机器人制造中常用的7大传感器技术Word格式文档下载.docx

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物理传感器是检测物理量的传感器。

它是利用某些物理效应，把被测量的物理量转化成为便

于处理的能量形式的信号的装置。

其输出的信号和输入的信号有确定的关系。

主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。

作为例子，让我们看看比较常用的光电式传感器。

这种传感器把光信号转换成为电信号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其他物理量成为光信号。

其主要的原理是光电效应：

当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应包括电子发射、电导率和电位电流等。

显然，能够容易产生这样效应的器件成为光电式传感器的主要部件，比如说光敏电阻。

这样,我们知道了光电传感器的主要工作流程就是接受相应的光的照射，通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声的处理，就得到了所需要的输出的电信号。

这里的输出电信号和原始的光信号有一定的关系，通常是接近线性的关系，这样计算原始的光信号就

不是很复杂了。

其它的物理传感器的原理都可以类比于光电式传感器。

物理传感器的应用范围是非常广泛的，我们仅仅就生物医学的角度来看看物理传感器的应用情况，之后不难推测物理传感器在其他的方面也有重要的应用。

比如血压测量是医学测量中的最为常规的一种。

我们通常的血压测量都是间接测量，通过体表检测出来的血流和压力之间的关系，从而测出脉管里的血压值。

测量血压所需要的传感器通常都包括一个弹性膜片，它将压力信号转变成为膜片的变形，然后再根据膜片的应变或位移转换成为相应的电信号。

在电信号的峰值处我们可以检测出来收缩压，在通过反相器和峰值检测器后，种传感器外形我们可以得到舒张压，通过积分器就可以得到平均压。

让我们再看看呼吸测量技术。

呼吸测量是临床诊断肺功能的重要依据，在外科手术和病人监护中都是必不可少的。

比如在使用用于测量呼吸

频率的热敏电阻式传感器时，把传感器的电阻安装在一个夹子前端的外侧，把夹子夹在鼻翼上，当呼吸气流从热敏电阻表面流过时，就可以通过热敏电阻来测量呼吸的频率以及热气的状态。

再比如最常见的体表温度测量过程，虽然看起来很容易，但是却有着复杂的测量机理。

体表温度是由局部的血流量、下层组织的导热情况和表皮的散热情况等多种因素决定的，因此测量皮肤温度要考虑到多方面的影响。

热电偶式传感器被较多的应用到温度的测量中，通常有杆状热电偶传感器和薄膜热电偶传感器。

由于热电偶的尺寸非常小，精度比较高的可做到微米的级别，所以能够比较精确地测量出某一点处的温度，加上后期的分析统计，能够得出比较全面的分析结果。

这是传统的水银温度计所不能比拟的，也展示了应用新的技术给科学发展带来的广阔前景。

从以上的介绍可以看出，仅仅在生物医学方面，物理传感器就有着多种多样的应用。

传感器的发展方向是多功能、有图像的、有智能的传感器。

传感器测量作为数据获得的重要手段，是工业生产乃至家庭生活所必不可少的器件，而物理传感器又是最普通的传感器家族，灵活运用物理传感器必然能够创造出更多的产品，更好的效

光纤传感器

近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。

在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。

光纤具有很多优异的性能，例如：

抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信

丿息、。

光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以

用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。

在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。

目前光纤传感器已经有70

多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。

所谓光纤自身的传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量。

外接的被测量物理量能够引起测量臂的长度、折射率、直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。

测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉（比较），使输出的光的相位发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。

光纤中传输的相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10的负4次方弧度的微小相位变化所对应的物理量。

利用光纤的绕性和低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。

光纤声传感器就是一种利用光纤自身的传

感器。

当光纤受到一点很微小的外力作用时，就会产生微弯曲，而其传光能力发生很大的变化。

声音是一种机械波，它对光纤的作用就是使光纤受力并产生弯曲，通过弯曲就能够得到声音的强弱。

光纤陀螺也是光纤自身传感器的一种，与激光陀螺相比，光纤陀螺灵敏度高，体积小，成本低，可以用于飞机、舰船、导弹等的高性能惯性导航系统。

如图就是光纤传感器涡轮流量计的原理。

另外一个大类的光纤传感器是利用光纤的传感器。

其结构大致如下：

传感器位于光纤端部，光纤只是光的传输线，将被测量的物理量变换成为光的振幅，相位或者振幅的变化。

在这种传感器系统中，传统的传感器和光纤相结合。

光纤的导入使得实现探针化的遥测提供了可能性。

这种光纤传输的传感器适用范围广，使用简便，但是精度比第一类传感器稍低。

光纤在传感器家族中是后期之秀，它凭借着光纤的优异性能而得到广泛的应用，是在生产实践中值得注意的一种传感器。

仿生传感器

仿生传感器，是一种采用新的检测原理的新型传感器，它采用固定化的细胞、酶或者其他生物活性物质与换能器相配合组成传感器。

这种传感器是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型的信息技术。

这种传感器的特点是机能高、寿命长。

在仿生传感器中，比较常用的是生体模拟的传感器。

仿生传感器按照使用的介质可以分为：

酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、组织传感器等。

在图中我们可以看到，仿生传感器和生物学理论的方方面面都有密切的联系，是生物学理论发展的直接成果。

在生体模拟的传感器中，尿素传感器是最近开发出来的一种传感器。

下面就以尿素传感器为例子介绍仿生传感器的应用。

尿素传感器，主要是由生体膜及其离子通道两部分构成。

生体膜能够感受外部刺激影响，离子通道能够接收生体膜的信息，并进行放大和传送。

当膜内的感受部位受到外部刺激物质的影响时，膜的透过性将产生变化，使大量的离子流入细胞内，形成信息的传送。

其中起重要作用的是生体膜的组成成分膜蛋白质，它能产生保形网络变化，使膜的透过性发生变化，进行信息的传送及放大。

生体膜的离子通道，由氨基酸的聚合体构成，可以用有机化学中容易合成的聚氨酸的聚合物（L一谷氨酸，PLG）为替代物质，它比酶的化学稳定性好。

PLG是水溶性的，本不适合电机的修饰，但PLG和聚合物可以合成嵌段共聚物，形成传感器使用的感应膜。

生体膜的离子通道的原理基本上与生体膜一样，在电极上将嵌段共聚膜固定后，如果加感应PLG保性网络变化的物质，就会使膜的透过性发生变化，从而产生电流的变化，由电流的变化，便可以进行对刺激性物质的检测。

尿素传感器经试验证明是稳定性好的一种生体模拟传感器，检测下限为10的负3次方的数量级，还可以检测刺激性物质，但是暂时还不适合生体的计测。

目前，虽然已经发展成功了许多仿生传感器，但仿生传感器的稳定性、再现性和可批量生产性明显不足，所以仿生传感技术尚处于幼年期，因此，以后除继续开发出新系列的仿生传感器和完善现有的系列之外，生物活性膜的固定化技术和仿生传感器的固态化值得进一步研究。

在不久的将来，模拟生体功能的嗅觉、味觉、听觉、触觉仿生传感器将出现，有可能超过人类五官的敏感能力，完善目前机器人的视觉、味觉、触觉和对目的物进行操作的能力。

我们能够看到仿生传感器应用的广泛前景，但这些都需要生物技术的进一步发展，我们拭目以待这一天的到来。

红外传感器

红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。

红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：

（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；

（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；

（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图象；

（4）红外测距和通信系统；

混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。

红外系统的核心是红外探测器，按照探测的机理的不同，可以分为热探测器和光子探测器两大类。

下面以热探测器为例子来分析探测器的原理。

热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。

检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。

多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。

当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。

（来源：

机器人网）