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1.1仿生传感器
人类已制造出：仿视觉传感器，仿听觉传感器，仿嗅觉传感器，以及
DNA芯片
等仿生传感器，这些传感器能自动捕获信息、处理信息，模仿人类的行为。典
型的代表就是机器人所用的传感器。
机器人传感器一般分为机器人外部传感器和机器人内部传感器。
1.1.1机器人内部传感器概述
1．机器人用位置检测传感器
机器人用位置检测传感器主要有微型限位开关、光电断路器和电磁式接近开
关等。
2．机器人用位移检测传感器
机器人用位移检测传感器主要有直线电位器、可调变压器、磁性传感器和磁
尺等。
3．机器人用角位移检测传感器
机器人用角位移检测传感器主要有旋转式电位器、旋转式可调变压器、鉴相
器、光电编码器等。
4．机器人用速度检测传感器
机器人用速度检测传感器常用的有测速电机及脉冲发生器两类，它不仅可以
测试速度，还可以测试动态响应补偿。
5．机器人用加速度检测传感器
机器人用加速度检测传感器主要有差动变压器型和应变仪型。
6．机器人用力检测传感器
1.1.2
机器人外部传感器
表
1-1机器人传感器分类
类别检测内容应用目的传感器件
明暗觉是否有光，亮度
定量结果
判断有无对象，并得到光敏管、光电断续器
色觉对象的色彩及浓度利用颜色识别对象的场
合
彩色摄影机、滤色器、彩
色
CCD
位置觉
距离
物体的位置、角度、物体空间位置，判断物
体移动
光敏阵列、
CCD等
形状觉物体的外形提取物体轮廓及固有特
征，识别物体
光敏阵列、
CCD等
接触觉
触的位置
与对象是否接触，接决定对象位置，识别对
象形态，控制速度，安
全保障，异常停止，寻
径
光电传感器、微动开关、
薄膜接点、压敏高分子材
料
压觉对物体的压力、握力、
压力分布
控制握力，识别握持物，
测量物体弹性
压电元件、导电橡胶、压
敏高分子材料
力觉机器人有关部件（如
手指）所受外力及转
矩
控制手腕移动，伺服控制，正确完成作业
应变片、导电橡胶
接近觉
接近距离，对象面的
倾斜
与对象物是否接近，控制位置，寻径，安全
保障，异常停止
光传感器、气压传感器、
超声波传感器、电涡流传
感器霍尔传感器、
滑觉垂直于握持面方向物
体的位移，旋转重力
引起的变形
修正握力，防止打滑，
判断物体重量及表面状
态
球形接点式、光电式旋转
传感器角编码器、振动检
测器、
1．视觉传感器
视觉检测主要利用图象信号输入设备，将视觉信号转换成电信号。信号取出方
法有：MOS型和
CCD型。
2．听觉传感器
语音识别实质上是通过模式识别技术识别未知的输入声音。实现这种技术的大规
模集成电路的声音识别电路早已问世，其典型代表：
TMS320C25FNL。
3．接触觉传感器
接触觉传感器可检测机器人是否接触目标或环境，用于寻找物体或感知碰撞。
4．接近觉传感器
接近觉是一种粗略的距离感觉，接近觉传感器的主要作用是在接触对象之前获得
必要的信息，用来探测在一定距离范围内是否有物体接近、物体的接近距离和对
象的表面形状及倾斜等状态。在机器人中，主要用于对物体的抓取和躲避。接近
觉一般用非接触式测量元件，如霍尔效应传感器、电磁式接近开关和光学接近传
感器。
5．嗅觉传感器
嗅觉传感器中开发应用广泛的是电子鼻，它由传感器阵列构成，阵列中的每个
传感器覆盖着不同的具有选择性吸附化学物质能力的导电聚合物。吸附作用将改
变材料的电导率，从而产生一个能测量的电信号。
1.2光纤传感器
光纤传感器是
20世纪
70年代中期发展起来的一种新技术，它是伴随着光纤及
光通信技术的发展而逐步形成的。
光纤传感器和传统的各类传感器相比有一定的优点，如不受电磁干扰，体积小，
重量轻，可绕曲，灵敏度高，耐腐蚀，高绝缘强度，防爆性好，集传感与传输于
一体，能与数字通信系统兼容等。
1.2.1光纤结构
光导纤维简称光纤，它是一种特殊结构的光学纤维，由纤芯、包层和护层组成。
1.2.2光纤传感器的工作原理
众所周知，光在空间是直线传播的。在光纤中，光的传输限制在光纤中，并随着
光纤能传送很远的距离，光纤的传输是基于光的全内反射。
光纤传感器原理实际上是研究光在调制区内，外界信号（温度、压力、应变、位
移、振动、电场等）与光的相互作用，即研究光被外界参数的调制原理。外界
信号可能引起光的强度、波长、频率、相位、偏振态等光学性质的变化，从而
形成不同的调制。
光纤传感器一般分为两大类：一类是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的
传感器，称为功能型（
Functional
Fiber，缩写为
FF）传感器，又称为传感型
传感器；另一类是光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感
元件感受被测量的变化，这类传感器称为非功能型（
Non
Functional
Fiber，缩
写为
NFF）传感器，又称为传光型传感器。
1.2.3光纤传感器的特点
(1)抗电磁干扰
电绝缘耐腐蚀。
(2)灵敏度高。
(3)重量轻
体积小
可弯曲。
(4)测量对象广泛。
(5)对被测介质影响小。
1.2.4光纤传感器的应用举例
1.光纤加速度传感器
2.光纤温度传感器
光纤温度传感器是目前仅次于加速度、压力传感器而被广泛使用的光纤传感器。
根据工作原理它可分为相位调制型、光强调制型和偏振光型等。
3.光纤旋涡流量传感器
光纤旋涡流量传感器是将一根多模光纤垂直地装入管道，当液体或气体流经与其
垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，振动的频率与流速有关。
1.3微型传感器
1.3.1电容式微型传感器
电容式微型传感器是利用蚀刻法制成的硅传感器，它的优点是耗能少、灵敏度高
以及输出信号受温度影响小，常用于压力、流量和加速度的测量。
1.电容式微型压力传感器
2.电容式微型流量传感器
1.3.2电感式微型传感器
主要应用是微型磁通门式磁强计
.
1.3.3压阻式微型传感器
原理：半导体材料的压阻效应，利用扩散工艺制作的四个半导体应变电阻处于同
一硅片上，工艺一致性好，灵敏度相等，漂移抵消，迟滞、蠕变非常小，动态响
应快。
1.3.4热敏电阻式微型传感器
主要用来测量气体的流量和流速。
1.4集成传感器
集成传感器是将传感元件、测量电路以及各种补偿元件等集成在一块芯片
上，它体积小，重量轻，功能强，性能好。
1.4.1集成温度传感器
集成温度传感器是将温度传感器、放大电路、温度补偿等功能集成在同一块极小
的芯片上而制成的，可以完成温度测量及信号输出功能的
IC。按输出的信
号可以分为模拟集成温度传感器和数字集成温度传感器。
1．AD590传感器性能特点
2．AD590的测温误差
3．AD590的应用
1.4.2智能压力传感器
智能压力传感器也称为数字式压力测量仪，它是把敏感元件和信号处理电路集成
在一起，并把被测压力以数字的形式输出或显示的仪器。
1．压力传感器的基本结构和特性
2．温度补偿：温度补偿的方法较多，简单的方法是在传感器和电源之间串联
电阻。
3．传感器放大电路：在测量电路中使用放大器将传感器的输出电压进行放大以
驱动后续的电路。
4．A/D转换器
5．电路装调及压力连接
6．校准：电路的校准包括零点校准和满量程校准两个方面。
1.5传感器研发的重点领域
传感器研发的重点领域主要有以下几个方面：
1．基于
MEMS技术的传感器
2．生物、医学研究急需的传感器
3．环保化学传感器
4．工业过程控制和汽车传感器
传感器 北京诺信天正科技有限公司 王杰
