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光化学比色传感器阵列的研究进展

2013年第5期目录本期共收录文章20篇摘要：光化学比色传感器阵列以其价格低廉、方法简单、响应快速、信息量大等优点，得到了日益广泛的应用。本文主要介绍了光化学比色传感器阵列的研究进展，概括了近年来其在气体、生物样品、离子和小分子，以及混合物检测方面的应用，针对其不同原理及性能展开了讨论，并展望了其研究和应用前景。

关键词：光化学；比色；传感器；阵列；评述

1引言

化学传感器是一种能够通过某物理或化学反应以选择性方式对特定分析目标物产生响应，从而进行定性或定量测定的装置[1]。化学传感器通常由识别元件和换能器两部分构成。识别元件与待分析物相互作用，其物理、化学性质发生变化；换能器将这些参数转化和放大，生成与待分析物特性有关的可定性或定量处理的电信号或者光信号（颜色、发光等）[2]。目前，化学传感器已成为化学分析和检测的重要手段。传统的化学传感器根据“锁钥模式”进行设计，选择性好，对某些物质的检测非常有效，然而其设计也存在一定的缺陷，如对于生物大分子和结构不明确的待分析物的传感器设计存在困难，同时，针对复杂混合物中的每种成分均设计具有专一选择性的特定传感单元显得费时且不切实际[3]。阵列式传感器的设计模仿哺乳动物嗅觉和味觉系统，利用多个传感器单元组成阵列，通过传感器阵列与分析物之间的交叉响应，可以实现对多种物质及复杂混合物进行响应和检测。传感器阵列中的传感单元对分析物不必具有高度的选择性，某些传感单元对特定分析物有一定程度的选择性，同时对其它分析物也有响应，即每个传感单元对不同的组分具有不同的响应能力；利用传感器阵列对各种分析物整体响应之间的差别，实现对待分析物的区分。在光学、电化学、色谱等诸多的检测手段中，光化学显色方法无疑是最便捷有效的度量手段。结合光化学比色方法，光化学比色传感器阵列以其价格低廉、方法简单、响应快速、信息量大等优点，得到了日益广泛的应用。本文综述了近年来光化学比色传感器阵列在气体、生物样品、离子和小分子，以及混合物检测方面的应用，对

它的原理和性能进行了讨论，并对其研究和应用前景进行了展望。

2光化学比色传感器阵列的基本原理

光化学比色传感器阵列是利用传感器单元的光学性质（吸收或发射）改变作为输出信号，实现对待分析物的检测。通常采用光谱或成像两种

方式对光化学比色传感器阵列中所有传感单元的光学信号进行同时采集。如图1所示，采用紫外可见分光光度计采集光谱时，通常要配备流通池

和液体控制装置，该方式根据紫外可见光谱的迁移或吸收强度的变化，

实现对待分析物的检测和区分；换用平板扫描仪成像后，比色传感单元

颜色的改变经过去卷积，灰度值经平均化和积分处理后，其结果更直观

和便于定量化。加入不同的待分析物后，多个传感单元的颜色变化组合

成具有各自独特模式的阵列，称之为待分析物特有的“指纹图谱”，从

而实现对不同物质的鉴别和区分。光谱技术由于可以获得完整的光谱，

包含信息量大而具有很大优势，但需要比较复杂的仪器设备，对每个传

感单元数据的采集也需要一定时间。与光谱技术相比，成像技术具有在

给定视野范围内能够检测多个传感器单元的优点[2]，且成像技术比光谱技术简单，无需特殊的仪器，成像设备可以是数码照相机、平板扫描仪[4]、手机摄像头[5]等，但成像技术通常获得的是红、绿、蓝（R， G，B）3个或红、黄、绿、蓝（R， Y， G， B）4个通道的光谱信息，不如光谱技术获得的信息量大[2]。

3光化学比色传感器阵列的应用

3.1气体的检测

2000年，Rakon等提出通过模拟哺乳动物的嗅觉系统来构建比色传

感器阵列，利用卟啉类化合物与挥发性有机气体（VOCs）反应前后的颜

色变化对气体进行定性定量分析，为气体的检测提供了一种全新的思路[4]。目前，比色传感器阵列已被广泛应用于气体的检测，如工业有毒气体[6～10]，挥发性有机物[11～15]，胺类[16～18]，甲醛[19]，爆炸物[20]，硫化氢[21]等。

Lim等[6]构建了一个以36种指示剂为基本单元的可抛型传感器阵列，用于19种工业有毒气体的检测。分析物与传感器阵列反应前后的颜色改变形成了对应于该分析物独有的分子指纹图谱，通过比较指纹图谱

来实现不同种类工业有毒气体的定性和定量检测。在危险浓度下，2 min

内即可实现对19种工业有毒气体的有效区分，准确率达100%。与传统采用范德华力及物理吸附等弱作用力为基础的半导体金属氧化物电子鼻技术相比，该传感器利用的是指示剂与分析物间强的化学键相互作用，虽牺牲了传感器的长效检测能力，但却极大地提升了传感器的检测灵敏度，其对工业有毒气体的检出限大多低于允许排放浓度（通常为

10_Symbolm@@_9量级）。由于指示剂用量极小，可抛型的设计在大大提升传感器检测灵敏度的同时，却并没有增加其使用成本，为气体传感器的设计提供了一条新的思路。

Feng等[19]将酸碱指示剂添加到氨基封端的聚合物中构建光化学比色传感器阵列用于甲醛的快速检测。利用胺与甲醛反应后碱性减弱的原理，引起固载在一起的酸碱指示剂颜色发生改变，用来检测甲醛。商品化的甲醛比色检测往往需要30 min，甚至更长的时间，该传感器阵列可以在1 min内对浓度在0.250～20 gm3范围内的甲醛进行快速检测，10 min内检测到浓度为50 mgm3甲醛。对乙醛、丁醛、苯甲醛均无响应，具有很好的选择性。

环形构造的三过氧化三丙酮（TATP）是一种威力巨大的爆炸物，因其稳定性差，在工业和军事上均无实际应用，但由于其制备异常简单，近些年来被恐怖分子多次使用。由于TATP自身无紫外吸收和荧光，也不容易被离子化，直接检测相对比较困难。Lin等[20]构建了一种简单的比色传感器阵列，成功应用于TATP的快速检测。采用酸性固体催化剂将TATP分解，分解后产生的H2O2气体氧化传感器阵列中还原性的指示剂而使对应的指示剂变色，根据传感器阵列颜色改变形成的指纹图谱，实现对TATP的定性和半定量检测，检出限可达到2 mgm3。该传感器对TATP 的选择性很好，不受湿度、挥发性有机气体等常见潜在干扰物的影响，也能将TATP与过氧化氢、过氧乙酸等氧化剂区分开来。 3.2生物样品的检测

生物系统中无机盐、蛋白质、细胞等的检测对于疾病的预防和诊断尤为重要。目前，检测生物样品的方法很多，如酶联免疫法、蛋白质组学、质谱、毛细管电泳、适配体传感器等[22～26]。光化学比色传感器阵列以其方法简单、检测快速的优点在生物样品的检测方面得到广泛应用（表1）。

3.2.1核苷酸的检测

核苷酸在许多生理反应及代谢过程中起着非常重要的作用，利用传感器阵列检测核苷酸具有简单快速的优点。2003年，McCleskey等[37]用指示剂取代法，采用3×4的传感器阵列对20 mmolL的三磷酸腺苷（ATP），三磷酸鸟苷（GTP）和单磷酸腺苷（AMP）进行区分。2007年，Buryak等[29]采用多元指示剂取代法对1 mmolL ATP、GTP、二磷酸腺苷（ADP），AMP，环磷酸腺苷（cAMP），焦磷酸（PPi）进行了鉴别。该实验在50 mmolL磷酸盐缓冲溶液中进行，传感器对核苷酸和PPi体现出了很好的选择性。多元指示剂取代法的原理如图2所示[29]，多个指示剂分别与受体结合形成对应传感器单元，加入不同分析物后，根据与受体亲和能力的大小，分析物对指示剂进行一定程度的取代，从而产生不同的光谱变化。传统的含单个指示剂受体的指示剂取代法，当分析物与受体的亲和性比指示剂与受体的亲和性高很多或者低很多时，将给出相同的全部取代或完全不取代指示剂的信号；而对于多元取代法，分析物对不同传感器单元的亲和能力不相同，从而产生不同程度取代的信号，这样分析的动态范围就被扩大。值得注意的是，多元取代法中，各个指示剂受体的光谱变化需发生在不同的光谱区域。多元指示剂取代法与传感器阵列在概念和原理上有密切的关系，所不同的是，传感器阵列中的各个传感单元是相互独立的，而多元指示剂取代法中各个传感器单元因为交换作用而相互关联。

3.2.2氨基酸、多肽及蛋白质的检测光化学比色传感器阵列用于氨基酸及蛋白质的检测已有大量研究报道。Severin研究组[27]通过构建指示剂取代传感器阵列，与紫外可见光谱结合成功地区分了20种天然氨基酸。该研究组还利用指示剂复合物的动态组合库分别对二肽和三肽进行了区分[28，39]。动态组合库中各组分通过可逆反应和相互作用连接，外界的刺激会影响库的组成。加入目标分子后，目标分子选择性地与库中成分反应，达到新的平衡。将动态组合库应用于多肽的检测中[39]，金属和染色剂复合物组成动态组合库，加入多肽后，与库中组分发生配体交换反应，动态组合库重新平衡，导致紫外可见光谱发生改变，从而实现对多肽的检测。FolmerAndersen等[40]通过指示剂取代法实现了对10种浓度为200 ?olL 对映异构和结构相似氨基酸的区分。霍丹群等[41]

以卟啉及其衍生物、酸碱指示剂以及极性指示剂为传感元件，构建了一种6×6的传感阵列，可以在5 min内对浓度为375 ?olL的10种氨基酸进行鉴别。Miranda等[33]构建了一种以酶纳米金粒子为传感单元的传感器阵列，通过酶催化反应使传感器的灵敏度大大提高。该传感器成功地对浓度为1 nmolL，基质为磷酸盐缓冲溶液或脱盐人体尿液的蛋白质进行了鉴别区分，灵敏度远高于当前其它传感器检测方法。

3.2.3糖类的检测糖类作为维持生命活动的重要营养物质，既是主要能源物质，又与多种生物分子如蛋白质存在特异性识别作用，对众多生理过程起着至关重要的作用，因此对糖类物质的检测非常重要。硼酸因其可与二羟基化合物进行可逆、高亲和性的结合，而被广泛用作糖分子识别单元。Schiller等[30]构建了以添加有苄基紫罗碱的二硼酸阳离子为基本单元的传感器阵列，二硼酸阳离子与阴离子荧光染料8羟基芘1，3，6三磺酸钠（HTPS）形成复合物，电子从HTPS转移到二硼酸阳离子，导致HTPS荧光强度降低。当加入糖类后，糖类与硼酸形成硼酸酯，部分中和了二硼酸阳离子的正电荷，降低了对HTPS的荧光猝灭效应，从而使荧光增强。该传感器对浓度为2 mmolL的12种糖类进行了区分，准确率达100%。Lim等[32]将pH指示剂固定于溶胶凝胶基质上，构建了一种简单、廉价的传感器阵列，对15种单糖、二糖和人工甜味剂进行了区分。在生理酸度下，对葡萄糖的检测限低于1 mmolL。在检测糖类方面，硼酸也存在一些局限，如与某些糖类结合常数很小或不结合，Janowski 等[42]构建了一种含Pd2+指示剂复合物的传感器用于糖类的检测。根据指示剂取代的原理，在中性条件下35 mmolL的10种糖类进行了区分。

3.2.4细胞、细菌及疾病的检测将光化学比色传感器阵列用于细胞、细菌及疾病的检测也有一定的研究。Bajaj等[43]利用对苯撑乙炔共轭荧光聚合物构建传感器阵列，对不同种类的癌细胞及等基因的正常细胞、癌细胞和转移细胞进行了鉴别。共轭聚合物具有分子导线效应，可以增强信号的产生，并且，共轭聚合物链具有多个识别位点与分析物作用，既可以增加结合效率，又可以提高对特定分析物的选择性。2011年，Kong 等[35]根据热化学发光现象构建了由6种纳米催化材料组成的传感器阵列，实现了12种人类细胞的鉴别。热化学发光是指当有机物或生物物质被热氧化而产生化学发光的现象。催化放大反应可以明显增强热化学发

光强度而使灵敏度提高，并且检测结束后可以通过在更高温度下使分析物降解而达到传感材料再次利用的目的。Carey等[34]构建了含36种指示剂的传感器阵列，通过检测细菌生长产生的挥发性有机化合物，实现了对10种细菌的鉴别。Mazzone等[44，45] 采用比色传感器阵列，通过检测人呼出的气体，借助于癌症细胞与正常细胞代谢过程中产生挥发性气体的差异，实现了对肺癌的早期诊断。但比色传感器阵列对于复杂混合物的分析仍然存在较大的瓶颈，要筛选出足够多的对多种分析物具有不同亲和力的指示剂仍存在一定的困难。分子印迹技术可以在印迹聚合物合成过程中通过不同模板及单体的选择而获得对多种分子具有不同亲和力的分子印迹材料，结合了分子印迹等分离技术的传感器阵列将会在疾病诊断中发挥重要的作用[46]。 3.3离子和小分子的检测

3.3.1金属阳离子的检测金属阳离子是生命科学、环境科学、农业和医学等许多领域的研究对象，对金属阳离子的检测和识别是的重要任务之一。光化学比色传感器阵列为金属阳离子的检测提供了方便、快速、廉价的方法。Abbaspour等[47]构建了一个以纸为基质的光化学比色传感器阵列，快速地对Fe2+和Fe3+进行了定性和定量检测。Li等[48]利用DNA探针构建传感器，通过传感单元颜色的变化对重金属离子Hg2+进行定性和定量检测，灵敏度达0.1 nmolL。本课题组也在重金属离子的比色传感器阵列快速检测上进行了大量研究[49，50]，通过使重金属离子溶液透过固载有指示剂的多孔硅胶基质膜，达到富集效果，提高重金属离子的检测灵敏度。锂盐是治疗躁狂症和双相情感障碍的首选用药，其药物浓度是情感性精神疾病诊断、治疗、监测、预防复发和病因学研究的重要指标。2009年，Severin研究组[51]合成了1种三核的大环荧光化合物，对Li+具有很强的选择性，在过量Na+存在的水溶液和血清中均能对Li+进行很好地检测。但该实验中，荧光化合物的合成过程非常复杂，且传感器整体的荧光强度也较弱。基于前期工作，该研究组随后设计了一种更简单有效的传感器阵列[52]。在中性缓冲溶液中，将商品化的二羟基吡啶配体和Ru的复合物以及荧光物质（HPTS）混合，含HPTS 的大环化合物通过自组装的方式形成，并使HTPS的荧光猝灭。加入Li+后，荧光增强。该传感器对Li+有很好的选择性，检测浓度低于1 mmolL。

2012年，Anzenbacher等[53]利用纳米纤维，制造了一种可穿戴的

传感器，用于金属离子的检测。分别掺杂有丹磺酰氯和多胺的两根纳米纤维本身均不带荧光，而在两根纳米纤维的交叉点处，两种物质发生反应，生成荧光物质。加入金属离子后，荧光会相应地增强或减弱。每个传感单元的体积非常小，仅为10_Symbolm@@_18 L。每个传感单元约能容纳1000个荧光探针分子，使荧光比较集中，从而有利于用光学显微镜进行检测。该实验采用3种荧光前体和3种多胺构建了荧光阵列传感器，通过4个荧光发射通道检测加入金属离子后荧光的变化，对200 ?olL 的10种金属离子进行了准确的区分。并且，将该纳米纤维制成的传感器毡沉积到丁腈手套上，用于20 ?olL Co2+溶液的检测，荧光猝灭现象非常明显。

3.3.2阴离子的检测相对于等电位的阳离子来说，无机阴离子半径更大，因而电荷半径比更小，从而降低了阴离子与受体的静电结合效率；并且，阴离子有相对高的溶剂化自由能，需要受体与介质进行有效的竞争，这种效应在水溶液中尤其明显。因此在水溶液中，无机阴离子比阳离子的检测更困难，阴离子的检测往往是衡量新检测方法的一个重要指标[54，55]。Palacios等[54]以聚氨酯水凝胶为基底，构建了一种含8个传感单元的传感器阵列，聚氨酯水凝胶不仅为传感单元提供机械支持，还有助于萃取目标阴离子。该传感器对F_Symbolm@@_和

HP2O73_Symbolm@@_具有选择性，而对AcO-，Cl-等阴离子有明显的交叉响应，可对10种阴离子进行区分，已成功地应用于不同品牌牙膏的鉴别。传感器阵列与10种阴离子反应后产生不同的颜色改变（其中NO-3与HSO-4浓度为20 mmolL，其余阴离子浓度为5 mmolL），即使用肉眼观察，也能将10种离子区分开。Comes等[56]用含纳米结合袋和染色剂的中孔固体材料应用于水中磷酸根的检测，对磷酸的选择性好，检出限低于1×10-4 molL。2011年，本研究组[57]构建指示剂取代法传感器阵列，对宽浓度范围内多个浓度的Cl-， Br-和I-进行了准确区分。随后，本组[58]采用类似方法构建传感器阵列，对浓度为污水排放标准或饮用水标准的10种阴离子进行了有效区分，且可部分用于真实水样的测定。

3.3.3有机小分子的检测由于存在水的潜在干扰，水溶液中有机化合物的识别具有一定的挑战[59]。光化学比色传感器阵列成功地应用于水溶液中有机小分子的检测，如羧酸[60]，胺类[61]，诺氟沙星[62]等。

Greene等[63]将分子印迹聚合物与指示剂取代法相结合，构建传感器阵列，成功用于7种胺类的区分。Zhang等[59]选择了3类指示剂：与路易斯碱作用的含金属离子的指示剂；与布朗斯特酸碱作用的酸碱指示剂，以及反映偶极变化的指示剂，并用这些指示剂构建了含36个基本单元的传感器阵列，用于水溶液中多种有机物的区分。该传感器将疏水指示剂固定到疏水膜上，因此不受溶液中盐浓度、离子强度以及强亲水物质的影响，已应用于20余种有机小分子的检测，即使结构非常相似的物质也能被区别开。

3.4混合物的检测

对于混合物的检测，传感器阵列模仿哺乳动物的嗅觉味觉系统，通过众多传感器单元与分析物之间的复合响应，而对各个混合物进行区分。传统的混合物分析方法是通过联用色谱、质谱等技术，对混合物中的各种成分进行逐一分析。对于成分复杂的混合物，这种方法往往耗时较长，且鉴于分离材料的局限，很难将所有成分逐一解析。很多情况下（如产品品质控制），对混合物进行分析，目标并不是分析混合物中的每种成分，而是比较几种混合物之间的差别或者监测混合物发生的变化。传感器阵列不能对混合物中每种成分进行鉴别，但却能很好地应用于这种评估。光化学比色传感器阵列在食品和饮料的质量控制方面已广为应用，如不同香型白酒的鉴别[64]，不同品牌啤酒的区分[65]，肉类新鲜度的检测[66，67]等。Zhang等[68]将25种商品化的指示剂固定到疏水膜上构建传感器阵列，成功用于14种软饮料的区分，并且能分辨出经脱气和稀释过的软饮料。Musto等[69]用有机硅烷将指示剂固定，然后固载到多孔疏水膜上，构建传感器阵列，用于大量天然和人工甜味剂的鉴别，多孔的固载材料使分析物和指示剂之间的反应加快，提高了反应效率。肉类在贮存、加工和运输过程中容易受外界环境和微生物等影响，而产生腐败变质，使品质下降，其新鲜度水平的评定非常重要。Huang等[66]将9种指示剂固载在反相硅胶板上构建传感器阵列，用于鱼肉新鲜度的评估。采用顶空方式，将传感器阵列暴露在不同新鲜度鱼肉中，根据传感器阵列暴露前后的颜色变化对鱼肉新鲜度进行分析，该方法也可用于高蛋白含量的其它食物的分析。

4结语

综上所述，光化学比色传感器阵列已成功应用于大量分析物及混合物的检测，检出限低且响应时间短。预计光化学比色传感器阵列将向以下方向发展：（1）高度自动化、集成化与微型化。新技术、新材料和微加工工艺的不断发展，促进了传感器阵列的集成化、微型化，可以降低对使用环境和工作人员技术的要求，其便携式的特点适合于野外和现场分析的需要；（2）大众化、商品化。成像设备（扫描仪、照相机等）的不断更新和普及，以纸或普通塑料膜为基质的比色传感器的发展，使得光化学比色传感器的成本大大降低，商品化成为可能，在实验室和工业上均将有大量的应用；（3）与纳米技术相结合。比色传感器阵列与纳米技术相结合，将大大提高比色传感器阵列的灵敏度，使传感器阵列微型化达到纳米尺寸。目前的应用有纳米粒子用作催化剂，放大比色传感单元与分析物相互作用的信号；利用纳米纤维的交叉点，构建超小型的传感器等。

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PLC与传感器的连接方法

PLC与传感器的连接方法一:引言 PLC的数字量输入接口并不复杂，我们都知道PLC为了提高抗干扰能力，输入接口都采用光电耦合器来隔离输入信号与内部处理电路的传输。因此，输入端的信号只是驱动光电耦合器的内部LED导通，被光电耦合器的光电管接收，即可使外部输入信号可靠传输。目前PLC数字量输入端口一般分单端共点与双端输入，各厂商的单端共点（Com）的接口有光电耦合器正极共点与负极共点之分，日系PLC通常采用正极共点，欧系PLC习惯采用负极共点；日系PLC供应欧洲市场也按欧洲习惯采用负极共点；为了能灵活使用又发展了单端共点（S/S）可选型，根据需要单端共点可以接负极也可以接正极。由于这些区别，用户在选配外部传感器时接法上需要一定的区分与了解才能正确使用传感器与PLC为后期的编程工作和系统稳定奠定基础。二：输入电路的形式 1、输入类型的分类 PLC的数字量输入端子，按电源分直流与交流，按输入接口分类由单端共点输入与双端输入，单端共点接电源正极为SINK（sink Current 拉电流），单端共点接电源负极为SRCE（source Current 灌电流）。 2、术语的解释 SINK漏型 SOURCE源型 SINK漏型为电流从输入端流出，那么输入端与电源负极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源正极，可接NPN型传感器。 SOURCE源型为电流从输入端流进，那么输入端与电源正极相连即可，说明接口内部的光电耦合器为单端共点为电源负极，可接PNP型传感器。国内对这两种方式的说法有各种表达： 1）、根据TI的定义，sink Current 为拉电流，source Current为灌电流， 2）、由按接口的单端共点的极性，共正极与共负极。这样的表述比较容易分清楚。 3）、SINK为NPN接法，SOURCE为PNP接法（按传感器的输出形式的表述）。 4）、SINK为负逻辑接法，SOURCE为正逻辑接法（按传感器的输出形式的表述）。 5）、SINK为传感器的低电平有效，SOURCE为传感器的高电平有效（按传感器的输出状态的表述）。这种表述的笔者接触的最多，也是最容易引起混淆的说法。接近开关与光电开关三、四线输出分NPN与PNP输出，对于无检测信号时NPN的接近开关与光电开关输出为高电平（对内部有上拉电阻而言），当有检测信号，内部NPN管导通，开关输出为低电平。对于无检测信号时PNP的接近开关与光电开关输出为低电平（对内部有下拉电阻而言），当有检测信号，内部PNP管导通，开关输出为高电平。以上的情况只是针对，传感器是属于常开的状态下。目前可厂商生产的传感器有常开与常闭之分；常闭型NPN输出为低电平，常闭型PNP输出为高电平。因此用户在选型上与供应商配合上经常产生偏差。另一种情况，用户也遇到SINK接PNP型传感器，SOURCE接NPN型传感器，也能驱动PLC接口，对于PLC输入信号状态则由PLC程序修改。原因是传感器输出有个上拉电阻与下拉电阻的缘故，对于集电极开路的

生物传感器分析解析

阅读报告生物传感器教学单位：机电工程学院专业名称：机械设计制造及其自动化学号：学生姓名：指导教师：指导单位：机电工程学院完成时间：电子科技大学中山学院教务处制发

生物传感器摘要传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，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。传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。生物传感器(biosensor)，是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。关键词:传感器生物传感器

目录 1 生物传感器 (1) 1.1生物传感器简介 (1) 2 生物传感器的介绍 (2) 2.1组成结构及工作原理 (2) 2.2技术特点 (2) 2.3国内外应用发展情况及应用案例 (3) 2.3.1国内应用发展 (3) 2.3.2国外应用发展 (3) 2.3.3应用案例 (4) 参考文献 (6)

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基于热释电红外传感器（D203S）的课程实验设计第四组目的：利用D203S接收运动人体发出的红外线信号，通过外接电路每当有人通过时，指示灯就闪烁一次并且数码管就计一次数。团队：组长：朱永民20113943 程再兴20113959 组员：徐可乐20113939 刘旺20113937 刘夏宏20113938 刘阳20113936 李凯20113951 萧兆鑫20113953 分数分配：每人5分热释电红外传感器（D203S）简介：

D203S由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10~20米范围内人的行动。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而强其能量幅度。人体辐射的红外线中心波长为9~10--um，而探测元件的波长灵敏度在0.2~20--um范围内几乎稳定不变。在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为 7~10--um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。热释电红外传感器在结构上引入场效应管，其目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而

《传感器原理及应用》课后答案

第1章传感器基础理论思考题与习题答案 1.1什么是传感器？（传感器定义）解：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 1.2传感器特性在检测系统中起到什么作用？解：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，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。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。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。 1.3传感器由哪几部分组成？说明各部分的作用。解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图1.1所示。 1.4传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 1.5某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 1.6某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=0.2mV/℃、

环境监测传感器的工作原理及设计

环境监测传感器的工作原理及设计今天为大家介绍一项国家发明授权专利——基于拉曼效应的环境监测传感器以及环境检测方法。该专利由青岛中一监测有限公司申请，并于2018年8月24日获得授权公告。内容说明本发明属于环境监测传感器技术领域，具体涉及一种基于拉曼效应的环境监测传感器以及一种环境检测方法。发明背景随着工业的迅速发展，环境污染也在日趋严重。在环境监测过程中，人们发现环境中的污染物对环境中的微生物生存和代谢都产生了很大的影响。由于微生物的多样性、敏感性，决定了微生物能够对环境中多种污染情况做出多种反应，同时也能反映出环境污染的历史状况。因此，对环境中微生物进行检测，对于监测环境污染情况、评价环境质量状况具有很重要的意义。这种环境监测主要是对环境液体中的微生物进行检测，尤其是水体的质量。例如：用大肠菌群的数量作为水体质量的指标，利用鼠伤寒沙门氏杆菌的组氨酸缺陷变株的回复突变（即“艾姆氏试验法”）检测水体的污染状况以及食品、饮料、药物中是否含有致癌变、致畸变、致突变毒物等。但是，在现有的环境监测过程中，对环境中微生物检测采取的是现场采样、实验室培养、实验室鉴定分析的方法，存在检测时间长、成本高、效率低等问题，而且由于没有及时检测样品，中途发生的变化以及样品传输过程中的污染都会影响到检测结果的客观性。因此，开发出快速检测环境中微生物的方法以及仪器显得尤为重要。现有的高精密拉曼光谱传感系统主要采用显微镜、激光系统、单色系统、检测系统等部分组成，结构复杂，设备庞大，不利于现场检测。手持式拉曼光谱仪精度不高，稳定性不够，只能对少量表面无污染的固体大分子材料进行定性分析，特别是一些能够产生荧光的物质及微生物样品，容易受到背景荧光的严重干扰，无法进行测试。共振拉曼光谱虽然能够提高拉曼光谱灵敏度，但是仅能在少数分子和特定波长的激光上具有相匹配的电子吸收能级，也容易干扰特征物的拉曼光谱。此外，现有的拉曼光谱仪都是将激光发射模块与接收模块做成一体式，也就是激光发射通道与接收通道共同，这样容易造成干扰。因此，对于

传感器的国家标准_无眼界

传感器的国家标准与传感器相关的现行国家标准 GB/T 14479-1993 传感器图用图形符号 GB/T 15478-1995 压力传感器性能试验方法 GB/T 15768-1995 电容式湿敏元件与湿度传感器总规范 GB/T 15865-1995 摄像机(PAL/SECAM/NTSC)测量方法第1部分:非广播单传感器摄像机GB/T 13823.17-1996 振动与冲击传感器的校准方法声灵敏度测试 GB/T 18459-2001 传感器主要静态性能指标计算方法 GB/T 18806-2002 电阻应变式压力传感器总规范 GB/T 18858.2-2002 低压开关设备和控制设备控制器-设备接口(CDI) 第2部分:执行器传感器接口(AS-i) GB/T 18901.1-2002 光纤传感器第1部分:总规范 GB/T 19801-2005 无损检测声发射检测声发射传感器的二级校准 GB/T 7665-2005 传感器通用术语 GB/T 7666-2005 传感器命名法及代号

GB/T 11349.1-2006 振动与冲击机械导纳的试验确定第1部分：基本定义与传感器 GB/T 20521-2006 半导体器件第14-1部分: 半导体传感器-总则和分类 GB/T 14048.15-2006 低压开关设备和控制设备第5-6部分：控制电路电器和开关元件-接近传感器和开关放大器的DC接口（NAMUR） GB/T 20522-2006 半导体器件第14-3部分: 半导体传感器-压力传感器 GB/T 20485.11-2006 振动与冲击传感器校准方法第11部分：激光干涉法振动绝对校准GB/T 20339-2006 农业拖拉机和机械固定在拖拉机上的传感器联接装置技术规范 GB/T 20485.21-2007 振动与冲击传感器校准方法第21部分：振动比较法校准 GB/T 20485.13-2007 振动与冲击传感器校准方法第13部分: 激光干涉法冲击绝对校准GB/T 13606-2007 土工试验仪器岩土工程仪器振弦式传感器通用技术条件 GB/T 21529-2008 塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定电解传感器法 GB/T 20485.1-2008 振动与冲击传感器校准方法第1部分: 基本概念 GB/T 20485.12-2008 振动与冲击传感器校准方法第12部分：互易法振动绝对校准 GB/T 20485.22-2008 振动与冲击传感器校准方法第22部分：冲击比较法校准 GB/T 7551-2008 称重传感器

传感器试题和答案解析

1、已知一等强度梁测力系统， R x 为电阻应变片，应变片灵敏系数 K=2，未受应变时，R ＜ = 100 ?。当试件受力 F 时，应变片承受平均应变￡ = 1000卩m/m , 求： (1) 应变片电阻变化量？ R ＜和电阻相对变化量？ R x /R x 。 (2) 将电阻应变片 R ＜置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流 3V, 求电桥输出电压及电桥非线性误差。 (3) 若要使电桥电压灵敏度分别为单臂工作时的两倍和四倍，应采取解: (1) RX K R X R X K R X 2 1000 100 0.2() 化时，电桥输出电压为 U O (3)要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 2倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上两个相同的应变片，一个受拉应变，一个受压应变，接入电桥相邻桥臂，形成半桥差动电桥, 且取其他桥臂电阻也为 Rx 。 1 R X 此时，U o — E - 0.003(V)，r L 0 2 R X 要使电桥电压灵敏度为单臂工作时的 4倍，则应该在等强度梁的正反面对应贴上四个相同的应变片，2个受拉应变，2个受压应变，形成全桥差动电桥。 2、有一个以空气为介质的变面积型平板电容传感器(见下图) 。其中 a=16mm,b=24mm,两极板间距为4mm 。一块极板分别沿长度和宽度方向在原始位置上平移了 5mm ，求： R X R X 0.2 100 0.2% (2)将电阻应变片 Rx 置于单臂测量电桥，取其他桥臂电阻也为 Rx 。当Rx 有？ Rx 的变 R X R X U O (云r i )E 3 (100 0.2 丄) 200 0.2 2 0.0015(V) 非线性误差: r L R X /2R X 1 R X /2R X 100% 0.1% 此时，U o R X R X 0.006(V)，r L 0

传感器整理

一、引言目前,我国传感器行业规模仍然较小,应用范围较窄。为此，我们亟须转变观念．将传感器的研发由单一物性型传感器的研发，转化为高度集成的新型传感器研发。新型传感器的开发和应用已成为现代系统的核心和关键．它将成为21世纪信息产业新的经济增长点。二、传感器行业发展趋势及展望目前，传感器行业呈现八大发展趋势，即传感器的产业化发展模式、传感器产品全面、协调、持续发展、企业生产规模(年生产能力)向规模经济发展、生产格局向专业化方向发展、传感器大生产技术向自动化方向发展、企业的重点技术改造向引进技术的消化吸收与自主创新的方向转变、企业经营要加快从国内市场为主向国内与国外两个市场相结合的国际化方向发展、企业将向“大、中、小并举”、“集团化、专业化生产共存”的格局发展。但是，由于经济发展水平和生产研发资金的限制，我国传感器行业总体技术水平还是相对比较落后的，规模和应用领域都较小。今天活跃在国际传感器市场上的仍然是德国、日本、美国、俄国等老牌工业国家的企业。在这些国家里，传感器的应用范围很广，许多厂家的生产都实现了规模化，有些企业的年生产能力已达到几千万只甚至几亿只。相比之下，中国传感器的应用范围还比较窄，更多的应用仍然停留在工业测量与控制等基础应用领域。可以预见，未来中国传感器市场的总需求将继续扩大。国内品牌将通过增加投资、合资等方式逐步渗透到高端市场。而中低端产品出口将成为国内品牌厂商的选择。国外新技术输人和应用技术将会带动市场需求向更个性化、分散化的方向发展，国内厂商之间的并购与整合也将很快形成趋势。三、传感器原理与结构概述 1、传感器原理无线传感器的组成模块封装在一个外壳内，在工作时，它将由电池或振动发电机提供电源，构成无线传感器网络节点。它可以采集设备的数字信号通过无线传感器网络传输到监控中心的无线网关，直接送入计算机，分析处理。如果需要，无线传感器也可以实时传输采集的整个时间历程信号。监控中心也可以通过网关把控制、参数设置等信息无线传输给节点。数据调理采集处理模块把传感器输出的微弱信号经过放大，滤波等调理电路后，送到模数转换器，转变为数字信号，送到主处理器进行数字信号处理，计算出传感器的有效值，位移值等。（原理图）无线通讯模块采用基于IEEE802.15.4标准的无线协议进行数据传输。IEEE802.15.4主要针对工业，建筑，传感器的无线数据采集和监控，油田，电力，矿山和物流管理等应用领域。它具有低功耗，传输可靠性高，抗干扰能力强，网络容量大，能够自动组网等特点。

传感器习题答案

1-7 已知某温度计测量范围0～200℃，检测测试其最大误差 4max =?Y ℃，求其满度相对误差，并根据精度等级标准判断精度等级。解：Y FS =200-0=200 由A=ΔA/Y FS ＊100％有 A ＝4/200＊100％＝2％。精度特级为2.5级。 1-11:解：（1）切线法： 1 2 1 1 ,02 1 2/1)0()1(21 21 +===+===+?=-x y y x b x y x dx dy x dx dy 则当设线性度： %1.10%10025 .0,02525.0,5.00 21 )1(21)0() 12 1 (1.max .max 21=??= =-=?=<-+=?>+-+=?-S F L S F Y y Y y x x dx y d x x x y δ则时，端基法：

1 )26(2 62 3,5.0+-=-===x y k y x 则则线性度： % 526.2,1067596.50, 2373.022474.05.0)26(]1)26[(13max .=?=?=?==?-=+--+=?-L S F y dx y d x Y x x y δ求导得：同理：最小二乘法：设y=kx+b 61237 .047328.034205.021909.010488.0025.016.009.004.001.002247 .11832.11401.10954.10488.115.04.03.02.01.002xy x y x 9945 .04835.0:9945.0) (64835 .0) (6625 .2)(55.0,75167.16922.6,5.12 2 2 2 2 2 2 +==-?-?= =--?======∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑x y x x xy x y x a x x y x xy k x x xy y x 求得则线性度：% 50.210063.60694.0) 9945.04835.0(13 =?=?=+-+=?-L y x x x y δ时，同理求得： 1-12:解：

避雷器在线监测传感器

避雷器在线监测传感器技术领域本发明属于防雷器件技术领域，具体是一种避雷器在线监测传感器。背景技术现有的避雷器漏电流传感器采用光纤传输数据时，采用电压信号传输的方式，传输的电压信号和漏电流成比例，由于信号幅值不恒定，存在传输距离短、效率低等问题。同时，现有的电子式避雷器漏电流传感器一般采用外供电源方式，外供电源方式当雷电进入时会有被打坏的可能；采用电池供电时，由于电池有一定寿命，需要定时更换。发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种适合光纤传输的，达到一定距离、一定效率、无需外供电源的避雷器漏电流传感器。为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种避雷器漏电流传感器，包括全电流回路输入接口IN+/IN-、自取电源电路、漏电流取样电路、精密积分电路、电压比较电路和电光转换器；所述自取电源电路直接和输入接口IN+和IN-相连，串接在全电流回路中，IN+和IN-之间没有电流即避雷器没有漏电流时，不产生电源，有漏电流时，有电源电压；所述漏电流取样电路的取样电阻串接在全电流回路中；所述取样电阻的电流经精密积分电路后作为电压比较电路的一个输入端电压，电压比较电路的电源连接自取电源电路的输出电源；电压比较器的输出端经过驱动电路连接光电转换器的输入端。是所述自取电源电路的核心电路包括串接的精密稳压管Q1和Q2；Q2的阴极通过电阻连接IN+，Q1的阳极连接IN-，取样电阻串接在Q1的阳极连接IN-之间；Q2的阴极端为自取电源电路的输出电源端。所述精密积分电路包括精密电阻R3、精密可调电阻R4、比较器和电容C5；所述R3和R4并联后连接在比较器的反相输入端与IN-之间；比较器的同相输入端连接在Q1阳极端；C5连接在比较器的反相输入端与输出端之间。所述电压比较电路包括运算放大器U1B，U1B的反相输入端连接在Q2的阳极端，U1B的同相输入端连接比较器的输出端，U1B的输出端即为电压比较电路的输出端。所述光电转换器是发光二级管LED；驱动电路是NMOS管Q3，Q3的栅极G连接电压比较电路的输出端，漏极D连接LED的阴极端，源极S连接Q1阳极端；LED的阳极端连接比较器的输出端。 LED两端并接一个电感L1和二极管D3；D3的阳极端与LED的阴极端连接，D3的阴极端与LED的阳极端连接。

位移传感器的安装方法

位移传感器的功能是将机械的位移量转换成电信号，在我们选择位移传感器的时候需要考虑的有安装方式线性精度和供电情况，同样需要知道你的大概测量范围去选择更加合适的位移传感器。首先我们在选择位移传感器规格范围时需留有余量，一般情况下最好是在实际行程的基础上选大一规格的即可。同样还需要注意的是你选择的是电涡流位移传感器，拉线位移传感器还是滑块位移传感器。如果你的位移传感器不便于进行对中调整的场合使用的话，最好是使用滑块位移传感器。而就位移的量程而言，大量程的建议使用的拉线位移传感器，电涡流位移传感器只是相对精度比较高的去测量。滑块位移传感器可以减少调整对中性的工作量，但辅助加长杆不能取消，否则，会出现由于对中性不好而导致稳定性和使用寿命，所以类似的位移传感器安装要是相当严格的。位移传感器的安装要求根据你测量的是振动和位移，如果是轴的径向振动测量就得要求轴的直径大于探头直径的三倍以上。每个测点应同时安装两个传感器探头，两个探头应分别安装在轴承两边的同一平面上相隔90度。轴的径向振动测量时探头的安装位置应该尽量靠近轴承。探头中心线应与轴心线正交，探头监测的表面必须是无裂痕或其它任何不连续的表面现象。如果是轴的轴向位移测量测量面应该与轴是一个整体，这个测量面是以探头的中心线为中心，宽度为1.5倍的探头圆环。探头安装距离距止推法兰盘不应超过305mm，否则测量结果不仅包含轴向位移的变化，而且包含胀差在内的变化，这样测量的不是轴的真实位移值。对于位移传感器的测量方式不一样，对应的安装就需要有不一样的要求。艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.wendangku.net/doc/a25436407.html,。

传感器计算题详解

《传感器与传感器技术》计算题解题指导（供参考）第1章传感器的一般特性 1-5 某传感器给定精度为2%F·S，满度值为50mV ，零位值为10mV ，求可能出现的最大误差(以mV 计)。当传感器使用在满量程的1/2和1/8时，计算可能产生的测量百分误差。由你的计算结果能得出什么结论? 解：满量程（F ?S ）为50~10=40(mV) 可能出现的最大误差为： m ＝40 2%=0.8(mV) 当使用在1/2和1/8满量程时，其测量相对误差分别为： %4%10021408.01=??=γ %16%10081 408 .02=??=γ 1-6 有两个传感器测量系统，其动态特性可以分别用下面两个微分方程描述，试求这两个系统的时间常数和静态灵敏度K 。（1） T y dt dy 5105.1330 -?=+ 式中，y 为输出电压，V ；T 为输入温度，℃。（2） x y dt dy 6.92.44 .1=+ 式中，y ——输出电压，V ；x ——输入压力，Pa 。解：根据题给传感器微分方程，得 (1) τ=30/3=10(s)， K =1.5105/3=0.5105 (V/℃)； (2) τ=1.4/4.2=1/3(s)， K =9.6/4.2=2.29(V/Pa)。 1-7 设用一个时间常数=0.1s 的一阶传感器检测系统测量输入为x (t )=sin4t +0.2sin40t 的信号，试求其输出y (t )的表达式。设静态灵敏度K =1。解根据叠加性，输出y (t )为x 1(t )=sin4t 和x 2(t )= 0.2sin40t 单独作用时响应y 1(t )和y 2(t )的叠加，即y (t )= y 1(t )+ y 2(t )。由频率响应特性：

现场传感器接线说明

现场传感器接线说明 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

1)室外温湿度传感器现场使用的室外温湿度传感器主要有两个型号 QFA3160 电源：24VDC；输出：0-10V QFA3171电源：24VDC；输出：4-20mA 按上图片可以修改传感器的信号类型和量程范围，信号类型出场都是调试好的，基本不用改。量程范围根据当地气候，一般情况用R3档。上图为传感器接线图（需要注意QFA3171温度和湿度需要单独供电）。调试的时候需要检查 1.传感器供电（一般为24VDC，特殊类型需查看说明书）。 2.传感器和模块上的接线（电压和电流型在AI模块上的接线不同）。 3.传感器量程；信号类型是否和硬件组态中一致。 4.改完量程一定要盖上传感器的盖子才能正确度数 5.程序中的FC105的上下限应与计算值对应。 2)水管温度传感器现场使用的室外温湿度传感器主要有两个型号 PT100和LG-Ni1000；PT100为温度0度时电阻为100欧姆的铂电阻，LG-Ni1000是指温度0度是电阻为1000欧姆的镍电阻。接线方式分为2线制和3线制。3线制的接法可以消除线组对传感器测量数值的影响传感器端只有两个段子，3线制接线方法为将其中两个线接到传感器一个段子上，模块端分别接在S-和M-上，剩余的一根线接到M+上；2线制的接法为将两根线分别接到传感器两个段子上，模块端分别接在M+和M-，同时将模块端S-和M-短接。

硬件组态的时候，如果选择的是PT100Sta.，那么程序中除以10，如果选择的是PT100Cl.，就要除100。 3)流量传感器流量传感器型号：DWM2000 电源：24VDC 输出：4-20mA 接线方法和设置如下图：拨码的计算调试的时候需要检查 1.传感器供电（一般为24VDC，特殊类型需查看说明书）。 2.传感器和模块上的接线。 3.传感器量程；信号类型是否和硬件组态中一致。 4.必须在不开水泵，同时保证管道中液体静止时才能调零。 5.程序中的FC105的上下限应与计算值对应。 4)西门子压力传感器型号：QBE2002 电源：24VDC 输出：0-10V 接线方法：现场很多西门子传感器线的颜色为棕、蓝、白与接线图上线色不同，但是还是按照棕—供电、白—GND、蓝—输出信号的接法。 5)瑞士Huba压力传感器

机器人的位置检测传感器

机器人的位置检测传感器测量可变位置和角度，即测量机器人关节线位移和角位移的传感器是机器人位置反馈控制中必不可少的元件。常用的有电位器、旋转变压器、编码器等。其中编码器既可以检测直线位移，又可以检测角位移。下面是几种常用的位置检测传感器。1、光电开关2、编码器3、旋转变压器。二、机器人速度、角速度传感器：1、编码器对任意给定的角位移，编码器将产生确定数量的脉冲信号，通过统计指定时间（dt）内脉冲信号的数量，就能计算出相应的角速度。dt越短，得到的速度值就越准确，越接近实际的瞬时速度。但是，如果编码器的转动很缓慢，则测出的速度可能不准。通过对控制器的编程，将指定时间内脉冲信号的个数转化为速度信息就可以计算出速度。2、测速发电机测速发电机是一种把输入的转速信号转换成输出的电压信号的机电式信号元件，它可以作为测速、校正和解算元件，广泛应用于机器人的关节测速中。3、位置信号微分如果位置信号中噪音较小，那么对他进行微分来求取速度信号不仅可行，而且很简单。为此，位置信号应尽可能连续，以免在速度信号中产生大的脉动。所以，建议使用薄膜式电位器测量位置，因为绕线式电位器的输出时分段的，不适合微分。然而，信号的微分总是会有噪音的，应该仔细处理。三、机器人接触觉传感器：机器人接触觉传感器是用来判断机器人是否接触物体的测量传感器。传感器输出信号常为0或1,最经济适用的形式是各种微动开关。常用的微动开

关由滑柱、弹簧、基板和引线构成，具有性能可靠、成本低、使用方便等特点。接触觉传感器不仅可以判断是否接触物体，而且还可以大致判断物体的形状。一般传感器装在末端的执行器上，除了微动开关外，接触觉传感器还采用碳素纤维及聚氨基甲酸脂为基本材料构成触觉传感器。机器人与物体接触，通过碳素纤维与金属针之间建立导通电路，与微动开关相比，碳素纤维具有更高触电安装密度、更好的柔性、可以安装在机器手的曲面手掌上。四、机器人接近觉传感器、机器人接近觉传感器能感知相距几毫米到几时厘米内对象物或障碍物的距离、对象物的便面性质等的传感器，其目的是在接触对象前得到必要的信息，以便后续动作。接近觉传感器有许多不同的类型，如电磁式、涡流式、霍尔效应式、光学式、超声波式、电感式和电容式等等。五、机器人姿态传感器：姿态传感器是用来检测机器人与地面相对关系的传感器，当机器人被限制在工厂的地面时，没有必要安装这种传感器，如大部分工业机器人。但当机器人脱离了这个限制，并且能够自由的移动，如移动机器人，安装姿态传感器就成必要了。典型的姿态传感器是陀螺仪，他利用高速旋转物体（转子）经常保持一定姿态的性质。转子通过一个支撑它的，被称为万向接头的自由支持机构，安装在机器人上。机器人围绕着输入轴仅转过一个角度。在速率陀螺仪中，加装了弹簧。卸掉这个弹簧后的陀螺仪成为速率积分陀螺仪，此时输出轴以角速度旋转，且此角速度与围绕输入轴的转角速度成正比。姿态传感器设置在机器人的躯干部分，它用来检测移动中的躯干部分，它用来你

传感器的选择方法

1、传感器的选择方法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。因此，选择好一个合适的产品，是十分重要的。 (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性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)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

传感器课后答案解析

第1章概述 1.什么是传感器传感器定义为能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器的共性是什么传感器的共性就是利用物理规律或物质的物理、化学、生物特性，将非电量（如位移、速度、加速度、力等）输入转换成电量（电压、电流、电容、电阻等）输出。传感器由哪几部分组成的由敏感元件和转换元件组成基本组成部分，另外还有信号调理电路和辅助电源电路。传感器如何进行分类（1）按传感器的输入量分类，分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。（2）按传感器的输出量进行分类，分为模拟式和数字式传感器两类。（3）按传感器工作原理分类，可以分为电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。（4）按传感器的基本效应分类，可分为物理传感器、化学传感器、生物传感器。（5）按传感器的能量关系进行分类，分为能量变换型和能量控制型传感器。（6）按传感器所蕴含的技术特征进行分类，可分为普通型和新型传感器。传感器技术的发展趋势有哪些（1）开展基础理论研究（2）传感器的集成化（3）传感器的智能化（4）传感器的网络化（5）传感器的微型化改善传感器性能的技术途径有哪些（1）差动技术（2）平均技术（3）补偿与修正技术(4)屏蔽、隔离与干扰抑制(5)稳定性处理第2章传感器的基本特性什么是传感器的静态特性描述传感器静态特性的主要指标有哪些答：传感器的静态特性是指在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系。主要的性能指标主要有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、精度、分辨率、零点漂移、温度漂移。传感器输入-输出特性的线性化有什么意义如何实现其线性化答：传感器的线性化有助于简化传感器的理论分析、数据处理、制作标定和测试。常用的线性化方法是：切线或割线拟合，过零旋转拟合，端点平移来近似，多数情况下用最小二乘法来求出拟合直线。利用压力传感器所得测试数据如下表所示，计算其非线性误差、迟滞和重复性误差。设压力为0MPa 时输出为0mV,压力为时输出最大且为. 非线性误差略正反行程最大偏差Hmax=，所以γH=±%=±%=±% 重复性最大偏差为Rmax=，所以γR=±=±%=±% 什么是传感器的动态特性如何分析传感器的动态特性传感器的动态特性是指传感器对动态激励（输入）的响应（输出）特性，即输出对随时间变化的输入量的响应特性。

传感器及检测技术

习题一概论p16 1.测试系统一般是怎样构成的？ ①传感器将被测物理量转换成以电量为主要形式的电信号； ②信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工； ③显示与记录部分将所测信号变为一种能为人们所理解的形式，以供人们观测和分析。 2.什么是测量误差？测量误差有几种表示方法？测量误差：人们在进行各种实际测量时，尽管被测量在理论上存在真值，但由于客观实验条件的限制，被测量的真值实际上是测不到的，因而测量结果只能是真值的近似值，这就不可避免地存在着测量误差。测量误差有：绝对误差、相对误差、引用误差。 3.测量误差按出现规律可分为几种？它们与准确度与精密度有什么关系？ ①按出现规律可分为：系统误差、随机误差、粗大误差 ②准确度表示测量结果中系统误差的大小。系统误差越小，准确度越高，即真一民实际值符合的程度越高。精密度表示测量结果中随机误差大小的程度。随机误差越小，测量值越集中，表示精密度越高。精确度是测量结果系统误差与随机误差的综合。表示测量结果与真值的一致程度。精确度用来反映系统误差和随机误差的综合影响。精确度越高，表示正确度和精密度越高，意味着系统误差和随机误差都小。 4.产生系统误差的常见原因有哪些？常用的减小系统误差的方法有哪些？ ①产生系统误差的主要原因： ●仪器的制造、安装或使用方法不正确； ●环境因素影响（温度、湿度、电源等）； ●测量原理中使用近似计算公式；

●测量人员不良读数习惯 ②减小系统误差的方法： ●发现判断：实验对比、残余误差观察、准则检测 ●减少消除：修正、特殊测量法（替代、差值、误差补偿、对称观察） 5.传感器有哪些几部分组成？敏感元件、转换元件、转换电路 6.按传感器的工作机理、能量转换方式、输入量及测量原理四种方法，传感器分别是如何分类的？ ①按工作机理分： ●电参数式传感器（如电阻式、电感式和电容式）； ●压电式传感器； ●光电式传感器； ●热电式传感器。 ②按能量转换方式分： ●能量控制型传感器（如电阻、电感、电容式） ●能量转换型传感器（如基于压电效应、热电效应传感器） ③按输入量分：力传感器、位移传感器、温度传感器 ④按测量原理分： ●电路参量式传感器（包括电阻式、电感式、电容式） ●电动势式传感器（包括磁电感应式、霍尔式、压电式） ●光电式传感器（包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式） ●半导体式传感器习题二温度检测p35 7.温度检测主要有哪几种方法及它们是怎样分类的？温度检测方法分为：接触测量法，非接触测量法。接触式包括：热膨胀式（如水银、双金属、液体或气体压力）；热电偶；热电阻（铂电阻、铜电阻、半导体热敏电阻）。

传感器