一、非晶态合金膜片式压力传感器

这款传感器巧妙地利用了非晶态合金独特的磁致伸缩效应和逆磁致伸缩效应。简单来说,磁致伸缩效应指的是在外加磁场的作用下,磁性体会发生机械形变;而逆磁致伸缩效应则相反,机械形变会影响磁性体的磁化状态。

让我们想象一下,一块宽10毫米、长100毫米、厚度仅为几十微米的非晶态合金膜片,被固定在一个方形框架上。上方安装着驱动磁头D1和检测磁头D2。D1产生频率为500kHz的正弦交变磁场,使得膜片产生同频率的机械形变。这种机械形变会被D2捕捉到,并转化为交变的磁化状态。接着,D2通过特定方法,例如将非晶态合金膜片作为电感传感器的磁芯,将这种变化的磁化状态转换为正弦电压信号。

当垂直于膜片施加静态压强P时,膜片会发生弯曲,进而改变其磁化状态。此时,D2检测到的电压幅值Em与膜片所受压强P之间呈现出线性关系。

二、新型传感器的发展方向

开发新型传感器是一个充满机遇和挑战的领域,其主要方向包括:

  1. 探索新原理: 不断寻求新的物理、化学和生物效应,为传感器设计提供理论基础。
  2. 填补空白: 针对现有传感技术无法满足的需求,开发全新类型的传感器。
  3. 仿生传感器: 从自然界汲取灵感,模仿生物感官机制,研制具有高灵敏度、高选择性和高适应性的传感器。

这些方向相互联系,共同推动着传感器技术的进步。例如,利用量子力学效应研制的地灵敏阈传感器,可以检测极其微弱的信号,例如利用核磁共振吸收效应的磁敏传感器,其灵敏度可达地磁强度的10^-7。

三、物性型传感器的优势

传统的结构型传感器存在结构复杂、体积庞大、成本高等缺点。相比之下,物性型传感器利用材料本身的物理或化学性质进行 sensing,具有灵敏度高、体积小、成本低等优势,因此成为传感器发展的重要方向。

四、化学传感器和生物传感器:前景广阔

利用化学效应和生物效应开发的化学传感器和生物传感器,为传感技术开辟了新的领域。自然界是生物传感器的杰出设计师,例如狗的嗅觉灵敏度比人类高出百万倍。通过模仿生物感官机制,我们可以开发出性能更加优异的传感器,应用于环境监测、医疗诊断、食品安全等领域。