简述传感器的作用:与现代科学技术相互推进

在传感器中包含着两个必不可少的概念:一是拾取信息;二是把拾取到的信息进行变换,变换成一种与被测量不仅有确定函数关系,而且便于传输和处理的量

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  产业革命以来,发明了各种各样的机器。人们为了改善机器的性能和提高机器的自动化程度,需要实时地测量反映机器工作状态的信息,并利用这些信息去控制机器,使之处于最佳的工作状态。所以,一种被称为传感器的装置被逐渐应用起来。例如,为了对瓦特蒸汽机进行速度调节与控制,就发明了离心式调速器。离心式调速器就是一种传感器,它不断地测量转速,当转速有变化时,就把这种变化转换为位移量,位移量使得转速恢复到要求的大小。


  在传感器中包含着两个必不可少的概念:一是拾取信息;二是把拾取到的信息进行变换,变换成一种与被测量不仅有确定函数关系,而且便于传输和处理的量,一般是电量。例如,利用温度传感器把温度值变化转变成与被测温度有确定关系的电流或电阻的变化;利用硅压阻式传感器把压力变化转换成相应的电阻变化;利用化学传感器把被测液体中的pH值变化转换为电压的变化等。

  由于这种通过拾取信息,并把信息传送到某个确定的地方的功能,很像人利用五官感受外界信息,并把信息送到大脑的过程,所以,人们往往形象地把传感器比喻为“电五官”。

  近年来,随着科学技术的飞速发展,特别是微电子加工技术、微计算机技术、信息处理技术以及材料技术的发展,使得综合着各种先进技术的传感技术进人了一个前所未有的飞速发展阶段。传感器也就自然地跨入了一个迅猛发展的新时期。

  微电子技术的发展,特别是微电子技术中的加工技术,如蒸镀、刻蚀等微细加工的进步,使得过去难以加工的传感器变得很容易。通过蒸镀技术可以把半导体制得均匀、稳定,并可以把拾取信息的敏感部分和电路集成于一体。例如,微加工技术可在半导体材料上,利用刻蚀方法使局部厚度变成几个微米(μm)而形成感受压力的敏感膜,从而避免了传统的把感压膜固定在装置上而产生的诸多不稳定因素。


传感器应用场景 资料图

  传感器及其相关技术之所以能得到飞速发展,是与其有着广阔的应用前景和与日俱增的需求量分不开的。近年来,随着材料科学及物性物理学的进步,给传感器的选择和开发开拓了极其广阔的前景。发展最快的是功能陶瓷和半导体材料。功能陶瓷可以精密地按要求配方设计,并经过高精度的成型烧结后,制成测量不同气体、湿度等参数的传感器。由于陶瓷有非常好的耐热性和耐腐蚀性,因此大大地扩展了其应用面,即使在恶劣的工作环境里也能进行参数的测量与拾取。

  微计算机技术的应用使传感器技术发展到一个新的水平。对任何一种传感器,都希望其输出信息与输入信息之间呈线性关系。过去,为达到此目的不得不采取一些中间补偿和修正措施,由于增加了变换环节,导致精度下降。例如,巴登管端部的位移和被测压力之间热电偶输出电势与被测温度之间都是非线性关系,为了使最终输出量与被测量间呈线性关系,在中间环节上采用折线拟合或反函数变换技术,使输出及输入信息之间线性化。而目前使用微计算机技术可以很方便地解决上述问题,只要事先把敏感元件的输出函数以及补偿参量一起存储在微计算机的CPU中,那么在实时测量的过程中,微计算机就能可靠地进行修正,不仅保证了输出、输入间的线性关系,而且提高了测量精度。不仅如此,利用微计算机还可以对那些随时间变化的漂移,以及随温度变化的误差进行自动补偿与修正。另外,还可以利用微计算机提高测量信息的信噪比,从而提高传感器的测量精度及可靠性。

  传感技术特别是传感器的新发展和广泛应用,有力地促进着军事,宇航、工业、农业、环保以及民用电器等技术水平的提高,用于洲际导弹惯性制导的加速度传感器的精度可达万分之等上一,使之可准确地测出当时的坐标位置;空对空导弹前端的红外探测传感器可灵敏地跟踪敌机;利用光注入电荷耦合(CCD)传感器和计算机可使巡航导弹按设定路线“寻敌”。在工业中,现代化大型化工厂的集中管理,以及装配生产线的运行都需要在各种环节上安装传感器,以实现自动化管理与控制。目前,在装配线上工作的机器人多半从事焊接及喷漆类的简单操作,如果增加了视觉及触觉传感器,就可以使目前的机器人变成具有判断能力的智能机器人,这样它们就能在多样化生产的柔性生产系统中灵活地进行作业。汽车工业的发展也将需要更多的传感器,例如测震传感器,探测前、后方向障碍物的传感器等。特别值得提及的是,用于办公机器和家用电气用品中的传感器越来越多,在复印机中就装有位移、照度、温度测量传感器上百个;为了节电,电冰箱、空调机上都装有温、湿度传感器;洗衣机上除了液位传感器外,还增加了振动及湿度传感器。随着人们生活水平的提高,又不断提出更高的要求。例如,人们已不满足电饭煲可以烧熟米饭,而追求由温度、湿度传感器测控的、按一定规律进行加热使得烧熟的米饭更加可口。总之,现代科学技术的发展促进了传感器的发展,同时,传感器的发展也推动着各个技术领域的进步。

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