多功�傳感�(multifunctional transducer� 一般是指用一�(gè)傳感器能同時(shí)感受兩種或兩種以上的被測(cè)�,并�(zhuǎn)換成可以接收和處理的信號(hào)的裝置。例�。采用特殊陶瓷材�,就能制出可以同�(shí)檢測(cè)溫度和濕度的多功能傳感器。又如在一�(gè)�膜片上,在預(yù)先設(shè)�(jì)的不同位置處�(kuò)散上電阻圖案,就可以同時(shí)�(cè)出差�、靜壓和溫度�
多功能傳感器是傳感器技�(shù)中的一�(gè)新的�(fā)展方�?,F(xiàn)在一般的單一傳感器只能測(cè)量一種物理量或化�(xué)量。在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天等�(lǐng)域,為了�(zhǔn)確全面地�(rèn)�(shí)�(duì)象或�(huán)�,往往需要同�(shí)�(cè)量多�(gè)物理�、化�(xué)�,因此希望盡可能把幾�(gè)敏感元件制作在一�,使一�(gè)傳感器能夠同�(shí)�(cè)量幾�(gè)參數(shù),具有多種功能。例�,使用特殊的陶瓷把溫度和濕度敏感元件集成在一�,做成溫濕度傳感器;把檢�(cè)鈉離子和鉀離子的敏感元件集成在一�(gè)基片�,制成測(cè)量血液中離子成分的傳感器;將檢測(cè)幾種不同氣體的敏感元件用厚膜制造工藝作在一�(gè)基片上,制成能夠檢測(cè)H2S、C8H18、NH3等多四種氣體的多功能傳感器;在同一硅片上制作應(yīng)變計(jì)和溫度敏感元�,制成同�(shí)�(cè)量壓力和溫度的多功能傳感�,該傳感器還可以�(shí)�(xiàn)溫度�(bǔ)��
多功能傳感器和微處理�(jī)、信�(hào)處理電路�(jié)合起�(lái),就組成多功能智能傳感器�
一般的傳感器多為一�(gè)傳感器測(cè)量一�(gè)參數(shù),而目前開�(fā)的則是利用一�(gè)傳感器測(cè)量多�(gè)參數(shù)的多功能傳感�。如日本開發(fā)出的可同�(shí)檢測(cè)Na+、K+和H+離子的傳感器,用這種傳感器可同時(shí)檢測(cè)血液中的鈉、鉀和氫離子濃度,對(duì)診斷心血管疾患有很大的意�。該傳感器的尺寸�2.5×0.5mm2,可直接用導(dǎo)管送到心臟�(nèi)�(jìn)行測(cè)��
氣體傳感器在多功能方面的�(jìn)步有代表性。如圖所示的是能夠同�(shí)�(cè)量H2S、C8H18、C10H20O、NH3四種氣體的多功能傳感器的�(jié)�(gòu)示意�。從圖中可見(jiàn)共有六�(gè)用不同感知材料制成的敏感部分、其敏感材料有ZnO、SnO2、WO3、WO3(Pt�、SnO2(Pd�、ZnO(Pt),它們對(duì)被測(cè)的四種氣體雖均有響應(yīng),但其響�(yīng)的靈敏度卻有很大差別,根�(jù)其從不同敏感部分之輸出差異即可測(cè)出被�(cè)氣體的濃�。這種多功能氣體傳感器用厚膜制造工藝作在同一基板�,在�(cè)量時(shí)需要加��
如果把六�(gè)敏感暎所輸出的信息輸入微�(jì)算機(jī),就是一種多功能智能氣體傳感��
?�?)多功能傳感器系�(tǒng)由若干種各不相同的敏感元件組�,可以用�(lái)同時(shí)�(cè)量多種參�(shù)。例�,可以將一�(gè)溫度探測(cè)器和一�(gè)濕度探測(cè)器配置在一起制造成一種新的傳感器,這種新的傳感器就能夠同時(shí)�(cè)量溫度和濕度�
?�?)將若干種不同的敏感元件精巧地制作在單獨(dú)的一塊硅片中,從而構(gòu)成一種高度綜合化和小型化的多功能傳感�。由于這些敏感元件是被綜裝在同一塊硅片中�,它們無(wú)論何�(shí)都工作在同一種條件下,所以很容易�(duì)系統(tǒng)誤差�(jìn)行補(bǔ)償和校正�
?�?)借助于同一�(gè)傳感器的不同效應(yīng)可以獲得不同的信息。以線圈為例,它所表現(xiàn)出來(lái)的電容和電感是各不相同的�
?�?)在不同的激�(lì)條件�,同一�(gè)敏感元件將表�(xiàn)出來(lái)不同的特征。而在電壓、電流或溫度等激�(lì)條件均不相同的情況下,由若干種敏感元件組成的一�(gè)多功能傳感器的特征可想而知將會(huì)是多么的千差�(wàn)�。有�(shí)候簡(jiǎn)直就相當(dāng)于是若干�(gè)不同的傳感器一樣,其多功能特征可謂名副其實(shí)�
集成化多功能傳感器是傳感器技�(shù)中一�(gè)新的�(fā)展方�。一般的單一傳感器只能測(cè)量一�(gè)物理�,在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天等�(lǐng)�,為了準(zhǔn)確全面地�(rèn)�(shí)�(duì)象或�(huán)境,以�(jìn)一步�(jìn)行控�,往往需要同�(shí)�(cè)量多�(gè)物理�。因此希望盡可能把幾種敏感元件制作在一�,使一�(gè)傳感器能同時(shí)�(cè)量幾�(gè)參數(shù),具有多種功�,這種多功能傳感器不但體積�、功能強(qiáng),而且采集的信息集中,便于處理�
一般來(lái)�(shuō),傳感器的多種功能可以由一�(gè)敏感元件的不同物理(或化�(xué))效�(yīng)及其不同的特性來(lái)�(shí)�(xiàn)。隨著傳感器及微加工技�(shù)的發(fā)�。人們也可以在同一材料或硅片上制作幾種敏感元件,制成集成化多功能傳感器。幾種不同的敏感元件組合在一起形成一�(gè)傳感�。這種多功能傳感器可以同時(shí)�(cè)量幾�(gè)參數(shù),各敏感元件相互�(dú)立的。例如把�(cè)溫度和測(cè)濕度敏感元件組合在一起,可以同時(shí)�(cè)量溫度和濕度。把幾種不同的敏感元件制作在一�(gè)硅片上,制成集成化多功能傳感器具有更大的�(yōu)越�。這種傳感器的集成度高、體積小。同�(shí)由于集成在一�(gè)芯片�,各�(gè)敏感元件的工作條件相同,容易�(shí)�(xiàn)相互�(bǔ)償和校正,這是�、功能傳感器的發(fā)展的一�(gè)方向�
目前的集成化敏感器件多采用薄膜或厚膜技�(shù)制備,例如真率蒸�(fā)、高頻濺射和噴霧等技�(shù)。一種超微粒薄膜集成氣敏元件是這樣制造的:首先在硅單晶片上制�(kuò)散電阻和�(cè)溫二極管,后在其上覆蓋二氧化硅膜,再做好電極,在電極上覆蓋SnO2超微粒薄�,形成集成氣體敏感元�。SnO2薄膜晶粒的平均粒度為幾十納米到幾百納�,比表面積達(dá)100�200m2/g。這種傳感器的比表面積大,比塊狀材料有更高的靈敏度和響應(yīng)速度。用厚膜技�(shù)制備的傳感器有:在磷灰石濕度敏感器件的外面涂覆ZnO厚膜材料以檢�(cè)氣體和濕度;在濕敏傳感器的RuO2電極上制作氣敏ZnO膜等�(gòu)成溫一濕敏傳感器多孔陶瓷材�;在MgCr2O4、NiCr2O4等濕敏襯底上面制作Ag—Pd、RuO2等導(dǎo)電體,然后在上面制作Mn—Co—Ni系NTC熱敏電阻厚膜,組成熱敏—濕敏復(fù)合傳感器�
隨著集成化技�(shù)的發(fā)展和半導(dǎo)體細(xì)加工技�(shù)的�(jìn)�,傳感器逐漸采用集成化技�(shù),實(shí)�(xiàn)高性能化和微型化。集成溫度傳感器、集成壓力傳感器等早已被使用,今后將有更多集成傳感器被開�(fā)出來(lái)�
多功能傳感器�(wú)疑是�(dāng)前傳感器技�(shù)�(fā)展中一�(gè)全新的研究方�,日前有許多�(xué)者正在積極從事于該領(lǐng)域的研究工作。如將某些類型的傳感器�(jìn)行適�(dāng)組合而使之成為新的傳感器,如用來(lái)�(cè)量流體壓力和互異壓力的組合傳感器。又�,為了能夠以較高的靈敏度和較小的粒度同時(shí)探測(cè)多種信號(hào),微型數(shù)字式三端口傳感器可以同時(shí)采用熱敏元件、光敏元件和磁敏元件;這種組配方式的傳感器不但能夠輸出模擬信號(hào),而且還能夠輸出頻率信�(hào)和數(shù)字信�(hào)�
各種類型的仿生傳感器是較熱門的研究領(lǐng)�,而且在感�、刺激以及視聽辨別等方面已有研究成果問(wèn)�。從�(shí)用的角度考慮,多功能傳感器中�(yīng)用較多的是各種類型的多功能觸�(jué)傳感�,譬如人造皮膚觸�(jué)傳感器就是其中之一,這種傳感器系�(tǒng)由PVDF材料、無(wú)觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)以及具有壓力敏感傳導(dǎo)功能的橡膠觸�(jué)傳感器等組成。無(wú)觸點(diǎn)超聲波傳感器、紅外輻射引�(dǎo)傳感�、薄膜式電容傳感�、以及溫度、氣體傳感器等在美國(guó)本土�(yīng)用甚��
這種多功能傳感器已應(yīng)用于差壓變送器上。具體情況是,該傳感器輸出的差壓、靜壓和溫度三�(gè)信號(hào)�(jīng)前置放大,A/D變換送入微處理器�,其中靜壓和溫度信號(hào)用于�(duì)差壓�(jìn)行補(bǔ)償,�(bǔ)償處理后的差壓再�(jīng)D/A變換�4�20mA的標(biāo)�(zhǔn)信號(hào)輸出,也可經(jīng)�(shù)字接口直接輸出數(shù)字信�(hào)�
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