Ｄ. 生物电子传感器
基本组成：生物功能膜＋离子敏场效应管(ISFET)
E. 光生物传感器 基本组成：催化发光反应的酶＋光电二极 管或晶体管等半导体器件
二．智能结构中的光纤传感系统
1. 智能材料与智能系统中传感系统的选择： A. 满足强度相容要求 埋入后不使原材料强度下降或下降很小 测量动态范围应与基体材料的工作强度和外加 载荷相匹配 B. 满足界面相容要求 C. 满足工艺相容要求 埋入不给基体材料的生产带来困难; 传感介质能经受基体材料制作中压力等的考验 D. 满足场分布相容要求 埋入后不影响基体材料内各种物理场(例如应 力场、电磁场、振动模式)的分布
例如CdS光敏电阻 利用光电效应工作的光传感器：
例如硅光电二极管 利用其他原理工作的光传感器：
例如利用光电发射效应的光电倍增管， 利用热释电效应的红外检测光传感器等．
６．力学量传感器 压力电阻式：加速度传感器
荷重传感器 压力电阻传感器(力敏电阻) 压电式：加速度传感器 荷重传感器 扭矩传感器 压力传感器 光电、磁电式传感器：位移传感器 其他：集成压力传感器 电容式压力传感器 Si热线式流量传感器等
E. 满足尺寸相容要求 应有足够小的体积，不影响基体材料组
分和物理性能的连续性 2. 光纤传感器的特点：
A. 电绝缘 B. 抗电磁干扰 C. 非侵入性(无论对电磁场还是速度场) D. 高灵敏度 E. 容易实现对被测信号的远距离监控
3. 光纤传感器类型 A. 干涉型光纤传感器：
相位调制光纤传感器： 光学现象：磁致伸缩 磁致伸缩 萨格纳克效应 光弹效应等 测量参数：电流、磁场，电场、电压， 角速度 振动、压力、加速度、位移 温度
II ．在混凝土中放入电流变体，当传感器监 测到振动时，可将振动信号输送给计算机， 计算机根据振动情况对梁施加电压，使液 体固化，使梁强韧性增加，当振动减弱后， 电压消除，电流变体恢复液态，梁又变得 很有柔性．
３．机器人
利用形状记忆合金独特的感知温度并出 现位移、将热能转变为机械能的特性，将 其安装在机器人的手足和筋骨动作部分， 可使机器人依据环境温度执行各种动作任 务。
它是材料科学、人工智能、信息科学、机械 科学、生物科学、化学和物理等学科高度 发展、相互交叉的产物。
三．智能材料系统与结构的组成 母体材料 传感器 中央处理器 驱动器 通信网络
四．智能材料系统与结构的基本组元材料
感知材料
信息材料
执行材料
+ ++
+五．智能材料的应用
１．航天航空飞行器
电子智能材料与智 能系统及结构
§4.1 绪 论
一．功能材料的分类
I．感知材料： 对外界(或内部)的刺激强度(如应力、应
变、热、光、电、磁、化学和辐射等)具有 感知功能的材料．
II．驱动材料： 对外界环境条件(或内部状态)所发生的
变化能作出响应或驱动的材料(机敏材料或 智能材料)．
二．智能材料的定义
7. 磁敏传感器 霍尔元件：
利用半导体在磁场作用下的霍尔效应工作 磁敏元件：
利用半导体中的磁阻效应工作 磁敏晶体管：
利用磁场作用下结区导电性能的变化工作 磁敏集成电路：
把霍尔元件或磁阻元件与单元电路集成于 一块芯片上，制成集成电路的磁敏传感器。
8. 湿度传感器 湿敏电阻器 湿敏电容器 湿敏晶体管
以最佳条件响应外界环境的变化，且按 这种变化显示自己功能的材料．它们可以 感到外界环境的变化，并针对这种变化作 出瞬时主动响应，具有自诊断、自适应、 自修复和寿命预报以及靠自身驱动完成特 定功能(如振动控制)的能力，智能材料和结 构密切相关，互为一体，因此确切说法应 为智能材料和结构(简称智能材料)．
4．气体传感器
所利用的特性 实例
被检测的气体
电 表面电阻
阻 体电阻 型
体电阻
SnO2 γ-Fe2O3 TiO2
可燃气体 乙醇，可燃气体 O2
非 固体电解质 ZrO2
O2,SO2
电 二极管整流特性 Pd/TiO2 H2,CO,乙醇
阻 型
晶体管特性
Pd-
H2,H2S
MOSFET
５．光传感器 利用光电导效应工作的光传感器：
基本组成: 固化后的酶膜+气体电极=酶电极 葡萄糖传感器通过测定酶作用后氧含量实现定糖. 反应式:
C6H12O6+O2C6H10O6+H2O2 生物催化剂为葡萄糖生物酶
B. 微生物传感器 基本组成: 固化的微生物膜+电化学装置 分为: 好气性微生物和厌气性微生物
C. 免疫传感器 利用抗体对抗原的识别功能和与抗原结合 的功能工作的．
2．传感器的分类 温度传感器 力学量传感器 气体传感器 光传感器 磁传感器 湿度传感器 电压传感器 生物传感器 离子传感器
3．温度传感器 电阻式：陶瓷热敏电阻器(PTC,NTC,CTR)
金属电阻器(正的电阻温度系数) PN结式：温度敏晶体管
集成温度传感器 热电式：热电偶 辐射式：光学测温计
光电测温计
不同材料的连接处存在很大的应力集中， 采用智能系统可加以调节并将其分散转移 到别处；
座舱壁采用智能系统能减弱振动和噪音， 使飞机飞行更平稳；
在关键部件上安装智能部件，起“神经 系统”、“肌肉”、“大脑”作用，能感 觉即将出现的故障，并作自我修复。
２．建筑与工程结构
可自行愈合的混凝土：
I．在混凝土中埋入内装入裂纹修补剂的空心 纤维，当混凝土开裂时，空心纤维断裂， 释放出粘结修补剂，从而把裂纹牢牢焊接 在一起，防止裂纹扩展；
9. 电压敏传感器 按结构分： 体型压敏传感器 结型压敏传感器 单颗粒层型压敏电阻器 薄膜型压敏电阻器
10. 生物传感器 利用酶、抗体、微生物等作为敏感元件的探测
器，将探测器上所产生的物理量、化学量的变化 转变为电信号的一种传感器。
• 必须具有识别功能的生物敏感膜—感受器和换能 器两部分。
• 类型： A. 酶传感器:
4．日常生活
既保温又散热的衣服：活动量小时起保温 作用，活动量大时起散热作用；
人造胰腺细胞：根据血糖水平释放胰岛素
§4.２ 智能结构中的传感系统
一．传感器概述 １．何谓传感器及敏感元件？
一种将各种物理和化学信息按一定的规 律转换成电信号的功能器件，具有信息感 知、信息变换和信息传输的功能．
＊传感器技术是获取信息的手段，是构成现 代信息技术的主要技术，它与信息处理的 计算机技术、信息传输的通讯技术是现代 信息技术的三大支柱。