题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。常见传感器的应用领域和工作原理按其用途，传感器可分类为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热敏传感器加速度传感器射线辐射传感器振动传感器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。以其输出信号为标准可将传感器分为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。开关传感器当个被测量的信号达到个特定的阈值时，传感器相应地输出个设定的低电平或高电平信号。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按照其所用材料的类别分金属聚合物陶瓷混合物按材料的物理性质分导体绝缘体半导体磁性材料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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。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。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。表中给出了些可用于传感器技术的能够转换能量形式的材料。按其制造工艺，可以将传感器区分为集成传感器薄膜传感器厚膜传感器陶瓷传感器集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同芯片上。薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底基板上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其种变种工艺溶胶凝胶等生产。完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的种变型。每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理气体传感器气体传感器定义气体传感器，是指利用各种化学物理效应将气体成分浓度按定规律转换成电信号输出的器件。随着社会的发展和科学技术的进步，气体传感器的开发研究越来越引起人们的重视，各种气体传感器应运而生。综合气体传感器的应用情况，主要有以下几种用途有毒和可燃性气体检测有毒和可燃性气体检测是气敏传感器最大的市场。主要应用于石油采矿半导体工业等工矿企业以及家庭中环境检测和控制。在石油石化采矿工业中，硫化氢氧化碳氯气甲烷和可燃的碳氢化合物是主要检测气体。在半导体工业中最主要是检测磷砷和硅烷。家庭中主要是检测煤气和液化气的泄漏以及是否通风。燃烧控制汽车工业是气体传感器又重要市场。采用氧传感器检测和控制发动机的空燃比，使燃烧过程最佳化。在大型工业锅炉燃烧过程中采用带有气体传感器的控制以提高燃烧效率减少废气排出，节省能源。气体传感器还可以用来检测汽车或烟囱中排出的废气量。这些废气包括二氧化碳二氧化硫和氧化碳。食品和饮料加工在食品和饮料加工过程中，二氧化硫传感器是极有用的器件。二氧化硫常用于许多食品和饮料的保存和检测，使之含有保持特定的味道和香味所需最小的二氧化硫浓度。另外，气体传感器还被用来检测葡萄酒啤酒高梁酒的发酵程度以保证产品均匀性和降低成本。医疗诊断可用气体传感器进行病人状况诊断测试，如口臭检测，血液中二氧化碳和氧浓度检测等。表例举了气体传感器的主要检测气体和应用场合。金属半导体气体传感器阵列系列气体传感器由于室内气体污染物的多样化和复杂性,决定了不可能使用单气体传感器实现全面的空气品质监测。本研究采用的气体传感器阵列是系列气体传感器,这些传感器均属于金属氧化物半导体气体传感器,采用薄膜作为敏感材料,敏感材料的电阻在定的工作温度下随被测环境中吸收气体分子的变化而变化,通常还原性气体使电阻减小,而氧化性气体使电阻增大,测量电阻变化的输出信号,可得到与气体特性对应的关系。研究实验中采用了,其功如表所示表系列产品功能它是集成了三种系列传感器和两个加热器的气体传感器阵列,图和图为该传感器阵列结构图。每个传感器阵列的输出信号是个三维向量。该结构用于气体测量分析,不但节约了用于测量的传感器个数,降低了测量成本,而且多维向量输出便于后面的数据处理。由于薄膜的工作特性和温度有关,所以需要对传感器的工作温度进行控制。传感器结构化的铂镀层方面作为加热器使用,另方面作为列所敏感的污染物种类传感器的输出线性度及阵列中传感器的交叉敏感性等。实验结果图为运用该室内空气品质监控系统测得的实验室内空气品质在天内的变化情况。图室内空气综合指数与室外空气主要污染物在天内的变化曲线该图测于前几年,同济大学中德学院西门子自动化技术基金教研室,起始时间为上午时,结束时间为次日上午时。被测房间为实验室,有工作人员在上午时到时进行正常的工作。图中,时间坐标的为上午时,从图中可以看出,曲线的前半段,即从时到约时左右的时间段内,室内污染物体积分数较高,且波动较大,而曲线的后半段,时到次日时,室内污染物体积分数降低,且曲线平坦,波动很小。图是在美国洛杉矶测得的天之内室外空气中和的体积分数变化情况。图中曲线经过了平滑的处理。从图中可以看出,空气中污染物的第个高峰的成分是和,发生在早晨的交通高峰期,因为和直接来自汽车尾气的排放。随后到来的和的高峰来自日出后的光化学反应。下午的交通高峰期污染物浓度的增加相对于早晨而言不明显,这是因为下午的风速及空气对流要远远大于早晨,使污染物不易集聚,直接造成了污染物体积分数的下降。图测的是甲醛苯氨气和氧化碳等室内空气污染物的体积分数,不同于图测的和等室外空气污染物,但是在门和窗户都打开的情况下,室外空气品质极大地影响室内空气品质。结合图分析图知,早晨的室外污染物体积分数最高,打开门窗后,由于受到室外空气污染物主要是的影响,室内空气品质综合指数迅速升高。因为工作人员在室内的活动以及开窗造成的气流对室内污染物扩散的影响,在时时这有人活动的室内空气较不稳定,波动较大。随着工作人员的离开和窗子的关闭,室内空气进入个相对平稳的过程,并且由于室外空气情况的改善而呈缓慢的改善趋势。但由于未开门窗,室内外的空气流动不佳,这过程进行的较为缓慢,而且相对室外空气的变化要滞后段时间。红外传感器的气体检测检测电路的工作原理红外吸收型二氧化碳气体传感器的工作原理红外吸收型气体传感器是基于气体的吸收光谱随物质的不同而存在差异的原理制成的。不同气体分子化学结构不同，对不同波长的红外辐射的吸收程度就不同，因此，不同波长的红外辐射依次照射到样品物质时，些波长的辐射能被样品物质选择吸收而变弱，产生红外吸收光谱，故当知道种物质的红外吸收光谱时，便能从中获得该物质在红外区的吸收峰。同种物质不同浓度时，在同吸收峰位置有不同的吸收强度，吸收强度与浓度成正比关系。因此通过检测气体对光的波长和强度的影响，便可以确定气体的浓度。根据比尔朗伯定律，输出光强度输入光强度和气体浓度之间的关系为式中为摩尔分子吸收系数为待测气体浓度为光和气体的作用长度传感长度。对上式进行变换得通过检测相关数据就可以得知气体的浓度图二氧化碳传感器探头结构光源气室干涉滤波镜探测器红外二氧化碳传感器探头结构如图所示。是由红外光源测量气室可调干涉滤光镜光探测器光调制电路放大系统等组成。红外光源采用镍铬丝，其通电加热后可发出的红外线，其中包含了处气体的强吸收峰。在气室中，二氧化碳吸收光源发出特定波长的光，经探测器检测则可显示出二氧化碳对红外线的吸收情况。干涉滤光镜是可调的，调节他可改变其通过的光波波段，从而改变探测器探测到信号的强弱。红外探测器为薄膜电容，吸收了红外能量后，气体温度升高，导致室内压力增大，电容两极间的距离就要改变，电容值随之改变。气体的浓度愈大，电容值改变也就愈大。检测电路的设计原理图检测电路原理框图红外二氧化碳传感器数字滤波放大电路单片机系统稳定电路温度补偿输出检测电路设计的原理框图如图所示。检测电路由红外二氧化碳传感器数字滤波电路放大电路稳流电路单片机系统温度补偿等组成。设计的基本原理是红外二氧化碳传感器将检测到的二氧化碳气体浓度转换成相应的电信号，输出的电信号分别经过滤波放大处理，输入到单片机系统，并经温度和气压补偿等处理后，由单片机系统输出送显示装置显示其测量值。检测电路的设计图二氧化碳检测电路图按照上述设计原理，设计的二氧化碳检测电路如图所示。工作原理是首先由红外传感器将探测到二氧化碳气体的浓度并转换成电信号，滤波电路提取电信号并输出到放大电路，经过单片机系统处理后输出，再由送入显示电路，以实现对二氧化碳气体浓度的检测。电路中由和运放组成滤波电路，在电路中既引入了负反馈，又引入了正反馈。当信号频率趋于零时，由于的电抗趋于无穷大，因而正反馈很弱当信号频率趋于无穷大时，的电抗趋于零。这样就保证了当信号频率在趋于零和无穷大之间的任何个值，滤波电路都可以正常提取相应的电信号。滤波电路之后的放大电路，其作用是将滤波电路输出的信号放大到定的程度，以便驱动负载。和串联构成校正网络用来对电路进行相位补偿。单片机系统主要由和构成，是种双积分转换芯片，与单片机如图方式连接。的转换结果接的，选通输出脉冲接的。转换结果标志，方面接至更新转换控制信号输入线，另方面接至的中断输入线，表明单片机既可采用中断方式读入转换的结果，也可以采用查询方式。最后的结果送入并驱动数码管显示具体数值。检测处理程序流程框图检测处理程序流程框图如图所示。采用系列汇编语言编程，由于有硬件设计的保证，使