MY_SOBER
一氧化碳是一种无色无味、易燃易爆的有毒气体，是碳基燃料燃烧后不完整后的主要产物。我们可以用一氧化碳所占燃烧气体的比例来表示燃烧的效率。即便国家对汽车尾气排放的审核标准一再提高，但是随着人们与日俱增的对物质需求的提升和人均用车量导致CO等温室的气体污染不断加重。在原矿进行提炼时，整个能量转化过程比较容易释放煤气。因为在现代化的生活与工业生产中，煤气属于中关键性能源，伴随社会发展与进步，煤气使用、生产以及运输规模不断变大，而煤气中一氧化碳的含量比较多。并且其中一氧化碳占比将近97，基本等同于空气含量，所以扩散难度比较大，经常会聚集在某个区域。如果一个区域中一氧化碳的含量达到特定浓度，极易引起爆炸的事故。同时一氧化碳是无味无色的气体，比较难察觉，这种气体是有毒的气体，所以经常会见到一氧化碳的中毒事件。一氧化碳这种剧毒性的气体，最主要的危害有两点：一是会污染大气环境，二是会一氧化碳会使得人体内细胞缺氧而导致人机体细胞死亡。如果人体血液的循环系统中进入了一氧化碳，这种气体就会结合血红蛋白，生产碳氧的血红蛋白，这种血红蛋白比较难解离，导致人的组织细胞缺氧甚至死亡。二氧化碳是一种完全燃烧的产物，通常用于定量摄入EGR水平;它也是一种重要的温室气体，与CO一起，是一种燃烧完成度和总排碳量的测量方法。因此，如何在生活以及工作环境对一氧化碳和二氧化碳进行准确检测，对于今后生态环境保护至关重要。在国内环境污染不断加重以及检测技术不够先进的背景下，各种检测设备老化，因为这些诸多问题，需要将环境的监测领域投资加大，继而推动光纤气体的监测技术发展。就目前而言，国内大气质量的周报中，五大主要污染源就是臭氧、PM10、二氧化氮、二氧化硫以及一氧化碳，这些气体监测仪主要源自国外，并且这些仪器主要采取光化学方式监测，就监测技术发展的态势来看，最新一代的监测技术是光谱学与光学技术，这两种技术即为差分吸收的光谱技术。[i]1 气体传感技术的现状和发展趋势伴随全球工业化的革命发展，生产力提升和日新月异科技的发展却导致环境污染变得越来越严重，环境保护已成为了全世界不得不一起共同面对的巨大挑战。各国政府都设置环境保护的组织，旨在经科学手段检测污染源，合理的运用新型的传感测量技术是针对环境污染最有效监控途径。近几年来，世界各国对环境保护投资比较大，通过大量物力以及人力对新型传感的器件进行开发，用来对未知的污染源进行识别，同时对已知的污染源变化进行监测。有学者预测，环境保护传感器的市场会逐渐扩大，直至在未来环境保护方面市场份额达到举足轻重的地位。仅仅在我国2016年对传感器需求就达到了30亿只，换算市值可达到1200亿元。光纤传感技术是一种七十年代后期才逐渐开始发展起来的新技术。但是我国中高档传感器几乎均靠国外进口，国内缺乏对新型光纤传感技术为原理的新型传感器研发和产品化。而由于光纤传感器有极高的灵敏度和精度、轻细柔软便于安装、良好的化学稳定性和安全抗干扰性的特性，能补足传统传感器的种种局限，因此我们可以断言光纤传感器将会在未来环境监控上起到重大的作用和影响。气体检测传感器的发展趋势是：由劳动密集型向技术密集型方向发展。气体检测现在主要经大型工业的实验室以及人工采样方式来处理，今后应该转向智能化、机械化以及自动化的方向。由物理理论领域监测向全方位信息领域监测的方向发展。4．向新材料新工艺传感器发展。向物理、电子、光学等多方面高新领域发展。由单功能向多功能传感器发展。3 本论文内容和结构框架本论文第一章对气体传感器应用前景与当前进展进行简要分析，对气体传感器发展趋势进行总结，以便给气体传感器研究提供参考。第二章对光纤气体的传感器分类与发展进行介绍，同时分析LED灯在今后气体传感器的发展中所产生的影响。第三章介绍了了气体传感器的特性概述，首先简单介绍了气体分子光谱理论，然后粗略的介绍了光谱吸收定律和气体分子的吸收线，最后描述了一下气体传感器耦合问题。第四章主要介绍了在光纤气体传感系统当中，因为存在很多影响测试结果的不利因素，而我们可以通过差分吸收检测方法和波长调制谐波检测方法来保证实验的准确性，本章简单的介绍了一下差分吸收法和谐波检测的数学理论基础和给出了模型支持简单的了解了两种方法的工作原理。还以此建立了传感器的理论模型。第五章主要研究了一种简单的检测co2和co的基于LED光谱吸收的气体传感器，同时分析了其工作原理和工作模拟图，通过比对不同气体的吸收谱来选择相应的波长阐述了具体的设计理念展示了相关数据。第六章总结了本论文所完成的研究工作，讨论了论文本身存在的不足之处。展望了未来光纤传感器的发展和进步。2 光纤气体传感器概论1 光纤气体传感器的发展由于气体光谱的吸收气体测量的技术，主要优势就是鉴别气体浓度以及测量的灵敏度比较高，所以在控制工业的气体监测以及环境监测中有着重要作用。通常传统吸收光谱的分析方法只可以对野外实地的采集样本进行监测，再经实验室的仪器实施精确光谱的分析。另外，传统吸收光谱工作的时间比较长，仪器的精密性要求，所以对工作环境有着一定要求，所以导致实际应用受限，特别在工业气体与环境监测控制的过程中，传统分析方法无法与在线连续性的精准监测要求相符。而光纤传的感技术在70年代的末期才逐渐出现在大家视野的一门高新技术。把石英光纤当作例子，于55波长附近，光纤的损耗能够降低到每公里 2d B。换句话说，光纤气体传感器可以克服以往旧的传感器无法对恶劣环境的情况（例如高温环境、易爆高危高毒环境或高频高磁场环境），工作人员可以通过相应的软件程序进行远距离操控。与传统的电传感器相比，光纤传感器所需要的匹配功率较低，操作人员的安全得到大大提升。另外，光纤由于具有耐腐蚀的特性，可在高核辐射这种危险环境中进行作业。由于光纤有交宽频带，可以携带海量信息，经分波长、分时与分频等多路服用的技术，可实现不同传感器共用传输的光纤，一个探测器或是一个光源，一根光纤，就可以测量不同的化学参量，或用于多点或分布式测量，这样可以大大降低整个系统的成本。[ii]光纤传感器主要优势是结构比较简单、灵敏度比较高、体积较小以及耐腐蚀等，也就因为这些优势逐渐受到广大科研人员的喜爱。在无数的智慧火花碰撞后衍生出了许多结合其他的高新领域和光纤的传感技术的新技术，也就是气体传感的技术。到目前为止，光纤的传感器在浓度、位移、加速度以及振动等物理量测量中有广泛应用，其市场前景与潜力比较大[iii]。2 光纤气体传感器的分类光纤传感器主要在气体物理与化学性质、光学现象等测量中，下面我们将简单的介绍几种主流的光纤传感器：1光谱吸收型荧光型我们可以通过测量与之相对应荧的光辐射对气体浓度进行检测，荧光不仅可以由被物质的被测物质自身变化而来，而且可以由荧光染料和被测物化学反应而来。图2-1呈现的是荧光物质经吸收特定的波长所得光照，当电子将能量吸收以后，就会转变成受激的状态，由低能态转变成高能态；电子受光辐射的刺激以后，会出现荧光，并且此时荧光波长比应激波长大。通常在受激的状态下，电子不会长时间停留，其寿命普遍在1-20ns之间。图2-1荧光产生机理如果测量浓度将某种特定光照射吸收以后，不仅可以对荧光辐射强度进行改变，而且能引起寿命的变化。所以按照各种测量的方式以及传感的机理，可以划分成两种，其一是对荧光辐射的寿命进行测量；其二是对荧光辐射的强度进行测量[iv]。相较于吸收型的光纤传感器，荧光型的传感器中传感荧光波长与激励光波长不一样，因为各种荧光材料中荧光辐射的波长不一样，所以荧光传感器在鉴别被测量物方面，准确性比较高[v]。就实际应用而言，人们经常希望激励波长和辐射波长可以有较远的距离，以便经价格低廉波长的滤波器划分传感光和激励光。都要去激励波长处于近红外区或是见光区，关于这段波的研究技术相对成熟，价格方面人们也比较容易接受。荧光传感的原理主要就是对某固定的波长段荧光的强度进行测量，经过这个原理，能够制作出荧光pH的传感器，即通过实验不断改变浓度ph值的大小，使得荧光辐射的强度也不断改变。荧光寿命的测量方法较为复杂，这里我们就暂且不去讨论。荧光型传感器具有极高的物质鉴别能力但其缺点就是其检测信号极其微弱不易测量且设计检测系统极其复杂，不利于实现工业化和商品化。2基于折射率变化的传感器 就折射率的变化也就是光程变化光纤传感器而言，主要是将特殊材料涂敷在光纤端面或是表面，该材料折射率与体积在气体上有较强的敏感性。例如：杂聚硅氧烷( HPS)材料能够经溶胶凝胶(Sol-Gel)方式，将其涂抹于光纤的表面，并且设计涂层的折射率类似石英光纤的折射率。该材料与某种化学量发生作用后，会改变了折射率，这各类型HPS能够对不同化学量进行测量。例如：glycidoxyl propyl siloxane折射率在碳氢化合物反应后，对于甲苯会有敏感性。并且折射率发生变化，会使得波导参数发生变化，例如：双折射率、损耗与有效的折射率等，上述参数能够采取千涉或是强度检测方式进行测量。膜与氢气相遇，就会出现膨胀，四氟乙烯、高分子膜与己烷、酒精灯相遇，同样会膨胀。这些材料会在光纤的端部沉积，构成Fabry-Perot的干涉仪，而气体所致薄膜膨胀可已经测量干涉仪的光强度输出获得。[vi]3基于染料染色剂的传感器在石英的吸光谱上，部分气体吸收波不够明显，即便存在吸收波，但是因为各种因素导致相应波长的光源并不存在与现实生活中，基于这种情况应运而生的便是将染料指示剂当作中间产物，完成间接的传感。一旦燃料和气体产生化学的反应，本身光学的性质同样会变化，经过对其中变化进行测量，可以获取被测气体信息[vii]。ph值的传感器属于较常见的一种，染料的指示剂，例如：石蕊试纸颜色会伴随ph大小改变而发生变化。因此我们可以通过测量所对应的溶液ph值来测量部分气体的浓度（如NHCO2等）。4 光纤渐逝场气体传感器光纤渐逝场气体传感器在现实生活是一类已经得到实现且具有广大潜力前景的一类传感器。企业已经能商业化出产着在波长39um处利用渐逝场原理的光纤传感器。但是另一方面因为该类传感器在该波长段处的光纤传输损耗极高运用效率极低，导致该类别传感器的光路往往不能够超过3米及以上标准。此类传感器检测的气体浓度同时也将限制于百分之二量级上。渐逝场的传感器并且容易发生表面污染的问题，即便经高分子的隔离膜能够防止大型的污染物进入到渐逝场的区域，和气体分子的体积接近的分子却难以阻挡，这些污染物将会改变光纤表面的波导结构，从而改变其测量出的参数导致影响传感器的灵敏度。如何降低表面污染对渐势场型传感器的影响是未来科研人员仍需要攻克的主要技术性难关。渐势场型光纤气体传感原理图5 吸收式光纤气体传感器在这些传感器之中，光纤作用就是当作传输的介质，只可以对光能量进行传输，所传输光能量能够和待测气体的样本互相作用，产生各类信息，以便在某些区域检测待测气体的样本[viii]。依据现有的情况数据分析，吸收式光纤气体传感器是在现有的科学技术手段支持下由理论走向造福社会的一类新型的传感器。吸收型的传感器主要是经气体测量石英光纤透射窗口(8-7um)吸收峰。通过气体吸收产生的光强衰减程度来通过一定的数学公式运算对气体浓度进行测定，主要是按照Lambert-Beer的定律计算。常见气体(如CO2， C2H2， CH4， N02， C0)在红外光谱范围内都存在较强的吸收谱线，该红外光谱波段对应接收器与气体的发光器均是相对理想光电转换的器件。经该方式能够准确测量大部分气体的浓度，不仅能保证产品质量安全，而且具有灵敏度高、高抗电磁干扰功能、响应速度比传统传感器快、成本价格低廉、运用对象广泛、具有良好的兼容性特别是传感头不带电、本质防爆的特点，在高危工业的检测中应用前景较好，此次所用传感器就是吸收型传感器图3吸收型光纤气体传感的原理图3 LED在传感器起到的功效在光纤的系统中，主要是采取光纤和发光二极管最佳耦合高亮度，并且传感器中明确要求部件达到最大利用率和安全保障率的同时，确保发射波长和光纤吸收的频率创口一样。LED的器件公共特性都一样，光/电流的曲线特性如图2-3所示。如果范围比较宽，也就是40dB左右，在一定的范围区间内光输出就会伴随正向偏置电流变化方向，与线性图比较接近，然而，伴随器件的温度变化，会增加使用期，曲线也会越来月平稳。这种变化会影响到传感器的系统，继而使得测量数据间存在极大偏差。因此需要及时经热反馈方式，对这些变化进行了解，本文经发射系统或是温度的敏感电源中光电二极管进行监测。图2-3发光二极管的光/电流曲线面发光二极管与光纤的藕合从结果上分析这是个低效率过程。为什么这么说呢？这是因为LED面发光管所产生的光功率会散漫的分布在一个极大的立体角内，能够进入光纤部分的输出光功率甚至不足百分之十，所以结合单模的光纤系统和发光二极管使用，没有现实的意义。边发光放入二极管主要是经双异质的结构发生辐射，引起局部内波导的效应，可以构成稳定定向红外的光束，能够对发射光方向性进行保证，将光束限制于垂直方向的30°范围中，限制在水平方向的120°内。所以对比了面发光二极管以及边发光二极管得出，边发光二级光光耦合的效率比较高，而就接收小立体角类光纤而言，光耦合的效率就是一个重要部分。图1从图1中我们可以看出只有在某一波段的光才具有在光纤中低损耗传输的能力。4 本章小结本章主要介绍了气体传感器的发展历程，之后又介绍了几种不同工作类型的光纤型传感器；为后面介绍该论文阐述的气体传感器系统原理做了铺垫；接着介绍了光纤在LED中起到的作用和功效，展现了吸收型光纤传感器在未来的前景。吸收型气体传感器特性分析1引言就气体分子吸收光谱的理论而言，经气体分子吸收作用以及特定波长光原理，能够对气体浓度进行检测，因为气体分子中存在吸收光谱，如果穿过待测的气体，并且气体浓度不高，该气体就会吸收特定波长的能量，满足Lambert －Beer定律。气体分子的吸收光谱理论和Lambert －Beer定律，建立吸收型传感器的支持理论框架。然而，因为气体分子光谱线宽极比较窄，其谱宽主要是纳米的量级，同时吸收的功劳不大，经测光照的强度增减，对气体难度进行测量的难度比较大。因此，需要按照比尔朗伯吸收定律以及气体分子的光谱理论，经谐波检测与差分吸收方式，对各种因素的干扰进行克服，有效检测出微弱光电的信号。2 气体分子光谱理论当电磁辐射与气体分子相互作用时，能引起分子状态由低能态过渡到高能态，发生所谓的能级跃迁，记录不同气体所需要的电磁辐射强度变化被气体分子所吸收随波长的变化，所得到的光谱图便是气体分子吸收光谱在光纤气体传感器传感系统当中由于选择的光源的波段主要是红外光的波动，在红外光谱区，分子振动和吸收等，都会在各能级间跃迁，能量跃迁能够经量子力学的原理解释，在能量的跃迁过程，气体分子之中原子会不断振动，并且分子振动过程，会发生自我的转动。按照量子力学的原理可知，如果分子的能态改变，那么其都是按照特定规律进行变化，分子能级会呈现出规律化。若经低能量红外光的辐射对分子进行照射，则分子能够吸收相应于相邻转动能级之差的远红外辐射能量，由低能态跃迁到高能态，通常我们将这一现象称为能级跃迁。3 光谱吸收定律当光源以平行光的形式通过待测气 体时，如果光源的光谱覆盖 1个或多个气体的吸收谱，那么部分光将被吸收，光通过气体时将会发生强度衰减。未衰减的光将按原路径继续传播。根据朗伯比尔定律定律，出 射发光强度 I 与入射发光强度 I0 和气体的体积分数 之间的关系为（3-3）是气体吸收系数，即气体在频率 v 处 的吸收线型; L 测量气体作用在传感器的长度单位为m; c 为气体的浓 度，通过计算，上式可变形为：（3-1）通过上述公式我们可以知道，当气体的吸收系数和作用长度已知，气体的浓度可以通过投射光和入射光强来求出。图3吸收型传感器原理4气体分子的吸收线气体分子吸收线宽与以下因素相关:气体分子自然的线宽;通过气体分子自由运动所引发多普勒的效应，继而将分子的吸收光谱加宽;分子自由碰撞的展宽。通常情况下，气体分子自然线宽会因为激发态的分子自然寿命、跃迁时间受到影响，而宽度微小，通常可以忽略。图3-4气体分子的典型吸收线图3-4中 表示波长的吸收系数；表示对应的吸收峰；表示带阻尼的电偶极振子的衰减速率。由上图可知影响气体的吸收线宽的因素不仅包括压力因素还包括温度因素。但只考虑到碰撞展宽时，温度因素对大局无影响可忽略。因此我们可以从上图中得出结论：当外界压力保持恒定时，待测气体的谱线形状和宽度可在理论认为其是保持稳定不变的。5 光纤气体传感器耦合1光源与探测器的耦合理论上，光源发射光功率从多地汇入到传输的光纤，属于光纤和光源耦合的问题。通常情况下，采取藕合效率对耦合程度进行表示，公式表示如下；(5)表示为耦合输出功率，表示为光源总功率2 气室的耦合在气体传感器中存在一个敏感元件为气室。稳定的气室能帮我们只需简单的更换光源就可以完成对不同气体的浓度检测。气室组成部分包含输出与输入两组透镜。光纤射出光经输入透镜变成平行光，经气室耦合至输出的透镜，下面给出了三类气室设计的模型图。图3-5气室设计图上面三组设计图分别是(a)投射式气室；（b）反射式气室；（c）渐变折射式气室。6本章小结本章主要介绍了气体传感器的特性概述，首先简单介绍了气体分子光谱理论，然后粗略的介绍了光谱吸收定律和气体分子的吸收线，最后描述了一下气体传感器耦合问题为下一章节介绍总体设计做好铺垫。 系统总体设计1引言在光纤气体传感系统当中，总是会存在很多影响测试结果的不利因素，比如光源光功率的波动、气室对光路的干扰、PIN管的噪声等等，我们可以通过利用差分吸收检测方法和波长调制谐波检测方法来减弱不利因素对结果的影响来保证测试的准确性2谐波检测原理当电路上施加了正弦波的电压时，所通过的电流将会变成非正弦波形式，非正弦波电流在电网阻抗上将会产生压降，使得电压波形也变为非正弦波形式。非正弦波可分解为傅里叶级数，频率与工频相同的分量称为基波，频率大于基波的分量称为谐波;如变频器、电磁炉、电动机、整流器、电子用品等都会产生谐波。谐波检测方法最开始提出来的时候是作为一种检测微弱信号的方法。在电子光谱，声光光谱以及Zeeman及Stark光谱的研究中均有涉及。谐波检测的基本原理是把一个高频调制过的信号(依赖于某频率)，使其“检索”待测的特征信号[ix]。之后在信号处理过程中，通过调制频率或调制频率的倍频以此依据来作为参考信号，用锁相放大器记录下所有已得到的特征信息，这里得到的特征信息便是由调制信号产生的谐波信息。如果调制出来的谐波信号不满足规律的数学关系比例就会导致出现极大的偏差。虽然存在一定的弊端，但是谐波检测技术仍适用于上述各种光谱的微弱信号检测。图4-2谐波检测原理图在图4-2 (a)中，发射器的波长被正弦信号的调制，输出的光信号是含有一次和二次谐波的强度信号。如图4-2（b）所示通过把发射器固定在光谱气体吸收峰上，或者让照射光扫过气体的吸收谱，最后用锁相放大器检测二次谐波的最大值，就可测量气体的浓度。3差分吸收原理由Lambert －Beer定律我们可知：（式4-3）在4-3式中，和分别是初始和入射光强; 是某波长下的单位浓度、单位长度介质的吸收系数; 是米氏散射系数; 是瑞利散射系数；是表征气体密度波动造成的吸收和散射总的变化量;0是待测气体与光相互作用的长度;c是待测气体的浓度。如图4-3所示宽带光源LED的谱宽比气体吸收线宽大的多，使用不同中心波长的干涉光栅滤光片就可以提取需要的波长和。为测量气体的吸收谱线中心波长，为偏离吸收谱线某一气体的波长的吸收谷，通过上图结构我们可以依次实现差分吸收法。4系统理论设计图4-4为本文设计的光纤气体传感系统结构，光源LED与传输光纤藕合进入气室，再由气室由藕合器通过光纤到达法布里-珀罗干涉腔。频率调节后进入光检测器PIN由光信号转化为电信号。经电压调制方式，继而调控布里-珀罗干涉腔长，继而有效控制光波长。经由电脑模拟软件处理后，就可以检测出待测气体的浓度。图4-4光纤传感器系统 
微藻素是一种从蓝藻细菌引起的水华中产生的细菌肝毒素，一种固定有表面细胞质粒基因组的生物传感器已经制得，用于测量水中微藻素的含量，它直接的测量范围是50~1000 �0�710-6g/l[22]。一种基于酶的抑制性分析的多重生物传感器用于测量毒性物质的设想也已经提出。在这种多重生物传感器中，应用了两种传导器—对pH敏感的电子晶体管和热敏性的薄膜电极，以及三种酶—尿素酶、乙酰胆碱酯酶和丁酰胆碱酯酶。该生物传感器的性能已经得到测试，效果较好[23]。除了发酵工业和环境监测，生物传感器还深入的应用于食品工程、临床医学、军事及军事医学等领域，主要用于测量葡萄糖、乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各种氨基酸，以及各种致癌和致变物质。三、 讨论与展望 美国的Harold HWeetal指出，生物传感器商品化要具备以下几个条件：足够的敏感性和准确性、易操作、价格便宜、易于批量生产、生产过程中进行质量监测。其中，价格便宜决定了传感器在市场上有无竞争力。而在各种生物传感器中，微生物传感器最大的优点就是成本低、操作简便、设备简单，因此其在市场上的前景是十分巨大和诱人的。相比起来，酶生物传感器等的价格就比较昂贵。但微生物传感器也有其自身的缺点，主要的缺点就是选择性不够好，这是由于在微生物细胞中含有多种酶引起的。现已有报道加专门抑制剂以解决微生物电极的选择性问题。除此之外，微生物固定化方法也需要进一步完善，首先要尽可能保证细胞的活性，其次细胞与基础膜结合要牢固，以避免细胞的流失。另外，微生物膜的长期保存问题也待进一步的改进，否则难于实现大规模的商品化。总之，常用的微生物电极和酶电极在各种应用中各有其优越之处。若容易获得稳定、高活性、低成本的游离酶，则酶电极对使用者来说是最理想的。相反的，若生物催化需经过复杂途径，需要辅酶，或所需酶不宜分离或不稳定时，微生物电极则是更理想的选择。而其他各种形式的生物传感器也在蓬勃发展中，其应用也越来越广泛。随着固定化技术的进一步完善，随着人们对生物体认识的不断深入，生物传感器必将在市场上开辟出一片新的天地。
根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ： 常见传感器的应用领域和工作原理列于下表。1、传感器按照其用途分类： 压力敏和力敏传感器 位置传感器 液面传感器 能耗传感器 速度传感器 加速度传感器 射线辐射传感器 热敏传感器 24GHz雷达传感器2、传感器按照其原理分类： 振动传感器 湿敏传感器 磁敏传感器 气敏传感器 真空度传感器 生物传感器等。3、传感器按照其输出信号为标准分类： 模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。 数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。 膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。 开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。4、传感器按照其材料为标准分类： 在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类： (1)按照其所用材料的类别分 金属 聚合物 陶瓷 混合物 (2)按材料的物理性质分： 导体 绝缘体 半导体 磁性材料 (3)按材料的晶体结构分： 单晶 多晶 非晶材料 与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向： (1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。 (2)探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。 (3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。 现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。表2中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。5、传感器按照其制造工艺分类： 集成传感器 薄膜传感器 厚膜传感器 陶瓷传感器
热释电效应某些绝缘物质受热时，随着温度的上升，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。热释电效应在近十年被用于热释电红外传感器中。能产生热释电效应的晶体称为热释电体，又称为热电元件。热电元件常用的材料有单晶、压电陶瓷及高分子薄膜等。 热释电红外传感器的结构热释电红外传感器由以下四个主要部分构成： ①构成电路的铝基板、场效应晶体管(FET); ②具有热释电效应的陶瓷材料; ③ 限制入射红外波长的窗口材料; ④ 外壳TO—5型管帽和管座。 由于探测器元件单独使用时，存在着探测距离较短、获得的信号后续电路不易处理的不足，所以目前多选用红外组合件来探测。红外组合件由热释电红外传感器、透镜、测量转换电路和密封管壳构成]。透镜可以扩大探测范围，提高测量的灵敏度;测量转换电路可以完成滤波、放大等信号处理过程;密封管壳能防止因外界噪声引起的错误动作。这种组合件体积小、成本低、功能多样，所以应用广泛。以上信息参考工控网
1、半导体式气体传感器 它是利用一些金属氧化物半导体材料，在一定温度下，电导率随着环境气体成份的变化而变化的原理制造的。比如，酒精传感器，就是利用二氧化锡在高温下遇到酒精气体时，电阻会急剧减小的原理制备的。 半导体式气体传感器可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体地检测。尤其是，这种传感器成本低廉，适宜于民用气体检测的需求。 下列几种半导体式气体传感器是成功的：甲烷（天然气、沼气）、酒精、一氧化碳（城市煤气）、硫化氢、氨气（包括胺类，肼类）。高质量的传感器可以满足工业检测的需要。 缺点：稳定性较差，受环境影响较大；尤其，每一种传感器的选择性都不是唯一的，输出参数也不能确定。因此，不宜应用于计量准确要求的场所。 目前这种传感器的主要供应商在日本（发明者），其次是中国，最近有新加入了韩国，其他国家如美国在这方面也有相当的工作，但是始终没有汇入主流！中国在这个领域投入的人力和时间都不亚于日本，但是由于多年来国家政策导向以及社会信息闭塞等原因，我国流行于市场的半导体式气体传感器性能质量都远逊于日本产品，相信，随着市场进步，民营资本的进一步兴起，中国产的半导体式气体传感器达到和超越日本水平已经指日可待 2、催化燃烧式气体传感器 这种传感器是在白金电阻的表面制备耐高温的催化剂层，在一定的温度下，可燃性气体在其表面催化燃烧，燃烧是白金电阻温度升高，电阻变化，变化值是可燃性气体浓度的函数。 催化燃烧式气体传感器选择性地检测可燃性气体：凡是可以燃烧的，都能够检测；凡是不能燃烧的，传感器都没有任何响应。当然，凡是可以燃烧的，都能够检测这一句有很多例外，但是，总的来讲，上述选择性是成立的。催化燃烧式气体传感器计量准确，响应快速，寿命较长。传感器的输出与环境的爆炸危险直接相关，在安全检测领域是一类主导地位的传感器。 缺点：在可燃性气体范围内，无选择性。暗火工作，有引燃爆炸的危险。大部分元素有机蒸汽对传感器都有中毒作用。 目前这种传感器的主要供应商在中国、日本、英国（发明国）！目前中国是这种传感器的最大用户（煤矿），也拥有最佳的传感器生产技术，尽管不断有各种各样的代理商在宣传上干扰社会对这种传感器的认识，但是毕竟，催化燃烧式气体传感器的主流制造商在国内。 3、热导池式气体传感器 每一种气体，都有自己特定的热导率，当两个和多个气体的热导率差别较大时，可以利用热导元件，分辨其中一个组分的含量。这种传感器已经传感器地用于氢气的检测、二氧化碳的检测、高浓度甲烷的检测。 这种气体传感器可应用范围较窄，限制因素较多。 这是一种老式产品，全世界各地都有制造商。产品质量全世界大同小异。 4、电化学式气体传感器 它相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性，可以被电化学氧化或者还原。利用这些反应，可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学气体传感器分很多子类： （1）、原电池型气体传感器（也称：加伏尼电池型气体传感器，也有称燃料电池型气体传感器，也有称自发电池型气体传感器），他们的原理行同我们用的干电池，只是，电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例，氧在阴极被还原，电子通过电流表流到阳极，在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。 （2）、恒定电位电解池型气体传感器，这种传感器用于检测还原性气体非常有效，它的原理与原电池型传感器不一样，它的电化学反应是在电流强制下发生的，是一种真正的库仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于：一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中，是目前有毒有害气体检测的主流传感器。
如果满意再追加100分。 2009-03-22 19:31可以再充分点吗？谢谢了
