第1章绪论 1.1传感器的概念 1.1.1传感器的概念 从广义上讲利用某些转换功能将种种外界信号变换成可以直接测量的信号的器件， 称为传感器。也可以说：从被检测的参量中提取有用信息的器件，称为传感器。 1.1.2传感器的重要性 传感器的作用相当于人的五官有人把计算机比喻为人的大脑的延续称为“电脑”， 而传感器比喻为感觉器官的延续，成为“电五官”。 自动化的程度愈高，系统对传感器的依赖性愈大，传感器对系统的性能起着决定性 的作用，即没有“电五官”就不可能实现自动化。因此，国内外许多国家都将传感器列 为尖端技术。如：美国、日本等发达国家，传感器倍受重视，常有人说：“如果征服了 传感器，就几乎等于征服了科学技术”。 现在人类社会已经进入信息时代，因而信息技术对社会发展，科学进步将起决定性 作用。现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理，它们就是传感器技术、 计算机技术和通信技术。而且传感器在信息采集系统中处于前端，其性能将会影响整个
第 1 章 绪 论 从广义上讲利用某些转换功能将种种外界信号变换成可以直接测量的信号的器件， 称为传感器。也可以说：从被检测的参量中提取有用信息的器件，称为传感器。 传感器的作用相当于人的五官，有人把计算机比喻为人的大脑的延续，称为“电脑”， 而传感器比喻为感觉器官的延续，成为“电五官”。 自动化的程度愈高，系统对传感器的依赖性愈大，传感器对系统的性能起着决定性 的作用，即没有“电五官”就不可能实现自动化。因此，国内外许多国家都将传感器列 为尖端技术。如：美国、日本等发达国家，传感器倍受重视，常有人说：“如果征服了 传感器，就几乎等于征服了科学技术”。 现在人类社会已经进入信息时代，因而信息技术对社会发展，科学进步将起决定性 作用。现代信息技术的基础是信息采集、信息传输与信息处理，它们就是传感器技术、 计算机技术和通信技术。而且传感器在信息采集系统中处于前端，其性能将会影响整个
·2· 传感器技术设计与应用 系统的工作状态和质量。 1.1.3当今传感器技术的发展动向 一是开展基础研究，重点研究传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的智能化。 1.1.4传感器的国外发展情况及我国的对策 1.1.4.1国外发展情况 美国传感器的发展战略是先军用后民用，先提高后普及的特点，产值和销售额约占 世界一半；日本发展传感器的特点是立足于市场的需要，先普及后提高，既自行设计创 新，又由美国引进和仿制。政府对传感器极为重视。因此，近年来，日本是传感器发展 速度最快的国家；在20世纪80年代，苏联就十分重视传感器技术的发展，要求各部门 联合起来，共同制定跨部门的"传感器”规划。开展四个方面的工作：①研究新材料； ②研究新工艺；③研究竞争力强，能批量生产的新型传感器；④开展传感器系列化和批 量生产的计量工作 1.1.4.2我国的对策 我国传感器产业主要集中在机械电子工业、航空航天、科研院所和高等院校等部门。 传感器企事业单位达1300多家，居世界之首。近年来，我国也出现了”传感器热”，从 而大大促进了传感器的发展。为了加速发展我国的传感器技术，从以下几个方面着手
·2· 系统的工作状态和质量。 一是开展基础研究，重点研究传感器的新材料和新工艺；二是实现传感器的智能化。 1.1.4.1 国外发展情况 美国传感器的发展战略是先军用后民用，先提高后普及的特点，产值和销售额约占 世界一半；日本发展传感器的特点是立足于市场的需要，先普及后提高，既自行设计创 新，又由美国引进和仿制。政府对传感器极为重视。因此，近年来，日本是传感器发展 速度最快的国家；在 20 世纪 80 年代，苏联就十分重视传感器技术的发展，要求各部门 联合起来，共同制定跨部门的“传感器”规划。开展四个方面的工作：①研究新材料； ②研究新工艺；③研究竞争力强，能批量生产的新型传感器；④开展传感器系列化和批 量生产的计量工作。 1.1.4.2 我国的对策 我国传感器产业主要集中在机械电子工业、航空航天、科研院所和高等院校等部门。 传感器企事业单位达 1300 多家，居世界之首。近年来，我国也出现了“传感器热”，从 而大大促进了传感器的发展。为了加速发展我国的传感器技术，从以下几个方面着手：
第1章绪论 3· ①重点研究新材料、新工艺；②大学、研究所和工厂联合开发传感器，缩短中间环节， ③全国统一规划，联合开发，政府制定发展传感器的优惠政策，选择50-100个带方向性 的重点课题给予资助。 1.2检测技术的重要性与自动检测系统的构成 1.2.1检测技术的重要性 检测是科学地认识各种现象的基础性的方法和手段。从这种意义上讲，检测技术是 所有科学技术的基础。检测技术又是科学技术的重要分支，是具有特殊性的专门科学和 专门技术。随着科学技术的进步和社会经济的发展，检测技术也正在迅速地发展，反过 来检测技术的发展又进一步促进着科学技术的进步。同眼、耳、鼻等感觉器官对于人类 的重要作用相类似，测量装置（传感器、仪器仪表等）作为科学性的感觉器官，在工业 生产、科学研究、企业的科学管理方面是不可缺少的。企业越是科学地高度发展，越需 要科学的检测， 1.2.2自动检测系统的构成 1.2.21定义 自动检测系统是自动测量、自动计量、自动保护、自动诊断、自动信号等诸系统的 总称
1 ·3· ①重点研究新材料、新工艺；②大学、研究所和工厂联合开发传感器，缩短中间环节； ③全国统一规划，联合开发，政府制定发展传感器的优惠政策，选择 50-100 个带方向性 的重点课题给予资助。 检测是科学地认识各种现象的基础性的方法和手段。从这种意义上讲，检测技术是 所有科学技术的基础。检测技术又是科学技术的重要分支，是具有特殊性的专门科学和 专门技术。随着科学技术的进步和社会经济的发展，检测技术也正在迅速地发展，反过 来检测技术的发展又进一步促进着科学技术的进步。同眼、耳、鼻等感觉器官对于人类 的重要作用相类似，测量装置（传感器、仪器仪表等）作为科学性的感觉器官，在工业 生产、科学研究、企业的科学管理方面是不可缺少的。企业越是科学地高度发展，越需 要科学的检测。 1.2.2.1 定义 自动检测系统是自动测量、自动计量、自动保护、自动诊断、自动信号等诸系统的 总称
·4- 传感器技术设计与应用 1.2.2.2构成框图 系统共同点：都包含被检测量、敏感元件、电子测量电路；系统的区别：在于输 出单元（见图1-1）。如果：①输出单元是显示器或记录器，则该系统叫自动测量系统： ②输出单元是计数器或累加器，则该系统叫自动计量系统；③输出单元是报警器，则 该系统叫自动保护系统（或叫自动诊断系统）：④输出单元是处理电路，则该系统叫自 动管理系统（或自动控制系统或部分数据分析系统， 检量敏元件 电子测量电路 输出单元 图11自动检测系统构成 13传感器与检测技术的发展方向 1.3.1发现新现象 利用物理现象、化学反应和生物效应是各种传感器工作的基本原理。所以发现新现 象与新效应是发展传感器技术的重要工作，是研制新型传感器的重要基础，其意义极为 深远。 如：日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁传感器，是传感器技术的重大 突破，其灵敏度比霍尔器件高，仅次于超导量子干涉器件，而其制造工艺远此超导量子 干涉器件简单，它可用于磁成像技术，具有广泛的推广价值
·4· 1.2.2.2 构成框图 系统共同点：都包含被检测量、敏感元件、电子测量电路；系统的区别：在于输 出单元（见图 1-1）。如果：①输出单元是显示器或记录器，则该系统叫自动测量系统； ②输出单元是计数器或累加器，则该系统叫自动计量系统；③输出单元是报警器，则 该系统叫自动保护系统（或叫自动诊断系统）；④输出单元是处理电路，则该系统叫自 动管理系统（或自动控制系统或部分数据分析系统）。 图 1-1 自动检测系统构成 利用物理现象、化学反应和生物效应是各种传感器工作的基本原理。所以发现新现 象与新效应是发展传感器技术的重要工作，是研制新型传感器的重要基础，其意义极为 深远。 如：日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁传感器，是传感器技术的重大 突破，其灵敏度比霍尔器件高，仅次于超导量子干涉器件，而其制造工艺远比超导量子 干涉器件简单，它可用于磁成像技术，具有广泛的推广价值
第1章绪论 5 1.3.2开发新材料 传感器材料是传感器技术的重要基础。如：半导体氧化物可以制造各种气体传感器， 而陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它 研制的传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料做传感器材料的研究，引起国内外 学者的极大兴趣。 1.3.3采用微型加工技术 半导体技术中的加工方法：如氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺、各向异性 腐蚀以及蒸镀、溅射薄膜工艺都可引进用于传感器制造，因而制造出各种各样的新型传 感器。 1.3.4研究多功能集成传感器 日本丰田研究所，开发出同时检测Na、K、H等多离子传感器。传感器芯片尺寸： 2.5×0.5mm㎡，仅用一滴血液即可同时快速检测出其中Na、K+、H的浓度，对医院临床 非常适用与方便。 1.3.5智能化传感器 智能化传感器是一种带微处理器的传感器，它兼有检测、判断和信息处理功能。其 典型产品，如： 美国霍尼尔公司的ST-3000智能化传感器，其芯片尺寸：3×4×2mm3,采用半导体 工艺，在同一芯片上制作CPU、EPPOM和静压、差压、温度等三种敏感元件
1 ·5· 传感器材料是传感器技术的重要基础。如：半导体氧化物可以制造各种气体传感器， 而陶瓷传感器工作温度远高于半导体，光导纤维的应用是传感器材料的重大突破，用它 研制的传感器与传统的相比有突出的特点。有机材料做传感器材料的研究，引起国内外 学者的极大兴趣。 半导体技术中的加工方法：如氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺、各向异性 腐蚀以及蒸镀、溅射薄膜工艺都可引进用于传感器制造，因而制造出各种各样的新型传 感器。 日本丰田研究所，开发出同时检测 Na+ 、K+、H+等多离子传感器。传感器芯片尺寸： 2.5×0.5mm2，仅用一滴血液即可同时快速检测出其中 Na+ 、K+、H+的浓度，对医院临床 非常适用与方便。 智能化传感器是一种带微处理器的传感器，它兼有检测、判断和信息处理功能。其 典型产品，如： 美国霍尼尔公司的 ST-3000 智能化传感器，其芯片尺寸：3×4×2mm3，采用半导体 工艺，在同一芯片上制作 CPU、EPPOM 和静压、差压、温度等三种敏感元件