物性型：利用物质法则构成的传感器，它是利用材料的固态
物理特性及其各种物理、化学效应来检测被测量的，如 光电管、半导体压阻式传感器、压电式等。这类传感器 一般体积小、灵敏度高，可靠性高，稳定、低功耗、易 集成等优点，是传感器技术的主要发展方向之一。
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1.5 传感器的发展趋势
① 固态化：如半导体、压电体、热释电体、铁电体、强磁性等。 ② 微型化： 尺寸上的微型化和性能上的增强性；
④ 数字传感器。能直接输出数字信号的传感器。如美国Dallos公司的
DS18B20温度传感器、Maxim公司的MAX6576温度传感器等。我国诺 威克传感器技术公司、中科院物理所也已相继研制成功Z-元件（光、热、 磁敏）、F-元件（光、磁敏）等数字传感器。
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⑤ 智能传感器。凡具有一种或多种敏感功能、数字量输出、信息存
② 新材料开发及其综合利用的力度加大。硅系材料（单晶硅、
多晶硅等）已成为新型硅传感器的主体材料；非硅系材料（石英、金刚 石薄膜、新型玻璃等）、合成材料（磁阻、铁电、热电、高温超导材料 等）、复合材料以及纳米材料（纳米硅薄膜、纳米陶瓷复合膜）等新型 敏感材料的开发力度得到加强。
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③ 基础理论研究更加受到重视与加强。当传感器芯片尺寸缩小到纳
随着科学技术的发展，智能传感器的功能将逐步加强，它将利用神 经网络技术、传感器信息融合技术、模糊理论等新技术，使传感器具有 更高的智能，可完成多维检测等复杂任务，应用前景更为广阔。
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⑥ 多功能传感器。通常情况下一个传感器只能用来探测一种物
理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映客观事 物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。多功能传感器是由 若干种敏感元件组成的一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探 测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及 其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种 传感器的功能。随着传感器技术和微机电技术的飞速发展，目前 已经可以生产出来将若干种敏感元件总装在同一种材料或单独一 块芯片上的一体化多功能传感器。
要素上集成化和用途上多样性； 功能上的系统化和机构上的复合性
③ 集成化、多功能化
同一类型单个传感器的集成，线性或面型，CCD,B超 结构相似，功能相近：电子鼻 不同功能敏感元件的集成，实现多参数综合检测 把传感器与信号处理及补偿环节集成
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④ 数字化、智能化：“传感技术，智者为尊”，它是将传感
器与信号处理电路及控制电路集成在同一芯片上（或封装在同一 管壳内），通过电路进行信号提取和信号处理，能根据具体情况 自主地对整个传感器系统进行自检测、自诊断、自校正、自补偿、 量程自动转换等。一般功能齐全的智能化传感器较一般传感器具 有以下特点：
④ 传感器广泛应用于各学科领域和社会生活各个方面；
“支撑现代文明的科学技术” “没有传感技术就没有现代科学技术” “谁掌握了传感器，谁就能掌握一个时代”
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传感器的应用领域和需求量
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1.3 传感器工作的物理基础
① 守恒定律：能量、动量、电荷守恒，如皮托管测速，利用流体
能量守恒的伯努利方程。
*② 场的定律：物质在某时刻的状态与物体在空间的位置、分布、
技术包括微结构设计、有限元分析、CAD模拟技术等。在制造方面，新型 传感器也广泛采用先进的制造技术，特别是微电子机械加工技术，传感器 的制作技术进入一个崭新的阶段，开发与更新换代速度加快。
⑤ 紧密结合市场需求，注重新型传感器的产业化。
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1.7 新型传感器的主要类型
① 微型传感器。微传感器是指芯片的特征尺寸为微米级，采用微电
储和记忆、逻辑判断、双向通信、决策、自检、自校准、自补偿、自诊 断、数值处理等功能的器件称为智能传感器。目前研制成功的智能传感 器仅具有上述功能中的一部分，其代表性的产品有：美国Honeywell公 司的DSTJ-3000智能压力变送器；ParScientific公司的1000系列数字式 石英智能化传感器、智能加速度传感器、智能红外传感器等。现在一些 国家正在研究开发可以识别物体形状（态）的触觉传感器以及能分辨不 同气体的嗅觉传感器。
动动方式等之间的关系，如运动法则、电磁场定律等，一般可用物 理方程描述，包括力场、热场、电场、磁场。
*③ 物质法则：表示物质某种客观性质的法则，如弹性材料的虎克
定律、欧姆定律，某些材料的压电、光电、热电、磁电等特性。可 以把这些与物质特性有关的现象分为热平衡现象、传输现象和量子 现象三类。
④ 统计法则：把微观系统和宏观系统联系起来的物理定律,如奈奎
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⑦ 机器人传感器。机器人传感器是指能把智能机器人对内外部
环境感知物理量变换为电量输出的装置。智能机器人通过传感器 实现某些类似于人类的知觉作用。
机器人传感器可分为内部检测传感器和外界检测传感器两大 类。内部检测传感器安装在机器人自身中, 用来感知它自己的状态, 以调整和控制机器人的行动, 通常由位置、加速度、速度及压力传 感器组成。外界传感器用于机器人对周围环境、目标物的状态特 征获取信息, 使机器人—环境之间能发生交互作用, 从而使机器人 对环境有自校正和自适应能力。外界检测传感器通常包括触觉、 接近觉、听觉、嗅觉、味觉等传感器。
转换成可用输出信号的器件或装置。
光、电、热、力、
◆一种借助于检测元形件式频接（率收幅）值、一，大种相小形位等，式的信声息、流，湿量度、并、距按速离一度等、定规 律将它转换成另一种信息的装置。
接收的信息
转换后的信息
物理量、化学量、生物量
一般为电量（电流、电压、电 阻、电感、电容、频率等）
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传感器组成
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1.6 新型传感器研制、生产的特点
当前传感技术已从单一物性型传感器进入功能更为强大、 技术高度集成的新型传感器阶段，新型传感技术已对传统 产业改造、新型工业建立乃至国防建设等重要领域起到了 先导和促进作用。因此各国都把新型传感器的开发和应用 放在很高的战略地位。现代传感器技术的主要研究内容一 方面包括开展基础研究，发现新现象，采用新原理，开发 新材料，采用新工艺，另一方面也包括扩大现有传感器的 功能和应用范围。
斯特定律。
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1.4 传感器的分类
以被测量来分：
热工量：温度、热量、比热、热流、压力、流量、流速等 机械量：位移、尺寸、力、力矩、应力、重量、质量、转速、速度、
振动、加速度、噪声等
物性和成份：化学成分、酸碱度、盐度、浓度、粘度、密度等 状态量：颜色、透明度、表面质量、缺陷、泄露等
以传感器的工作原理来分：
敏感元件(Sensing element)：传感器中能直接感受被测 量的部分；
转换元件(Transduction element)：传感器中能将敏感元 件输出量转换为适合传输、检测和处理的电信号 的部分；
注：
①并不是所有的传感器都能明显分清敏感元件和转换元件两部分，而是 合二为一，如半导体气体传感器、光电传感器等 ②在有些国家和学科领域，传感器也称为变换器、探测器、检测器等。
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③ 光纤、光电、红外及固态图像传感器。光纤传感器分为功能
型和传光型两大类。根据被测参量的不同, 光纤传感器又可分为位移、压 力、温度、流量、速度、加速度、振动、应变、电压、电流、磁场、化 学量、生物量等各种光纤传感器，目前已经实用的光纤传感器可测量物 理量达70 多种；图像传感器是利用光电器件的光—电转换功能, 将其感 光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的“图像”电信号的一种功 能器件；红外传感器是将红外辐射能转换成电能的一种光敏器件, 通常称 为红外探测器。常见的红外探测器有两类: 热探测器和光子探测器。
开尔文
为了纪念他在科学上的功绩，国际计 量大会把热力学温标（即绝对温标） 称为开尔文（开氏）温标，热力学温 度以开尔文为单位，是现在国际单位 制中七个基本单位之一。
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钱学森(1911-2009)
信息技术包括测量 技术、计算机技术 和通信技术，测量 技术是信息技术的 关键和基础。
钱学森
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王大珩(1915- )
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新型传感器的技术基础、类别及其应用
应 用 领 域
⑥ 光学化和图像化：如激光微电子技术，不仅用于信息的接收和
显示，而且用于信号的转换和远距离传输。利用光固有的特性如 振幅、波长、相位、偏振角等参数，以及光在传播中的反射、吸 收、折射、散射、干涉等现象和效应，可开发多种用途的光传感 器。应用图像传感器，使对某一点测量由一维向二维、三维甚至 四维扩展。
米尺度时，许多物理现象将与宏观领域有极大的差别，一些传统的常规理 论将需要作修正。因此，微观尺度下的基础理论（如尺度效应和表面效应， 微液体学、力学热力学和微光学基础理论以及微机械特性和摩擦学等）研 究显得尤为重要，迫切需要建立完整的微观尺度的理论体系。
④ 先进的设计制造技术得到广泛应用，新型传感器研制、生 产及更新换代的速度加快。在新型传感器的设计中已广泛采用计算机
仪器仪表是工业生产 的“倍增器”，是高 新技术和科研的“催 化剂”，在军事上体 现的是“战斗力”。
王大珩等
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传感器在国民经济和社会发展中的作用
① 传感技术是现代科技的前沿技术，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；
② 传感器是现代测控系统不可缺少的关键一环； ③ 传感器是信息工业的源头，是信息技术的基础与支柱；
第一章 绪 论
1.1 传感器的定义与组成 1.2 传感器的作用 1.3 传感器工作的物理基础 1.4 传感器的分类 1.5 传感器的发展趋势 1.6 新型传感器研制、生产的特点 1.7 新型传感器的主要类型
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1.1 传感器的定义与组成
传感器(Transducer/Sensor)定义
线性、非线性
◆ (GB7665-87)能感受规定的被测量并按照一定的规律
② 微型生物化学芯片。是利用微机械加工工艺在微型硅片上集成样