教学课件PPT敏感材料与传感器技术研究现状及发展.ppt

主要参考资料 蒋亚东，谢光忠编著.敏感材料与传感器.电子科技大学出版社，2008年。 刘迎春，叶湘滨等著.现代新型传感器原理与应用.国防工业出版社，2000年5月。 张福学著，现代压电学.科学出版社，2002年6月。 联系方式 谢光忠 Email: gzxie@uestc.edu.cn Tel: 考试方式 考核方式：闭卷笔试 成绩评定： 平时考核成绩（30%） 期末考试成绩（70%） 主要内容 1.1传感器定义 传感器(Transducer/Sensor)的定义是：传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换电路组成。 敏感元件是指传感器中能直接感受被测量的部分，转换电路指传感器中能将敏感元件输出转换为适合于传输和测量的电信号部分。 经典应用实例 1.5 敏感材料 1.5.1 什么叫敏感材料？ 1.5.2 敏感材料的分类 1.5.3 敏感材料基本特性 1.5.1 什么叫敏感材料? 敏感材料是指对电、光、声、力、热、磁、气体分布等待测量的微小变化而表现出性能明显改变的功能材料。 1.5.2 敏感材料的分类 导电材料 介电材料 压电材料 热电材料 光电材料 磁性材料 透光和导光材料 发光材料 激光材料 非线性光学材料 光调制用材料 红外材料 隐身材料 梯度功能材料 机敏材料和智能材料 纳米材料 仿生材料 1.5.2 敏感材料的分类 金属功能材料 半导体材料 陶瓷功能材料 高分子功能材料 复合功能材料 金属功能材料 磁性材料 弹性材料 热电偶 热敏电阻材料 应用电阻合金 形状记忆材料 半导体材料 半导体材料最主要的特点是对温度、光、电、磁、各种气体及压力等外界因素具有敏感特性，是制造磁敏、热敏、光敏、力敏、离子敏等传感器件的主要材料。 陶瓷功能材料 热敏陶瓷 压敏陶瓷 湿敏陶瓷 气敏陶瓷 光敏陶瓷 高分子功能材料 导电性高分子材料 变换性高分子材料 生物传感器用高分子材料 绝缘性高分子材料 高分子光纤 复合功能材料 材料复合技术发展较晚，从双层到多层的复合，它可以克服单去材料的某些弱点，发挥单层材料的各自长处。 包括金属系复合功能材料、陶瓷系复合材料、高分子系复合材料以及金属与高分子、金属与陶瓷、陶瓷与高分子材料间的复合。 复合功能材料的发展对各种敏感器件的研究与开发有着较大的影响。 传感器发展的必要性 带激励源型——为转换元件外加辅助能源构成的型式。 辅助能源：起激励作用，可以是电源也可以是磁源。 特点：需要变换（测量）电路即有较大的电量输出。 例子：某些磁电式和霍尔等电磁感应式传感器。 相同传感器的补偿型(4) 采用两个原理和特性完全相同的转换元件，并置于同一环境中 其中一个接受输入信号和环境影响，另一个只接受环境影响，通过线路，使后者消除前者的环境干扰影响。 这种构成法在应变式、固态压阻式等传感器中常被采用。 不同传感器的补偿型(6) 第3节 敏感材料与传感器技术研究现状及发展 小结 收获 体会 自源型——为仅含转换元件的最简单、最基本的传感器构成型式。 特点：①不需要外能源；②其转换元件具有从被测对象直接吸取能量，并转换成电量电效应；③输出能量较好。 例子：热电偶，压电器件等。 自源型(1) 敏感元件 输入 输出 第2节 传感器基本构成型式 带激励源型(2) 敏感元件 辅助能源 输入 输出 第2节 传感器基本构成型式 特点： ①由利用被测量实现阻抗变换的转换元件构成； ②必须通过带外电源的变换（测量）电路，才能获得电量输出。 外源型(3) 转换电路 输出 敏感元件 电源 输入 第2节 传感器基本构成型式 敏感元件 敏感元件 输入 输出 环境量 第2节 传感器基本构成型式 也采用两个原理和特性完 全相同的转换元件，同时接收 被测输入量，并置于同一环境 中。巧妙的是，两个转换元件 对被测输入量作反向转换，对 环境干扰量作同向转换，通过 变换（测量）电路，使有用输 出量增加，干扰量相消。如差 压传感器等。 差动结构补偿型(5) 敏感元件 敏感元件 电源 输出 输入 环境量 （转换电路） ＋ － 第2节 传感器基本构成型式 采用两个原理和性质不 相同的转换元件，且不一定 置于同一环境处，其中一个 接受信号，并已知其受环境 影响的特性；另一个接受环 境影响量，并通过电路向前 者提供等效的抵消环境影响 的补偿信号。如：采用热敏 元件的温度补偿，采用压电 补偿片的温度和加速度干扰 补偿等。 敏感元件 敏感元件 电源 输出 输入 环境量 转换电路 第2节 传感器基本构成型式 传感器按其敏感的工作原理，可以分为物理型、化学型和生物型三大类。 物理型传