1、現代測試技術中傳感器的應用簡介 摘要:介紹了現代測試技術中傳感器的特性，對常用傳感器和新型傳感器的應用進行了簡介，并分析了傳感器應用中常見的技術問題關鍵詞:測試技術;傳感器;應用;簡介 Application intro of sensors in modern measuring and testing techniqueAbstract: The characteristic of sensors in modern measuring and besting technique is introduced，the application of common and new type se

2、nsors is reviewed，and the common technical problems during application of sensors were analyzed.Keywords: measuring and besting technique; sensor; application; intro 在現代測試技術中，傳感器是一種以一定的精度和規律把被測量轉換為與之有確定關系的，便于應用的某種物理量的測量裝置。傳感器的分類方法有很多，按作用原理常用的傳感器可以分為:電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、熱電式傳感器、核輻射式傳感器、

3、磁電式傳感器和數字式傳感器等。新型傳感器可以分為:光纖傳感器、生物傳感器、濕度傳感器、紅外傳感器、固態圖像傳感器、霍爾傳感器、智能式傳感器和超聲波傳感器等。1測試技術中傳感器的特性 傳感器的特性主要包括靜態特性和動態特性。衡量傳感器靜態特性的主要指標是精確度、靈敏度、線性度和重復性。而衡量傳感器動態特性的主要指標是時域性能指標和頻域性能指標。時域性能指標包括時間常數、上升時間、響應時間、超調量等;頻域性能指標包括通頻帶、工作頻帶、相位誤差等。2常用傳感器應用簡介2.1電阻式傳感器 電阻式傳感器的工作原理是利用電阻元件把被測的物理量的變化轉換為電阻阻值的變化，通過對電阻阻值的測量達到測量該物理量

4、的目的。電阻式傳感器主要分為電位器式電阻傳感器和應變式電阻傳感器。電位器式電阻傳感器具有結構簡單、價格低、輸出功率大、靈敏度較高。一般情況下可直接連接指示儀表，簡化了測量電路;但也存在精度不高，動態響應差，不適宜測量快速變化量等缺點。電位器式電阻傳感器通常用于被測對象參數變化較大的場合。而應變式電阻傳感器具有外形小、質量輕、測量范圍廣、線性好、頻率響應好、采取措施后可在強磁場、化學腐蝕、強振動、放射性場所等惡劣環境下工作;其缺點是輸出信號小、抗干擾問題突出、在大應變下有較大的非線性。2.2電感式傳感器 電感式傳感器的工作原理是利用電磁感應把被測的物理量的變化轉換成電感線圈的自感系數或互感系數的

5、變化，再由測量電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現非電量到電量的轉換。電感式傳感器種類很多，根據轉換原理的不同，可分為自感式、互感式和電渦流式。電感式傳感器具有可靠性高，使用壽命長，結構簡單，靈敏度和分辨率高，線性度和重復性比較好，穩定性好，能實現信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制等優點;但也存在交流零位信號，不適用于高頻動態測量場合等缺點。2.3電容式傳感器電容式傳感器的工作原理是利用電容元件把被的物理量的變化轉換為電容量的變化，再經測量轉換電路轉換為電壓、電流或頻率等物理量的測量裝置。實際上是具有可變參數的電容器。電容式傳感器將被測物理量轉換為電容量的變化后，仍需要由后接電路將其轉換為電

6、壓、電流或頻率信號。根據電容器變化的參數，電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介電常數型三種。電容式傳感器具有測量范圍大、靈敏度高、動態響應時間短、機械損失小、結構簡單、適應性強等優點;但也存在寄生電容影響較大，使其穩定性較差等缺點。2.4壓電式傳感器 壓電式傳感器的工作原理是將被測參數轉化為作用力作用于壓電材料上形成電場而進行測量的而制成的傳感器。壓電式傳感器可以將機械能轉換成電能，又可以將電能轉換成機械能，是一種可逆型傳感器。在壓電式傳感器中，通常用兩個或兩個以上的晶片進行并接或串接，以增大輸出。壓電式傳感器具有質量小、體積小、頻帶寬、信噪比大、結構堅固、穩定性好、可靠性高、使用方便等

7、優點。適用于測量動態力、壓動態力、振動加速度等。2.5光電式傳感器 光電式傳感器的工作原理是將被測量的變化轉換為光量的變化，再經過光電元件把光量的變化轉換為電信號的一種測量裝置。光電式傳感器主要由光敏電阻、光電池、光敏晶體管等3部分組成。按照輸出量的性質，可以把光電式傳感器分為把被測量轉換成連續變化的光電流和把被測量轉換成斷續變化的光電流兩種。光電式傳感器具有質量小、體積小、靈敏度高、功耗低、響應快、便于集成、易于實現非接觸測量等優點。2.6熱電式傳感器 熱電式傳感器是將溫度變化轉換為電量變化的裝置，其工作原理是利用不同導體串接成的閉合回路中結合點不同溫度而產生電勢來進行測量的。常用的熱電式傳

8、感器又分為熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、熱釋電等類型。熱電偶型具有測量精度高、測量范圍廣、構造簡單、使用方便等特點;熱電阻型具有信號輸出較大、易于測量、要借助外加電源、測溫反應速度慢等特點;熱敏電阻型具有靈敏度高、熱惰性小、重復性好、電阻率較大、成本較低、性能不穩定、互換性差、測量精度不高等特點;熱釋電型具有靈敏度高、光譜范圍寬、響應快等特點。2.7核輻射式傳感器 核輻射式傳感器是把射線能量轉換為容易測量的電信號的裝置。其工作原理是根據被測物質對射線的吸收、散射或射線對被測物質的電離激發、穿透作用而進行工作的。核輻射式傳感器主要由比例計數管、蓋革計數管、閃爍計數管和半導體探測器等組成。核輻射式傳感

9、器主要用來檢測厚度、液位、物位、轉速、材料密度、重量、氣體壓力、流速、溫度及濕度等參數以及金屬材料探傷等方面。2.8磁電式傳感器 磁電式傳感器就是一種把被測物理量轉換為感應電動勢的傳感器。磁電式傳感器直接輸出感應電勢，且傳感器通常具有較高的靈敏度，所以一般不需要高增益放大器。由于磁電式傳感器是速度傳感器，若要獲取被測位移或加速度信號，則需要配用積分或微分電路。按照結構來分，磁電式傳感器又分為動圈式和磁阻式兩種。動圈式又可以分為線速度型和角速度型;磁阻式結構簡單、使用方便、可靠性高，用來測量轉速、振動和偏心量等。2.9數字式傳感器 數字式傳感器能夠直接將非電量轉換為數字量，而不需要A/D轉換，可

10、以直接用數字顯示，從而提高了測量精度和分辨率，方便于計算機連接，提高了系統的可靠性。數字式傳感器主要包括放大器、A/D轉換器、微處理器、存儲器、通訊接口、溫度測試電路等幾部分組成。數字式傳感器具有投資少、系統簡單、精度高、可靠性高、抗干擾能力強、適用于遠距離傳輸等優點。3新型傳感器應用簡介3.1光纖傳感器 光纖傳感器是利用被測量對在光纖內傳輸的光進行某種形式的調制，即可直接利用光纖的功能進行調制，也可通過其他的靈敏元件來實現，使傳輸光的強度、相位、頻率或偏振狀態等特性發生相應變化，再對被調制的光信號進行檢測，測出被測量的傳感器。一般情況下，光纖傳感器可分為結構型和物性型。結構型光纖傳感器是由光

11、檢測元件與光纖傳輸回路組成的測量系統;物性型光纖傳感器是由光纖把輸人物理量變換為調制的光信號。光纖傳感器具有體積小、重量輕、可彎曲、可測的物理信息種類多、可實現動態非接觸測量、耐高壓、耐腐蝕、靈敏度高、抗干擾能力強、可適應各種環境等優點。3.2生物傳感器 生物傳感器就是以生物活性物質為敏感元件的傳感器。生物活性物質主要是指微生物、抗原、抗體、各種酶、組織切片和細胞等。生物傳感器主要有微生物傳感器、免疫傳感器、酶傳感器、組織切片傳感器和細胞傳感器等。近年來，生物傳感器的快速發展為生物科學的定量分析、生物工程的測量提供了有力的技術支撐。生物傳感器具有選擇性能好、噪音低、操作簡單快速準確、靈敏度高，

12、體積小等優點;同時生物傳感器也具有使用壽命較短等缺點。3.3濕度傳感器 濕度傳感器就是指能將濕度量轉換成容易被測量處理的電信號的設備或裝置。濕度傳感器不僅種類多，而且性能差異也很大。濕度傳感器根據所用材料可以分為陶瓷型、電解質型、半導體型、高分子型等。由于濕度傳感器工作環境是非密封性的，因此為保護測量的準確度和穩定性，應盡量避免在酸性、堿性、粉塵較大及含有機溶劑的環境中使用。為正確反映待測空間的濕度，還應避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的地方，如果被測的房間太大，就應放置多個傳感器。有的濕度傳感器對供電電源要求比較高，應按要求提供合適的、符合精度要求的供電電源，否則將影響測量精度。由于

13、濕度傳感器的濕敏元件都存在一定的分散性，為了保證測量精度，需要按要求調試標定。當濕度傳感器需要進行遠距離信號傳時，要注意信號的衰減問題，當傳輸距離超過200 m時，建議選用頻率輸出信號的濕度傳感器。3.4紅外傳感器 紅外傳感器是一種能夠探測紅外線，利用物體產生紅外輻射的特性來實現自動檢測的裝置。紅外傳感器包括光學系統、檢測元件、轉換電路3個部分。紅外傳感器主要用于溫度測量和與溫度相關的物理量的測量。紅外傳感器按照功能可分為:輻射計(用于輻射和光譜測量)、搜索和跟蹤系統(用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤)、熱成像系統(可產生整個目標紅外輻射的分布圖像)、紅外測距和通信系

14、統等。由于紅外傳感器在測量時不與物體直接接觸，所以不存在摩擦，且還具有靈敏度高、響應快、抗外界強光干擾能力強、能夠設置多點采集，對射管陣列的間距和陣列數量可根據需求選取等優點。3.5固態圖像傳感器 固態圖像傳感器是采用固體圖像敏感器件將二維圖像變換為電信號的光電式傳感器。固態圖像傳感器主要由物鏡、固體圖像敏感器件、驅動電路以及信息處理電路幾部分組成。固態圖像傳感器具有體積小、重量輕、速度快、響應時間短、使用壽命長、穩定性好、靈敏度高、價格低、非接觸、工作電壓低等優點。固態圖像傳感器主要用于電視攝像、圖像識別、機器人視覺、快速動態測量以及信息存儲等方面。隨著科學技術的發展，未來固態圖像傳感器將向

15、多功能化、單芯片化、智能化、多層感色和全色等方向發展。3.6霍爾傳感器 根據美國物理學家霍爾發現的霍爾效應制成了各種霍爾元件，用霍爾元件制成的傳感器就是霍爾傳感器。霍爾傳感器具有體積小、結構簡單、頻率響應寬、對磁場敏感、安裝方便、功耗小、精度高、線性度好、使用壽命長、輸出電壓變化大、抗震動，可在灰塵、油污、水汽及鹽霧環境中使用等優點。另外，霍爾傳感器在使用時，如果需要準確測量交流電功率，則應對其角差指標進行驗證。近年來，霍爾傳感器已廣泛應用于自動化、計算機、汽車等技術領域。3.7智能式傳感器 智能式傳感器就是帶有集信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維和判斷功能的微處理器的傳感器。智能式傳感器

16、由兩部分組成，即傳感器部分和微處理器部分。智能式傳感器具有數據處理能力，可以通過軟件修正其非線性，進行溫度補償和數字濾波，因此精度高;還具有信息處理、邏輯思維和判斷能力，可提高工作的穩定性和可靠性;可以實現多傳感器、多參數的復合和同步測量;此外還具有成本低、體積小、使用方便等優點，智能式傳感器代表著未來傳感器的發展方向。3.8超聲波傳感器 超聲波傳感器是應用超聲波的特點和性能而制作出來的傳感器。根據超聲波的走向來分，超聲波傳感器又分為透射型和反射型2種，透射型就是超聲波發生器與接收器分別置于被測物體兩側;反射型就是超聲波發生器與接收器分別置于被測物體同側。超聲波傳感器具有安裝方便、可靠性高、靈

17、敏度高、與顯示儀表連接方便、發射夾角較小等優點。超聲波傳感器廣泛應用于物位監測、機器人防撞、防盜報警和各種超聲波接近開關等方面。4結束語 傳感器的選用要根據測試目的和實際條件，合理確定靈敏度、響應特性、精確度、穩定性等參數。另外，傳感器在實際條件下的工作方式，也是選用傳感器時要考慮的重要因素。在實際工作中，多數傳感器的特性曲線總存在一定的非線性。這主要是由于傳感器變換原理的非線性和轉換電路的非線性2個方面造成的。為了保證測試系統的精度，就要對其進行線性化處理，其方法有硬件校正方法和軟件校正方法。硬件校正方法有并聯電阻法和折線逼近法;軟件校正方法有計算法、查表法和線性插值法。參考文獻:L1葉超明t測量技術z.北京:北京理_大學出版社， 2007:23-89,114-127.2李成華