智能电器领域传感器技术

搜索目前国内外先进的传感技术，哪些可用于智能电器或智能电网领域？

1. 传感技术

传感器技术是现代科技的前沿技术，发展迅猛，同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱，许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。

2. 传感技术的发展

第一代：结构型传感器

电阻应变式传感器, ，它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的。 电阻应变式传感器, 它是利用金属材料发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的。 第二代：固体传感器

这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成, ，是利用材料某些特性制成的。利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。70 年代后期, 随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展, 出现集成传感器. 集成传感器包括 2 种类型: 传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化. 例如:电 荷 耦 合 器 件 ( CC D ) , 集成温度传感器AD590, 集成霍尔传感器 UGN3 501 等. 。这类传感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口灵活等特点. 集成传感器发展非常迅速, 现已占传感器市场的 2/ 3 左右, 它正向着低价格、多功能和系列化方向发展。 第三代：智能传感器

所谓智能传感器是指其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。80 年代智能化测量主要以微处理器为核心，把传感器信号调节电路、微计算机、存贮器及接口集成到一块芯片上，使传感器具有一定的人工智能。90年代智能化测量技术有了进一步的提高，在传感器一级水平实现智能化，使其具有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等。

3. 主要传感技术的分类

（1）光电传感技术

又称光传感器技术，是将光信号转化为电信号的一种传感器技术。可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等，也可用来检测能转换成

光电量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、震动、速度、加速度、以及物体形状、工作状态等，光电传感技术具有非接触、响应快、性能可靠等特点。目前主要应用与工业自动化控制和机器人技术中。

（2）多传感技术

主要是信息融合技术，除此之外还包括传感器阵列制作，多传感器系统的性能分析。整体设计与管理等等。大大提高了传感器的可靠性、鲁棒性，扩展时间上和空间上的观测范围、增强数据的可信任度、增强系统的分辨能力。

（3）生物传感技术

是一种将生物化学反应能转化成电信号的分析测试技术，以此而制成的传感器装置具有选择性高、分析速度快、操作简易和价格低廉等特点。

4. 传感器分类

（1）按被测参量分类

1) 机械量参量: 如位移传感器, 速度传感器等.

2 ) 热工参量: 如温度传感器、 压力传感器、流量传感器.

3) 物性参量: 如 p H 传感器、 氧含量传感器等.

（2）按传感器的工作机理分类

1 ) 物理传感器: 指利用物质的物理现象和效应感知并检测出待测对象信息的器件. 它分为 2 类: 结构型传感器( 如电容传感器、 电感传感器等) ; 物性型传感器( 如光电传感器、 压电传感器等) . 物理传感器开发早, 发展快、 品种多、应用广, 目前正向集成化、 系列化、 智能化发展.

2 ) 化学传感器: 主要是利用化学反应来识别和检测信息的器件. 如气敏传感器、 湿敏传器和离子敏传感器. 这类传感器很有发展前途, 可在环境保护、 火灾报警、 医疗卫生和家用电器方面有极其广泛的使用.

3) 生物传感器: 是利用生物化学反应的器件, 由固定生物体材料和适当转换器件组合成的系统, 与化学传感器有密切关系. 如味觉传感器, 听觉传感器等. 该类传感器目前发展还不成熟, 尚在研发过程中.

（3）按照能量转换分类

按照能量转换分为能量转换型传感器和能量控制型传感器.

1) 能量转化型传感器: 主要由能量变换元件构成, 不需用外加电源, 基于物理效应产生信息, 如热敏电阻、光敏电阻等.

2) 能量控制型传感器: 在信息变换过程中, 需外加电源供给, 如霍尔传感器、 电容传感器.

（4）按传感器使用材料分类

按传感器使用材料分类有: 半导体传感器、陶瓷传感器、 复合材料传感器、金属材料传感器、高分子材料传感器, 超导材料传感器、光纤材料传感器、纳米材料传感器等.

（5）按传感器输出信号分类

按传感器输出信号分类有: 模拟传感器和数字传感器. 目前模拟传感器种类远远超过数 字传感器. 数字传感器直接输出数字量, 不需使用 A/ D 转换器, 就可与计算机联机, 提高系统可靠性和精确度, 具有抗干扰能力强, 适宜远距离传输等优点, 是传感器发展方向之一. 这类传感器目前有振弦式传感器和光栅传感器等.

5. 用于智能电器以及智能电网领域的传感器

（1）无源无线温度传感器：利用压电材料的声表面波特性，实现无源无线的声表面波（SAW ）温度传感器，可用在智能电网电缆接头、开关柜触头等位置的温度实时监测中，有效地保障电网运行的安全。

（2）无位置传感器：就是在不安装位置传感器的情况下，通过检测电机定子侧的电压电流等物理量，再经过相应地处理，将位置信息从这些物理量中提取出来的一种技术手段。测量无刷直流电机的转子位置。 （3）光纤传感技术：对于电缆、变压器绕阻等大电流发热器件的温度、应力测量监控。 光纤光栅温度传感器、布里渊光时域反射仪温度、应力分布式传感器，用以监测智能电器中的温度场

光纤电流传感器代替传统电磁型电流互感器

其中，光纤电流传感器主要分为两类：有源型光纤电流传感器和无源型光纤电流传感器。其中，无源型又分为全磁光材料型、聚磁环型和全光纤型。

有源型光纤电流传感器：它的感应原理与传统互感器一样。需要用到罗氏线圈和电磁感应原理，首先在高压侧采集到信号，直接进行模拟数字信号转换等信号处理，然后把电信号转换成光信号，由光纤传输到低压侧。它采用光纤来进行高压侧和低压侧的数据通信，是光纤通信的一个应用。同时光纤是绝缘的，非常安全可靠。

无源型光纤电流传感器与有源型最大的区别在于，它的高压侧没有电源或者光源，它能直接把传感信号通过光纤传送到低压侧进行信号处理。它的基本原理是法拉第磁光效应。全

磁光材料型的电流传感器，即是将块状磁光材料拼接成环状，使得磁光材料在电流导体周围。电流导体产生的环形磁场与偏振光在磁光材料中走的路径近似平行，经过一段路径之后，偏振光的偏振角度会发生偏转，可以用来得到电流值。但是偏振光在这种传感器中传输时因为反射等，传播方向会改变，这会引起相移和损耗，影响测量的准确度。聚磁环型电流传感器，顾名思义就是在传感器中引入了一个聚磁环，可以极大的增强电流导体产生的磁场。此时，在聚磁环的空隙处放入磁光材料，便可以用来检测电流。聚磁环型传感器由于增强了磁场，可以在保证测量精度的前提条件下，适当缩短光在磁光材料中走的距离。

（4）差磁式故障监测选线传感器：直接检测每条支路漏电流产生的磁场, 无需向直流操作回路注入任何信号, 对直流操作回路无任何影响, 且检测准确、灵敏度高, 解决了电力系统接地故障监测的实际问题.

（5）压阻传感器(如硅压力传感器) ：利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。

基于硅压阻MEMS 技术的加速度传感器来测量断路器触头运动特性。

（5）角位移传感器 ：该传感器采用特殊形状的转子和线绕线圈，模拟线性可变差动传感器（LVDT ）的线性位移，有较高的可靠性和性能，转子轴的旋转运动产生线性输出信号，围

绕出厂预置的零位移动±60（总共120）度。 此输出信号的相位指示离开零位的位移方向。转子的非接触式电磁耦合使产品具有无限的分辨率，即绝对测量精度可达到零点几度。

解决了直线位移传感器安装困难和高电位隔离的问题; 采用非接触式角位移传感器间接测量动触头行程曲线, 有效解决了常规角度位移传感器及直线位移传感器安装困难问题；利用断路器辅助触点及实验结果的时间修正, 得到了动静触头刚分、刚合时刻；用霍尔电流传感器及其电路, 得到了断路器分、合闸周期的起始时刻

；