德國(guó)IFM易福門(mén)IFM傳感器原理及工程應(yīng)用敏感元件的分類
①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等類（還有人曾將敏感元件分46類）。
IFM傳感器的分類
可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)IFM傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理（IFM傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng)）；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。
根據(jù)德國(guó) IFM傳感器工作原理，可分為物理IFM傳感器和化學(xué)IFM傳感器二大類 ：
德國(guó) IFM傳感器工作原理的分類物理IFM傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
O1D100 O1D101 O1D102 O1D103 OA0127 OA0201 OA5101 OA5102 OA5103 OA5104 OA5105 OA5106 OA5107 OA5108 OA5109 OA5110 OA5116 OA5118 OA5120 OA5125 OA5127 OA5129 OA5130 OA5201 OA5202 OA5205 OA5206 OA5209 OA5210 OB5011 OB5012 OB5013 OB5014 OB5015 OB5016 OB5018 OB5019 OB5020 OB5021 OB5022 OB5023 OB5024 OB5025 OB5026 OB5027 OB5028 OB5029 OB5030 OB5031 OC5201 OC5202 OC5204 OC5207 OC5210 OC5212 OC5215 OC5218 OC5220 OC5222 OC5223 OC5224 OC5225 OC5226 OC5227 OC5228 OC5230 OC5231 OD5005 OD5006 OD5007 OD5008 OD5009 OD5010 OD5011 OG5052 OG5053 OG5054 OG5056 OG5057 OG5058 OG5059 OG5060 OG5061 OG5062 OG5064 OG5067 OG5068 OG5069 OG5070 OG5071 OG5072 OG5075 OG5077 OG5078 OG5079 OG5080 OG5082 OG5083 OG5084 OG5085 OG5086 OG5087 OG5089 OG5090 OG5091 OG5092 OG5095 OG5096 OG5097 OG5098 OG5099 OG5100 OG5101 OG5102 OG5103 OG5104 OG5106 OG5107 OG5108 OG5109 OG5110 OG5111 OG5112 OG5113 OG5114 OG5115 OG5116 OG5117 OG5118 OG5119 OG5121 OG5123 OG5124 OG5125 OG5126 OG5127 OG5128 OG5129 OGE200 OGE201 OGE500 OGE700 OGE701 OGH200 OJ5028 OJ5030 OJ5031 OJ5032 OJ5033 OJ5034 OJ5036 OJ5037 OJ5038 OJ5039 OJ5040 OJ5041 OJ5042 OJ5044 OJ5045 OJ5048 OJ5049 OJ5052 OJ5053 OJ5054 OJ5055 OJ5056 OJ5057 OJ5058 OJ5060 OJ5061 OJ5062 OJ5063 OJ5064 OJ5065 OJ5066 OJ5067 OJ5068 OJ5069 OJ5070 OJ5071 OJ5072 OJ5073 OJ5074 OJ5075 OJ5077 OJ5078 OJ5079 OJ5081 OJ5082 OJ5083 OJ5084 OJ5085 OJ5086 OJ5088 OJ5089 OJ5100 OJ5104 OJ5108 OJ5109 OJ5114 OJ5116 OJ5117 OJ5122 OJ5126 OJ5130 OJ5131 OJ5136 OJ5138 OJ5139 OJ5141 OJ5142 OJ5144 OJ5148 OJ5152 OL5043 OL5044 OL5045 OL5047 OM0007 OM0008 OM0009 OM0010 OM0011 OM5001 OM5002 OM5003 OM5004 OM5005 OO5000 OO5001 OO5002 OO5003 OO5004 OO5005 OO5006 OO5007 OO5008 OO5009 OO5010 OO5011 OR0002 OR0003 OR0004 OR0005 OR0006 OR0007 OR0008 OR0010 OR0017 OR0018 OS0023 OS0024 OS0025 OS0026 OS0030 OS0031 OS0032 OS00
化學(xué)IFM傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的IFM傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
有些IFM傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)IFM傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的。化學(xué)IFM傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類難題，化學(xué)IFM傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。
常見(jiàn)IFM傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和工作原理列于下表。
1.按照其用途，IFM傳感器可分類為：
壓力敏和力敏IFM傳感器 位置IFM傳感器
液面IFM傳感器 能耗IFM傳感器
速度IFM傳感器 加速度IFM傳感器 
射線輻射IFM傳感器 熱敏IFM傳感器
2.按照其原理，IFM傳感器可分類為：
振動(dòng)IFM傳感器 濕敏IFM傳感器
磁敏IFM傳感器 氣敏IFM傳感器
真空度IFM傳感器 生物IFM傳感器等。
德國(guó)IFM易福門(mén)IFM傳感器原理及工程應(yīng)用以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將IFM傳感器分為：
模擬IFM傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。
數(shù)字IFM傳感器——將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）。
膺數(shù)字IFM傳感器——將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出（包括直接或間接轉(zhuǎn)換）。
開(kāi)關(guān)IFM傳感器——當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，IFM傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。
在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對(duì)外界作用zui敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來(lái)制作IFM傳感器的敏感元件。從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將德國(guó) IFM傳感器分成下列幾類：
（1）按照其所用材料的類別分
金屬 聚合物 陶瓷 混合物
（2）按材料的物理性質(zhì)分　  導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體 磁性材料
（3）按材料的晶體結(jié)構(gòu)分
單晶 多晶 非晶材料
與采用新材料緊密相關(guān)的IFM傳感器開(kāi)發(fā)工作，可以歸納為下述三個(gè)方向：
（1）在已知的材料中探索新的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)，然后使它們能在IFM傳感器技術(shù)中得到實(shí)際使用。
（2）探索新的材料，應(yīng)用那些已知的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)來(lái)改進(jìn)IFM傳感器技術(shù)。
（3）在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新現(xiàn)象、新效應(yīng)和反應(yīng)，并在IFM傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施。
現(xiàn)代IFM傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于IFM傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。IFM傳感器開(kāi)發(fā)的基本趨勢(shì)是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的。表1.2中給出了一些可用于IFM傳感器技術(shù)的、能夠轉(zhuǎn)換能量形式的材料。
按照其制造工藝，可以將IFM傳感器區(qū)分為：
集成IFM傳感器薄膜IFM傳感器厚膜IFM傳感器陶瓷IFM傳感器
集成IFM傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。
薄膜IFM傳感器則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底（基板）上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上。
厚膜IFM傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。
陶瓷IFM傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝（溶膠-凝膠等）生產(chǎn)。
完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。厚膜和陶瓷IFM傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在某些方面，可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。
每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。由于研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低，以及IFM傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷和厚膜IFM傳感器比較合理。
IFM傳感器靜態(tài)特性
IFM傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，IFM傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即IFM傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。表征IFM傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。
（1）線性度：指IFM傳感器輸出量與輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的zui大偏差值與滿量程輸出值之比。
（2）靈敏度：靈敏度是IFM傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。用S表示靈敏度。
（3）遲滯：IFM傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對(duì)于同一大小的輸入信號(hào)，IFM傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等，這個(gè)差值稱為遲滯差值。
（4）重復(fù)性：重復(fù)性是指IFM傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不*的程度。
（5）漂移：IFM傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，IFM傳感器輸出量隨著時(shí)間變化，次現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：一是IFM傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。
IFM傳感器動(dòng)態(tài)特性
所謂動(dòng)態(tài)特性，是指IFM傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，IFM傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)镮FM傳感器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。zui常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以IFM傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。
IFM傳感器的線性度
通常情況下，IFM傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。
擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為zui小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為zui小二乘法擬合直線。
IFM傳感器的靈敏度
靈敏度是指IFM傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對(duì)輸入量變化△x的比值。
它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果IFM傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。
靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移IFM傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。
當(dāng)IFM傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。
提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。
IFM傳感器的分辨力
分辨力是指IFM傳感器可能感受到的被測(cè)量的zui小變化的能力。也就是說(shuō)，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，IFM傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即IFM傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。
通常IFM傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的zui大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。分辨率與IFM傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相相關(guān)性。

德國(guó) IFM傳感器的定義：
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)IFM傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。IFM傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。
德國(guó) IFM傳感器的作用：
人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要IFM傳感器。因此可以說(shuō)，IFM傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。
新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而IFM傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種IFM傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或*狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的IFM傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。
在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，IFM傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 cm的粒子世界，縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、*磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的IFM傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)IFM傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些IFM傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的。
德國(guó) IFM傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的IFM傳感器。
由此可見(jiàn)，IFM傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，IFM傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。