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德國賀德克HYDACD傳感器EDS-3448-5-0100-000的運(yùn)用

在泛的定義中，傳感器是一種設(shè)備、模塊或子系統(tǒng)，其目的是檢測環(huán)境中的事件或變化，并將信息發(fā)送給其他電子設(shè)備，通常是計算機(jī)處理器。傳感器總是與其他電子設(shè)備一起使用。

傳感器用于日常物品中，例如觸敏電梯按鈕（觸覺傳感器）和通過觸摸基座變暗或變亮的燈，此外還有許多大多數(shù)人從未意識到的應(yīng)用。隨著微機(jī)械和易于使用的微控制器平臺的發(fā)展，傳感器的應(yīng)用已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的溫度、壓力或流量測量領(lǐng)域，例如[1]MARG傳感器。此外，電位計和力傳感電阻等模擬傳感器仍被廣泛使用。它被應(yīng)用于包括制造業(yè)和機(jī)械、飛機(jī)和航空航天、汽車、醫(yī)藥、機(jī)器人和我們?nèi)粘Ｉ钪械脑S多其他方面。

傳感器的靈敏度表示當(dāng)被測量的輸入量改變時，傳感器的輸出改變多少。例如，如果溫度計中的水銀在溫度變化1攝氏度時移動1厘米，靈敏度為1厘米/攝氏度（假設(shè)滿足線性特性，它其實(shí)就是斜率Dy/Dx）。一些傳感器也會影響它們測量的東西；例如，將室溫溫度計插入熱液體杯中，當(dāng)液體加熱溫度計時，液體就會冷卻。傳感器通常被設(shè)計成對被測量影響很小的形式；將傳感器做得更小通常會改善這一點(diǎn)，并可能帶來其他優(yōu)點(diǎn)。[2]技術(shù)進(jìn)步使得越來越多的傳感器通過微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)被制造成微型傳感器。在大多數(shù)情況下，與宏觀方法相比，微型傳感器可以達(dá)到高得多的速度和靈敏度。[3][4]
1.1 傳感器偏差

由于傳感器無法實(shí)現(xiàn)理想的傳遞函數(shù)，可能會出現(xiàn)幾種類型的偏差，從而限制傳感器精度：

    由于輸出信號的范圍總是有限的，當(dāng)測量的特性超過極，輸出信號最終將達(dá)到最小值或最大值。滿量程范圍定義了測量屬性的最大值和最小值。
    靈敏度實(shí)際上可能不同于規(guī)定的值。這被稱為靈敏度誤差。 這是線性傳遞函數(shù)斜率的誤差。
    如果輸出信號與正確值相差一個常數(shù)，則傳感器有偏移誤差或偏差。這是線性傳遞函數(shù)y截距的誤差。
    非線性是傳感器傳遞函數(shù)與直線傳遞函數(shù)的偏差。通常，這是由傳感器整個范圍內(nèi)的輸出與理想行為不同的量來定義的，通常表示為整個范圍的百分比。
    隨著時間的推移，測量屬性的快速變化引起的偏差是一個動態(tài)誤差。這種行為通常用波特圖來描述，波特圖顯示靈敏度誤差和相移是周期性輸入信號頻率的函數(shù)。
    如果輸出信號緩慢變化，與測量的特性無關(guān)，則被定義為漂移。數(shù)月或數(shù)年的長期漂移是由傳感器的物理變化引起的。
    噪聲是信號隨時間變化的隨機(jī)偏差。
    滯后誤差導(dǎo)致輸出值根據(jù)之前的輸入值而變化。 如果傳感器的輸出因輸入增加或減少是否達(dá)到特定輸入值而異，則傳感器存在遲滯誤差。
    如果傳感器有數(shù)字輸出，則輸出基本上是測量屬性的近似值。這個誤差也被稱為量化誤差。
    如果對信號進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)控，采樣頻率可能會導(dǎo)致動態(tài)誤差，或者如果輸入變量或附加噪聲以接近采樣速率倍數(shù)的頻率周期性變化，可能會出現(xiàn)混疊誤差。
    傳感器可能在某種程度上對除被測量屬性之外的屬性敏感。例如，大多數(shù)傳感器受其環(huán)境溫度的影響。

所有這些偏差都可以分為系統(tǒng)誤差或隨機(jī)誤差。系統(tǒng)誤差有時可以通過某種校準(zhǔn)策略來補(bǔ)償。噪聲是一種隨機(jī)誤差，可以通過信號處理（如濾波）來降低，通常以改變傳感器的動態(tài)特性為代價。

1.2 分辨率

傳感器的分辨率是它所能檢測到的測量量的最小變化。具有數(shù)字輸出的傳感器的分辨率通常是數(shù)字輸出的分辨率。分辨率與測量的精度有關(guān)，但它們不是一回事。傳感器的精度可能比它的分辨率差得多。

    傳感器可能在某種程度上對除被測量屬性之外的屬性敏感。例如，大多數(shù)傳感器受其環(huán)境溫度的影響。

2 自然界中的傳感器編輯

所有生物都含有生物傳感器，其功能類似于所述的機(jī)械裝置。這些細(xì)胞大多是對以下物質(zhì)敏感的特殊細(xì)胞：

    光、運(yùn)動、溫度、磁場、重力、濕度、水分 、振動、壓力、電場、聲音和外部環(huán)境的其他物理方面
    內(nèi)部環(huán)境的物理方面，如伸展、有機(jī)體的運(yùn)動和附屬物的位置（本體感受）
    環(huán)境分子，包括毒素、營養(yǎng)素和信息素
    生物分子相互作用和一些動力學(xué)參數(shù)的估計
    內(nèi)部代謝指標(biāo)，如葡萄糖水平、氧水平或滲透壓
    內(nèi)部信號分子，如激素、神經(jīng)遞質(zhì)和細(xì)胞因子

3 化學(xué)傳感器編輯

化學(xué)傳感器是一種獨(dú)立的分析設(shè)備，它可以提供關(guān)于其環(huán)境（即液相或氣相）化學(xué)成分的信息。[5] 信息以可測量的物理信號的形式提供，該信號與特定化學(xué)物質(zhì)（稱為分析物）的濃度相關(guān)?；瘜W(xué)傳感器的功能實(shí)現(xiàn)包括兩個主要步驟，即識別和轉(zhuǎn)導(dǎo)。在識別步驟中，分析物分子選擇性地與包括在傳感器識別元件結(jié)構(gòu)中的受體分子或位點(diǎn)相互作用。因此，特征物理參數(shù)發(fā)生變化，這種變化通過產(chǎn)生輸出信號的集成傳感器來反饋 ?；谏镄再|(zhì)識別材料的化學(xué)傳感器是生物傳感器。然而，由于合成仿生材料將在某種程度上替代識別生物材料，因此生物傳感器和標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)傳感器之間沒有非常明顯的界限 。用于傳感器開發(fā)的典型仿生材料是分子印跡聚合物和適體。
4 生物傳感器編輯

德國HYDAC傳感器在生物醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)中，通過生物成分（如細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸或仿生聚合物）檢測分析物的傳感器被稱為生物傳感器。而用于生物分析物的非生物傳感器，甚至是有機(jī)的（=碳化學(xué)），都被稱為傳感器或納米傳感器。該術(shù)語適用于體外和體內(nèi)的應(yīng)用。生物傳感器中生物成分的封裝提出了與普通傳感器略有不同的問題；這可以通過半透性屏障（例如透析膜或水凝膠）或3D聚合物基質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，該半透性屏障或者物理約束感測大分子，或者通過將大分子束縛到支架上來化學(xué)約束大分子。