感測器技術

感測器是能夠感受規定的被測量並按一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱。通常被測量是非電物理量，輸出信號一般為電量。當今世界正面臨一場新的技術革命，這場革命的主要基礎是信息技術，而感測器技術被認為是信息技術三大支柱之一。一些發達國家都把感測器技術列為與通信技術和計算機技術同等位置。隨著現代科學發展，感測技術作為一種與現代科學密切相關的新興學科也得到迅速的發展，並且在工業自動化測量和檢測技術、航天技術軍事工程、醫療診斷等學科被越來越廣泛地利用，同時對各學科發展還有促進作用。

目前在全世界有6000多家公司生產感測器，品種多達上萬種。美國把80年代看作是感測器時代，日本把感測器列為80年代到2000年重大科技開發項目。我國把感測器列為“十五”計劃重點科技研究發展項目之一。

感測技術大體可分3代，第1代是結構型感測器。它利用結構參量變化來感受和轉化信號。例如：電阻應變式感測器，它是利用金屬材料發生彈性形變時電阻的變化來轉化電信號的。

第2代感測器是70年代開始發展起來的固體感測器，這種感測器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成，是利用材料某些特性製成的。如:利用熱電效應、霍爾效應、光敏效應，分別製成熱電偶感測器、霍爾感測器、光敏感測器等。

70年代後期，隨著集成技術、分子合成技術、微電子技術及計算機技術的發展，出現集成感測器。集成感測器包括2種類型：感測器本身的集成化和感測器與後續電路的集成化。例如：電荷藕合器件(CCD)，集成溫度感測器AD590集成霍爾感測器UGN3501等。這類感測器主要具有成本低、可靠性高性能好、介面靈活等特點集成感測器發展非常迅速，現已佔感測器市場的2/3左右，它正向著低價格、多功能和系列化方向發展。

第3代感測器是80年代剛剛發展起來的智能感測器。所謂智能感測器是指其對外界信息具有一定檢測、自診斷、數據處理以及自適應能力，是微型計算機技術與檢測技術相結合的產物。80年代智能化測量主要以微處理器為核心，把感測器信號調節電路微計算機、存貯器及介面集成到一塊晶元上，使感測器具有一定的人工智慧.90年代智能化測量技術有了進一步的提高，在感測器一級水平實現智能化，使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測量功能以及聯網通信功能等。

感測器技術是實現測試與自動控制的重要環節。在測試系統中，被作為一次儀錶定位，其主要特徵是能準確傳遞和檢測出某一形態的信息，並將其轉換成另一形態的信息。

具體地說感測器是指那些對被測對象的某一確定的信息具有感受（或響應）與檢出功能，並使之按照一定規律轉換成與之對應的可輸出信號的元器件或裝置。如果沒有感測器對被測的原始信息進行準確可靠的捕獲和轉換，一切準確的測試與控制都將無法實現，即使最現代化的電子計算機，沒有準確的信息（或轉換可靠的數據），不失真的輸入，也將無法充分發揮其應有的作用。

感測器種類及品種繁多，原理也各式各樣。其中電阻應變式感測器是被廣泛用於電子秤和各種新型機構的測力裝置，其精度和範圍度是根據需要來選定的，過高的精度要求對某種使用也無太大意義；過寬的範圍度也會使測量精度降低，而且會造成成本過高及增加工藝上的困難；因此，應根據測量對象的要求，恰當地選擇精度和範圍度是至關重要的。但無論何種條件、場合使用的感測器，均要求其性能穩定，數據可靠，經久耐用。為此，在研究高精度感測器的同時，必須重視可靠性和穩定性的研究。包括床暗器的研究、設計、試製、生產、檢測與應用等諸項內容在內的感測器技術，已逐漸形成了一門相對獨立的專門學科。

一般情況下，由於感測器設置的場所並非理想，在溫度、濕度、壓力等效應的綜合影響下，可引起感測器零點漂移和靈敏度的變化，已成為使用中的嚴重問題。雖然人們在製作感測器過程中，採取了溫度補償及密封防潮的措施，但它與應變片、粘帖膠本身的高性能化、粘帖技術的精確和熟練、彈性體材料的選擇及冷、熱加工工藝的制定均有密切的關係，哪一方面都不能忽視，都需精心設計和製作。同時，還須注意感測器的安裝方法，支撐結構的設置，如何克服橫向力等問題。

作為一次儀錶的感測器通常由敏感元件與轉換元件組成。轉換元件通常是精密的電橋。因此，測力秤重用電阻應變式感測器主要由彈性體、應變片、粘帖膠及各種補償電阻構成。他的穩定性也必然是由這些元件的內、外因的綜合作用所決定。本文就此問題進行探討，談些粗淺看法，與同行商榷。

首先是彈性元件。彈性元件一般是由優質合金鋼材及有色金屬鋁、鈹青銅等加工成型，影響彈性體穩定性，主要是它經各種處理后的金相組織及殘餘應力。考慮到應力釋放時的相互平衡關係及彈性體結構形式的約束，要想讓殘餘應力釋放，就要進行時效處理，這在實際中若採用自然時效法，則釋放緩慢、周期長，常常是不可取的，需要人為縮短時間，一般要消除彈性體表面殘餘應力的方法是：做真空回火處理和疲勞式脈動處理及共振。這樣可大幅度地降低殘餘應力，在短時間內完成通常的長時間的自然時效，使組織性能更為穩定。

其次，是應變片和粘接膠。影響應變片穩定性的是箔材本身，製造應變片的電阻合金種類很多，其中以康銅合金使用最廣，它有較好的穩定性，高的疲勞壽命及小的電阻溫度係數，是理想的絲柵製造材料。此外，製造應變片過程中應消除不良影響而造成的不穩定性。如：絲柵與基底膠的粘接強度，應變片與彈性體間的粘帖強度，基底膠內應力的釋放等等，都是不穩定因素。另外，應變片的粘帖，也是非常關鍵的要素之一，這一工作的好壞，直接影響膠的粘接質量，乃至測量精度，如果帖片不嚴格，技術不熟練，即使使用最好的應變片也無濟於事。

應用於空調製冷劑液位的精確控制

用過空調的人肯定都知道滿液式冷水機，滿液式冷水機組主要由螺桿式製冷壓縮機、殼管式冷凝器、滿液式蒸發器等組成。對於滿液式冷水機組，要實現液體冷媒完全將熱傳表面潤濕同時又不會產生回液，就要對蒸發器內製冷劑液位進行精確控制，對蒸發器液位控制的解決方案大致可以分為兩種：間接控制和直接控制。不管是哪種都需要用到感測器。

間接控制是指將除冷媒液位以外的其它系統參數作為調節對象，以間接實現對蒸發器液位的控制。間接控制可以是對蒸發器出口過熱度進行控制，即通過溫度感測器和控制模塊中的控制邏輯，將過熱度控制在大約1.5 至2.0℃，從而實現對液位的控制。此外，蒸發器液位也可以通過系統排氣過熱度、壓縮機油位等反饋參數進行間接控制。

直接控制是直接以蒸發器內製冷劑液位作為被調參數，通過液位感測器採集到的液位信號與給定值進行比較，對目標值進行調節，調節信號輸入到節流閥驅動裝置，調節目標為節流閥的開度值，從而實現對供液量的精確調節，進而達到精確控制蒸發器內冷媒液位的目的。

隨著溫度感測器的發展，大多都是採用間接控制的方法進行測量，這樣是非常方便的。類似的感測器不僅在空調上有應用，在洗衣機等其它類似家電上也有應用的。

應用於數字醫療捕捉電壓信號

微型感測器掀開數字藥片面紗，“數字藥片”就是在高科技盛行的時代下誕生的，這是一種內置可消化微晶元的藥物，僅長寬僅1毫米，高也不過0.45毫米，體積跟一粒沙子相仿，被植入到正常藥片中。其實質是一個微型感測器，由迷你矽片組成，內含極少量鎂和銅，當其被吞食的時候，可直接利用人體胃液發電被服用後會和消化液反應產生輕微電壓，將信號傳送到皮膚表面。這就需要一個感應裝置來捕捉和顯示數字藥片的信號，這以裝置被稱為接收片，它通常被貼在服用藥片的患者貼近胃部的位置，這個裝置接受輕微電壓產生的信號並將其轉化成為數據，傳輸到醫生手機上，這樣醫生就知道病人有無按規定服藥。而這個小裝置不僅可以接受信息，還能夠記錄病人的心率、溫度等――這些信息也能通過手機應用查看。

對比感測器技術的發展歷史與研究現狀可以看出，隨著科學技術的迅猛發展以及相關條件的日趨成熟，感測器技術逐漸受到了更多人士的高度重視當今感測器技術的研究與發展，特別是基於光電通信和生物學原理的新型感測器技術的發展，已成為推動國家乃至世界信息化產業進步的重要標誌與動力。

由於感測器具有頻率響應、階躍響應等動態特性以及諸如漂移、重複性、精確度、靈敏度、解析度、線性度等靜態特性，所以外界因素的改變與動蕩必然會造成感測器自身特性的小穩定，從而給其實際應用造成較大影響這就要求我們針對感測器的工作原理和結構，在小同場合對感測器規定相應的基本要求，以最大程度優化其性能參數與指標，如高靈敏度、抗干擾的穩定性、線性、容易調節、高精度、無遲滯性、工作壽命長、可重複性、抗老化、高響應速率、抗環境影響、互換性、低成本\寬測量範圍\小尺寸\重量輕和高強度等。

同時，根據對國內外感測器技術的研究現狀分析以及對感測器各性能參數的理想化要求，現代感測器技術的發展趨勢可以從四個方面分析與概括：一是開發新材料、新工藝和開發新型感測器；一是實現感測器的多功能、高精度、集成化和智能化；三是實現感測技術硬體系統與元器件的微小型化；四是通過感測器與其它學科的交叉整合，實現無線網路化。