現代傳感器技術概述

現代傳感器技術概述2021/10/10星期日1基本情況課時：64學時，課堂56，實驗8教材：傳感器原理及應用，王雪文張志勇，北京航空航天大學出版社，2004年03月傳感器原理、設計與應用，劉迎春,葉湘濱，國防科技大學出版社，2002（第4版）2021/10/10星期日2傳感器概述一、傳感器的定義二、傳感器的分類三、傳感器基礎知識四、傳感器的標定五、現代傳感器的發展2021/10/10星期日3傳感器應用領域傳感器是實現自動檢測和自動控制的首要環節傳感器技術是構成現代信息技術系統的主要內容航空,航天,航海機器人技術生物醫學和醫療器械民用設施汽車工業2021/10/10星期日4一、傳感器的定義2021/10/10星期日5傳感器的基本組成2021/10/10星期日6傳感器定義（1）傳感器是換能器的一種,換能器（transducer)是將能量從一種形式轉換為另一種形式的裝置。換能器包括傳感器和執行器兩方面含義。圖1-1表示的是:傳感器與執行器系統的基本組成圖1-12021/10/10星期日7傳感器定義（2）廣義地可以把傳感器歸結為一種能感受外界信息（力，熱、聲、光、磁、氣體、化學、生物、濕度等），并按一定的規律將其轉換成易處理的電信號的裝置根據中華人民共和國標準（GB7665-87），傳感器（Transducer/Sensor)的定義是：能感受規定的被測量并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常傳感器由敏感元件和轉換元件組成，其中敏感元件（sensingclement)是指傳感器中能直接感受被測量的部分，轉換元件（Transductionelement）是指傳感器中能將敏感元件輸出量轉換為適于傳輸和測量的電信號部分。2021/10/10星期日8二、傳感器的分類2021/10/10星期日9傳感器的分類（1）1、按工作機理分類結構型傳感器是按物理學中場的定律定義的，這些定律包括動力場的運動定律，電磁場的電磁定律等。這些定律一般是以方程式給出的，所以這些方程式也就是許多傳感器工作時的數學模型。其特點是傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對位置變化引起場的變化為基礎，而不是以材料特性的變化為基礎。2021/10/10星期日10按工作機理分類物性型傳感器物性型傳感器是按照物質定律定義的，如胡克定律、歐姆定律等。由于物質定律是表示物質某種客觀性質的法則，因此物性型傳感器的性能隨著材料的性質不同而異。例如：光電管就是物性型傳感器，它按照物質法則中的外光電效應，其特性與電極涂層材料的性質密切相關。復臺型傳感器由結構型和物性型組合而成、兼有兩者待征的傳感器，稱為復合型傳感器。2021/10/10星期日11傳感器的分類（2）2、從電路供電方式來分，可分為：無源傳感器無源傳感器也叫能量轉換型傳感器，主要由能量變換元件構成，它不需要外部電源。如基于壓電效應、熱電效應、光電動勢效應構成的傳感器都屬于無源傳感器。有源傳感器有源傳感器也叫能量控制型傳感器，在信息變化過程中，其能量需要外部電源供給。如電阻、電容、電感等電路參量傳感器和基于應變電阻效應、磁阻效應、熱阻效應、光電效應、霍爾效應等的傳感器均屬于有源傳感器。2021/10/10星期日12按原理分類的傳感器電參量式傳感器：電阻式、電感式、電容式傳感器。磁電式傳感器：磁電感應式、霍爾式、磁柵式傳感器。壓電式傳感器：壓電式力傳感器，壓電式加速度傳感器，壓電式壓力傳感器。光電式傳感器：紅外式、CCD攝像式、光纖式、激光式傳感器等。氣電式傳感器：半導體氣體傳感器，集成復合型氣體傳感器。熱電式傳感器：熱電偶等。波式傳感器：超聲波式、微波式傳感器。射線式傳感器：核輻射物位計，厚度計，密度計等。半導體式傳感器：半導體溫度傳感器，半導體濕度傳感器等。其他原理的傳感器。2021/10/10星期日13按用途分類的傳感器溫度傳感器；光敏傳感器；力敏傳感器；磁敏傳感器；氣體傳感器；濕度傳感器聲敏傳感器；流量傳感器；生物傳感器其它傳感器等2021/10/10星期日14傳感器的分類（3）3、按人類的感覺功能進行分類：視覺，聽覺，嗅覺，味覺，觸覺五類傳感器4、按制備傳感器材料進行分類：半導體，金屬，陶瓷，光纖，高分子，生物2021/10/10星期日15三、傳感器基礎知識2021/10/10星期日16傳感器基礎知識（1）傳感器的基本特性傳感器的基本特性是指傳感器的輸出與輸入之間關系的特性，即輸出—輸入特性,分為靜態特性和動態特性。如果把傳感器看作二端口網絡,即有兩個輸入端和兩個輸出端,那么傳感器的輸出-輸入特性是與其內部結構參數有關的外部特性。2021/10/10星期日173.1、傳感器靜態特性2021/10/10星期日18傳感器靜態特性（1）靜態特性：指對于靜態的輸入信號，傳感器的輸入量與輸出量之間所具有的相互關系。此時的輸入信號與時間無關，輸出量與時間無關，輸出與輸入之間的關系可用一個不含時間的方程來表示：2021/10/10星期日19線性度線性度就是用來表示實際曲線與擬合直線接近的一個性能指標，靜特性曲線可通過實際測試獲得。在實際使用中,為了標定和數據處理的方便,希望得到線性關系,因此引入各種非線性補償環節。如采用非線性補償電路或計算機軟件進行線性化處理,從而使傳感器的輸出與輸入關系為線性或接近線性。但如果傳感器非線性的方次不高,輸入量變化范圍較小時,可用一條直線（切線或割線）近似地代表實際曲線的一段。所采用的直線稱為擬合直線。實際特性曲線與擬合直線之間的偏差稱為傳感器的非線性誤差（或線性度）,通常用相對誤差表示,即

△Lmax——實際曲線和擬合直線間的最大偏差YFS——滿量程輸出2021/10/10星期日20圖1-2幾種直線擬合方法

(a)理論擬合；(b)過零旋轉擬合；(c)端點連線擬合；(d)端點平移擬合

從圖1-2中可見,即使是同類傳感器,擬合直線不同,其線性度也是不同的。選取擬合直線的方法很多。不同擬合方式得到的結果不相同,在實踐中應選擇使用。2021/10/10星期日21不同的擬合方式圖a中，理論擬合擬合直線為傳感器的理論特性，與實際測試值無關。該方法十分簡單，但一般說△Lmax較大。圖b為過零旋轉擬合，常用于曲線過零的傳感器。擬合時，使，這種方法也比較簡單，非線性誤差比前一種小很多。圖c中，端點連線擬合把輸出曲線兩端點的連線作為擬合直線。這種方法比較簡便，但△Lmax也較大。圖d端點平移擬合中在圖c基礎上使直線平移，移動距離為原先△Lmax的一半，這樣輸出曲線分布于擬合直線的兩側，，與圖c相比，非線性誤差減小一半，提高了精度。2021/10/10星期日22測量范圍每一個傳感器都有一定的測量范圍，如果在超過了這個范圍進行測量時，會帶來很大的測量誤差，甚至于將其損壞。一般測量范圍確定在一定的線性區域或者保證一定壽命的范圍內。在實際應用時，所選擇傳感器的測量范圍應大于實際的測量范圍，以保證測量的準確性和延長傳感器及其電路的壽命2021/10/10星期日23傳感器靜態特性（2）遲滯將在相同工作條件下進行全測量范圍測量時正行程和反行程輸出的不重合程度稱為遲滯或滯后。傳感器的正反行程輸出信號大小不相等。產生這種現象的主要原因是由于傳感器敏感元件材料的物理性質和機械零部件的缺陷所造成的,例如彈性敏感元件的彈性滯后、運動部件摩擦、傳動機構的間隙、緊固件松動等。遲滯大小通常由實驗確定。YFS——滿量程輸出△HMAX——正反量程最大輸出偏差圖1-3遲滯特性2021/10/10星期日24傳感器靜態特性（3）重復性用于描述在同一工作條件下輸入量按同一方向在全量程范圍內連續多次重復測量所得特性曲線的不一致性（波動性）△Rmax是正反量程最大重復性偏差或用同一輸入量N次測量的標準偏差δ與滿量程的百分比表示。圖1-4重復特性2021/10/10星期日25傳感器靜態特性（4）靈敏度用傳感器在穩定工作時的輸出量變化（△Y)對輸入量（△X)的比值：對于線性傳感器,它的靈敏度就是它的靜態特性的斜率,即S=Δy/Δx為常數,而非線性傳感器的靈敏度為一變量,用S=dy/dx表示。傳感器的靈敏度如圖所示圖1-5靈敏度2021/10/10星期日26分辨力描述傳感器可以感受到的被測量最小變化的能力。一般各個輸入點能分辨的范圍不同，人們將用滿量程中使輸出階躍變化的輸入量中最大的可分辨范圍作為衡量指標。在傳感器零點附近的分辨力稱為閾值圖1-6分辨力2021/10/10星期日27傳感器靜態特性（5）溫度穩定性一般用溫度系數來描述溫度引起的這個誤差，表示為：Y1,Y2分別為溫度T1、T2時的輸出值，△T=T2-T1。2021/10/10星期日283.2、傳感器動態特性2021/10/10星期日29傳感器的動態特性（1）傳感器的動態特性是指其輸出對隨時間變化的輸入量的響應特性。當傳感器的輸入量隨時間變化時，其輸出量的響應特性就是動態特性。當被測量隨時間變化,是時間的函數時,則傳感器的輸出量也是時間的函數,其間的關系要用動特性來表示。一個動態特性好的傳感器,其輸出將再現輸入量的變化規律,即具有相同的時間函數。實際上除了具有理想的比例特性外,輸出信號將不會與輸入信號具有相同的時間函數,這種輸出與輸入間的差異就是所謂的動態誤差。2021/10/10星期日30動態輸入信號2021/10/10星期日31為了說明傳感器的動態特性,下面簡要介紹動態測溫的問題。在被測溫度隨時間變化或傳感器突然插入被測介質中以及傳感器以掃描方式測量某溫度場的溫度分布等情況下,都存在動態測溫問題。如把一支熱電偶從溫度為t0℃環境中迅速插入一個溫度為t℃的恒溫水槽中（插入時間忽略不計）,這時熱電偶測量的介質溫度從t0突然上升到t,而熱電偶反映出來的溫度從t0℃變化到t℃需要經歷一段時間,即有一段過渡過程,如圖1-9所示。熱電偶反映出來的溫度與介質溫度的差值就稱為動態誤差。2021/10/10星期日32圖1-7動態測溫2021/10/10星期日33造成熱電偶輸出波形失真和產生動態誤差的原因,是因為溫度傳感器有熱慣性（由傳感器的比熱容和質量大小決定）和傳熱熱阻,使得在動態測溫時傳感器輸出總是滯后于被測介質的溫度變化。如帶有套管的熱電偶的熱慣性要比裸熱電偶大得多。這種熱慣性是熱電偶固有的,這種熱慣性決定了熱電偶測量快速溫度變化時會產生動態誤差。影響動態特性的“固有因素”任何傳感器都有,只不過它們的表現形式和作用程度不同而已。動態特性除了與傳感器的固有因素有關之外,還與傳感器輸入量的變化形式有關。也就是說,我們在研究傳感器動特性時,通常是根據不同輸入變化規律來考察傳感器的響應的。2021/10/10星期日34時域分析法傳感器的瞬態響應是時間響應。在研究傳感器的動態特性時，有時需要從時域中對傳感器的響應和過渡過程進行分析。這種分析方法是時域分析法，傳感器對所加激勵信號的響應稱瞬態響應。常用激勵信號有階躍函數、斜坡函數、脈沖函數等。下面以傳感器的單位階躍響應來分析傳感器的動態性能指標。2021/10/10星期日35傳感器的動態特性（2）階躍響應當輸入為階躍函數時，則傳感器的響應函數Y(t)分為兩個響應過程，一個是從初始狀態到接近終態之間的過程，即動態過程（又稱為過渡過程），t趨于無窮時，輸出基本穩定，稱為穩態過程。如圖所示。圖1-8階躍輸入與響應2021/10/10星期日36一階傳感器瞬態響應特性傳感器的瞬態響應是時間響應。在研究傳感器的動態特性時,有時需要從時域中對傳感器的響應和過渡過程進行分析。這種分析方法是時域分析法,傳感器對所加激勵信號響應稱瞬態響應。常用激勵信號有階躍函數、斜坡函數、脈沖函數等。下面以傳感器的單位階躍響應來評價傳感器的動態性能指標。

1)一階傳感器的單位階躍響應在工程上,一般將下式:2021/10/10星期日37

視為一階傳感器單位階躍響應的通式。式中x(t)、y(t)分別為傳感器的輸入量和輸出量,均是時間的函數,表征傳感器的時間常數,具有時間“秒”的量綱。一階傳感器的傳遞函數：

對初始狀態為零的傳感器,當輸入一個單位階躍信號

0t≤01t>0時,由于x(t)=1(t),x(s)=,傳感器輸出的拉氏變換為

Y(s)=H(s)X(s)=x(t)=2021/10/10星期日38一階傳感器的單位階躍響應信號為

y(t)=1-e-

相應的響應曲線如圖1-9所示。由圖可見,傳感器存在慣性,它的輸出不能立即復現輸入信號,而是從零開始,按指數規律上升,最終達到穩態值。理論上傳感器的響應只在t趨于無窮大時才達到穩態值,但實際上當t=4τ時其輸出達到穩態值的98.2%,可以認為已達到穩態。τ越小,響應曲線越接近于輸入階躍曲線,因此,τ值是一階傳感器重要的性能參數。

2021/10/10星期日39圖1-9一階傳感器單位階躍響應2021/10/10星期日40

2)二階傳感器的單位階躍響應二階傳感器的單位階躍響應的通式為

式中:ωn——傳感器的固有頻率;ξ——傳感器的阻尼比。二階傳感器的傳遞函數:

H(s)=

2021/10/10星期日41傳感器輸出的拉氏變換:

H(s)=H(s)X(s)=

從圖1-10，二階傳感器對階躍信號的響應在很大程度上取決于阻尼比ξ和固有頻率ωn。固有頻率ωn由傳感器主要結構參數所決定,ωn越高,傳感器的響應越快。當ωn為常數時,傳感器的響應取決于阻尼比ξ。圖1-10為二階傳感器的單位階躍響應曲線。阻尼比ξ直接影響超調量和振蕩次數。ξ=0,為臨界阻尼,超調量為100%,產生等幅振蕩,達不到穩態。>1,為過阻尼,無超調也無振蕩,但達到穩態所需時間較長。ξ<1,為欠阻尼,衰減振蕩,達到穩態值所需時間隨ξ的減小而加長。ξ=1時響應時間最短。但實際使用中常按稍欠阻尼調整,ξ取0.7～0.8為最好。2021/10/10星期日42圖1-10二階傳感器單位階躍響應2021/10/10星期日43階躍響應過渡過程中的特性參數時間常數τ:指輸出量從0上升到穩態Y(∞)的63%所需的時間上升時間tr:指從穩態值Y(∞)的10%上升到90%所需的時間。它表示傳感器的響應速度，tr小時，表明傳感器對輸入的響應速度快。響應時間ts:從輸入量開始到輸出進入穩定值的允許誤差范圍（±1%或2%）內所需的時間，也能表示響應速度。振蕩次數N:是指輸出量在穩態值Y(∞)上下振蕩的次數，N越小，表明穩定性越好。穩態誤差e：是指響應的實際值Y(∞)與期望值之差，它反映穩態的精確程度。2021/10/10星期日44頻率響應特性傳感器對正弦輸入信號的響應特性．稱為頻率響應特性。頻率響應法是從傳感器的頻率特性出發研究傳感器的動態特性。傳感器對正弦輸入信號X(t)=Asin(ωt),的響應特性,稱為頻率響應特性。頻率響應法是從傳感器的頻率特性出發研究傳感器的動態特性。2021/10/10星期日45頻率響應（1）零階傳感器的數學模型，a0和b0是傳感器的系數，b0/a0是靜態靈敏度一階傳感器的數學模型，a0

，a1和b0是傳感器的系數，b0/a0是靜態靈敏度2021/10/10星期日46頻率響應（2）n階傳感器系統的數學模型若輸入信號為正弦波X(t)=Asin(ωt),經過拉氏變換頻率傳遞函數的模為輸出與輸入的幅值之比B/A，它與角頻率ω的關系被稱為幅頻特性。輸出與輸入的相位之差與頻率關系稱為相頻關系。2021/10/10星期日47

2.頻率響應特性傳感器對正弦輸入信號X(t)=Asin(ωt),的響應特性,稱為頻率響應特性。頻率響應法是從傳感器的頻率特性出發研究傳感器的動態特性。1)一階傳感器的頻率響應將一階傳感器的傳遞函數中的s用jω代替后,即可得頻率特性表達式,即

幅頻特性相頻特性Φ(ω)=-arctan(ωτ)

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從式兩式和圖1-11看出,時間常數τ越小,頻率響應特性越好。當ωτ<<1時,A（ω）≈1,Φ（ω）≈0,表明傳感器輸出與輸入為線性關系,且相位差也很小,輸出y(t)比較真實地反映輸入x(t)的變化規律。因此,減小τ可改善傳感器的頻率特性。

圖1-11一階傳感器的頻率響應特性曲線2021/10/10星期日492)二階傳感器的頻率響應二階傳感器的頻率特性表達式、幅頻特性、相頻特性分別為2021/10/10星期日50

圖1-12為二階傳感器的頻率響應特性曲線。從上述諸式和圖1-12可見,傳感器的頻率響應特性的好壞主要取決于傳感器的固有頻率ωn和阻尼比ξ。當ξ<1,ωn>>ω時,A（ω）≈1,Φ（ω）很小,此時,傳感器的輸出y(t)再現了輸入x(t)的波形。通常固有頻率ωn至少應大于被測信號頻率ω的3～5倍,即ωn≥（3～5）ω。為了減小動態誤差和擴大頻率響應范圍,一般是提高傳感器固有頻率ωn。而固有頻率ωn與傳感器運動部件質量m和彈性敏感元件的剛度k有關,即ωn=（k/m）1/2。增大剛度k和減小質量m可提高固有頻率,但剛度k增加,會使傳感器靈敏度降低。所以在實際中,應綜合各種因素來確定傳感器的各個特征參數。2021/10/10星期日51圖1-12二階傳感器頻率響應特性2021/10/10星期日52

3)頻率響應特性指標(1)頻帶傳感器增益保持在一定值內的頻率范圍為傳感器頻帶或通頻帶,對應有上、下截止頻率。(2)時間常數τ用時間常數τ來表征一階傳感器的動態特性。τ越小,頻帶越寬。(3)固有頻率ωn二階傳感器的固有頻率ωn表征了其動態特性。2021/10/10星期日53傳感器的標定傳感器的動靜態標定是利用一定等級的儀器及設備產生已知的非電量(如標準壓力、加速度、位移等)作為輸入量，輸入至待標定的傳感器中，得到傳感器的輸出量。然后將傳感器的輸出量與輸入量作比較，從而得到一系列曲線(稱為標定曲線)。通過對曲線的分析處理，得到其動靜態特性的過程。2021/10/10星期日54傳感器的標定傳感器技術參數的具體數值是通過實驗確定的。例如，傳感器的精度指標如采用式精度公式計算，則必須首先得到傳感器的線性度、滯后及重復性指標。由于這三個指標都是通過對具體的實驗曲線進行分析得到的，因此有可能發生的一種情況是：某傳感器可能線性好、滯后小且重復性高，但其輸出卻難以反映出輸人量的變化情況。一個極端的例子（如圖所示）如由于某種原因導致傳感器的輸出線與地短路，輸出曲線自然在線性度、滯后、重復性等方面非常理想，但卻無法用作傳感器。因此，傳感器的標定方法及標定過程等方面的設計非常重要。2021/10/10星期日55傳感器的標定所謂傳感器的標定，就是利用已知的輸人量輸人傳感器，測量傳感器相應的輸出量，并進而得到傳感器輸人輸出特性的過程。2021/10/10星期日56傳感器的靜態特性標定傳感器的靜態標定主要是檢驗、測試傳感器的靜態特性指標，如靜態靈敏度、非線性、遲滯、重復性等。靜態特性標定的標準是在靜態標推條件下進行的。靜態標定條件是指沒有加速度、振動、沖擊(除非這些量本身就是被測物理旦)；環境溫度一般為20±5℃；相對濕度不大于85％；大氣壓力為101.3±8kPa時的情況。2021/10/10星期日57壓電式壓力傳感器靜態特性的標定壓電式壓力傳感器安裝在圖所示的靜重式標準活塞式壓力計的接頭上，傳感器配接靜態標準電荷放大器及顯示儀。標定過程可采用加載法和卸載法。2021/10/10星期日58標定過程1．將傳感器、儀器連接好：2．將傳感器全量程(測量范圍)分成為若干等分點，用法碼加載，施加載荷時注意要盡量做到均勻加載，不要引起沖擊。記錄儀顯示傳感器在某一點的輸出最大值并保持一定的時間，然后記錄下來。依次一點一點加載至滿量程，依次一點一點記錄標定傳感器的輸出值；3．按上述過程，對傳感器進行多次往復循環測試，將得到輸出一輸入測試數據組，用表格列出或畫成曲線：4．對數據進行必要的處理，根據處理結果就可以得到傳感器的靈敏度、線性度、重復性、遲滯等靜態特性指標。對于不同原理的壓力傳感器靜態標定的方法與壓電式壓力傳感器的方法基本相同，只是不同原理的傳感器，配用不同的二次儀表。2021/10/10星期日59傳感器的動態標定傳感器的動態標定主要是研究傳感器的動態響應特性即頻率響應、時間常數、固有頻率、和阻尼比等。壓力傳感器的動態標定方法有正弦激勵法、半正弦激勵(落球、落錘沖擊)法和階躍壓力激勵法。上述三種方法是目前標定壓力傳感器的主要方法。本節僅介紹用激波管產生階躍壓力信號的方法。它具有壓力幅值范圍寬、頻率范圍廣、便于分析研究和數據處理的特點。2021/10/10星期日60激波管法校準壓力傳感器激波管是測定壓力傳感器頻率響應特性的最常用的方便而簡單的設備。激波管校準傳感器動態特性的基本原理是：用激波管產生的階躍壓力來激勵被校壓力傳感器，并用適當的設備記錄在這一階躍壓力激勵下被校傳感器所產生的瞬時響應，根據其過渡過程曲線，運用適當的計算方法，求得被校壓力傳感器的頻率響應特性2021/10/10星期日61激波管法校準壓力傳感器動態特性系統圖2021/10/10星期日62傳感器典型應用2021/10/10星期日63四、現代傳感器的形狀和發展2021/10/10星期日64傳感器技術現狀雖然傳感器有很長的發展歷史，可以說，自從有了檢測儀器就有了傳感器，然而在相當長的時間里，傳感器技術在現代科學技術中處于一種從屬地位。直到集成電路、計算機技術得到飛速發展后，人們才驚訝地發現，作為信息獲取的關鍵部件——傳感器技術的發展遠落后于其他信息技術，成為了現代信息技術發展的瓶頸。有人形象地稱這種局面為“大腦發達、五官不靈”。傳感器技術自此得到普遍重視。目前，傳感器技術已經成為當代科學技術發展的一個重要標志，它與通信技術、計算機技術共同構成信息產業的三大支柱。2021/10/10星期日65國外發展傳感器技術受到普遍重視始于20世紀80年代，在世界范圍內掀起了一股“傳感器熱”。美國早在20世紀80年代初就成立了國家技術小組（BTG），幫助政府組織和領導各大公司與國家企事業部門的傳感器技術開發工作。與美國國家長期安全和經濟繁榮至關重要的22項技術中有6項與傳感器信息處理技術直接相關，而維挎美國武器系統質量優勢至關重要的關鍵技術中有8項為傳感器技術。美國空軍2000年舉出15項有助于提高21世紀空軍能力的關鍵技術，傳感器技術名列第二。日本對開發和利用傳感器技術相當重視，把傳感器技術與計算機、通信、激光、半導體、超導并列為國家重點發展的六大核心技術。日本科學技術廳制定的20世紀90年代重點科研項目中有70個重點課題，其中有18項與傳感器技術密切相關。2021/10/10星期日66市場正是由于世界各國的普遍重視和投人開發，傳感器發展十分迅速，在近十幾年來其產量及市場需求年增長率均在10％以上。有人統計，2000年，世界傳感器市場總額約達700億美元，其中美國、歐洲、日本分別達到150億、100億、80億美元。2021/10/10星期日67現代傳感器發展方向-傳統技術的改進途徑穩定性處理。為提高傳感器產品性能的穩定性，應對材料、元器件進行時效處理、冰冷處理、時間老化處理、溫度老化處理、機械老化及交流穩磁處理，電器元件必須進行電老化篩選處理。補償和修正技術。根據傳感器的特性找出誤差的來源和變化規律，可采用補償和修正技術進行補償和修正。對于系統誤差，由于補償和修正的技術手段比較完善，因此通過補償和修不技術．大多數情況下可以滿足性能指標。平均技術。采用平均技術可產生平均效應，儀器誤差減小并增加傳感器的靈敏度。2021/10/10星期日68現代傳感器發展方向-傳統技術的改進途徑屏蔽、隔離與抗干擾。因外部環境而產生的隨機誤差和干擾，可通過屏蔽、隔離技術減小。采用屏蔽、隔離、濾波等方法能有效地消除或減小電磁波干擾。采用有效的隔離技術進行分離和抑制，對溫度、濕度、氣壓、聲壓、輻射、氣流等干擾，其效果都是很明顯的。差動技術。差動技術對抑制共模信號干擾、具有很好的效果，是目前傳感器普遍采用的技術。2021/10/10星期日69傳感器技術的創新傳感器技術的主要發展動向一是傳感器本身的基礎研究二是跟微處理器組合在一起的傳感器系統的研究。前者是研究新的傳感器材料和工藝，發現新現象；后者是研究如何將檢測功能與信號處理技術相結合，向傳感器的智能化、集成化發展。2021/10/10星期日70傳感器技術的創新-發現新現象傳感器的工作機理是基于各種效應、反應和物理現象的。重新認識如壓電效應、熱釋電現象、磁阻效應等已發現的物理現象以及各種化學反應和生物效應，并充分利用這些現象與效應設計制造各種用途的傳感器，是傳感器技術領域的重要工作。同時還要開展基礎研究，以求發現新的物理現象、化學反應和生物效應。各種新現象、反應和效應的發現可極大地擴大傳感器的檢測極限和應用領域。例如，利用核磁共振吸收的磁傳感器能檢測10-7T的地球磁場強度，利用約瑟夫遜效應的磁傳感器(SQuID)能檢測10-11T的極弱磁場強度：又如利用約瑟夫遜效應熱噪聲溫度計，能檢測10-6K的超低溫。值得一提的是，檢測極微弱信號傳感器技術的開發，不僅能促進傳感器技術本身的發展，甚至能導致一些新的學科的誕生，意義十分重大。2021/10/10星期日71傳感器技術的創新-開發新材料隨著物理學和材料科學的發展，人們已經在很大程度上能夠根據對材料功能的要求來設計材料的紐分，并通過對生產過程的控制，制造出各種所需材料。目前最為成熟、先進的材料技術是以硅加工為主的半導體制造技術。例如，人們利用該項技術設計制造的多功能精密陶瓷氣敏傳感器有很高的工作溫度，彌補了硅(或鍺)半導體傳感器溫度上限低的缺點，可用于汽車發動機空燃比控制系統，大大地擴展了傳統陶瓷傳感器的使用范圍。有機材料、光導纖維等材料在傳感器上的應用，也己成為傳感器材料領域的重大突破，引起國內外學者的極大關注。2021/10/10星期日72傳感器技術的創新-采用微細加工技術將硅集成電路技術加以移植并發展，形成了傳感器的微細加工術。這種技術能將電路尺寸加工到光波長數量級，并能形成低成本超小型傳感器的批員生產。微細加工技術除全面繼承氧化、光刻、擴散、淀積等微電子技術外，還發展了平面電子工藝技術、各向異性腐蝕、固相鍵合[藝和機械切斷技術。利用這些技術對硅材料進行三維形狀的加工，能制造出各式各樣的新型傳感器。例如，利用光刻、擴散上藝己制造出壓阻式傳感器，利用薄膜工藝己制造出快速響應的氣敏、濕敏傳感器等。日本橫河公司綜合利用微細加工技術，在硅片上構成孔、溝、棱錐、半球等各種形狀的微型機械元件，并制作出了全硅諧振式壓力傳感器。2021/10/10星期日73傳感器技術的創新-智能化“電五官”與“電腦”的結合，就是傳感器的智能化。智能化傳感器不僅具有信號檢測、轉換功能，同時還具有記憶、存儲、解拆、統計處理及自診斷、自校淮、自適應地等功