pH传感器的发展现状
摘要对于pH的研究在我们的生活、食品、医药、工业等领域中是必须要做的工作，随着科学技术水平的不断提高，对于pH传感器的研究也日趋活跃，并且取得了很大的成果，本文将对近年来发展起来的一些具有代表性pH传感器进行综述性的描述，介绍了不同PH传感器的适用范围，并对PH传感器的发展前景做出了展望。
关键字 pH传感器稳定性
我们身边的每一种物质都具有不同的PH值，并且PH值对物质的性质有很大的影响，因此物质PH的研究对我们的生活与科研具有很重要的意义，而对PH 传感器的研究也更成为一个必不可少的课题。在70年代以前,pH化学传感器主要是各种玻璃电极、金属一金属氧化物电极、离子选择性电极及(醌)氨醌电极等。而随着科学技术的不断发展，传统的PH传感器在各个领域已经不能满足研究的需求。用传统的玻璃电极进行pH测量时往往会产生一定的困难,如:玻璃电极存在酸差、阻抗拒高、易破损、需要内部溶液、不能用于含HF溶液中的pH测定、且在高碱度情况下存在“钠误差”和不能用于微环境的PH测定。而除了液体，我们还需要对固体、软流体等在不同环境下进行PH测量。面对之前的PH传感器的不足，后来的科学家们进行了不断的弥补与创新，本文将对这些一一作出介绍。而在现实的应用中，我们更是迫切的需要实时的获取PH值。如在医院的临床监护、工厂的化学过程控制、人类工作与生活环境的监测与保护等领域以及那些难于采样的危险场所，化学信息的获取也是十分棘手的。因此，对于已有pH传感器的研究应用以及进行新的pH传感器的开发、应用是十分重要的。
1．8-羟基喹啉-5-磺酸修饰电极pH传感器
我们已知传统的玻璃电极具有很多的缺陷，为了克服这些缺陷，人们开始致力于非玻璃电极的研究，其中之一便是使用化学修饰电极。
张玉等人对8-羟基喹啉-5-磺酸修饰电极pH传感器进行了制备并对其性能及稳定性与重现性进行了研究,并取得了良好结果。他们将铂丝电极分别用1∶1硝酸溶液,无水乙醇和二次蒸馏水超声清洗5 min，放入含有0.01 mol/L8-羟基
15 min以除喹啉-5-磺酸(HQS)的0.1 mol/L(pH=4. 0)HAc-NaAc修饰液中，通N
2
去O2，于0. 4 V～1. 4 V电位范围内进行12圈循环伏安扫描，扫描速度为0. 1 V/s，再此电极在修饰液中再浸泡10 min后，便制的了8-羟基喹啉-5-磺酸修饰电极。该电极在pH 1. 7到12. 9的范围内pH值与电极电位呈良好的线性关系。
在水溶液中进行酸碱滴定时，滴定终点附近有大的电位突跃，说明它很适于于酸碱滴定的终点指示。对该电极的稳定性和重现性进行测试时也取得了令人满意的结果。该电极在pH=5. 6的HAc-NaAc缓冲溶液中连续测定8 h,可以看出连续测定时的相对标准偏差为0. 2%。将该电极交替在pH=5. 6和pH=4. 7的HAc-NaAc 缓冲溶液中测定10次,结果电位值的相对标准偏差为0. 18%.稳定性结果如表1所示。
表1 电极的稳定性测试
t/h 1 2 3 4 5 6 7 8 RSD(% ) E/mV 294 292 292 292 292 292 292 294 0. 20
当测试干扰离子对该修饰电极的影响的时候发现，Li+、Na+、K+、NH+4、Cr3+、
Pb2+、Ce3+、Cu2+、Ca2+、Ni2+、Sr2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、NO-2、NO-3、SO
2-3、SO
2
-4、Cl-、
ClO-4、柠檬酸根、酒石酸根、草酸根,均不干扰测定，但当Fe2+浓度大于10-4mol/L,As3+浓度大于10-7mol/L,Br-和I-浓度大于10-7mol/L,抗坏血酸根浓度大于10-4mol/L时对测定有干扰。[2]
2．聚苯胺修饰电极超微pH传感器
随着化学修饰电极的发展，为pH电极的微型和多样化开拓了新途径。万其进等人利用聚苯胺修饰碳纤维制备了超微pH传感器，针对传统的玻璃电极的缺陷，它具有响应快、稳定性高、重现性好及选择性高等特点。更重要的是，此超微型PH传感器实现了微环境的PH测量。他们将一定长度的碳纤维电极(通常为2～4mm)，分别在1:1HNO
3
、2mol/LNaOH、丙酮和乙醇溶液中超声处理3～5min，最后在二次蒸馏水中超声洗涤5min，再将电极在pH=7的磷酸盐缓冲溶液中于+2.OV预处理60s，-1.2V预处理30s，然后在-0.5V～+1.5V之间进行循环伏安扫描，直至稳定.电极的修饰采用三电极系统，以碳纤维电极为工作电极，铂丝
电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，以含0.1mol/L苯胺的1mol/LH
2SO
4
溶液为底液，在-0.2V～+0.9V之间以100mV/s的扫速循环伏安扫描20圈左右，即得到聚苯胺膜修饰碳纤维超微pH传感器。此PH传感器在pH2～12.5的范围内，pH与电极电位也呈现出了良好的直线关系。电极的稳定性和重现性均较好.在pH ≈6.6的缓冲溶液中，用同一支电极测定电极电位达 2.5h，其标准偏差为
0.62mV(n=30)，再将该电极交替在pH6.9和pH7.5的磷酸盐缓冲溶液中测定2.5h，结果电位值的标准偏差为0.4mV(n=10)。电极连续使用3个月后，性能基本保持不变，仍可用于测定。该超微pH传感器首次实现了对芸苔属植物活体柱头乳突细胞和花粉粒表面微环境的pH值测定。
一般都以铂电极或铂丝为基体都需与另一个参比电极配合使用。这对于某些活体测定或者某些特殊场合会有不便。王朝谨等人研制出了一种新的PH传感器，他们采用电化学聚合法将聚苯胺修饰在钨丝电极上，并将经聚苯胺修饰的钨丝电极安置人Ag一AgCl体系的针型塑料管内，把两者组装成复合的针型PH传感器，可直接穿刺到实物中进行pH测定。首先拉制玻璃毛细管，用金相砂纸打磨钨丝，使其表面光亮。把钨丝通过玻璃毛细管，并将钨丝电极尖端截留一定的长度(通常为5～7mm)，用环氧树脂封口。同时将KCl-琼脂溶液加热，使琼脂完全溶解呈透明状，立即把钨丝电极和Ag-AgCI电极同时插人装人有琼脂的塑料管内，并使钨丝电极尖端的5～7mm露出塑料管外，再用环氧树脂封口。然后对约5～7mm 的钨丝进行清洗。在无水乙醇和双蒸水中各超声洗涤5min，再将该电极在pH=7的磷酸盐缓冲溶液中于+2.OV预处理60s，-1.2V预处理30s，然后在-0.5V～+l.5V 之间进行循环伏安图扫描7次。电极的修饰采用三电极系统。以钨丝电极工作电极，铂丝电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，以含0.1mol/L苯胺的
1.5mol/LH
2SO
4
溶液为底液，在-0.2V～+0.9V之间以6OmV/s的扫描速度循环伏安
扫描30次左右，即得到聚苯胺膜修饰的钨丝pH传感器。此电极修饰膜的性能与硫酸介质中苯胺的浓度有关。在较低的苯胺浓度下(为0.olm。比)所得的钨丝电极对pH响应不稳定，而在较高浓度下(1mol几)所得的修饰膜粗糙，且电极尖端容易结集出团状的聚苯胺，疏松易脆落，只有在这适中的浓度下(如0.lmol几)才能获得良好的修饰膜。[4]该传感器pH与电极电位也有很好的线性关系，但却不比万其进等人的聚苯胺膜修饰碳纤维超微pH传感器好。[3,4]该传感器也已经成功地应用于水果内微区pH的测定，并且获得了较准确地PH值。[4]
3．氧化钨pH传感器
肖凤英和徐金瑞曾研制出了多束圆盘式钨/氧化钨微型pH传感器，将多束钨丝装进毛细管后,迅速插入盛有快速胶的瓶中,让快速胶自然上升到毛细管中。待干固后,分别用粗砂纸和金相砂纸磨光,其端面成微小圆盘.然后,分别在热的
0.1 mol/LNaOH溶液和0.1 mol/LHCl溶液中超声清洗。用去离子水冲洗,在室温下浸入氧化液中浸泡约8 h。最后,用去离子水冲洗后即可使用。该电极使用前无需浸泡，平时可直接保存于空气或蒸馏水中。且具有不易碰伤的优点。该pH 传感器的稳定性好,pH值的响应范围宽,而且温度对pH值的测定影响小胆气响应时间长达4min。[5]
之后陈东初等人对氧化钨电极做出了改善，他们采用溶胶-凝胶法制备了氧化钨pH电极，再由氧化钨pH电极与固态Ag/AgCl参比电极制备成氧化钨pH传
感器,该传感器不需要参比溶液与陶瓷隔膜。电极的具体制备方法如下，Na
2WO
4
溶液经阳离子交换树脂处理,得到氧化钨胶体溶液,添加H
2O
2
,C
2
H
5
OH作为稳定剂.
采用浸涂法在前处理后的钨丝上涂敷氧化钨胶体溶液,进行热处理生成氧化物涂层,热处理温度为100～400℃.电极的一端打磨后与铜导线点焊,然后用有机硅绝缘胶封闭,露出氧化物H+敏感膜,进行测试. 该传感器在pH值为2～11范围内有良好的电位(V)-pH响应线性关系,响应灵敏度为52. 6mV(以pH值变化为1来量度),测量精度可达0. 1个pH值;氧化钨pH电极具有耐HF腐蚀的能力，可用于HF溶液的浓度测量。氧化钨pH传感器还可以应用于胶体的测量,而且其其响应时间小于1min。[6]
4．光学pH传感器
光化学 pH 传感器则具有体积小、不带电、抗电磁干扰性能强、无污染等优点，因而在各类化学反应、环境监测、生物医学领域、及地下矿井、武器试验等危险场合的遥测遥控方面，都有广阔的应用前景。[7]
1950年J·x·Peterson等人首次研制出光学pH传感器，开拓了pH测量的新领域。[7]这类传感器是以光电转换为基础，利用pH值随质子化可渗透簿膜的光学特性而改变的性质。光学pH传感器按其敏感原理可分为吸收和发光两种，按其芯片的形状又可分为平面和单根光纤两种。通常的pH计包括氢离子敏感场效应管传感器都是根据电位测量法，利用被测pH值与氢离子活度成线性关系的特性制成。而学pH传感器采用光测法，利用被测pH值是指示剂酸、碱浓度的函数的特性，即指示剂染料的分解程度是pH的函数，这可通过测量染料的吸收光或发(荧)光强度的方法获得。[8]
2000年范世福等人设计开发了一个用于环境水质pH值监测的光纤传感系
统。采用Φ5发二极管作光源,硅光电二极管作检测器,大芯径、大数值孔径的Y 型分叉光纤束作传感介质;染料指示剂苯酚红以两种方法固定,设计了相应的两种探头结构。其pH响应曲线在pH7.4～8.2范围内,线性相关系数为0.9913,响应灵敏度为2.766/pH。pH值变化0.01pH传感器能够区分这种变化。其响应时间是比较慢的，当pH值由6.0变化到8.0时,响应时间为30分钟;而当pH值由8.0变化到6.0时响应时间仅13分钟。[9]
近期罗发亮、陈天禄两人采用丙烯酰胺为偶合剂，以 Fe2+ /H
2O
2
为引发剂，
将邻甲酚红通过表面接枝聚合固定于交联聚乙烯醇膜表面，制备了一种可用于光
化学 pH 传感器的 pH 敏感膜。他们具体的制备方法为将1.0g聚乙烯醇在 60～80℃下溶于15mL水中，冷却至室温，加入4.0mL37%～40%甲醛溶液，再加入2mL 1.5mol/L HCl，搅拌均匀，静置除去气泡后倾倒于干净的玻璃板上，流涎成膜，将玻璃板水平放置于60～70℃烘箱内反应3.5h得交联聚乙烯醇载体膜。将此膜在去离子水中浸泡24h除去残留的HCl，再在40℃下干燥5 h，称重，记作 w
1
。已称重的膜在去离子水中浸泡2h，置于100mL带有磁搅拌子、回流冷凝管及通
氮管的三颈瓶中，加入2.0g丙烯酰胺0.0500g邻甲酚红及30mL去离子水，N
2
保
护下搅拌30 min后，加入0.365gFe(NH
4)
2
(SO
4
)
2
和15滴30%H
2
O
2
溶液，升温至60℃
反应5 h，取出聚乙烯醇薄膜，用去离子水洗涤数次，再用去离子水浸泡 48 h，
以除去吸附的指示剂及丙烯酰胺，40℃下干燥5h，称重，记作w
2
，即制得了接枝邻甲酚红的聚乙烯醇 pH 敏感膜。此pH 传感器具有良好的重复性和稳定性，响应迅速，除对从pH 8.44～10.43达到平衡所需要时(约130s)相对较长外，其余均低于25s,从高 pH 值到低pH值的逆向过程，所需时间均低于20s。[7]
5．固态pH传感器
杨百勤等人于2006年研制了一种可用于直接测定固体、半固体及糊状物表面和内部pH值的新型全固态复合pH传感器，能进行直接、原位无破损测量。将经特殊处理的铱丝(Φ=1 mm)在5 mol/L NaOH溶液中浸泡24 h,然后将铱丝在800℃下灼烧30 min,取出在蒸馏水中浸泡24 h以上,即可在铱丝表面形成一层
致密的蓝黑色镀膜,最后将检验合格的铱pH电极(铱电极的电极反应为:Ir+2H
2
O
→IrO
2+4H++4e-或2Ir+3H
2
O→Ir
2
O
3
+6H++6e-)与裸露式Ag-AgCl电极（将经特殊处
理洁净的银丝插入饱和KCl水溶性分子凝胶中,即制得勿需添加内充液的裸露式
Ag-AgCl参比电极）组装为电池。该pH传感器也是具有良好的线性关系以及良好的稳定性与重复性，除能用于与玻璃电极相同的测定领域外,还可广泛用于化学化工、临床检验、食品加工、生物化工、环境监测、皮革和造纸工业、土壤普查及文物档案保护等领域pH值的直接、原位无破损测量,既可代替pH玻璃电极,又可显著拓展pH测量领域,具有广阔的应用前景。[10]
6.其它的PH传感器
针对改善PH传感器的温漂特性和时漂特性，唐国洪和陈德英两人研制出了采用硅键合SOI材料作衬底的离子敏场效应管(ISFET)型PH传感器, 其基本原理和方法是将二个硅片抛光面经氧化清洗后面对面地贴合在一起，由于硅片表面吸附的OH一和H+离子的作用，在范德瓦斯引力作用下，实现初步键合，然后再进行热键合，硅片间的作用力将由起初的范德瓦斯引力转化为Si—O—Si键合力。最后将键合硅片的一面减薄到所需厚度并抛光，减薄的一面作为制作ISFET的衬底。这种PH传感器具有体积小、反应速度快、便于批量生产、应用方便等特点。
[11]袁若等人对溶剂聚合膜pH传感器进行过综述，其中的中性载体pH传感器具有使用安全的特点，最先被用于临床监测动物的主动、静脉在肺换气不足或过度时的pH值响应及人的前房起博时冠状窦道的pH值响应诊断是否心肌缺血。[12]在1990年左右，科研人员也曾研制出了一种耐高温消毒的PH传感器。[13]最近，又出了一种新型 pH 传感器——Rosemount Analytical 新型 RB传感器，主要针对抗化学腐蚀的应用，RB传感器独特的多重液体接界参比腔室的设计可以延长传感器的耐用性，当传感器出故障时，也不必更换整个传感器，RB传感器可以通过将其插入钛材高压护套内，简单地进行重新组装，从而降低传感器的更换成本和运输成本。[14]
展望
目前，针对不同的用途，各种PH传感器已经在农业、工业、医药、生物工程、环境、底下矿井、武器试验、考古等许多领域呈现出万紫千红的景象，但任何一种新的科研成果在弥补之前不足的同时会存在一些新的缺陷。已发展了 pH 试纸法、电化学 pH 传感器和光化学 pH 传感器 3 种测定方法，它们也都普遍存在一些问题，pH 试纸法存在着不能重复试用和无法在线检测的缺陷。电化学pH 传感器如玻璃电极尽管具有可重复使用、可靠性高的特点，但也存在信号易
受电磁干扰、长期使用时信号发生漂移以及难以微型化等缺陷，限制了其在生理卫生、高酸碱环境等特殊领域的应用。光化学 pH 传感器的重要研究内容便是指示剂固定技术，但也会存在指示剂泄漏等缺点。[7]针对某个领域的特点与需要，我们除了继续研究出更适合该领域PH测量的新的PH传感器之外，还应努力研究出可以应用于更广范围的，具有更高稳定性、重复性和更快的响应时间的新PH 传感器。与此同时，研究新的PH测定方法也同样重要。随着科技不断发展的迫切需要，新的PH传感器的研究将会有一个光明的发展前景。
参考文献
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在植物柱头活体测试中的应用[J] 高等学校化学学报 1997,18(2):226-228.
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[13]徐维轮，(GKF型)耐高温消毒pH传感器，国家级重点新产品介绍
[14]苗大龙，控制论模型在丁二酸发酵过程中的应用
M E M S传感器的现状及 发展前景 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
毕 业 设 计 指 导 课 论 文 MEMS传感器的现状及发展前景 摘要：MEMS传感器是随着纳米技术的发展而兴起的新型传感器,具有很多新的特性,相对传统传感器其具有更大的优势。在追求微型化的当代,其具有良好的发展前景,必将受到各个国家越来越多的重视。文章首先介绍了MEMS传感器的分类和典型应用,然后着重对几个传感器进行了介绍,最后对MEMS传感器的发展趋势与发展前景进行了分析。 关键词：MEMS传感器;加度计;陀螺仪;纳米技术;微机构;微传感器StatusandDevelopmentProspectofMEMSSensors Abstract:MEMSsensorisanewtypeofsensorwiththedevelopmentofnanotechnology.Ithasma nynewfeatures,whichhasagreatadvantageovertraditionalsensors.Inthepursuitofminia turizationofthecontemporary,itsgoodprospectsfordevelopment,willbesubjecttomorea
ndmoreattentioninvariouscountries.Firstly,theclassificationandtypicalapplicatio nofMEMSsensorareintroduced.Then,severalsensorsareintroduced.Finally,thedevelopm enttrendanddevelopmentprospectofMEMSsensorareanalyzed. Keywords:MEMSsensor;accelerometer;gyroscope;nanotechnology;micro- mechanism;micro-sensor 目录 一、引言 MEMS传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是MEMS器件的一个重要分支。1962年,第一个硅微型压力传感器的问世开创了MEMS技术的先河,MEMS技术的进步和发展促 进了传感器性能的提升。作为MEMS最重要的组成部分,MEMS传感器发展最快,一直受到各发达国家的广泛重视。美、日、英、俄等世界大国将MEMS传感器技术作为战略性的研究领域之一,纷纷制定发展计划并投入巨资进行专项研究。 随着微电子技术、集成电路技术和加工工艺的发展,MEMS传感器凭借体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成以及耐恶劣工作环境等优势,极大地促进了传感器的微型化、智能化、多功能化和网络化发展。MEMS传感器正逐步占据传感器市场,并逐渐取代传统机械传感器的主导地位,已得到消费电子产品、汽车工业、航空航天、机械、化工及医药等各领域的青睐。
传感器的目前现状与发展趋势 吴伟 1106032008 材控2班 摘要：传感器是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的一个关键组成部分。传感器技术是世界各国竞相发展的高新技术，也是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛，其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。本文首先介绍了传感器的基本知识和传感器技术的发展历史。之后，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究状况。最后，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 关键词：传感器技术；传感器；研究现状；趋势 引言 当今社会的发展，是信息化社会的发展。在信息时代，人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”，把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”，那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。 传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力，拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。 1 传感器的基本知识
1.1 传感器的定义和组成 广义地说，传感器是指将被测量转化为可感知或定量认识的信号的传感器。从狭义方面讲，感受被测量，并按一定规律将其转化为同种或别种性质的输出信号的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成，其中敏感元件和转换元件可能合二为一，而有的传感器不需要辅助电源。 1.2 传感器技术的基本特性 在测试过程中，要求传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有两种形式：一种是稳定的，称为静态信号；一种是随着时间变化的，称为动态信号。由于输入量的状态不同，传感器的输入特性也不同，因此，传感器的基本特性一般用静态特性和动态特性来描述。衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性等，动态特性还与传感器输入量的变化形式有关。 2 传感器技术的发展历史与回顾 传感器技术是在20世纪的中期才刚刚问世的。在那时，与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段，并没有投入到实际生产与广泛应用中，转化率比较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。然而，随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。 我国从20世纪60年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器、信号
压力传感器研究现状及发展趋势 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因此,许多国家对传感器技术的发展十分重视,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器) 之一。在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外,还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。因此对于从事现代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。 1 压力传感器的发展历程 现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段[1 ] : (1) 发明阶段(1945 - 1960 年) :这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S. Smith) 与1945 发现了硅与锗的压阻效应[2 ] ,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为
电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯[3 ] 。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体,为商业化发展提供了可能。 (3) 商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年) :在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术,扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主,发展成为可以自动控制硅膜厚度的硅各向异性加工技术[4 ] ,主要有V 形槽法、浓硼自动中止法、阳极氧化法自动中止法和微机控制自动中止法。由于可以在多个表面同时进行腐蚀,数千个硅压力膜可以同时生产,实现了集成化的工厂加工模式,成本进一步降低。 (4) 微机械加工阶段(1980 年- 今) :上世纪末出现的纳米技术,使得微机械加工工艺成为可能。 通过微机械加工工艺可以由计算机控制加工出结构型的压力传感器,其线度可以控制在微米级范围内。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜,使得压力传感器进入了微米阶段。 2 压力传感器国内外研究现状 从世界范围看压力传感器的发展动向主要有以下几个方向。 2. 1 光纤压力传感器[5 ]
传感器技术的研究应用现状与发展前景 传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高技术是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的越来越高的要求是传感器技术发展的强大动力，而现代科学技术突飞猛进则提供了坚强的后盾。传感器是信息系统的源头, 在某种程度上是决定系统特性和性能指标的关键部件。本文回顾了传感器技术的发展历史，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究应用状况，并通过简述当前的应用实例，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 1.引言 传感器是将物理、化学、生物等自然科学和机械、土木、化工等工程技术中的非电信号转换成电信号的换能器。当今社会的发展是信息化社会的发展，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理，而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段，是现代科学的中枢神经系统，它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的大脑，把通信系统比喻为传递信息的神经系统，那么传感器就是感知和获取信息的感觉器官。传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置现代传感器技术具有巨大的应用潜力拥有广泛的开发空间，发展前景十分广阔。 2.传感器的发展历史及分类 2.1传感器技术的发展历史 传感器技术是20世纪的中期才刚刚问世的，在那时与计算机技术和数字控制技术相比，传感技术的发展都落后于它们，不少先进的成果仍停留在实验研究阶段并没有投入到实际生产与广泛应用转化率比较低。在国外，传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的，并在早期多用于国家级项目
《传感器原理与应用》结课论文国外传感器现状及发展趋势 学院：计算机与信息工程学院 专业：通信工程 班级：13级通信工程 学号： ： 指导教师：袁博 学年学期：2016-2017学年第一学期
摘要：传感器技术是现代技术的应用具有巨大的发展潜力，通过传感器技术的应用现状，在未来发展中存在的问题和面临的挑战，传感器技术现状与发展趋势。 关键字：传感器，现状，发展趋势。 正文： 一、传感器的定义和组成 根据国家标准（GB7665—87），传感器（transduer/sensor）的定义是：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 这一定义包含了以下几方面的含意：①传感器是测量装置，能完成检测任务：②它的输出旦是某一被测量，可能是物理量．也可能是化学量、生物量等；②它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电物理量，但主要是电物理量；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。 关于传感器，我国曾出现过多种名称，如发送器、传送器、变送器等，它们的涵相同或相似。所以近来己逐渐趋向统一，大都使用传感器这一名称了。 但是，在我国还经常有把‘传感器”和“敏感元件”等同使用的情况。当从仪器仪表学科的角度强调是一种感受信号的装置时，称其为。传感器”：而从电子学的角度强调它是一种能感受信号的电子元件时，称其为“敏感元件”。两种
不同的提法在大多数情况下并不矛盾。例如热敏电阻，既可以称其为“温度传感器”，也可以称之为“热敏元件”。但在有些情况下则只能概括地用“传感器”一词来称谓。例如，利用压敏元件作为敏感元件，并具有质量块、弹按和阻尼等结构的加速度传感器，很难用“敏感元件％类的词称谓，而只“传感器”则更为贴切。 传感器一般由敏感元件、转换元件和转换电路三部分组成。 （1）敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一种量的元件。 是一种气体压力传感器的示意图。膜盒2的下半部与壳体l固接，上半部通过连扦与磁芯 4相连，磁芯4置于两个电感线圈3中，后者接人转换电路5。这里的膜盒就是敏感元件，其外部与大气压力尸。相通，部与被测量压力尸相通。当尸变化时．引起膜盒上半部移动，即输出相应的位移量。 （2）转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参量。在图2—2中，转换元件是可变电感线圈3，它把输入的位移量转换成电感的变化。 （3）转换电路：上述电路参数接入转换电路．便可转换成电量输出。 实际上，有些传感器很简单．有些则较复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。 最简单的传感器由一个敏感元件（兼转换元件）组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶；有些传感器由敏感元件组成，没有转换电路，如压电式加
传感器技术发展现状及趋势 桂林航天工业学院 课程论文 题目：传感器技术发展现状及趋势 专业：工商企业管理（生产运作与质量管理） 姓名：罗并 学号：20190820Z00102 指导教师：陈少航 2019年 6月12日 传感器技术发展现状及趋势 在信息化社会，几乎没有任何一种科学技术的发展和应用能够离得开传感器和信号探 测技术的支持。生活在信息时代的人们，绝大部分的日常生活与信息资源的开发，采集， 传送和处理息息相关。分析当前信息与技术发展状态，21世纪的先进传感器必须具备小型化，智能化，多功能化和网络化等优良特征。 为了能够与信息时代信息量激增，要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋 势保持一致，对于传感器性能指标(包括精确性，可靠性，灵敏性等)的要求越来越严格； 与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标 准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被 各种不同类型的高性能微型传感器所取代；后者主要由硅材料构成，具有体积小，重量轻，反应快，灵敏度高以及成本低等优点。 目前，几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计(CAD) 的模拟式工程化设计转变，从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本，高性能的 新型系统，这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能 够满足科技发展需求的微型化的方向发展。 智能化传感器(Smart Sensor)是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新 型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用 领域，如分布式实时探测，网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。，智能化传感器具有以下优点: (1)智能化传感器不但能够对信息进行处理，分析和调节，能够对所测的数值及其误 差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行
航空新型传感器的发展现状分析 微机电系统（Microelectro Mechanical Systems,MEMS）是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。目前，全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作，已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品，其中微传感器占相当大的比例。微传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的航空新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。本文概述国内外目前已实现的微机械传感器特别是微机械谐振式传感器的类型、工作原理、性 能和发展方向。 微机械压力传感器是最早开始研制的微机械产品，也是微机械技术中最成熟、最早开始产业化的产品。从信号检测方式来看，微机械压力传感器分为压阻式和电容式两类，分别以体微机械加工技术和牺牲层技术为基础制造。从敏感膜结构来看，有圆形、方形、矩形、E形等多种结构。目前，压阻式压力传感器的精度可达 0.05％～0.01％,年稳定性达0.1％/F.S,温度误差为0.0002％,耐压可达几百兆帕,过压保护范围可达传感器量程的20倍以上,并能进行大范围下的全温补偿[1]。现阶段微机械压力传感器的 主要发展方向有以下几个方面。 (1)将敏感元件与信号处理、校准、补偿、微控制器等进行单片集成，研制智能化 的压力传感器。 这一方面，Motorala公司的YoshiiY等人在Transducer'97上报道的单片集成智能压力传感器堪称典范[2]。这种传感器在1个 SOI晶片上集成了压阻式压力传感器、温度传感器、CMOS电路、电压电流调制、8位MCU内核（68H05）、10位模/数转换（A/D）器、8位数模转换（D/A）器，2K字节EPROM、128字节RAM，启动系统ROM和用于数据通信的外围电路接口，其输出特性可以由MCU的软件进行校准和补偿，在相当宽的温度 范围内具有极高的精度和良好的线性。 (2)进一步提高压力传感器的灵敏度，实现低量程的微压传感器[3]。 这种结构以Endevco公司在1977年提出的双岛结构为代表,它可以实现应力集中从而提高了压阻式压力传感器的灵敏度,可实现10kPa以下的微压传感器。1989年复旦大学提出1种梁膜结构来实现应力集中，其结构可看作1个正面的哑铃形梁叠加在平膜
《材料工程检测技术》课程作业（二）： 位移传感器的发展现状概述 课程： 任课老师： 学院（系）： 专业： 学生姓名： 学号：
1 位移传感器 位移是指物体位置对参考点产生的偏移量,是指物体相对于某参考坐标系一点的距离的变化量,它是描述物体空间位置变化的物理量。位移传感器又称为线性传感器,是将位移转换成电量的传感器。位移传感器的发展经历了两个阶段,经典位移传感器阶段和半导体位移传感器阶段。 2 位移传感器的分类 2.1 电位器式 电位器位移传感器分为绕线电位器和非绕线电位器2种：绕线电位器一般由电阻丝烧制在绝缘骨架上,由电刷引出与滑动点电阻对应的输入变化。电刷由待测量位移部分拖动,输出与位移成正比的电阻或电压的变化；常见的非线绕式电位器位移传感器是在绝缘基片上制成各种薄膜元件,如合成膜式、金属膜式、导电塑料和导电玻璃釉电位器等。 2.2 电阻应变式 传感器是由弹性敏感元件和电阻应变片构成,当测量杆随试件产生位移时,弹性敏感元件在感受到测量杆变化而产生变形,其表面产生的应变与测量杆的位移成线性关系。这种传感器具有线性好、分辨率较高、结构简单和使用方便等特点,其位移测量范围较小,通常在0.1um-0.1mm之间,测量精度小于2% ,线性度为0.1%一0.5%。 2.3 电容式 电容传感器通过位移来改变电容两个极板之间的距离,即将位移量转换成电容变化量进行测量的。 它具有功率小、阻抗高、动态特性好、可进行非接触测量等优点；但是电容传感器存在寄生电容和分布电容,会影响测量精度,且常用的变隙式电容传感器存在测量量程小,存在非线性误差等缺点。一般使用极距变化型电容式位移传感器和面积变化型电容式位移传感器。 2.4 电感式 电感式传感器利用电磁感应将被测位移转换成线圈的自感系数和互感系数的变化,再由电路转换为电压或电流的变化量输出,实现非电量到电量的转换。
桂林航天工业学院 课程论文 题目：传感器技术发展现状及趋势 专业：工商企业管理（生产运作与质量管理） 姓名：罗并 学号：20130820Z00102 指导教师：陈少航 2015年6月12日 传感器技术发展现状及趋势 在信息化社会，几乎没有任何一种科学技术的发展和应用能够离得开传感器和信号探测技术的支持。生活在信息时代的人们，绝大部分的日常生活与信息资源的开发，采集，传送和处理息息相关。分析当前信息与技术发展状态，21世纪的先进传感器必须具备小型化，智能化，多功能化和网络化等优良特征。 为了能够与信息时代信息量激增，要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致，对于传感器性能指标(包括精确性，可靠性，灵敏性等)的要求越来越严格；与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代；后者主要由硅材料构成，具有体积小，重量轻，反应快，灵敏度高以及成本低等优点。 目前，几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计(CAD)的模拟式工程化设计转变，从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本，高性能的新型系统，这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化的方向发展。 智能化传感器(Smart Sensor)是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用领域，如分布式实时探测，网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。，智能化传感器具有以下优点: (1)智能化传感器不但能够对信息进行处理，分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号。此外，还能够利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿，以改进测量精度。 (2)智能化传感器具有自诊断和自校准功能，可以用来检测工作环境。当工作环境临近其极限条件时，它将发出告警信号，并根据其分析器的输入信号给出相关的诊断信息。当智能化传感器由于某些内部故障而不能正常工作时，它能够借助其内部检测链路找出异常现象或出了故障的部件。 (3)智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量，从而进一步拓宽了其探测与应用领域，
温度传感器的历史发展与研究现状 摘要：本文通过查阅各类文献并进行分析总结，简述了温度传感器的意义和作用，介绍了温度传感器的发展历史，列举并分析了常用温度传感器的类型，对比了国内外温度传感器设计和研究领域的现状与发展，着重阐述了国外先进的CMOS模拟集成温度传感器的主要原理。最后，文章对温度传感器的未来发展方向做出了说明。 关键词：温度传感器，IC温度传感器，CMOS集成温度传感器 一、背景介绍 1.1绪言 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官，而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中，它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，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。[1]传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。它是实现自动测量和自动控制的首要环节。[2]温度是反映物体冷热状态的物理参数，它与人类生活环境有着密切关系。早在2000多年前，人类就开始为检测温度进行了各种努力，并开始使用温度传感器检测温度。[3]在人类社会中，无论工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。 [4]在工业生产自动化流程中，温度测量点一般要占全部测量点的一半左右。[5]因此，人类离不开温度传感器。传感器技术因而成为许多应用技术的基础环节，成为当今世界发达国家普遍重视并大力发展的高新技术之一，它与通信技术、计算机技术共同构成了现代信息产业的三大支柱。[6] 1.2温度传感器的发展历史和主要分类 人们研究温度测量的历史已经相当的久远了。公元1600年，伽利略研制出气体温度计。
山东工商学院 学年论文 题目：传感器技术的研究现状与发展趋势姓名：xxx 学号：200905xxxx 专业：电子信息工程 指导老师：xxx
传感器技术的研究现状与发展趋势 姓名 （山东工商学院信息与电子工程学院，山东烟台 264005） 摘要： 传感器是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的一个关键组成部分。传感器技术是世界各国竞相发展的高新技术，也是进入21世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛，其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。本文首先介绍了传感器的基本知识和传感器技术的发展历史。之后，综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究状况。最后，展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 关键词：传感器技术；传感器；研究现状 The Sensor Technology Current Research And Development Trend CHEN Cxxxx-xxx (School of Information and Electronic Engineering, Shandong Institute of Business and Technology, Yantai, 264005,China) Abstract:Sensor is an essential and critical component of highly automated system and cutting-edge technology. Sensor Technique is what many developed countries are competing in. It is also one of the ten top technologies with priority in the 21st century. There are a large amount of areas of knowledge involved in Sensor Technique. Meanwhile, it also has been in close relation with the advance of other fields of technologies. This paper first introduces the basic knowledge of the Sensor and the history of the Sensor Technology .Then it summarizes the main investigation on Sensor Technique of Photoelectric Sensor and Biosensor in recent years .Last,it forecasts the development and future applied fields of the modern Sensor Technology. Key words:Sensor Technique; Sensor; Current Research; trend
1国内外气敏传感器的产生与发展 气敏传感器又称“气体传感器”，是指利用各种化学、物理效应将气体成分、浓度按一定规律转换成电信号输出的传感器件，是化学传感器中最活跃的一种。早在20世纪30年代人们就已发现金属氧化物具有气敏效应，而半导体气敏元件则是在60年代初期研制成功的，最先研制的ZnO薄膜元件，它是利用ZnO薄膜电阻接触的可燃性气体浓度增加而下降，实现对可燃性气体检测。继而又发现在SnO2中添加Pt或Pd等贵重金属做增感剂能提高其灵敏度[1]。 日本气体传感器经过20多年的发展，其制造技术与产品水平已提高到相当水准，由日本费加罗技术研究公司规模生产的SnO2系列气敏传感器达21种规格，广泛用于11种气体的测量。在美国，氧传感器主要用于汽车发动机空/燃比控制和家用报警器。英国电气阀门公司生产的催化燃烧型气敏传感器，德国DraegerwerkAG生产的医用薄膜型气敏传感器，瑞士CerbertlsLlmited生产的火灾报警用气敏传感器等，都是世人所熟悉的[2]。 20世纪70年代中期我国开始研制金属氧化物半导体气敏传感器和钯栅MOS场效应氢敏晶体管，并开始在家用燃气报警器和电力工业变压器油变质监测上应用。近年来我国的气敏传感器技术飞速发展，全国有30多所高等院校和研究所研究开发各种类型的气敏传感器，在工艺方面引入表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺；另外新研究的AL2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体也开始用于气敏材料。但与国外发达国家相比还有较大差距，主要体现在产品生产技术和产业化等方面。 2工作原理 气敏电阻的材料是金属氧化物，在合成材料时，通过化学计量比的偏离和杂志缺陷制成，金属氧化物半导体分N型半导体，如氧化锡、氧化锌等，P型半导体，如氧化钴、氧化铅等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成材料有时还掺入了钯、铂、银等催化剂。 金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性。通常器件工作在空气中，空气中的氧和二氧化氮这样的电子兼容性大的气体，接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷，结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少，使表面电导减小，从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触，就会与吸附的氧起反应，将氧束缚的电子释放出来，敏感膜表面电子增加，使元件电阻减小。该类气敏元件通常工作在高温状态（200～450℃），目的是为了加速上述的氧化还原反应[3]。 例如用于家庭或工业可燃性气体的检测、简陋报警器电路中所采用的MQ-5型气敏传感器就属于可燃性气敏传感器，如图1所示。它对液化气、天然气、城市煤气等具有较高的灵敏度，而对乙醇、烟雾几乎不起反应，并且具有灵敏度高，响应速度快，稳定性好，寿命长，驱动电路简单等优点。 图1MQ-5型气敏传感器 MQ-5型气敏传感器由微型氧化铝陶瓷管、氧化锌敏感层、测量电极和加热器构成。敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6个管脚，其中4个用于信号输出，2个用于提供加热电流。MQ-5型气敏传感器引脚排布图如图2所示，MQ-5型气敏传感器使用接线图（如图3所示）。 图2MQ-5型气敏传感器引脚排布图 图2中H-H表示加热极（如5V），A-A、B-B表示传感器敏感元件的两个极。 图3MQ-5型气敏传感器使用接线图 图3中“V”为传感器的工作电压，同时也是加热电压。当气敏传感器加热后，环境中的可燃气体浓度加大时，传感器的内阻将迅速减小，利用该特性结合分压原理，可知输出电压的值将逐渐增大，当超过设定的阀值时，可产生相应的操作。 3主要应用 近年来，气敏传感器的应用越来越广泛，其中最主要的任务是防止突发事故，提高生活质量，保障生产过程安全性。 3.1用于监控易燃气体泄漏和检测有害气体成分 气敏传感器主要用于测定气体浓度，当安装在厨房、工厂、矿山以及其它公共场所的气敏传感器检测到有害气体浓度达到一定值时，会给出相应信号，并发出声音报警，提醒人们注意。 3.2用于检测环境质量 在办公室、住宅、汽车、飞机等较密闭环境安装气敏传感器，一方面由于即使少量的有害气体也会对人体造成伤害，所以可用于检测环境质量；另一方面也可用于检测二氧化碳浓度是否超标，提醒人们注意通风换气。 3.3用于检测酒精气体浓度 陶瓷气敏传感器可用于分析酒精蒸汽的含量。当酒后驾驶员对准传感器检测口吹气时，由于其血液中含有一定的酒精成分，传感器中电阻会发生与酒精浓度成比例的变化，并显示相应数值。 3.4用于检测气味和食物原料分类 气味检测是气敏传感器未来的主流方向之一，最有潜力的应用领域是食品工业和医学，还有家住环境和舒适度的调节（下转第312页） 气敏传感器的研究现状及发展趋势 鲁珊珊1李立峰2 (1.内蒙古机电职业技术学院，内蒙古呼和浩特010018；2.内蒙古电力勘测设计院，内蒙古呼和浩特010018) 【摘要】本文以气敏传感器为研究对象，介绍了国内外气敏传感器的产生及现状，详细分析了气敏传感器的工作原理，阐述了主要应用领域，并最终依据现状总结出气敏传感器的未来发展趋势。 【关键词】气敏传感器；应用；发展趋 势 作者简介：鲁珊珊(1981.9—)，女，山东潍坊人，硕士，内蒙古机电职业技术学院，教师。李立峰(1981.5—)，男，山东淄博人，博士，内蒙古机电力勘测设计院。 282
【收稿日期】２００６－０２－１６ 【作者简介】 严芸（１９８２—），女，江苏无锡人，无锡商业职业技术学院塘山校区助教。浅谈温度传感器的现状与发展 严芸 （无锡商业职业技术学院塘山校区，江苏无锡２１４１５３） 【摘要】 文章介绍了模拟温度传感器和数字温度传感器的特点、现状及其应用，并对两者进行了比较分析。【关键词】 模拟温度传感器；ＤＳ１６２０；ＭＡＸ６５７５Ｌ／Ｈ；ＡＤ７４１６【中图分类号】ＴＰ２１２．１１【文献标识码】Ａ【文章编号】１００８－１１５１（２００６）０５－００３８－０２大众科技 ＤＡＺＨＯＮＧＫＥＪＩ２００６年第５期（总第９１期） Ｎｏ．５，２００６ （ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙＮｏ．９１） 温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。其测量控制一般产用各式各样形态的温度传感器。根据它们在讯号输出方式上的不同又可以分为模拟温度传感器和数字温度传感器。现将模拟温度传感器和数字温度传感器进行简单介绍。 一、模拟温度传感器 模拟温度传感器有多种输出形式（绝对温度、摄氏温度和华氏温度）以及电压偏移值。后者让组件在使用单电源的情形下就能对负温度值进行监测。模拟温度传感器的输出还可以送到比较器来产生超温指示信号，或直接送到模拟数字转换器的输入，用来显示实时温度数据（如图１）。模拟温度传感器适合需要低成本、小体积和低功耗的应用。 图１典型的模拟传感器的应用电路 另一种是温度开关或逻辑输出传感器，这种传感器会在温度超过某个默认值时输出特定的逻辑讯号。而这个触发点（限制值）可以预设，因此，这类组件让设计更加简单，成本也更低。它的典型应用如关闭系统电源，启动风扇、空调、加热器等（见图２）。 图２温度开关的典型应用 二、数字温度传感器 对于更紧密控制能力、更高精度和更大分辨率的需求带动了数字温度传感器的发展。被测温度信号从敏感元件接收的非电量到转换为微处理器可处理的数字信号，环节较多，而且模拟信号在长距离传输的过程中，受到的干扰较多，误差较大。因此，从非电量转换到数字信号，一般将其处理过程集成 在单片ＩＣ器件体内部，这样就形成了功能强大，精确的数字传感器。 （一）ＤＳ１６２０ 美国达拉斯半导体公司生产的ＤＳ１６２０是经过特殊工艺而制成的集成式数字温度传感器，具有体积小、测量精度高、无需Ａ／Ｄ转换、直接输出数字信号等特点，可在－５５～＋１２５℃之间将温度转换成对应的１位符号、８位数据的９位二进制数字，并以串行数据方式按着低位在先、高位在后的格式进行连续的数字输出，典型转换时间为２００ｍｓ，分辨率为０．５℃。经过特殊的处理可使其达到０．１℃的分辨率，以满足高精度的工业测量和控制系统的需要。该传感器测量结果的读取方式有两种：一次读取９位（读到第９位时将ＲＳＴ置成“０”）；读取２个８位字并将高７位置“０”。根据其数据输出编码格式，当第９位（符号位）ＭＳＢ为 “０”时，表示被测温度为正，ＭＳＢ为“１”时，则表示被测温度位负，以下是几个典型的温度值。 ０１１１１１０１０＋１２５℃ ０００１１００１０＋２５℃００００００００００℃１１１１１１１１１－０．５℃２１１００１１１０－２５℃ ＤＳ１６２０为８脚ＤＩＰ或ＳＯＩＣ封装形式，可工作在ＰＣ或单 片机等具有可编程功能的测温系统中，也可作为独立的测温元件而工作在无ＣＰＵ的测温系统中（此时只用到其中的３个引脚）。表１为ＤＳ１６２０的引脚及其功能说明。 表１ＤＳ１６２０引脚功能 表１中，４和８之间引入５Ｖ电源电压；ＴＨ、ＴＬ分别为高温、低温越限触发端，作为温度控制系统的触发输出信号；Ｔ－ ＣＯＭ为高、低触发信号的回差，当被测温度高于上限设定值 时，ＴＨ置“１”，而只有当被测温度降至低于下限设定值时，ＴＬ置“０”，因而形成上、 下限之间的回差，图３是三者之间的关系图。 ３８－－
国内外传感器发展历程与现状及我国传感器应如何发展 传感器与通信、计算机被称为现代信息技术的三大支柱和物联网基础，其应用涉及国民经济及国防科研的各个领域，是国民经济基础性、战略性产业之一。当前倍受国际关注的物联网、大数据、云计算技术，乃至智慧城市中的各种技术实现，对于传感器技术的需求也是巨大。 国内外发展历程与现状 20世纪70年代初，西方发达国家大力发展计算机与通讯技术，忽视了传感器技术发展，造成了“大脑”发达，而“五官”迟钝的窘境，传感器产业相对惨淡。80年代初，美、日、德、法、英等国家相继确立加速传感器技术发展的方针，视为涉及科技进步、经济发展和国家安全的关键技术，纷纷列入长远发展规划和重点计划之中。并采取严格的保密规定对技术封锁和控制，禁止技术出口，尤其是针对中国。 日本1979年在《对今后十年值得注意的技术》中将传感器列为首位；美国国防部1985年公布的二十项军事关键技术中，被列为第十四项；《星球大战》计划、欧洲《尤里卡》计划、前苏联《军事航天》计划，英、法、德等国家高技术领域发展规划中均将传感器列为重点发展技术，并将其科研成果和制造工艺与装备列入国家核心技术。 美国认为，计算机技术是核心，敏感技术、光电子技术是关键和重点，新材料、微电子技术是支撑和基础。通信与计算机结合，以及多元化、新技术的融合代表着美国信息技术发展方向。福布斯认为，当前，甚至今后几十年内，影响和改变着世界经济格局和人们生活方式的10大科技产品，传感器列为10大科技产品之首。美国国家科学发展基金会认为，本世纪的重大变革就是：通过网络，把物质世界联接起来，并赋予它一个电子神经系统，使它具有能够感知信息的生命，而能够担当这一重任的核心就是传感器”。每年度财政预算约有69亿美元，用于传感器基础技术与应用研究，称其为“Sensor Revolution”（即：传感器革命）。 目前国际上缺乏制定国际标准的准则与规范，尚未制定出权威性的传感器标准类型。只能
世界传感器技术研究情况 传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立。日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。世界技术发达国家对开发传感器技术部十分重视。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有６项与传感器信息处理技术直接相关。关于保护美国武器系统质量优势至关重要的关键技术，其中８项为无源传感器。美国空军2000年举出15项有助于提高21世纪空军能力关键技术，传感器技术名列第二。日本对开发和利用传感器技术相当重视并列为国家重点发展６大核心技术之一。日本科学技术厅制定的90年代重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。美国早在80年代初就成立了国家技术小组（BTG），帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作。 传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置——传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”。传感器开始受到普遍重视，从八十年代起，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热”。美国国防部将传感器技术视为今年20项关键技术之一，日本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导并列为６大核心枝术，德国视军用传感器为优先发展技术，英、法等国对传感器的开发投资逐年升级，原苏联军事航天计划中的第五条列有传感器技术。正是由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速，在近十几年来其产量及市场需求年增长率均在10％以上。目前世界上从事传感器研制生产单位已增到5000余家。美国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家1000余家，日本有800余家。 英特尔公司于当地时间本周三宣布，它已经发明了一种绝缘晶体管的突破性新方法，解决了半导体产业面临的最基本问题之一：在减少电能损耗和发热量的同时使计算机芯片越来越小。 随着半导体厂商在芯片中“塞入”的晶体管越来越多，晶体管就会出现电子泄露的问题。这意味着功能强大的芯片需要更多的电能，缩短了电池使用时间，并造成计算机散发大量热量，使笔记本电脑变得烫手，企业则需要为服务器系统建立昂贵的冷却系统。 英特尔公司称，为了解决这一问题，它已经找到了一种绝缘金属材料，以取代目前晶体管中普遍使用的二氧化硅。二氧化硅在晶体管中的使用已经有三十年的历史了。英特尔公司的技术分析师威罗纳尔说，能耗问题是半导体产业目前遇到的最大难题，我们
世界各国传感器的研究现状 传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立，日本工商界人士声称“支配了传感器技术就能够支配新时代”。 世界技术发达国家对开发传感器技术部十分重视。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有６项与传感器信息处理技术直接相关。关于保护美国武器系统质量优势至关重要的关键技术，其中８项为无源传感器。美国空军2000年举出15项有助于提高21世纪空军能力关键技术，传感器技术名列第二。日本对开发和利用传感器技术相当重视并列为国家重点发展６大核心技术之一。日本科学技术厅制定的90年代重点科研项目中有70个重点课题，其中有18项是与传感器技术密切相关。美国早在80年代初就成立了国家技术小组，帮助政府组织和领导各大公司与国家企事业部门的传感器技术开发工作。 传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置——传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”。传感器开始受到普遍重视，从八十年代起，逐步在世界范围内掀起了一股“传感器热”。美国国防部将传感器技术视为今年20项关键技术之一，日本把传感器技术与计算机、通信、激光半导体、超导并列为６大核心枝术，德国视军用传感器为优先发展技术，英、法等国对传感器的开发投资逐年升级，原苏联军事航天计划中的第五条列有传感器技术。正是由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器发展十分迅速，在近十几年来其产量及市场需求年增长率均在10％以上。目前世界上从事传感器研制生产单位已增到5000余家。美国、欧洲、俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家1000余家，日本有800余家。 世界各国传感器的发展趋势 目前，全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高，各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化，竞争也将日益激烈。新技术的发展将重新定义未来的传感器市场，比如无线传感器、光纤传感器、智能传感器和金属氧化传感器等新型传感器的出现与市场份额的扩大。如今传感器新技术的发展，主要体现在以下几个方面： 引入新技术发展新功能：随着人们对自然认识的深化，会不断发现一些新的物理效应、化学效应、生物效应等。利用这些新的效应可开发出相应的新型传感器，从而为提高传感器性能和拓展传感器的应用范围提供新的可能。图尔克市场技术部产品经理兼技术支持主管杨德友表示，“目前传感器界的最大特点就是不断引入新技术发展新功能。”如检测金属产品位置的电感式接近开关，它利用金属物体接近能产生电磁场的振荡感应头时在被测金属上形成的涡流效应来检测金属产品的位置。由于不同金属涡流效应的效果不同，因此不同金属的检测距离是不一样的，尤其是面对各类合金时，普通的电感式接近开关就显得力不从心，这就要求生产厂商在提高产品功能上下功夫。 利用新材料开发新产品：传感器材料是传感器技术的重要基础，随着材料科学的进步，人们可制造出各种新型传感器。例如用高分子聚合物薄膜制成温度传感器，光导纤维能制成压力、流量、温度、位移等多种传感器，用陶瓷制成压力传感器。 高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。将高分子电介质做成电容器，测定电容容量的变化，即可得出相对湿度。利用这个原理制成的等离子聚合法聚