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新型传感器的原理、应用与发展（南昌大学，南昌，330031）The principle and application of new sensors(Nanchang University, Nanchang 330031, China)摘要：现代新型传感器由于具有测量精度高、动态响应快、稳定性好、抗干扰能力强、易于小型和微型化、方便与微机进行接口等优点，在温度、压力、电压、转速等检测中有着广阔应用前景。
本文简要的介绍了几种现代新型传感器的基本原理和它们在信号检测、汽车、船舶等方面的应用，以及新型传感器的发展前景。
关键词：新型传感器；原理；应用；发展前景Abstract:Modern new sensor with high measurement precision has many advantages, such as fast dynamic response、good stability、strong anti-interference ability,、easy to small and miniaturization, and its` easy to connect with microcomputer.It has a broad application prospect in the ways of temperature、pressure、voltage and speed detection. This paper briefly introduces several basic principle of modern new sensors and their applications in signal detection, automotive, Marine applications,and the prospects of the development of new sensors.Key words:new type sensor;principle;application;prospects of the development 1前言传感器是一种把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件,其实质是一种功能块,其作用是将来自外界的各种信号转换为电信号。
新型传感器技术在智能交通中的应用随着科技的不断发展，智能交通系统已经成为现代城市交通管理的重要组成部分。
为了提高交通系统的安全性、效率和可持续性，各类新型传感器技术被广泛应用在智能交通领域。
本文将探讨几种新型传感器技术在智能交通中的应用，并介绍其优势和挑战。
一、激光雷达传感器激光雷达传感器是一种通过发射激光束并测量其回波时间来实现距离测量的传感器技术。
在智能交通中，激光雷达传感器广泛应用于自动驾驶和交通监控系统中。
激光雷达传感器能够准确地探测道路上的障碍物，并提供高精度的位置和距离信息，从而实现对车辆和行人的精确跟踪和定位。
然而，激光雷达传感器存在昂贵的价格和复杂的安装调试过程等挑战。
二、摄像头传感器摄像头传感器是一种通过捕捉图像和视频来感知周围环境的传感器技术。
在智能交通中，摄像头传感器通常用于车辆识别、交通监控和违章检测等应用。
通过分析摄像头传感器获取的图像和视频，智能交通系统可以实现车辆的自动检测、计数和跟踪，从而提高交通管理的效率和准确性。
然而，摄像头传感器在低光条件下的性能较差，并且对图像处理算法和计算资源有较高的要求。
三、雷达传感器雷达传感器是一种利用电磁波信号来测量目标位置、速度和方向的传感器技术。
在智能交通中，雷达传感器主要用于车辆的车道保持、碰撞预警和自动泊车等功能。
通过使用雷达传感器，智能交通系统可以实时监测车辆的运动状态，并提供及时的警告和指导。
雷达传感器具有较好的稳定性和适应性，但由于其较大的体积和较高的功耗，应用受到一定的限制。
四、红外传感器红外传感器是一种利用红外辐射来检测目标的位置和距离的传感器技术。
在智能交通中，红外传感器常用于交通信号灯的控制、车辆检测和行人检测等方面。
通过红外传感器，智能交通系统可以实时感知道路上的车辆和行人，并根据其位置和行动状态来进行相应的控制和安排。
红外传感器具有灵敏度高、响应快的优点，但受天气条件和环境干扰的影响较大。
综上所述，新型传感器技术在智能交通中的应用带来了许多优势和挑战。
简述几种现代传感器的特点及应用。
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新型传感器的研究及其应用随着科技的不断发展，传感器的应用也变得越来越广泛。
新型传感器的研究更是人们关注的热点之一。
本文将介绍新型传感器的研究及其应用。
一、新型传感器的研究背景传感器是现代科技的基石之一，广泛应用于物联网、生命科学、工业制造、环境监测、无人驾驶等领域。
在传感器应用的过程中，精度和可靠性是至关重要的因素，而且在一些特殊的应用场景下，传感器需要具备长寿命、环境适应能力和灵敏度高等特点，为此，研究开发新型传感器至关重要。
二、新型传感器的研究内容传感器通常可分为光学、电子、化学、力学、声学、热学等种类，每个种类的传感器都有自身研究的内容。
下面就几种传感器作简单介绍。
1. 光学传感器光学传感器是利用可见光或其它波长的光来测量各种物理量的。
其中，红外光学传感器研究受到了广泛关注，因为它可以用于生命科学、生物医学工程、人脸识别等领域。
2. 化学传感器化学传感器是利用感受物质与化学反应的性质对样品中的化学分子进行检测。
化学传感器的主要研究方向是检测气体、液体、固体中的化学成分变化，例如空气中杂质物的检测等。
3. 力学传感器力学传感器是使用机械变量测量原理来捕捉物理力的传感器，其主要研究方向是开发新型的机械检测仪器和设备，例如车辆载重的检测、五金工业的研究等。
三、新型传感器的应用新型传感器具备多种应用场景，例如：智能家居、智能仓储、农业环境、环境监测、海洋科学等领域。
下面列举一些例子。
1. 智能家居智能家居需要安装各种传感器，以自动感知用户的生活方式，并根据用户的需求控制家庭设备。
智能家居的传感器研究需要提高传感器的灵敏度和精度，以达到更高的自动化水平。
2. 智能仓储智能仓储中常用的传感器是温度、湿度和气体传感器。
传感器的应用可监控货物状况，确保仓库的良好保存，从而避免物品的腐坏。
3. 农业环境农业环境中的新型传感器的应用非常广泛，例如检测土壤中的氮、磷、钾等成分，监测气候变化和极端天气情况。
传感器可优化农业生产和提高农产品产量。
基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器及应用
随着现代科技的不断发展，越来越多的新型传感器被研发出来，并得以在各个领域得到应用。
其中，基于拉曼光谱散射的新型分布式光纤温度传感器便是一个备受关注的新兴技术。
该传感器利用了拉曼光谱散射的原理，通过测量光纤中的信号传输时间差，以提取信号所对应的温度值。
由于光纤能够沿着任意方向进行传输，并且成本低廉、安装方便，因此这种基于光纤的分布式温度传感技术具有很高的应用价值。
在实际应用中，该传感器可广泛应用于各种需要进行温度监测的场景中。
比如，在核电站的运行过程中，需要对反应堆中的温度进行实时监测，以确保核电站的安全运行。
而基于光纤温度传感器的技术，正是非常适合用于这种高温、高辐射的恶劣环境中。
此外，这种传感器还可以广泛应用于工业自动化、石油化工、医疗仪器、环境监测等领域。
通过利用光纤温度传感器提供的准确温度数据，可以实现对各种工业流程、生产设备等的精准控制，从而提高生产效率、降低工业生产的成本和风险。
总之，基于拉曼光谱散射的分布式光纤温度传感器是一种非常实用的传感技术，具有精准、可靠、可控、安全等多种特点。
随着技术的不断发展，该传感器将在更多领域得到广泛应用，为改善人类生产、生活环境，提供更为精准的监测数据和数据支持。
新型传感器的研究现状及未来发展趋势传感器是一种现代化技术所必需的元件，它能够将各种物理量转化为电信号。
传感器的应用范围广泛，例如自动化生产、交通运输、医疗诊断、安全监测等领域，因此传感器技术的发展对现代化生产、生活、科学技术的发展有着非常重要的作用。
传感器的种类很多，根据测量的物理量不同，可以分为温度传感器、压力传感器、流量传感器、湿度传感器、加速度传感器、光学传感器等等。
在这些传感器中，新型传感器是一种备受关注的技术。
一、新型传感器的研究现状1. MEMS技术传感器MEMS是微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System）的缩写，它是一种微型化的电气机械系统，它能够将机械元件和电子元件进行集成化处理。
因此，MEMS技术传感器的优势在于体积很小、功耗低、响应速度快、可靠性高、价格便宜等等。
如今，MEMS技术传感器的应用已经非常广泛，例如手机中的加速度传感器、陀螺仪、磁力计、压力传感器等等，这些传感器的应用大大提升了手机的功能和用户体验。
2. 光纤传感器光纤传感器是一种基于光学原理的传感器，它使用光的传输来测量物理量。
与传统传感器相比，光纤传感器具有很多优势，例如高灵敏度、抗干扰能力强、安全可靠、经济实用，能够实现长距离传递、分布式检测等等。
目前，光纤传感器主要应用在石油天然气、交通运输、环境监测、生命科学等领域。
例如，在石油天然气开采中，光纤传感器可以测量油井的温度、压力、流量等参数，可以帮助确定油井的产量和工作状态，并且可以提高油井的生产效率。
3. 生物传感器生物传感器主要是应用在医疗诊断领域中的，它能够检测人体内的生物分子、细胞和组织等信息。
例如，可以测量血液中的血糖、白细胞计数、酸碱度等指标，可以帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
目前，生物传感器技术发展非常迅速，尤其是以DNA、RNA 等为基础的生物传感器，它可以快速、准确地检测病原体、基因变异等信息，有望成为未来医疗诊断中的主要手段。
交通流监测中的新型传感器应用在现代交通管理中，交通流监测是至关重要的环节。
它不仅有助于优化交通信号控制、提高道路通行效率，还能为交通规划和决策提供有力的数据支持。
随着科技的不断进步，新型传感器的出现为交通流监测带来了更高效、更准确的解决方案。
传统的交通流监测方法，如环形线圈探测器和视频监控，在一定程度上满足了过去的需求，但也存在着诸多局限性。
环形线圈探测器安装和维护成本较高，且容易受到路面损坏的影响；视频监控则在恶劣天气条件下可能出现图像模糊、识别不准确的问题。
为了克服这些缺点，新型传感器应运而生。
其中，微波雷达传感器是一种常见的新型交通流监测设备。
它通过发射微波信号并接收反射回来的信号，来检测车辆的速度、流量和占有率等信息。
与传统方法相比，微波雷达传感器具有安装方便、不受光照和天气条件影响的优点。
无论是在白天还是夜晚，无论是晴天还是雨天，它都能稳定工作，提供准确的监测数据。
激光雷达传感器也是近年来备受关注的新型传感器之一。
它利用激光束对周围环境进行扫描，能够精确测量车辆的位置、形状和速度。
这种传感器的精度非常高，可以区分不同类型的车辆，甚至能够检测到车辆的细微动作。
在交通流量较大、车辆类型复杂的路段，激光雷达传感器能够发挥出其独特的优势，为交通管理提供更为详细和准确的信息。
地磁传感器则是另一种在交通流监测中表现出色的新型设备。
它通过检测车辆经过时对地磁场的干扰来判断车辆的存在和通过时间。
地磁传感器的优点是隐蔽性好，不会对道路景观造成影响，而且能耗低，使用寿命长。
在城市道路的交叉口和路段中，地磁传感器可以有效地监测车辆的流向和流量，为交通信号控制提供实时数据。
除了上述几种传感器，还有一些基于无线通信技术的新型传感器也逐渐应用于交通流监测。
例如，蓝牙传感器通过检测车辆上蓝牙设备的信号来获取车辆的行驶轨迹和速度信息。
这种传感器不需要在道路上安装大量的硬件设备，只需要在关键位置设置接收器即可，降低了安装和维护成本。
新型传感器的原理和应用传感器是一种能够将物理量或化学反应等转换为数字信号的电子设备，而新型传感器则指的是在传统传感器的基础上，加入了新的元器件或采用了更先进的原理进行设计的传感器。
新型传感器具有更高的精度、更广的适用范围及更好的可靠性，因此在当前的信息时代中被广泛应用于各种领域中。
一、新型传感器的原理1、光电传感器光电传感器是利用光电器件将光信号转换为电信号的传感器。
例如，常见的反光式传感器是利用发射器发出的光束被反射回来后被接收器接收的原理，作为触发电平来控制设备的运行。
2、声波传感器声波传感器是采用超声波、声纳等原理来测量物体的位置、形状等参数的传感器。
例如，超声波定位装置利用了超声波发射器和接收器之间的反射原理，通过计算返回的时间和距离来确定物体的位置。
3、生物传感器生物传感器是基于生物学原理、技术和材料，在微观尺度下建立的一种新型传感器。
例如，基于DNA的生物传感器就是通过在电极表面固定DNA分子，利用DNA分子与目标分子的特异性识别性，达到检测目标分子的目的。
二、新型传感器的应用1、智能家居智能家居可以通过无线网络连接智能传感器，从而实现温度、湿度、烟雾、气体、光照等参数的实时监测和远程控制。
例如，利用温湿度传感器可以实现室内温度的调节，通过烟雾传感器可以及时检测火灾情况。
2、工业制造传感器技术在工业制造领域的应用十分广泛，实现了整个生产链的自动化和数字化。
例如，采用压力传感器，可以实时检测液压系统的压力变化，从而确保工程机械的运行安全。
3、医疗健康新型传感器的应用在医疗健康领域也具有巨大潜力。
例如，通过生物传感器可以检测人体内的生理指标，如血液中的葡萄糖、脂肪等，从而帮助人们实现远程监测和健康管理。
4、无人驾驶随着人工智能的发展和传感器技术的不断更新，无人驾驶技术已取得了长足进步。
例如，利用激光雷达和摄像头等传感器，可以在车辆运行时检测周围环境，进而实现自主驾驶的功能。
总之，新型传感器具有越来越广泛的应用领域，未来将会有更多类别、更先进的传感器技术不断涌现，为人类的生活带来更多的便利和安全。
新型传感器技术在无线物联网中的应用随着物联网技术的不断发展和普及，传感器技术也逐渐成为了物联网的重要一环，为物联网的应用提供了大量数据和信息。
在无线物联网应用中，各种类型的传感器作为数据源，持续地采集和传输信息。
新型传感器技术的不断涌现，使得物联网的应用领域得到了进一步的扩展和深化。
一、新型传感器技术的类型和特点在物联网应用中，常用的传感器技术有光学传感器、声学传感器、热传感器、压力传感器、光纤传感器等。
其中光学传感器可以实现高精度的测量，声学传感器适用于检测声波信号，热传感器通常用于温度检测，压力传感器可以进行压力的检测和测量，光纤传感器可以检测光强度。
新型传感器技术主要表现在以下方面：1.智能化：新型传感器技术具备处理、控制、分析功能，可以实现数据的智能处理和有效利用。
2.小型化：新型传感器技术可以制造更小、更精密的传感器，以适应更为复杂、精细的检测应用。
3.多元化：新型传感器技术可以实现多种检测指标的同时检测和测量，拓展了传感器的应用范围。
4.网络化：新型传感器技术可以通过网络实现信息的实时传输和共享，增强了传感器的协同作用和应用效能。
二、新型传感器技术在无线物联网中的应用1.智能家居新型传感器技术在智能家居中的应用愈加广泛，支持着人们更便捷、更高效的生活方式。
例如，利用智能温湿度传感器可以检测房间的温度、湿度，并可通过无线网络将数据传输回中央控制器，控制器可以根据这些数据自动调整室内空调的工作状态，以实现室内温度的自动控制。
智能照明系统通过光学传感器实时检测周围的光照强度，根据时间、场景等多种情况自动控制照明的开灭，实现节能、舒适的照明效果。
2.环保监测新型传感器技术在环保监测领域中的应用也非常广泛，可以实时、动态的监测大气、水质、土壤等多种环境因素。
例如，压力传感器可以检测河道流量、水位，实时监测水体的水质，光学传感器可以检测空气中的细颗粒物、污染物的含量，极大地提升了环保监测的精度和实时性。
传感器课程论文课程名称：现代传感器的特点及用途学校：南京信息工程大学学院：电子和信息工程学院专业：电子信息工程系姓名：学号：日期：2010年12月19日现代传感器的特点及用途摘要：本学期我学习了传感器和检测技术，通过一段时间的学习，从中了解到了许多以前不知道的事情，以下是自己通过老师的讲解所获得的一点感受。
传感器技术是现代科技的前沿技术，是现代信息技术的三大支柱之一，其水平高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。
传感器产业也是国内外公认的具有发展前途的高技术产业，它以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。
革开放20多年来，我国的传感器技术及其产业取得了长足进步，主要表现在：一是建立了“传感技术国家重点实验室”、“微米/纳米国家重点实验室”、“国家传感技术工程中心”等研究开发基地；二是MEMS、MOEMS等研究项目列入了国家高新技术发展重点；三是在“九五”国家重点科技攻关项目中，传感器技术研究取得了51个品种86个规格的新产品；四是初步建立了敏感元件和传感器产业，2000年总产量超过13亿只，品种规格已有近6000种，并已在国民经济各部门和国防建设中得到一定使用。
关键词：感受重要标志传感器产业高技术产业发展前途目录1. 微型化（Micro） (4)1.1 由计算机辅助设计（CAD）技术和微机电系统（MEMS） (4)技术引发的传感器微型化1.2 微型传感器使用现状 (5)2. 智能化（Smart） (5)2.1 智能化传感器的特点 (5)2.2 智能化传感器的发展和使用现状 (6)3. 多功能传感器（Multifunction）3.1 多功能传感器的执行规则和结构模式 (7)3.2 多功能传感器的研制和使用现状 (8)4. 无线网络化（wireless networked） (9)4.1 传感器网络 (9)4.2 传感器网络研究热点问题和关键技术 (10)4.3 传感器网络的使用研究 (10)5. 结语 (13)1. 微型化（Micro）为了能够和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；和此同时，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。
MEMS传感器和智能传感器的发展MEMS传感器（Micro-Electro-Mechanical Systems Sensor）是一种微型化电子机械系统传感器，能够将电子元件和机械元件集成在一起，用于测量和感知环境中的各种物理量。
随着科技的不断进步，MEMS传感器已经成为现代智能设备的基础元件之一，广泛应用于汽车、智能手机、医疗器械、工业控制等领域。
随着智能设备和物联网的快速发展，MEMS传感器的应用范围也在不断扩大，其市场规模也在不断增长。
MEMS传感器采用微纳加工技术制造，具有体积小、功耗低、成本低等优点，逐渐替代了传统的机械传感器和电子传感器，成为了智能化装置中不可或缺的一部分。
随着人工智能、大数据分析等技术的不断发展，MEMS传感器也在不断升级和优化，以满足智能设备对高精度、高灵敏度、多功能化的需求。
MEMS传感器的发展史自20世纪60年代起源于美国，经过数十年的发展，已经成为了现代传感技术的重要代表。
与传统的机械传感器相比，MEMS传感器无需机械元件的运动，其具有更高的稳定性和可靠性。
与电子传感器相比，MEMS传感器体积更小、功耗更低，具有更好的集成性和适应性。
MEMS传感器不仅在物联网、智能设备等领域广泛应用，也在科学研究、军事装备等领域发挥着重要作用。
随着MEMS传感器技术的不断成熟和完善，另一种新型的智能传感器也逐渐走入人们的视野。
智能传感器是利用现代信息技术、微电子技术和传感技术相结合，利用嵌入式系统、通信技术等实现对环境物理量的感知和测量，并能够实现数据处理、分析和智能控制的一种新型传感器。
智能传感器与传统的传感器相比，能够更加智能化、自动化地完成对环境的感知和控制，可以实现实时监测、数据采集、远程控制等功能。
智能传感器的发展正是与MEMS传感器技术的发展相辅相成。
MEMS传感器作为智能传感器的核心部件之一，为智能传感器的发展提供了技术基础和支撑。
智能传感器利用MEMS 技术制造出更小、更精密、更智能的传感器，使得传感器的应用范围更广、功能更强大。
新型传感器原理及应用
传感器是一种能将感知到的物理量转换成电信号或其他所需形式的设备。
新型传感器通常采用了一些先进的原理和技术，以满足更高的精度、灵敏度和稳定性要求。
下面将介绍一些新型传感器的原理及应用。
1. 压电传感器：压电传感器利用压电效应，即材料在受到压力作用时会产生电荷或电势变化的原理。
这种传感器常见于力传感、加速度和压力测量等领域，如车辆碰撞感应系统、智能手机屏幕触摸等。
2. 光电传感器：光电传感器利用光电效应，即光的照射能够使材料产生电荷或电势变化的原理。
光电传感器的应用非常广泛，包括光电开关、光电编码器、光电障碍物检测等。
3. 磁传感器：磁传感器主要利用磁敏效应，即材料在受到磁场作用时会产生电荷或电势变化的原理。
磁传感器常用于测量磁场强度、位置和方向等，如磁力计、地磁传感器等。
4. 生物传感器：生物传感器是一类针对生物分子或细胞等生物学特性进行检测和分析的传感器。
其原理可以包括免疫反应、酶反应、DNA杂交等，常见的应用有生物医学检测、环境监
测和食品安全等。
5. 气体传感器：气体传感器用于检测和测量空气中的气体成分。
常见的原理包括化学反应、电化学反应和光学吸收等。
这种传感器广泛应用于环境监测、工业生产和安全防护等领域。
以上只是一些新型传感器的原理及应用的简要介绍，随着科技的不断发展，还会有更多新型传感器出现，并应用在更多领域中。
这些传感器的原理和技术的发展将为人们生活和工作带来更多便利和创新。
现代传感器的原理及应用概述传感器是现代科技领域中不可或缺的重要组成部分，它可以将环境中的各种物理量转化为电信号，以便进行处理和分析。
现代传感器的原理和应用范围非常广泛，应用于许多行业和领域，如物联网、医疗、农业、工业等。
本文将介绍现代传感器的原理及其在各个领域的应用。
现代传感器的原理现代传感器的工作原理基于不同的物理效应，包括电子、光学、声学、热学、化学等。
下面列举了几种常见的现代传感器的工作原理：1.压力传感器：利用压电效应将物理量转化为电信号。
2.温度传感器：基于热敏效应，测量温度的变化。
3.光电传感器：利用光敏元件检测和转换光信号。
4.加速度传感器：通过测量物体的加速度来检测物体的运动状态。
5.气体传感器：利用化学反应将气体浓度转化为电信号。
现代传感器通过使用这些原理来实现对不同物理量的测量和监测。
它们广泛应用于各个领域，如自动化控制系统、环境监测、医疗设备等。
现代传感器的应用物联网物联网是近年来非常热门的技术领域，传感器在物联网系统中扮演着至关重要的角色。
通过将传感器连接到物联网平台，可以实现对物理世界的实时监测和数据采集。
以下是一些物联网应用中常见的传感器：•温湿度传感器：用于监测环境中的温度和湿度，广泛用于智能家居、农业等领域。
•压力传感器：用于监测管道、容器中的液体压力，可应用于工业控制、水利工程等领域。
•光照传感器：用于检测光照强度，可用于智能照明系统和环境监测。
医疗传感器在医疗领域也发挥着重要作用，可以用于监测和诊断患者的生理指标，提高医疗效率和质量。
以下是一些医疗领域常见的传感器：•心电传感器：用于监测心电图，可以检测心脏功能异常。
•血氧传感器：用于测量血液中的氧气含量，对呼吸系统疾病的诊断和治疗非常重要。
•血糖传感器：用于监测血液中的葡萄糖水平，对糖尿病患者的监护至关重要。
农业农业领域也广泛应用传感器技术，通过对土壤、气候等要素的实时监测，可以提高农作物的产量和质量。
以下是农业领域中常见的传感器：•土壤湿度传感器：用于监测土壤中的湿度，可实现精确的灌溉控制。
新型传感器技术在环境监测中的应用随着现代工业和城市化的进一步推进，环境污染问题越来越凸显，环境监测变得越来越重要。
新型传感器技术的发展，为环境监测提供了更为精确、高效、便捷的手段。
一、新型传感器技术的发展传感器是指能够将物理量或化学量转化为可测量的电信号的设备。
随着科技的不断进步，传感器技术得到了迅速发展。
目前，新型传感器技术主要分为三类：光学传感器、微电子传感器和纳米传感器。
光学传感器利用光学原理来检测物质，其具有高精度、高灵敏度、高选择性等特点。
例如，光学气体传感器可用于检测大气中的硫化氢、氨气、甲烷等有害气体。
与传统传感器相比，光学传感器既不受干扰，又具有快速响应的优势。
微电子传感器则是运用微电子技术设计、制造的传感器，具有体积小、功耗低、价格便宜等特点。
微电子传感器可用于检测环境中的物理量、化学量、生物量等，例如温度、湿度、气压等。
纳米传感器是一种通过纳米技术设计制造的传感器。
纳米传感器具有高灵敏度、高特异性、高响应速度的特点。
其可以用于检测空气中的颗粒物、水中的微生物、土壤中的重金属等。
二、新型传感器技术在环境监测中的应用新型传感器技术在环境监测中得到广泛应用，主要体现在以下几个方面：1. 大气环境监测大气环境污染是城市化进程中不可避免的问题。
通过在城市中部署大量的传感器，可以实现对大气环境实时监测。
例如，在中国，北京市已经建设了大气环境监测网络，通过传感器检测大气中的颗粒物、污染物等，为环境保护提供了重要的参考依据。
2. 土壤环境监测土壤环境中存在的重金属、有机物等物质会对植物生长、人类健康等产生危害。
通过布置传感器，可以对土壤环境进行实时监测。
例如，在中国，宁波市建立了土壤环境监测系统，从而对城市土壤环境进行监测，对土壤重金属、有机物等进行检测，为环境保护提供科学依据。
3. 水资源监测水资源是人类生命、工业生产等不可或缺的物质。
而水资源中的污染物则会对人体、动物、植物等产生影响。
通过传感器检测水中的pH值、溶解氧量、硝酸盐等参数，可以了解水资源的污染状况。
传感器简介9.1 气体传感器气体传感器又叫气敏传感器，主要用来监测气体中的特定成分，并将其变成相应的电信号输出。
气体传感器的应用很广，在日常生活中，有检测饮酒者呼气中的酒精含量的传感器；测量汽车空燃比的氧气传感器；家庭和工厂用的煤气泄漏传感器；火灾之后检测建筑材料发出的有毒气体传感器；坑内沼气警报器等。
9.1.1 气体传感器的分类气体传感器可分为半导体气体传感器、固体电解质气体传感器和组合电位型传感器等多种类型，其中最常见的是半导体气体传感器。
气体传感器的类型虽然很多，但对它们有以下几个基本要求：(1) 对被测气体要有高的灵敏度；(2) 选择性要好，即对和被测气体共存的其他气体不敏感；(3) 能够长期稳定地工作；(4) 检测和报警要迅速。
9.1.2 半导体气体传感器对于半导体气体传感器，按照半导体与气体的相互作用是在其表面还是在其内部，可分为表面控制型和体控制型两种；按照半导体变化的物理性质，又可分为电阻型和非电阻型两种。
电阻型半导体气体传感器是利用半导体接触气体时其阻值的改变来检测气体的成分或浓度；而非电阻型半导体气体传感器则是根据对气体的吸附和反应，使半导体的某些特性发生变化，对气体进行直接或间接检测。
下面简单介绍电阻型半导体气体传感器的基本原理。
半导体气体传感器是利用气体在半导体表面的氧化还原反应导致敏感元件组织发生变化而制成的。
9.2 湿度传感器湿度传感器是用于感受大气湿度并转换成适当电信号输出的传感器。
湿度传感器的分类常见的湿度传感器主要有两大类，一类是水分子亲和力型湿度传感器；另一大类是非水分子亲和力型湿度传感器。
具体分类见表9-1。
表9-1 湿度传感器分类9.2.2 水分子亲和力型湿度传感器9.2.2.1 氯化锂湿度传感器氯化锂湿度传感器是电解质湿度传感器的代表。
它是利用电阻值随环境相对湿度变化而变化的机理制成的。
氯化锂湿度传感器的结构是在条状绝缘基片的两面，用化学沉积或真空蒸镀法做上电极，再浸渍一定比例配置的氯化锂-聚乙烯醇混合溶液，经老化处理，便制成了氯化锂湿度传感器，其结构如图9-1所示。
氯化锂湿度传感器的优点是检测滞后小，不受测试环境风速影响，检测精度高。
缺点是耐热性差，不能用于露点以下测量。
若用作露点检测，氯化锂湿度传感器必须3个月左右清洗一次和涂敷(浸渍)氯化锂，故维护麻烦。
9.2.2.2 半导体陶瓷湿度传感器半导体陶瓷湿度传感器通常用两种以上的金属氧化物半导体材料混合烧结成多孔陶瓷，ZnO-LiO2-V2O5系、Si-Na2O-V2O5系、TiO2-MgO-Cr2O3系和Fe3O4等。
前三种材料的电阻率随湿度增加而下降，故称为负特性湿度半导瓷；最后一种的电阻率随湿度增加而增大，故称为正特性湿度半导瓷。
9.2.2.3 高分子电容式湿度传感器高分子电容式湿度传感器是利用湿度元件的电容值随湿度变化的原理进行湿度测量的。
具有感湿的高分子聚合物，例如，乙酸-丁酸纤维素和乙酸-丙酸纤维素等，做成薄膜，它们具有迅速吸湿和脱湿的能力。
薄膜覆盖在叉指形金电极上(下电极)，然后在感湿薄膜表面上再蒸镀一层多孔金属膜(上电极)，如此就构成一个平行板电容器。
结构如图9-2所示。
当环境中的水分子沿着上电极的毛细微孔进入感湿膜而被吸附时，湿度元件的电容值与相对湿度之间具有正比关系。
9.2.2.4 石英振动式湿度传感器在石英晶片的表面涂敷聚胺脂高分子膜，当膜吸湿时，由于膜的重量发生变化而使石英晶片振荡频率发生变化，不同的频率就代表不同的湿度。
9.2.3 非水分子亲和力型湿度传感器水分子亲和力型湿度传感器，因为响应速度低，可靠性差，不能很好地满足人们使用的要求。
随着其他技术的发展，现在人们正在开发非水分子亲和力型的湿度传感器。
例如，利用微波在含水蒸气的空气中传播，水蒸气吸收微波使其产生一定损耗而制成的微波型湿度传感器；利用水蒸气能吸收特定波长的红外线这一现象构成的红外湿度传感器等。
它们都能克服水分子亲和力型湿度传感器的缺点。
因此，开发非水分子亲和力型湿度传感器是湿度传感器重要的研究方向。
9.3 微波传感器9.3.1 微波的基本知识微波是波长很短(1m～1mm)、频率很高300MHz～300GHz的电磁波，既具有电磁波的性质，又不同于普通的无线电波和光波。
微波具有以下特点：遇到各种障碍物易于反射；绕射能力差；传输特性良好，传输过程中受烟、灰尘和强光等的影响很小；介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用最强。
9.3.2 微波传感器的结构和工作原理微波振荡器和微波天线是微波传感器的重要组成部分。
微波振荡器是产生微波的装置。
由于微波波长很短，频率很高，要求振荡回路非常小的电感和电容，因此，不能用普通晶体管构成微波振荡器。
构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某些固体元件。
小型微波振荡器也可以采用场效应管。
由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管，波长在10cm以上可用同轴线传输，并通过天线发射出去，为了使发射的微波信号具有一致的方向性，天线应具有特殊的结构和形状。
常用的天线有喇叭形天线和抛物面天线等。
如图9-3所示为几种形式的微波天线。
图9-3 微波天线由发射天线发出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使其功率发生变化。
若利用接收天线接收透过被测物或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测量电路处理，就实现了微波检测。
9.3.3 微波传感器的分类1.反射式传感器这种传感器通过检测被测物反射回来的微波功率或经过时间间隔来表达被测物的位置和厚度等参数。
2.遮断式传感器这种传感器通过检测接收天线接收到的微波功率的大小，来判断发射天线与接收天线间有无被测物或被测物的位置等。
9.3.4 微波传感器的应用9.3.4.1 微波液位计如图9-4所示为微波液位计检测示意图，相距为S的发射天线和接收天线间构成一定的角度。
波长为的微波从被测液位反射后进入接收天线。
接收天线接收到的功率将随被测液面的高低不同而异。
接收天线接收的功率，可表示为(9-1)图9-4 微波液位计检测示意图9.3.4.2 微波物位计如图9-5所示为微波开关式物位计示意图。
当被测物位较低时，发射天线发出的微波束全部由接收天线接收，经放大器、比较器后发出正常工作信号。
当被测物位升高到天线所在的高度时，微波束部分被吸收，部分被反射，接收天线接收到的功率相应减弱，经放大器、比较器就可给出被测物位高出设定物位的信号。
当被测物低于设定物位时，接收天线接收到的功率P0为(9-2)被测物位升高到天线所在高度时，接收天线接收的功率Pr为(9-3)图9-5 微波开关式物位计示意图9.3.4.3 微波湿度(水份)传感器水分子是极性分子，常态下成偶极子形式杂乱无章地分布在物质中。
在外电场作用下，偶极子会形成定向排列。
当微波场中有水分子时，偶极子受场的作用而反复取向，不断从电场中得到能量储能，又不断释放能量放能，前者表现为微波信号的相移，后者表现为微波的衰减。
这种特性可用水分子自身的介电常数 来表征，即(9-4)9.3.4.4 微波测厚仪9.4 图像传感器机械量测量中有关形状和尺寸的信息以图像方式表达最为方便，目前较实用的图像传感器是用电荷耦合器件构成的，简称CCD(Charge Coupled Device)。
它分为一维的和两维的，前者用于位移、尺寸的检测，后者用于平面图形、文字的传递。
CCD器件具有集成度高、分辨率高、固体化、低功耗及自扫描能力等一系列优点，已广泛应用于工业检测、电视摄像、高空摄像及人工智能等领域。
9.4.1 感光原理图像是由像素组成行，由行组成帧。
对于黑白图像来说，每个像素应根据光的强弱得到不同大小的电信号，并且在光照停止之后仍能把电信号的大小保持记忆，直到把信息传送出去，这样才能构成图像传感器。
所以CCD图像传感器主要由光电转换和电荷读出转移两部分组成，光电转换的功能是把入射光转变成电荷，按像素组成电荷包存储在光敏元件之中，电荷的电量反映该像素元的光线的强弱，电荷是通过一段时间积累起来的。
CCD器件是MOS金属-氧化物-半导体电容构成的MOS电容光敏元件，能实现像素的光电转换。
在P型硅衬底上通过氧化形成一层二氧化硅，然后再淀积小面积的金属铝作为电极(称栅极)，其结构虽是金属-氧化物-半导体，但没有扩散源极和漏极，如图9-8所示。
P型硅里的多数载流子是空穴，少数载流子是电子。
当金属电极上施加正电压超过金属电极与衬底间的开启电压时，其电场能够透过二氧化硅绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引，于是空穴被排斥到远离电极处，电子被吸引到紧靠二氧化硅层的表面上来。
由于没有源极向衬底提供空穴，在电极下形成一个P型耗尽区，这对带负电的电子而言是一个势能很低的区域——陷阱，电子一旦进入就不能复出，故又称为电子势阱。
当器件受到光照射(光可从各电极的缝隙间经过二氧化硅层射入，或经衬底的薄P型硅射入)，光子的能量被半导体吸收，由于内光电效应产生电子—空穴对，这时出现的电子被吸引存储在势阱中。
光越强，势阱中收集的电子越多；光弱则反之。
这样就把光的强弱变成电荷的数量多少，实现了光电转换。
而势阱中的电子是被存储状态，即使停止光照，一定时间内也不会损失，这就实现了对光照的记忆。
总之，上述结构实质上是一个微小的MOS电容，用它构成像素，既可感光又可留下潜影，感光作用是靠光强产生的电子积累电荷，潜影是各个像素留在各个电容里的电荷不等而形成的，若能设法把各个电容器里的电荷依次传送到他处，再组成行和帧并经过显影，就实现了图像的传递。
图9-8 CCD基本结构示意图9.4.2 转移原理由于组成一帧图像的像素总数太多，只能用串行方式依次传送，在常规的摄像管里是靠电子束扫描的方式工作的，在CCD器件里也需要用扫描实现各像素信息的串行化。
不过CCD器件并不需要复杂的扫描装置，只需外加如图9-9(a)所示的多相脉冲转移电压依次对并列的各个电极施加电压就能办到。
图中 1、 2、 3是相位依次相差120°的3个脉冲源，其波形都是前沿陡峭后沿倾斜。
若按时刻t1～t5分别分析其作用，可结合图9-9(b)讨论其工作原理。
(a) 转移电压(b) 转移过程图9-9 CCD电荷转换原理在排成直线的一维CCD器件里，电极1～9分别接在三相脉冲源上。
将电极1～3视为一个像素，在 1为正的t1时刻里受到光照，于是电极1之下出现势阱，并收集到负电荷电子。
同时，电极4和7之下也出现势阱，但因光强不同，所收集到的电荷不等。
在时刻t2，电压 1已下降，然而 2电压最高，所以电极2、5、8下方的势阱最深，原先储存在电极1、4、7下方的电荷部分转移到2、5、8下方。
到时刻t5，上述电荷已全部向右转移一步。
如此类推，到时刻t5已依次转移到电极3、6、9下方。
