Скачать одним файлом:

Общие понятия
Сенсор - прибор для наблюдения за объектом, процессом или средой, преобразующий физико-химические свойства в сигнал.

Наносенсор – сенсор, имеющий нанометровый (менее 100 нм) масштаб, либо хотя бы в одном из трех измерений, либо относящийся к материалу в целом или его структурным элементам.

Области применения сенсоров (наносенсоров)

• медицина
• экология
• безопасность
• промышленность
• военно-космический комплекс
• домашние удобства

Виды сенсоров

• ультразвуковые сенсоры
• инфракрасные датчики
• пьезоэлектрические сенсоры
• газовые сенсоры
• магнитоэлектрические датчики
• биосенсоры

Виды сенсоров (расширенно) [1]
Классификация по измеряемому параметру:

• Датчики давления
• Датчики расхода
• Уровня
• Температуры
• Датчик концентрации
• Радиоактивности
• Перемещения
• Положения
• Фотодатчики
• Датчик углового положения
• Датчик вибрации
• Датчик механических величин
• Датчик дуговой защиты

Классификация по принципу действия:

• Оптические датчики (фотодатчики)
• Магнитоэлектрический датчик (эффект Холла)
• Пьезоэлектрический датчик
• Тензометрический датчик
• Ёмкостной датчик
• Потенциометрический датчик
• Индуктивный датчик

Виды сенсоров: ультразвуковые сенсоры [2]
Звук с частотой более чем 16 кГц называют ультразвуком. Ультразвуковые датчики действуют по принципу эхолокации – расстояние до объекта рассчитывается на основании измерения промежутка времени между моментами посылки и приема звукового импульса и скорости звука в среде.

Факторы влияния на качество приема сигнала:
- температура и влажность окружающей среды;
- уровень внешних шумов;
- расстояние до объекта, размер и геометрия поверхности.

Применение ультразвуковых сенсоров:
- датчик приближения;
- дистанционное обнаружение различных объектов;
- измерение расстояний.

Виды сенсоров: инфракрасные датчики [3]
Инфракрасные датчики - датчики, работающие в инфракрасном излучении.

Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).

Принцип изменения уровня ИК-излучения используется в датчиках движения для обнаружения перемещения каких-либо объектов.

Применение инфракрасных датчиков:
- автоматическое управление освещением;
- охранная сигнализация.

Виды сенсоров: пьезоэлектрические сенсоры [4]
Пьезоэлектрические сенсоры - это устройства, использующие пьезоэлектрический эффект в кристаллах, керамике или плёнках и преобразующие механическую энергию в электрическую и наоборот.

Пьезоэлектрический эффект — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля.

Применение пьезоэлектрических сенсоров:
- источник получения искры;
- чувствительные элементы в микрофонах, гидрофонах, гидролокаторов (сонарах);
- системы сверхточного позиционирования (сканирующий туннельный микроскоп, позиционер перемещения головки жёсткого диска);
- подача чернил в струйных принтерах;
- адаптивная оптика, для изгиба отражающей поверхности деформируемого зеркала.

Виды сенсоров: газовые сенсоры
Газовый сенсор - устройство, которое реагирует на присутствие различных газов в определенной среде.

Действие датчика основано на изменении проводимости при прохождении газо-воздушной смеси на поверхности катализатора.

Применение газовых сенсоров:
- детектирование и количественный мониторинг присутствия активных донорно-акцепторных газов.

Виды сенсоров: магнитоэлектрические датчики [5]
Магнитоэлектрический датчик (датчик магнитного поля) – устройство, электрические свойства которого меняются в зависимости от приложенного магнитного поля.

Принцип работы датчиков основан на пропорциональном изменении выходного напряжения или сопротивления датчика под воздействием внешнего магнитного поля (эффект Холла).

Схематическое изображение сенсора магнитного поля на основе метода треков быстрых тяжелых ионов. Условные обозначения: 1) диэлектрический слой; 2) полупроводниковая подложка; 3) узкие каналы в диэлектрическом слое, заполненные металлом или слоями металлов; 4) рабочие контакты; 5) управляющий контакт.

Применение магнитоэлектрических датчиков:
- изделия ракетно-космической техники;
- система безопасности для обнаружения движения;
- навигационные приборы и малогабаритные электромагнитные системы.

Виды сенсоров: биосенсоры [6]
Биосенсоры – сенсоры, включащие в себя биологический материал.

Фунции биосенсора: конкретное взаимодействие -> передача информации -> усиление -> преобразование в сигнал
Работа биосенсора основывается на взаимодействии селектора с биологическим материалом и регистрации доли взаимодействия.

Применение биосенсоров:
- изучение межмолекулярных взаимодействий (определение скоростей реакций ассоциации и диссоциации);
- изучение и контроль процессов формирования тонких пленок (микро- и наноэлектроника);
- биосовместимые материалы (адсорбция белков и полимеров, биодеградация поверхностей и пленок).

Что меняет приставка "нано"?
Приставка "нано" означает миллиардную часть чего-либо (10^-9 м).
Наносенсоры качественно отличаются от традиционных датчиков, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул (например, силы Ван-дер-Ваальса), квантовые эффекты [7].

Сравнительная размерная шкала.

Размерные соотношения различных объектов с наноразмером [8].

Перспективы [9]
Работа по созданию квантового компьютера лежит на переднем плане современной физики.

Формирование нанообщества вероятно произойдет к третьей четверти XXI века. Другими словами, нанотехнологии разовьются к указанной дате.
«Термины — квантовые точки, квантовые диполи, квантовые проволоки — становятся главными терминами квантовых интегральных схем наноразмерных квантовых компьютеров ближайшего будущего.»

Источники информации

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA
2. http://www.mega-sensor.ru/PDF/uschoise.pdf
3. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%D1%84%D1%80%D0%B0%D0%BA%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%8C%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C
5. http://cryogenic.physics.by/index.php/ru/scientific-activities/main-results/62-results/225-2011-06-20-14-20-29
6. http://nano.msu.ru/files/basics/lecture18_Kurochkin.pdf
7. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F
8. http://futureforall.org/nanotechnology/nanotechnology.htm
9. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%BE%D0%B1%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE
   

Автор: Павленко Александр

Примечание. Автору принадлежат права на подбор и систематизацию информации. На некоторый материал (текст, фотографии, графические изображения) даны гиперссылки, в силу соблюдения авторских прав.