(s)。阶次n 应满足
幅值比A1 A2 ， ω。 (2)确定等效模拟低通滤波器H(s)的截至角频率() c (3)求模拟滤波器的传递函数H（s） 2、等效滤波器的H d(Z)确定 四、（15分）用窗口法设计一个线性相位低通FIR滤波器，要求：截止频率为c f，采样频率是8c f；通带范围内，衰减度不超过5.8dB。
当前传感器技术的应用与发展
当前传感器技术的应用与发展 【摘要】传感器技术是当前科技的现代信息技术前沿技术之一，传感器技术水平高低作为一个国家科技发展水平高低的重要标志。传感器产业技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点，本文对常见传感器技术进行了说明，展望了传感器技术未来发展趋势。 【关键词】传感器技术光纤红外 一、引言 传感器是对被测对象的某一信息具有响应与检出功能，按照一定规律转换成输出信号的装置。传感器是研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。传感器技术是当前前沿技术，同计算机技术和通信技术共同被称为信息技术的三大支柱，现代传感器技术具有巨大的应用空间，其具有巨大发展前景。 二、传感器概述 传感器是指将被测量转化为定量认识的信号的传感器，其感受被测量，并按规律转化为输出信号的装置。传感器由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成。传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有一般有两种形式，一种是稳定的，称为静态信号。另一种是随着时间变化的，称为动态信号。传感器的基本特性用静态特性和动态特性来描述，衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性等，动态特性还与传感器输入量的变化形式有关[1]。
三、传感器技术历史 传感器技术是二十世纪中期出现的，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，欧美西方国家传感器研发及其相关技术产业的发展处于领先地位。我国从二十世纪六十年代开始传感技术的研究与开发，当前在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面具备了一定能力，现初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了具有世界领先的成果。但国产传感器还不能完全适应我国经济与科技的迅速发展要求。 四、传感器技术的应用 （一）光纤测量技术。光纤测量技术的特点是分散测量的能力强。对测量值进行处理输出后，一根光纤整个长度可作为单独传感器，可提供优于点测量的断面测量。其灵敏度高、响应速度快、动态范围大、防电磁场干扰、超高压绝缘、无源性、防燃防爆、适于远距离遥测、多路系统无地回路串音干扰、体积小、机械强度大、可灵活柔性挠曲、材料资源丰富、成本低等优点。光纤可实现的传感信息量很广。例如光导纤维本身就对压力和应变力极为敏感，光纤可同时作为压力、温度和应力传感器而使用。发达国家已将光纤用于测量磁、声、力、温度、位移、旋转、加速度、液位、扭矩、应变、电流、电压、传象和某些化学量等。光纤分布式温度传感器最大优点之一，是能经济地实现对大量地点的温度监视。国外正逐渐将它用于对电站关键部件的温度监视。例如DTS用光电元件测量出沿光纤整段长度的温度信号值，并实现连续刷新。人员可在控制室内通过屏幕观察温度变化情况，并可在设备温度恶化时作出相应操作。DTS有抗电磁干扰的能力，特别适合于在电磁或射频干扰的恶劣环境中使用。（二）红外测量技术。利用红外热效应及穿透力而开发的热图像红外传感器，用于检查金属、非金属等热处理和加工工序，监视轴承发热情况并对其进行热分析，对重要设备如发电机、汽轮机等进行非破坏性检查等。例如红外摄像机、红外辐射测温计、红外辐射热成像仪及其