劉增華基礎樓605liuzenghua@2015年11月12日現代傳感與檢測技術北京工業大學碩士研究生選修課一、緒論（一）現代傳感技術目錄一、概述二、傳感技術的發展方向三、新型傳感效應四、新型傳感材料五、先進加工技術六、研究熱點一、概述傳感技術是關于傳感器原理、結構、材料、設計、制造及應用的綜合技術。傳感器處于檢測過程的第一個環節，它直接感受被測參數，并將被測參數的變化轉換成一種易于傳遞的物理量，是獲得信息的重要手段，與通信技術、計算機技術并成為現代信息技術中的三大核心技術。現代傳感器技術發展的必要性

及其動態

傳感技術是人類探知自然界信息的觸覺，是人類認識和控制對象的條件和依據，是21世紀世界各國在高新技術發展方面爭奪的一個重要領域。傳感器是自動化系統和信息系統的關鍵性基礎器件，其技術水平直接影響到自動化系統和信息系統的水平，傳感器的好壞對系統質量起著決定性作用。目前，我國在工業上應用的大多數傳感器技術存在很多不足。為使產品在市場中更具競爭力，在開發及采用新型儀表和控制技術同時，也應對傳感器技術的開發予以高度重視。全美電站有關統計數據表明，改進、優化過程傳感器與儀表能改善電站熱效率達1%，每年節約約3億美元。另外，采用先進傳感器與儀表若使設備利用率提高1%的話，每年可節約約30億美元。

人類已進入信息時代，獲取信息是利用信息的先決條件。通過傳感器獲得的信息正確與否直接關系到整個測量或控制系統的成敗與精度，因此，在檢測系統中占有十分重要的位置。新效應、新材料、新工藝的出現，促進新型傳感器的問世。二、現代傳感器的定義現代傳感器是一種能把物理量或化學量轉變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會的定義為：“傳感器是測量系統中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。國家標準GB7665-87的定義為：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可輸出信號的器件或裝置”。定義包含以下幾方面的含義：傳感器是測量裝置，能完成檢測任務，在檢測系統中，傳感器是必備裝置。它的輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等；它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電量；輸出輸入有對應關系，且應有一定的精確程度。傳感器的構成：敏感元件轉換元件基本轉換電路被測量電量敏感元件是傳感器的核心，它的作用是直接感受被測物理量，并將信號進行必要的轉換輸出。轉換元件將敏感元件的輸出轉換成電路參量。基本轉換電路是一些能把敏感器件或轉換元件輸出的電信號轉換為便于顯示、記錄和處理等有用的電信號的裝置。隨著集成電路制造技術的發展，現在已能把一些處理電路和傳感器集成在一起，購車功能集成傳感器。進一步的發展是將傳感器和微處理器相結合，裝在一個檢測器中形成了一種新型“智能傳感器”。它將具有一定的信號調理、信號分析、環境適應等能力，甚至具有一定的辨認、識別、判斷的功能。二、傳感技術的發展方向當今傳感器技術的主要發展動向：開展基礎研究，重點研究傳感器的新原理、新材料和新工藝；實現傳感器的微型化、陣列化、集成化和智能化。從當前高新技術發展趨勢來看，傳感技術發展方向具體表現在以下幾個主要方面。(1)發現并利用新現象與新效應

利用物理現象、化學反應和生物效應是各種傳感器工作的基本原理，發現新現象與新效應是傳感器技術發展的重要工作，是研究開發新型傳感器的基礎。例如，利用超導技術研制成功高溫超導磁傳感器，其靈敏度比霍爾器件高。制造工藝相對簡單，可用于磁成像技術。(1)發現并利用新現象與新效應（續）

據報道，美國國立實驗室的研究人員正在研制變色傳感器，當存在目標物質時傳感器由藍色變成紅色。參照細胞膜的模型，可針對一種特定的生物目標設計傳感器。一旦識別出目標物質，膜將由藍色變成紅色，提示有目標物質存在。錢永健

(RogerYonchienTsien)

1952年出生，美國生物化學家。2008年諾貝爾化學獎得主，美國國家科學院院士，美國國家醫學院院士，美國藝術與科學院院士。從事的研究工作：生物發光現象研究(2)利用新材料傳感器材料是傳感器技術的重要基礎，由于材料科學的進步，人們可制造出各種新型傳感器。以下三個方向：A在已知的材料中探索新現象、效應和反應，然后使他們能在傳感器技術中得到實際應用；B探索新材料，應用那些已知現象、效應和反應來改進傳感器技術；C在研究新型材料的基礎上，探索新現象、新效應和新反應，并在傳感器技術中加以實施。近年來，對傳感器材料的開發研究有了較大進展，主要發展趨勢如下：A單晶體到多晶體、非晶體；B單一型材料到復合材料；C原子（分子）型材料的人工合成。現代傳感器制造業的發展取決于傳感器技術的新材料和敏感元件的開發。傳感器開發的基本趨勢和半導體以及介質材料的應用密切關聯。目前人們已在采用硅或金屬和非金屬合成的化合物半導體等敏感材料、陶瓷材料、非晶化或薄膜化磁性材料和智能材料(包括生物體材料、形狀記憶合金、形狀記憶陶瓷和形狀記憶聚合物等)等來研制傳感器。例如：等離子聚合法聚苯乙烯薄膜濕度傳感器測濕范圍寬、使用溫度范圍可達-400~1500℃、響應速度快(小于1s)，且其尺寸小，可用于小空間測濕。中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所報道了一種新型柔性可穿戴仿生觸覺傳感器—人造仿生電子皮膚。以絲綢為模板方式，實現了具有微納米結構薄膜的可控制備，并與自支撐單壁碳納米管超薄膜結合，構筑了具有高靈敏度的柔性仿生電子皮膚，并將其應用于對脈搏、語音等人體生理信號的實時快速檢測，通過對人體說話時喉部肌肉群運動產生的微弱壓力變化及脈搏波形變化分析,推進了可穿戴設備在語音輔助輸出系統、人體健康評價和疾病前期診斷方面的應用。(AdvancedMaterials,2014)(3)微型化、量子化拓廣

采用微細加工技術(包括離子束、電子束、分子束、激光束、化學刻蝕等微電子加工技術)制造各種新型傳感器，如利用半導體技術制造出硅微傳感器，利用薄膜工藝制造出快速響應的氣敏、濕敏傳感器，利用濺射薄膜工藝制成壓力傳感器等。此外，傳感器的檢測極限正在迅速延伸，如利用約瑟夫遜效應研制的熱噪聲溫度計，可測出0.00001K的低溫。(4)向集成化、多功能化、多維化與數據融合、系統化方向發展隨著半導體技術的發展，現在已經將原先分開的敏感元件與信號處理以及電源部分制作在同一基片上，從而使檢測及信號處理一體化、集成化，便于提高生產率。如利用光電轉換原理組成網狀陣列，將電信號轉換成光學圖像的顯示器件。并已經出現了多功能傳感器，可以同時測量多種參數或具有多種功能。(續)

如美國單片硅多維力傳感器(3個線速度、3個離心加速度、3個角加速度)；溫、氣、濕三功能陶瓷傳感器。數據融合技術是指建立在多個測試參數、多個數據信息進行綜合處理的基礎上而實現的數據融合。多維傳感、智能傳感、光信息傳感等，構成復雜的傳感系統。如航空測量中的側視孔徑合成雷達，就是通過多個傳感器在計算機中形成虛擬光學成象系統的一種新型傳感系統。(5)向智能化發展

隨著微處理器芯片的發展，已廣泛內置在各種傳感器中，再利用人工神經網絡、人工智能和先進信息處理技術（如信息融合技術、模糊理論等），使傳感器具有更高級的智能。傳感器與微處理機相結合，使之不僅具有檢測功能，還具有信息處理、邏輯判斷、自診斷、以及“思維”等人工智能，稱之為傳感器的智能化。5.1智能傳感器的定義

關于智能傳感器的中、英文稱謂尚未完全統一。英國人將智能傳感器稱為“IntelligentSensor”；美國人則習慣于把智能傳感器稱作“SmartSensor”，直譯就是“靈巧的、聰明的傳感器”。所謂智能傳感器，就是帶微處理器、兼有信息檢測和信息處理功能的傳感器。智能傳感器的最大特點就是將傳感器檢測信息的功能與微處理器的信息處理功能有機地融合在一起。具有類似人工智能的作用。“帶微處理器”包含兩種情況：[1]將傳感器與微處理器集成在一個芯片上構成所謂的單片智能傳感器[2]傳感器能夠配微處理器后者的定義范圍更寬，但二者均屬于智能傳感器的范疇。世界上第一個智能傳感器是美國霍尼韋爾（Honeywell）公司在1983年開發的ST3000系列智能壓力傳感器。它具有的多參數傳感(差壓、靜壓和溫度)與智能化的信號調理功能。目前，ST3000系列智能壓力傳感器在全球銷量已突破50萬只，深受廣大用戶的青睞。5.2智能傳感器的功能(1)具有自校準和自診斷功能。智能傳感器不僅能自動檢測各種被測參數，還能進行自動調零、自動調平衡、自動校準，某些智能傳感器還能自標定功能。(2)具有數據存儲、邏輯判斷和信息處理等功能，能對被測量進行信號調理或信號處理（包括對信號進行預處理、線性化，或對參數進行自動補償等）。(3)具有組態功能，使用靈活。在智能傳感器系統中可設置多種模塊化的硬件和軟件，用戶可通過微處理器發出指令，改變智能傳感器的硬件模塊和軟件模塊的組合狀態，完成不同的測量功能。(4)具有雙向通信功能，能直接與微處理器(μP)或單片機(μC)通信。5.3智能傳感器與傳感系統的特點5.3.1高精度智能傳感器采用自調零、自補償、自校準等多項新技術，能達到高精度指標。美國霍尼韋爾公司：PPT、PPTR系列智能精密壓力傳感器，測量精度為±0.05％，比傳統壓力傳感器的精度大約提高了一個數量級。(a)PPT系列(b)PPTR系列智能精密壓力傳感器5.3.2寬量程智能傳感器測量范圍很寬，具有很強的過載能力。例如，美國ADI公司：ADXRS300型單片偏航角速度陀螺儀集成電路測量轉動物體的偏航角速度的范圍是±300°/s。只需并聯一只設定電阻，即可將測量范圍擴展到1200°/s。5.3.3多參數、多功能(1)多路智能溫度控制器Pentium4處理器是Intel公司推出的高性能微處理器。最高主頻目前已達3.6GHz，它采用了0.13μm制程，集成度高達5500萬～7700萬只晶體管，運行速度的大幅度提高，其功耗也顯著增加，必須采取更完善的散熱保護措施。芯片中還有內置數字溫度傳感器。(2)多功能式濕度／溫度／露點智能傳感器系統瑞士Sensirion公司：SHT11/15型高精度、自校準、多功能式智能傳感器。能同時測量相對濕度、溫度和露點等參數；兼有數字濕度計、溫度計和露點計這3種儀表的功能；可廣泛用于工農業生產、環境監測、醫療儀器、通風及空調設備等領域。外形尺寸僅為7.62mm(長)×5.08mm(寬)×2.5mm(高)，質量只有0.1g，其體積與一個大火柴頭相近。

SHT11/15型智能傳感器的外形(3)多功能式混濁度/電導/溫度智能傳感器系統美國霍尼韋爾公司：APMS－10G型帶微處理器和單線接口的智能化混濁度傳感器系統能同時測量液體的混濁度、電導和溫度，構成多參數在線檢測系統，可廣泛用于水質凈化，清洗設備及化工、食品、醫療衛生等部門。外形插座引腳傳感器智能化是一門現代綜合技術，它把傳感器變換、調理、采集、處理、存儲、輸出等多種功能集成一體，具有自校準、自補償、自診斷、自動量程、人機對話、數據自動采集存儲與處理等能力，又具有分析、判斷、自適應、自學習等功能，大大提高了傳感器的測量精確度和方便性，從而可完成圖像識別、特征檢測、多維檢測等復雜任務。智能化傳感器與傳統傳感器相比有很多特點：A具有判斷和信息處理功能，能對測量值進行修正、誤差補償，提高測量精度；B可實現多傳感器多參數測量；C

有自診斷和自校準功能，提高可靠性；D測量數據可存取，使用方便；E

有數據通訊接口，能與微型計算機直接通信，實現網絡化或遠程通信；F

具有自能算法及自學功能。對外界信息具有檢測、數據處理、邏輯判斷、自診斷和自適應能力的集成一體化多功能傳感器，這種傳感器具有與主機互相對話的功能，可以自行選擇最佳方案，能將已獲得的大量數據進行分割處理，實現遠距離、高速度、高精度傳輸等。傳感器+嵌入式計算機智能傳感器智能傳感器是傳感器技術與大規模集成電路技術相結合的產物，它的實現取決于傳感技術與半導體集成化工藝水平的提高與發展。這類傳感器具有多功能、高性能、體積小、適宜大批量生產和使用方便等優點，是傳感器重要的發展方向之一。振動網絡傳感器嵌入式計算機智能壓力網絡傳感器智能傾角傳感器IC總線數字溫度傳感器聲發射智能探頭智能傳感器舉例人體傳感器：無線傳輸健康數據《中國科學報》(2013-08-09）（臺北國立臺灣大學）傳感器內的軟件可以識別每一個頜運動樣式的指示，然后統計病人咀嚼、飲水、說話、咳嗽或者吸煙的時間，并保存相關數據。牙齒傳感器的加速計會把口腔活動數據發送到智能手機上，據此醫生能夠了解患者情況。(6)改善傳感器性能

I差動技術是現代傳感器普遍采用的技術。它的應用可顯著減小溫度變化、電源波動、外界干擾等對傳感器精度的影響，抵消共模干擾，減小非線性誤差。采用差動技術，還可提高傳感器靈敏度。II平均技術

采用平均技術可產生平均效應，其原理是利用若干個傳感單元同時感受被測量，其輸出則是這些單元輸出的平均值，若將每個單元可能帶來的誤差δ均可看作隨機誤差且服從正態分布，根據誤差理論，總的誤差將減小為N為傳感單元數。利用該技術可使傳感器誤差減小，增大信號量，即增大傳感器靈敏度。光柵、磁柵、容柵、感應同步器等傳感器，由于其本身的工作原理決定有多個傳感單元參與工作，可取的明顯的誤差平均效果。這是這一類傳感器的固有優點。另外，還可對某些工藝性缺陷造成的誤差起到彌補作用。因此在結構允許的情況下，適當增多傳感單元數，可收到很好的效果。如圓光柵傳感器，若讓全部柵線同時參與工作，設計成全接收形式，誤差平均效應就可發揮出來。III補償與修正技術主要針對兩種情況：(1)針對傳感器本身特性，找出誤差變化規律，或測出其大小和方向，采用適當方法加以補償或修正。如傳感器的溫度誤差補償。(2)針對傳感器工作條件或外界環境進行誤差補償，也是提高傳感器精度的有力措施。如激光式傳感器中，常把激光波長作為標準尺度，而波長受溫度、氣壓、溫度的影響，在精度要求較高的情況下，需根據這些外界環境情況進行誤差修正。本身特性修正、工作條件或外界環境修正，可通過硬件或軟件實現。隨著電子技術的發展，許多弱電平、非線性嚴重的傳感器在高性能放大器和微電腦幫助下大大提高了檢測精度。IV屏蔽、隔離與干擾抑制

傳感器大都在現場工作，現場的條件往往是難以充分預料的，有時極其惡劣。為減小測量誤差，保證其原有性能，就應設法削弱或消除外界因素對傳感器的影響。對于電磁干擾，可采用屏蔽、隔離措施，也可用濾波等方法抑制。對于如溫度、濕度、機械振動、氣壓、聲壓、輻射、甚至氣流等，可采用相應的隔離措施，如隔熱、密封、隔振等，或者在變換成為電量后對干擾信號進行分離或抑制，減小其影響。V穩定性處理

傳感器作為長期測量或反復使用的器件，其穩定性非常重要，其重要性甚至超過精度指標，尤其是對那些很難活無法定期鑒定的場合。造成傳感器性能不穩定的原因：隨著時間的推移和環境條件的變化，構成傳感器的各種材料與元器件性能將發生變化。為提高傳感器性能的穩定性，應對材料、元器件或傳感器整體進行必要的穩定性處理。如結構材料的時效處理、冰冷處理、永磁材料的時間老化、溫度老化、機械老化以及交流穩磁處理、電氣元件的老化篩選等。在使用傳感器時，若測量要求較高時，必要時也應對附加的調整元件、后續電路的關鍵元器件進行老化處理。三、新型傳感效應傳感器的工作原理是建立在各種物理效應、化學效應和生物效應基礎之上的。1物理效應物理效應指利用某些物理規律，使敏感元件或功能材料的物理性質在被測量的作用下引起變化的特性，利用物理效應制成的傳感器稱為物理型傳感器。1905年德國物理學家愛因斯坦用光量子學說解釋了光電發射效應，并為此而獲得1921年諾貝爾物理學獎。

1.1光電效應當光照射到光電材料上，材料發射電子或者其電導率發生變化，或者發生感生電動勢，這種因光照使材料電學特性發生改變的現象稱為光電效應。根據光電效應可制成不同的光電轉換器件，將光信號轉換成電信號，具有非接觸、高靈敏度、高精度、抗干擾性強的特點。廣泛用于測距、測溫、測速、通信和遙感等。光可以認為是由一定能量的粒子（光子）所組成，每個光子具有的能量正比于光的頻率，光的頻率越高，光子的能量就越大。光電效應實質是入射光粒子與物質中束縛于晶格的電子或自由電子的相互作用，使電子能態發生改變，并且這種變化與光子能量大小有關，所以光電效應是一種波長選擇性物理效應。按照是否發射電子，光電效應分為內光電效應和外光電效應。(a)外光電效應在光照射下，某些材料中的電子逸出物體表面向外發射的現象叫做外光電效應。逸出來的電子稱為光電子。基于外光電效應的光電器件有光電管、光電倍增管。愛因斯坦光電效應方程：

1.光電子能否產生，取決于光子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功A。2.υ一定時，產生的光電流和光強成正比。3.逸出的光電子具有動能。光電管光電管是將光強的變化轉化為光電流的裝置。包括真空光電管和充氣光電管或稱電子光電管和離子光電管兩類。兩者結構相似。它們由一個陰極和一個陽極構成，并且密封在一只真空光陽極光電陰極光窗玻璃管內。陰極裝在玻璃管內壁上，上涂有光電發射材料。陽極通常用金屬絲彎曲成矩形或圓形，置于玻璃管的中央。(b)內光電效應光照射到某一物體上，使其導電能力發生變化的現象，這種現象幾乎可以在所有的半導體中觀察到，由于該過程在半導體材料內進行，所以稱為內光電效應。內光電效應包括光電導效應、光生伏特效應、光子牽引效應和光磁電效應等。光電導效應電極半導體玻璃極板如果在材質均勻的光電材料兩端加上一定電壓，當光照射到材料上時，材料吸收光子的能量，通過本征激發產生能參與導電的電子空穴對，這些載流則在元件兩端外加電壓的作用下形成電流，電流大小受光照強度的控制。光生伏特效應在光線作用下，物體產生一定方向的電動勢的現象。如光電池、光敏晶體管等。具有該效應的材料有硅、硒、氧化亞銅、硫化鎘、砷化鉀等。與光電導效應相反，光生伏特效應是少數載流子過程。少數載流子的壽命通常短于多數載流子的壽命，當少數載流子復合時，光生伏特信號就終止了。由于這個原因，基于光生伏特效應的光探測器通常比用相同材料制成的光電導探測器相應更快。1.2壓電效應壓電效應是一種可逆的物理效應，包括正壓電效應和逆壓電效應，基本轉換關系是力與電學量之間的轉換。基于壓電效應所形成的傳感器可以感測多種物理量和化學量，隨著壓電材料的開發和研究，應用領域不斷拓展，產生許多新型壓電傳感器，如聲表面波(SurfaceAcousticWave,SAW)傳感器等。正壓電效應：某種電介質材料，在一定方向受外力作用而變形時，在表面上產生電荷，當外力去掉后又重新回到不帶電的狀態，這時機械能轉換為電能。逆壓電效應：在電介質極化方向施加電場，它會產生機械變形，去掉外加電場時，電介質的變形隨之消失，這時電能被轉換為機械能。具有壓電效應的電介質稱為壓電材料。(1)聲表面波傳感器聲表面波是英國物理學家Rayleigh于19世紀末期在研究地震波的過程中發現的一種集中在地表面傳播的聲波，后來發現在任何固體表面都存在這種現象。1965年美國的White和Voltmov發明了能在壓電晶體材料表面上激勵聲表面波的金屬叉指換能器，SAW技術得到了迅速發展。近20年來，基于SAW器件頻率特性與溫度、壓力、加速度、流量和某些氣體成分之間具有確定的關系，開發了多種新型傳感器，用于檢測各種物理、化學參數。聲表面波是沿彈性體表面傳播的彈性波，是一種機械波，通過叉指換能器激勵產生，利用壓電材料的壓電效應實現。由于壓電效應具有可逆性，叉指換能器既可作為發射換能器，用來激勵SAW，又可作為接收換能器，用來接收SAW，因而這類換能器是可逆的。這種周期性的應變就產生沿叉指換能器兩側表面傳播出去的SAW，其頻率等于所施加電信號的頻率。SAW傳感器的關鍵是SAW諧振器。它由壓電材料基片和沉積在基片上不同功能的叉指換能器所組成。SAW諧振器可用來測量各種物理量和化學量，典型的有SAW溫度、應變、壓力、加速度、氣體、流量、濕度傳感器。延遲線型諧振器振子型諧振器IDTIDTIDT反射柵反射柵1.3熱釋電效應（Pyroelectriceffect）在某些晶體中，由于溫度變化而引起電極化狀態改變的現象稱為熱釋電效應，是熱電效應中的一種。近年來，利用熱釋電效應為原理研制的紅外光敏器件在軍事偵察、資源探測、保安防盜、火災報警、溫度檢測等眾多領域獲得廣泛應用。1.4多普勒效應當波源與觀測者之間存在相對運動時，觀測者所接收到的波的頻率不等于波源振動的頻率，這種現象稱為多普勒效應。可用于物體運動速度的測量。如雷達測量飛機的速度，微波監測往來汽車的行駛速度，利用激光測量流速，通過觀測衛星發射電磁波頻率變化判斷衛星運行情況。多普勒效應根據信號源不同分為聲多普勒效應和光多普勒效應兩種。以光波為例，設光波源的頻率為f0，當接收器相對光源以速度v運動，在光速為c（c>>v）的情況下，接收器接收到的光波信號頻率為f，則θ為光傳播方向與接收器相對運動方向之間夾角。利用多普勒效應原理研制的激光流速儀是流速測量技術的一個重大進展，實現了非接觸測量，對流場無干擾，測速范圍大，空間分辨率高，動態響應快，目前已成為邊界層、非定常流、湍流研究的有力工具。2化學效應化學效應是利用化學反應原理，把無機或有機化學的物質成分、濃度等特性轉換為電信號的特性。利用化學效應制成的化學傳感器被廣泛地用于化學分析等化學工業的在線檢測及環保檢測中。2.1吸附效應材料表面吸附氣體分子產生化學反應，使材料表面電導率發生變化的現象。利用該原理制成的傳感器可進行氣體的檢測，主要有氧化物半導體SnO2、ZnO和Fe2O3三大類，用于可燃性氣體檢測。隨著材料科學的發展，研究開發了一批新型材料，如單一金屬氧化物、復合金屬氧化物以及混合金屬氧化物用作氣敏材料，大大提高了氣體傳感器的特性和應用范圍。吸附效應建立在半導體表面理論基礎上。在半導體表面原子性質特別活躍，很容易吸附氣體分子。當氣體分子的親和能（電勢能）大于半導體表面的電子逸出功時，吸附分子將從半導體表面奪取電子而變成負離子吸附，如氧氣、氧化氮等。N型半導體表面形成負離子吸附，則表面多數載流子（導帶電子）濃度減小，電阻增加。P型則反之。若氣體分子的電離能小于半導體表面的電子逸出功時，氣體供給半導體表面電子，形成正離子吸附，如H2、CO、C2H5OH以及各種碳氫化合物。當N型半導體表面形成正離子吸附時，則多數載流子（導帶電子）濃度增加，電阻減小，P型則反之。由此，利用半導體表面電阻變化就可以檢測出氣體的種類和濃度。利用吸附效應還可用于濕度測量。濕度傳感器依據水分子的吸附作用，材料表面吸附水分后引起表面電阻率變化，實現濕度測量。傳感器由敏感體以及依附的基底、加熱器和信號引出電極等三部分構成。2.2光化學效應利用媒介層與被測物質作用前后物理、化學性質的改變而引起傳播光特性發生變化的性質。光纖化學傳感器利用光化學效應工作。在測量中，光纖本身作為傳感媒介，與化學傳感系統相結合。如，光纖端部固定有敏感膜，被分析物與化學傳感試劑的化學作用引起光學特性變化，通過光纖進行檢測。2.3熱化學效應指可燃性氣體在催化氧化過程中所放熱量會引起溫度變化的特性，該溫度的變化量與氣體的種類和濃度有關，通過測量溫度的變化量可實現對氣體的檢測。這種氣體傳感器的選擇性可由不同的催化劑來控制。接觸燃燒式傳感器，當易燃氣體接觸這種被催化物覆蓋的傳感器表面時會產生氧化反應而燃燒。通過在鉑電阻線圈上覆蓋一層氧化鋁，然后燒結成一個敏感膜。傳感器工作在高溫區，其目的是使氧化作用加強。氣體燃燒時釋放出熱量，導致溫度升高，使鉑電阻的阻值發生變化，通過電橋測量電路實現氣體濃度檢測。3生物效應指生物活性物質能識別某種被測物質，并發生生物學反應（物理、化學變化），產生物理、化學現象，或產生新的化學物質。利用生物效應制成的各種生物傳感器是近年來發展很快的一類傳感器，在化學工業的監測、醫學診斷、環保監測等方面都有著廣泛的應用前景。生物或生物物質是指酶、微生物、抗體等，它們的高分子具有特殊的性質，能精確地識別特定的原子和分子。利用這種單一的識別能力可判定某種物質是否存在，其濃度是多少，再將此信息轉化為電信號就可對被測物質進行特定的識別。3.1酶反應酶由蛋白質形成，是一種生物催化劑。能對特定物質進行催化反應，生成或消耗電極活性物質（如O2、H2O2、CO2、NH3等）。用電化學測量裝置測定反應中電極活性物質量的變化，就可得到被測成分的濃度。酶反應的特性與酶的活性、酶膜厚度、PH值和溫度有關。生物細胞的復雜代謝就是由成千上萬個不同的酶控制的，酶的催化效率極高，而且具有高度專一性，即只能對特定待測生物量進行選擇性催化，并且具有化學放大作用，利用酶的這種特性可制造出高靈敏度、選擇性好的傳感器，用來測定各種糖、氨基酸、酯質和無機離子等。在醫療、食品、發酵工業和環境分析等領域獲得多方面的應用。葡萄糖傳感器利用葡萄糖氧化反應起一種特異催化作用的酶—葡萄糖氧化酶(GOD)，葡萄糖在GOD作用下被氧化，消耗氧氣，生成葡萄糖酸和H2O2，通過氧的消耗量，或H2O2的生成量，或由葡萄糖酸引起的PH值的變化就可測量葡萄糖的濃度。3.2微生物反應將微生物作為生物催化劑進行的反應。與酶反應的機理類似，都是利用酶的分子識別功能和催化功能。每個微生物細胞都是一個極其復雜的完整生命系統，數以千計的酶在系統中高度協調地工作，所以微生物可看作是多種酶的綜合，即復合酶，用微生物代替酶，可獲得具有復雜功能的生物傳感器。微生物反應有好氧反應和厭氧反應兩大類。好氣性微生物生存在含氧條件下，生長過程離不開氧，它吸入氧氣而放出二氧化碳，通過氧電極或二氧化碳電極測出氧氣或二氧化碳含量，即可得知微生物生理狀態。把這種微生物傳感器放入含有有機化合物的試液中，有機物的濃度會影響微生物的呼吸狀態，因此通過微生物傳感器可對有機物的濃度進行定量測試。厭氣性微生物，氧氣的存在會妨礙它的生長，可根據二氧化碳的量或代謝產物量得知其生理狀態。3.3免疫反應一旦病原菌或其它異性蛋白質（即抗原）侵入人體，會在人體內產生能識別抗原并將其從體內排除的物質（稱為抗體），抗原與抗體結合形成復合物的反應稱為免疫反應，通過反應能將抗原清除。抗體對相應的抗原具有識別和結合的雙重功能，所以抗體能有選擇地域抗原結合而不與其他物質結合，利用抗體對抗原的識別功能和與抗原結合功能研制的傳感器就是免疫傳感器，臨床上常用來檢驗各種抗原和抗體。四、新型傳感材料任何傳感器都需要選擇恰當的材料來制作，由于材料科學的進步，人們可制造出各種新型傳感器，所以開發新型功能材料是發展傳感技術的關鍵之一。1半導體敏感材料半導體材料對很多信息量，如光、熱、壓力、磁場、輻射、濕度、氣體、離子等具有敏感特性，能將這些信息轉化為電信號形式輸出。在多種傳感器制造技術中，半導體材料的加工技術發展很快，易于實現微型化、多功能化、集成化和智能化，也是目前傳感技術發展的方向，所以半導體材料是一種理想的傳感器材料，在傳感技術領域中占有越來越重要的地位。以硅為基體的半導體材料是應用最廣的半導體材料，包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、硅藍寶石等。硅傳感技術促進和推動了傳感技術的發展。具有以下特點：(1)很好結合了硅材料的優良力學性能和電學性能；(2)制造工藝與微電子集成制造工藝相容，促進傳感技術向小型化、微型化、多功能化、集成化和智能化發展；(3)功耗低、輕質、響應快、易批量生產和性價比高，提高了穩定性、可靠性和測量精度。化合物半導體材料（如GaAs、InSb等）具有耐高溫、抗輻射、電子遷移率等優點，先進的圖像傳感器常采用該類材料。化合物半導體的一個重要發展方向是超晶格材料，具有低噪聲高電子遷移率，靈敏度極高，是檢測極微量的敏感材料，可用來制成光敏、磁敏、超聲波等敏感元件。2陶瓷敏感材料陶瓷是用高溫燒結法制成的非金屬無機固體材料，它是由晶粒、晶界、氣孔、雜質和缺陷構成的多晶聚合物。其宏觀性能取決于組成和微觀結構。特點：物理化學性能穩定，機械強度較高，耐高溫，耐腐蝕，用途：可制成力敏、壓敏、熱敏、光敏、聲敏、氣敏、濕敏和離子敏等傳感器。陶瓷敏感材料種類繁多，極有發展潛力，常用的有半導體陶瓷、壓電陶瓷、熱釋電陶瓷、離子導電陶瓷、超導陶瓷和鐵氧體等，其中，半導體陶瓷是傳感器敏感元件應用的主要材料。采用化學、物理及熱性能穩定的金屬氧化物燒結陶瓷制造的。3高分子材料具有應用潛力的新型敏感材料。高分子是由一種或幾種簡單低分子化合物經聚合而組成的分子量很大的化合物，其中所含的原子數可達數萬，甚至數十萬。主要表現為絕緣性，近年發現某些高分子材料可處理成具有半導體甚至金屬的特性。用于開發出多種機械和聲學以及電化學、化學、生物傳感器。控制和改變高分子材料中摻入的添加劑，材料能呈現出多樣的特性。目前，幾乎有一半的化學和生物傳感器是基于某種高分子材料的。根據敏感機理的不同可分為非導電性高分子材料，導電性高分子合成物、高分子電解質及聚合高分子電解質、導電性合成高分子薄膜、吸附性材料、離子交換性薄膜、選擇性滲透膜、帶有特定識別區膜以及光敏高分子材料等。非導電性高分子材料是一種絕緣型材料，絕緣特性可用兩個重要物理特性來描述：介電常數（描述材料在電場中的極化性）和自發極化強度矢量（在無電場時存在）。絕緣材料的極化性可通過機械壓力（壓電效應）或溫度變化（熱點效應）來改變。如聚偏氟乙烯（PVDF）具有壓電效應和熱釋電效應，其特點是靈敏度高，壓電常數比石英高十多倍，溫度分辨率高，機械強度高，易加工，可制成聲學傳感器等。PVDFPiezoelectricfilmContactmicrophoneUltrasonic導電性高分子材料是一種電絕緣高分子基體加載一種導電性填充物合成。在合成物中電阻系數的變化是填充物濃度的函數，它描述了隨著在兩個填充材料微粒之間電子導電通道的出現而呈現的導電性。改變填充物容量的環境效應，如由于熱交換引起的溫度變化，由于彈性系數引起的變形和由于濕度和吸收蒸汽而導致的材料膨脹等，都會引起電阻系數的變化。因而采用導電性高分子材料可制備熱敏電阻、壓阻式壓力、觸覺、濕度和氣體傳感器。光學敏感高分子材料是一種合成高分子材料。由于高分子材料本身的光學參數不受環境的影響，在其中摻進另一種光學敏感材料，能使之對光具有敏感效應，包括比色、熒光性、發光性效應、光的折射和傳播變化。如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）已廣泛應用于光纖傳感器中，用作光波導或覆層；帶各種指示色的高分子化合物可應用于離子、氣體、濕度或酶傳感器。光纖測量技術具有分散測量的能力。對光纖的測量值進行濾波或輸出處理后，一根光纖整個長度均可作為一個傳感器，可提供優于點測量的斷面測量。此外，光纖傳感器還具有一些常規傳感器無可比擬的優點，如靈敏度高、響應速度快、動態范圍大、防電磁場干擾、超高壓絕緣、無源性、防燃防爆、適于遠距離遙測、多路系統無地回路“串音”干擾、體積小、機械強度大、可靈活柔性撓曲、材料資源豐富、成本低等優點。4納米材料納米是一個尺度單位，1納米是十億分之一米（10-9m，nm），約為4倍原子大小。納米材料一般是指尺寸在1-100nm之間的金屬、合金、半導體、氧化物及各種化合物的顆粒及由納米微粒構成的納米固體材料。納米材料以原子或分子為起點，可設計出更強、更輕、可以自修復的結構材料。與傳統材料相比，納米材料尺寸小、結構特殊，因此具有許多新的物理化學效應，如小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應，使納米材料成為傳感技術發展的重要物質基礎。如1克納米尺度的微粒，其表面及可達幾萬平方米，由于表面積增大，活性大大增強，利用這一特性，可制成更理想的氣敏傳感器。當金屬分割成納米超細微粒時，由于對光的吸收能力大大增強而變成黑體，具有這種特性的材料，可稱為最靈敏的光敏材料。利用納米材料制成傳感器的敏感元件，須嚴格控制工藝過程中的工藝條件和工藝方法，材料保證材料一直處于納米量級，納米材料的優異特性才能發揮出來。如納米半導體陶瓷氣敏材料納米粉體的制備根據原材料的形態，可分為固相法、液相法、氣相法以及涉及三種形態的復合相制法。納米粉體再通過粉體成型、燒結、裝配等十幾道后序工藝最終制成敏感元件。在生命醫學領域，利用納米技術制成的納米傳感器，可深入細胞內產生各種生化反應，得到化學信息和電化學信息，可對致病機理進行研究，深化對生命現象的理解。納米傳感器的誕生將會極大豐富傳感器的理論，推動傳感器的制作水平，拓寬傳感器的應用領域。碳納米管基鐵電場效應晶體管碳納米管獨特的結構和電學性質為其電子器件應用提供了巨大潛力。中國科學院物/htmlpaper/20094241433542305943.html理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室開發出一種基于碳納米管的鐵電場效應晶體管存儲器件單元。五、先進加工技術傳感技術的發展出了與新效應新材料有關，還與其加工技術有關。伴隨著新型傳感器的研究和開發，以及其他相關科技的發展，加工技術特別是微機械加工技術得到了前所未有的進步。目前，傳感器有逐漸小型化、微型化的趨勢，以集成電路制造技術為基礎的微機械加工技術可使加工出來的敏感元件尺寸達到光的波長級，并可大批量生產，從而制造出超小型且價格便宜的傳感器。如利用微機械加工技術制造的硅微傳感器，其敏感尺寸非常微小，典型尺寸在微米級或亞微米級，相應體積質量大幅減少，具有傳統硅傳感器不具備的優點。硅微傳感器用于壓力、氣體、濕度等測量時，能感受微小被測量的變化，測量精度高，可靠性好，具有很好的發展前景。1薄膜加工技術在微傳感器中利用各種材料制成薄膜，如多晶硅膜、氮化硅膜、二氧化硅膜、金屬（合金）膜等，有的作為傳感器的敏感膜，有的作為介質膜起絕緣層作用，有的作導電膜。在一定基底上，用真空蒸發、濺射、化學氣相淀積等工藝技術，制成金屬、合金、半導體、化合物半導體等材料的薄膜，且薄膜厚度在微米級，該加工技術稱為薄膜加工技術。利用該技術，可制成力敏、光敏、磁敏、氣敏、濕敏、熱敏、化學敏、生物敏等薄膜敏感元件。(1)真空蒸發真空蒸發和濺射屬于物理氣相淀積方法，需在真空中進行，主要設備是真空鍍膜機，外加鐘罩提供真空環境。在真空室內將待蒸發（源）材料置于加熱器中加熱，使其分子或原子獲得足夠熱能離開原材料，形成蒸汽狀，淀積到基底上，從而形成薄膜。蒸發所要求的環境真空度在1.33×10-2Pa以下，這樣，被蒸發的材料分子才不會受氣體的碰撞甚至相互發生反應而影響蒸發效果，蒸發制備的膜純度很高。在真空室內，有一個高熔點材料鎢絲繞制的螺旋形加熱器，鎢絲上掛著待蒸發的金屬絲，如金絲。蒸發成膜的具體方法是使用真空泵把真空室內的氣壓抽至1.33×10-2Pa以下，然后對鎢絲通以大電流，加熱待蒸發金屬絲，當溫度達到蒸發溫度1-2千度之間，蒸發材料表面的原子或分子開始蒸發，離開材料表面，由于真空室內殘留氣體分子很少，蒸發原子或分子不經碰撞到達基片，凝結成膜。(2)濺射成膜濺射是材料表面受到具有一定能量的離子轟擊而發射原子的現象，其基本原理是利用電場作用（用高電壓，通常在1000V以上）將氣體電離，正離子向陰極方向高速運動，撞擊陰極表面后，將自己的能量傳遞給處于陰極的濺射材料，使濺射材料的原子或分子逸出，沉淀到陽極工作臺上的基片上，形成薄膜。濺射方式有射頻濺射、等離子濺射和反應濺射等多種，其中以射頻濺射應用最為廣泛。射頻濺射是用高頻交流電壓進行濺射，最大優點是能濺射多種材料，如金屬半導體材料，介質材料以及各種氮化物、氧化物等薄膜。射頻濺射還具有濺射速度快、膜層致密、純度高、膜與基片附著力強、厚度易于控制等特點。(3)化學氣相淀積化學氣相淀積法（ChemicalVaporDeposition,CVD）使含有待淀積物質的化合物升華成氣體，與另一種氣體化合物在一個反應室中進行反應，生成固態的淀積物質，使之淀積在基底上而生成薄膜的方法。這種方法薄膜的生成率和性能取決于淀積時間、氣體反應物的流量、反應溫度、基底的表面狀態和溫度等因素。2光刻技術光刻技術是把設計好的圖形轉換到硅片上的一種技術。光刻技術包括紫外線光刻、X射線光刻、電子束光刻和粒子束光刻等。隨著傳感器的微型化要求，光刻操作對象圖形特征尺寸越來越小，從而對光刻分辨率要求越來越高。當前的光刻技術，采用193nm曝光波長，可實現大于100nm線寬的圖形。下一代光刻技術，*157nm曝光，小于50nm線寬圖形。再下一代光刻技術，**126nm曝光。*德國的CarlZeiss公司美國的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室、SVGL公司日本的尼康公司荷蘭的ASML公司**德國的CarlZeiss公司美國的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室光刻技術——IC產業的關鍵技術0246810mm用AFM機械刻蝕原理刻寫的亞微米尺寸的唐詩STM技術在Si(111)面上形成的“中國”字樣。最鄰近硅原子間的距離為0.4nm。納米量級結構的制作是納米技術的關鍵技術之一。我國SPM系統在Au-Pd合金膜表面上機械刻畫出的最小線寬為25nm。3腐蝕加工技術該技術是形成微型傳感器結構的關鍵技術之一。利用該技術能制造微型傳感器和微型執行器的精密三維結構，且能和集成電路工藝兼容。根據腐蝕速率是否與硅的晶向有關，該方法分為各向同性和各向異性兩種。各向同性腐蝕指腐蝕時在各個方向上的腐蝕速率相同。各向異性腐蝕表現為各個方向腐蝕速率不同，它與晶向、摻雜等各種因素有關。可對硅材料進行精細加工，制作復雜的敏感元件。根據腐蝕劑的相態，腐蝕方法可分為液相、氣相和等離子態三種。采用液相腐蝕劑的腐蝕方法又稱為濕法腐蝕，而采用氣相和等離子態腐蝕稱為干法腐蝕，這類腐蝕方法具有很高的分辨率和精度。在加工過程中，先生長一層氧化層作為光刻掩膜，(100)硅晶面表面氧化，并覆蓋光敏膠形成圖案，再浸入氫氟酸中，進行氧化層腐蝕；然后再將此片放入各向異性的腐蝕液中對晶面進行縱向腐蝕，腐蝕速率依賴于晶向，沿主晶面(100)的腐蝕速率最快，(111)面最慢。腐蝕出腔體的界面為(111)面，與(100)表面夾角為54.74度。4鍵合技術該技術是在微機械加工過程中將分開的部件連接在一起的技術。鍵合可以通過聚合物黏合劑、熔化玻璃、固體電解質、熔化合金等方法實現，但這些方法都會在硅片中產生熱應力，不利于器件應用。目前采用的技術主要是靜電鍵合技術和硅-硅直接鍵合技術。(1)靜電鍵合技術

又叫陽極鍵合，主要用于硅與玻璃之間的封接，亦可將玻璃與金屬、合金鍵合在一起，不用黏合劑，工藝簡單，密封性好，強度可靠性高。靜電鍵合機理是在強大的靜電力作用下，將兩個被鍵合的表面緊壓在一起，在一定的溫度下使硅與玻璃在界面處接近到分子級的距離而形成牢固永久性的分子鍵合，使兩個表面牢固、均勻、密封地結合在一起。(2)硅-硅鍵合技術

是將硅片與硅片直接或通過一層薄膜（如SiO2）進行原子鍵合，實現硅一體化封裝。主要有三個步驟：(a)對硅片表面進行化學處理；(b)預鍵合使兩個硅片表面接觸；(c)升高溫度使臨近原子間相互反應產生共價鍵并進行鍵合。鍵合后，兩個原子單層的鍵合可以具有與其未鍵合時相同的電學性能和力學性能。采用硅-硅鍵合技術比靜電鍵合技術優越。利用靜電鍵合技術可將硅與玻璃等材料封接在一起，因所用材料的熱膨脹系數不同，當溫度降至室溫時，鍵合面將產生應力，影響傳感器和集成電路的性能。利用硅-硅鍵合技術，獲得硅-硅鍵合界面，兩者材料匹配，熱膨脹系數和彈性系數相等，能消除因材料性能失配引起的應力；同時不需要電場，工藝簡單，鍵合強度高，封裝氣密性好。這都有利于提高傳感器的長期穩定性和溫度穩定性。5X射線深層光刻電鑄成型技術該技術又稱LIGA，是德國Karlsruhe研究中心開發出來的，包括深層同步輻射X射線光刻(Lithography)、微電鑄成型(Electroforming)和熟料鑄模(Micromolding)3個重要環節。LIGA技術被用來進行高深寬比三維立體加工，被認為是進行三維微細加工最有前途的方法，可以加工多種金屬材料，也可加工陶瓷、塑料等非金屬材料。各種微加工技術比較該技術基本制作步驟是：(1)用同步輻射X射線光刻技術光刻出所要求的圖形；(2)利用電鑄方法制作出與光刻膠圖形相反的金屬模具；(3)利用微塑鑄制備各種材料的結構。其關鍵技術是深層光刻技術。一方面需要高強度、平行性很好的光源；另一方面抗蝕劑必須有良好的分辨率、機械強度、低應力，同時還要與基片黏附性好。六、研究熱點當前，新型傳感器和現代傳感技術的研究熱點主要集中在光傳感器、化學傳感器、生物醫學傳感器、MEMS傳感器以及多傳感器融合技術等。1光傳感技術激光的出現和光電子技術的快速發展，同時光子特有的抗電磁干擾性質和光學傳感器具有抗腐蝕、耐高溫等特性，已廣泛用于極端環境的信息提取、非接觸精密測量、遠程控制等。光傳感器件種類眾多，傳感技術內容涵蓋的范圍甚廣。主要有光波干涉傳感器、光電傳感器、光纖傳感器、圖像傳感器以及計量光柵傳感器，隨著器件的發展和應用不斷推廣，已形成了各自相關的傳感技術。光電傳感器結構和形式多樣，廣泛應用于電子裝置和電子設備系統中。光纖傳感器具有抗電磁場干擾、高絕緣強度、耐高溫、耐腐蝕、質輕、柔韌、能與數字通訊系統兼容等優點。應用：生產過程自動化控制、在線檢測、故障診斷、安全報警等。圖像傳感器主要應用：航天遙感、天文、醫療和工業檢測儀器目標識別、圖像測量、偵查等各領域。基于光波干涉原理構筑的各類干涉系統，是目前超精密測量中應用最多的傳感技術。計量光柵傳感器：基于莫爾干涉條紋進行精密測量、定位與控制。應用：工業數控機床。高錕(CharlesKuenKao)

諾貝爾物理學獎得主

*Kao,C.K.,Hockham,G.A.(1966)Dielectric-fibreSurfaceWaveguidesforOpticalFrequencies.ProceedingsoftheInstitutionofElectricalEngineers-London113,p.1151.光纖之父

生于上海書香世家香港中文大學第三任校長

1996年當選中科院外籍院士有顆小行星名為“高錕星”能做前所未有的事，我感覺很滿足愛光纖更愛太太，親近家人寧當“阿四”2化學傳感技術主要用于檢測物質成分。基于仿真學研制開發的嗅覺傳感器和味覺傳感器，能識別各種氣體成分和氣味。這類對氣體敏感的氣敏傳感器可廣泛用于環境污染、食品衛生、醫療、有害氣體、違禁物品的檢測。3生物醫學傳感技術21世紀五大醫學檢測技術之一。是現代生物技術與微電子學、化學、光學、熱學等多學科交叉結合的產物。其最新進展是由于生物芯片技術的興起。基于生物芯片的生物醫學傳感器，在醫學上的臨床診斷、醫學工程以及基因工程有著廣泛應用前景，是未來生物醫學傳感器發展的重要方向。4MEMS傳感技術MEMS(MicroElectroMechanicalsystems)傳感技術所涉及的技術學科包括電子機械、IC、材料物理化學、生物、光學、流體等工程以及封裝技術。MEMS傳感器已從對高度復雜的單個傳感器的模擬信號分析，轉變為由微處理器控制的對傳感器陣列信號組成的數字化處理研究。多個具有不同特性的多個傳感器陣列與數據處理相結合，即電子鼻，將在工業、國防、環保以及人們生活中得到廣泛應用。Thesoftcontactlenslikesensor,withitsMEMSantenna(goldenrings),itsMEMSsensor(silverringclosetotheouteredge),andmicroprocessor.Sensorplacedontheeye,centeredonthecorneawithnoelementsintheline由RoboticsDepartmentattheUniversityofEssex設計電池驅動機械魚，將大量投入西班牙的Gijon河水質監控。這些成本達360,000,000美元的機械魚將負責測試水中的溶氧量，檢測河中的原油泄漏或者其他污染源，預計這些數據有助于我們理解全球暖化程度以及河水狀態。http://dces.essex.ac.uk/staff/hhu/jliua/videogal.htm5多傳感器融合技術近年來，多傳感器數據融合技術已成為各相關學科研究的一個熱點，在眾多領域中得到了應用，并且不斷有新的理論和應用方法問世。因為采用傳感器融合技術，可實現綜合考慮各傳感器特性、解決相互干擾、優點共享，以及提高多傳感器復合系統的性能、增強系統對周圍環境情況的了解和判斷的準確性。（二）現代檢測技術目錄一、傳統檢測的特點二、現代檢測技術三、現代檢測技術的含義和特征四、現代檢測技術中常用的方法一、傳統檢測技術

檢測技術的基本概念利用敏感元件或其它信息獲取手段得到被測量的信息。檢測是人類認識自然界、改造自然界的重要途徑。傳統的檢測儀表或系統由敏感元件、信號放大與變換單元和顯示裝置等環節組成。敏感元件信號放大與變換顯示裝置被測參數敏感元件也稱檢測元件，其作用是感受被測參數并將被測參數的變化轉換成另一種物理量的變化，以便進一步進行信息的變換和信息的顯示。如銅電阻。由于敏感元件的輸出信息一般都比較小或輸出的信號通常不能直接被顯示裝置所接受，所以敏感元件的輸出需經過必要的信號變化和信號放大，以保證信號的正常顯示。顯示裝置可以是模擬指針式、數字式，還可是屏幕式。傳統檢測的特點被測變量與待測變量的統一。敏感元件所感受的被測變量就是要測量的量，即用單個傳感器實現與之對應的一個參數的測量。被測變量的大小與傳感器輸出的統一。傳感器的輸出與被測變量有單值的、確定的函數關系，常常是線性關系，其他環境參數對傳感器的輸出幾乎沒有影響，或者明確的影響關系，或可用函數來描述。二、現代檢測技術科學技術的不斷發展社會的日益進步現代化生產的規模越來越大管理形式和方式趨于多樣性對產品的產量和質量要求越來越高常規的檢測參數、檢測手段、檢測儀表難以滿足現代生產和生活的需求。一般的單參數測量一般的參數的量值測量確定性的測量相關多參量的綜合自動檢測參數的狀態估計模糊的判斷這些已成為當前檢測領域中的發展趨勢，正受到越來越廣泛的關注，從而形成了各種新的檢測技術和新的檢測方法，這些技術和方法統稱為現代檢測技術。智能化虛擬化網絡化微型化軟測量技術現代檢測技術發展趨勢計算機虛擬儀器技術用PC機＋儀器板卡代替傳統儀器用計算機軟件代替硬件分析電路三、現代檢測技術的含義和特征現代檢測技術是指采用先進的傳感技術、信息處理技術、建模與推理等技術實現用常規儀表、方法和手段無法直接獲取的對待測參數的檢測。1.從待測參數的性質來看現代檢測技術主要用于非常見的參數的測量，對于這些參數的測量目前還沒有合適的傳感器所對應，難以實現常規意義的“一一對應”的測量；另一種情況是待測參數雖然已有傳感器，但測量誤差比較大，受各種因素的影響較大，不能滿足測量要求。2.從應用的領域(對象)來看現代檢測技術主要用于復雜設備（對象）、復雜過程的影響性能質量等方面的綜合性參數，如高速運動機械的故障