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技術(shù)文章

多功能傳感器的執(zhí)行規(guī)則和結(jié)構(gòu)模式
    概括來講，多功能傳感器系統(tǒng)主要的執(zhí)行規(guī)則和結(jié)構(gòu)模式包括：
    （1）多功能傳感器系統(tǒng)由若干種各不相同的敏感元件組成，可以用來同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)。譬如，可以將一個(gè)溫度探測(cè)器和一個(gè)濕度探測(cè)器配置在一起（即將熱敏元件和濕敏元件分別配置在同一個(gè)傳感器承載體上）制造成一種新的傳感器，這樣，這種新的傳感器就能夠同時(shí)測(cè)量溫度和濕度。
    （2）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器。由于這些敏感元件是被綜裝在同一塊硅片中的，它們無論何時(shí)都工作在同一種條件下，所以很容易對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償和校正。
   （3）借助于同一個(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)出來的電容和電感是各不相同的。
   （4）在不同的激勵(lì)條件下，同一個(gè)敏感元件將表現(xiàn)出來不同的特征。而在電壓、電流或溫度等激勵(lì)條件均不相同的情況下，由若干種敏感元件組成的一個(gè)多功能傳感器的特征可想而知將會(huì)是多么的千差萬別！有時(shí)候簡直就相當(dāng)于是若干個(gè)不同的傳感器一樣，其多功能特征可謂名副其實(shí)。
    3.2 多功能傳感器的研制與應(yīng)用現(xiàn)狀
   多功能傳感器無疑是當(dāng)前傳感器技術(shù)發(fā)展中一個(gè)全新的研究方向，日前有許多學(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進(jìn)行適當(dāng)組合而使之成為新的傳感器，如用來測(cè)量流體壓力和互異壓力的組合傳感器。又如，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號(hào)和數(shù)字信號(hào).
   從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，*熱門的研究領(lǐng)域也許是各種類型的仿生傳感器了，而且在感觸、刺激以及視聽辨別等方面已有*新研究成果問世。從實(shí)用的角度考慮，多功能傳感器中應(yīng)用較多的是各種類型的多功能觸覺傳感器，譬如人造皮膚觸覺傳感器就是其中之一，這種傳感器系統(tǒng)由PVDF材料、無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)以及具有壓力敏感傳導(dǎo)功能的橡膠觸覺傳感器等組成。據(jù)悉，美國MERRITT公司研制開發(fā)的無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)獲得了較大的成功，其無觸點(diǎn)超聲波傳感器、紅外輻射引導(dǎo)傳感器、薄膜式電容傳感器、以及溫度、氣體傳感器等在美國本土應(yīng)用甚廣。
   與其它方面的研究成果相比，目前在人工嗅覺方面的研究還似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)不盡人意。由于嗅覺元件接收到的判別信號(hào)是非常復(fù)雜的，其中總是混合著成千上萬種化學(xué)物質(zhì)，這就使得嗅覺系統(tǒng)處理起這些信號(hào)來異常錯(cuò)綜復(fù)雜。
    人工嗅覺傳感系統(tǒng)的典型產(chǎn)品是功能各異的Electronicnose（電子鼻），近10多年來，該技術(shù)的發(fā)展很快，目前已有數(shù)種商品化的產(chǎn)品在國際市場(chǎng)流通，美、法、德、英等國家均有比較先進(jìn)的電子鼻產(chǎn)品問世。
   “電子鼻”系統(tǒng)通常由一個(gè)交叉選擇式氣體傳感器陣列和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)組成，并配以恰當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別系統(tǒng)，具有識(shí)別簡單和復(fù)雜氣味的能力，主要用來解決一般情況下的氣味探測(cè)問題。根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，“電子鼻”系統(tǒng)傳感器陣列中傳感器的構(gòu)成材料及配置數(shù)量亦有所不同，其中，構(gòu)成材料包括金屬氧化物半導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物、石英晶振等，配置數(shù)量則從幾個(gè)到數(shù)十個(gè)不等。總之，“電子鼻”系統(tǒng)是氣體傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合的高科技產(chǎn)物，其氣體傳感器的體積很小，功耗也很低，能夠方便地捕獲并處**味信號(hào)。氣流經(jīng)過氣體傳感器陣列進(jìn)入到“電子鼻”系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理元件中，*后由陣列響應(yīng)模式來確定其所測(cè)氣體的特征。陣列響應(yīng)模式采用關(guān)聯(lián)法、*小二乘法、群集法以及主要元素分析法等方法對(duì)所測(cè)氣體進(jìn)行定性和定量鑒別。美國Cyranosciences公司生產(chǎn)的Cyranose320電子鼻是目前技術(shù)較為先進(jìn)、適用范圍也比較廣的嗅覺傳感系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)主要由傳感器陣列和數(shù)據(jù)分析算法兩部分組成，其基本技術(shù)是將若干個(gè)獨(dú)特的薄膜式碳-黑聚合物復(fù)合材料化學(xué)電阻器配置成一個(gè)傳感器陣列，然后采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過分析由此傳感器陣列所收集到的輸出值的辦法來識(shí)別未知分析物。據(jù)稱，Cyranose320電子鼻的適用范圍包括食品與飲料的生產(chǎn)與保鮮、環(huán)境保護(hù)、化學(xué)品分析與鑒定、**診斷與醫(yī)藥分析以及工業(yè)生產(chǎn)過程控制與消費(fèi)品的監(jiān)控與管理等。