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主要特點(diǎn)傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且還可能建立新型工業(yè)，從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)基礎(chǔ)上的，已成功應(yīng)用在硅器件上做成硅壓力傳感器。
主要功能常將傳感器的功能與人類(lèi)5大感覺(jué)器官相比擬：
光敏傳感器——視覺(jué)
聲敏傳感器——聽(tīng)覺(jué)
氣敏傳感器——嗅覺(jué)
化學(xué)傳感器——味覺(jué)
壓敏、溫敏、 傳感器（圖1）
流體傳感器——觸覺(jué)
敏感元件的分類(lèi)：
物理類(lèi)，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。
化學(xué)類(lèi)，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。
生物類(lèi)，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(xiàn)敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(lèi)（還有人曾將敏感元件分46類(lèi)）。
1)光纖傳感器
光纖傳感器技術(shù)是隨著光導(dǎo)纖維實(shí)用化和光通信技術(shù)的發(fā)展而形成的一門(mén)嶄新的技術(shù)。光纖傳感器與傳統(tǒng)的各類(lèi)傳感器相比有許多特點(diǎn)，如靈敏度高.抗電磁干擾能力強(qiáng)，耐腐蝕，絕緣性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小.耗電少，光路有可撓曲性，以及便于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)等.
光纖傳感器一般分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器.稱(chēng)為功能型傳感器;另一類(lèi)是光纖僅僅起傳輸光波的作用，必須在光纖端面或中間加裝其他敏感元件才能構(gòu)成傳感器，稱(chēng)為傳光型傳感器。無(wú)論哪種傳感器，其工作原理都是利用被測(cè)量的變化調(diào)制傳輸光光波的某一參數(shù)，使其隨之變化，然后對(duì)已調(diào)制的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而得到被測(cè)量。
光纖傳感器可以測(cè)量多種物理量.目前已經(jīng)實(shí)用的光纖傳感器可測(cè)量的物理量達(dá)70多種，因此光纖傳感器具有廣闊的發(fā)展前景.
2)紅外傳感器
紅外傳感器是將輻射能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器，又稱(chēng)為紅外探測(cè)器.常見(jiàn)的紅外探測(cè)器有兩大類(lèi)，熱探測(cè)器和光子探m器.熱探測(cè)器是利用人射紅外輻射引起探測(cè)器的敏感元件的沮度變化，進(jìn)而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)測(cè)量有關(guān)物理參數(shù)的變化來(lái)確定紅外探測(cè)器吸收的紅外輻射.熱探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)波段寬，可以在室沮下工作，使用方便。但是，熱探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，靈敏度較低，一般用于紅外輻射變化緩慢的場(chǎng)合.如光譜儀、測(cè)溫儀、紅外攝像等。光子紅外探測(cè)器是利用某些半導(dǎo)體材料在紅外輻射的照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)，使材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)最電學(xué)性質(zhì)的變化，可以確定紅外輻射的強(qiáng)弱。光子探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率高。但一般需在低溫下_L作，探測(cè)波段較窄，一般用于側(cè)溫儀、航空掃描儀、熱像儀等。紅外傳感器廣泛用于測(cè)溫、成像、成分分析、無(wú)損檢測(cè)等方面，特別是在軍事上的應(yīng)用更為廣泛，如紅外偵察、紅外雷達(dá)、紅外通信、紅外對(duì)抗等。
3)氣敏傳感器
氣敏傳感器是指能將被側(cè)氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出的裝置。氣敏傳感器的性能必須滿(mǎn)足下列條件:
(1)能夠檢淵易爆炸氣體的允許濃度、有害氣體的允許濃度和其他基準(zhǔn)設(shè)定濃度.并能及時(shí)給出報(bào)薯、顯示與控制信號(hào);
(2)對(duì)被側(cè)氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感;
(3)長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、重復(fù)性好
(4)動(dòng)態(tài)特性好、響應(yīng)迅速;
(5)使用、維護(hù)方便，價(jià)格便宜等。
4)生物傳感器
生物傳感器是利用生物或生物物質(zhì)做成的、用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)的化學(xué)成分的傳感器。生物或生物物質(zhì)是指酶、微生物、抗體等，被側(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)人生物敏感膜，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)(物理、化學(xué)反應(yīng))，通過(guò)變換器將其轉(zhuǎn)換成可定量、可傳輸、處理的電信號(hào).按照所用生物活性物質(zhì)的不同，生物傳感器包括酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、免疫傳感器、生物組織傳感器等。酶?jìng)鞲衅骶哂徐`敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已實(shí)用化的商品達(dá)200種以上，但由于酶的提煉工序復(fù)雜，因而造價(jià)高，性能也不太穩(wěn)定。微生物傳感器與酶?jìng)鞲衅飨啾?，價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，它的缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)(數(shù)分鐘)，選擇性差，目前微生物傳感器已成功應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)學(xué)中，如測(cè)定水污染程度、診斷尿毒癥和搪尿病等。免疫傳感器的基本原理是免疫反應(yīng)，目前已研制成功的免疫傳感器達(dá)兒十種以上。生物組織傳感器制作簡(jiǎn)便，工作壽命長(zhǎng)，在許多情況下可取代酶?jìng)鞲衅?，但在?shí)用化中還存在選擇性差、動(dòng)植物材料不易保存等問(wèn)題。目前生物傳感器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用正向著多功能化、集成化的方向發(fā)展。半導(dǎo)體生物傳感器是將半導(dǎo)體技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，為生物傳感器的多功能化、小型化、微型化提供了重要的途徑。
5)機(jī)器人傳感器
機(jī)器人傳感器是一種能將機(jī)器人目標(biāo)物特性(或參量)變換為電量輸出的裝置，機(jī)器人通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于人類(lèi)的知覺(jué)作用。機(jī)器人傳感器分為內(nèi)部檢測(cè)
傳感器和外界檢測(cè)傳感器兩大類(lèi)。內(nèi)部檢測(cè)傳感器是在機(jī)器人中用來(lái)感知它自己的狀態(tài)，以調(diào)整和控制機(jī)器人自身行動(dòng)的傳感器。它通常由位置、加速度、速度及JR力傳感器組成。外界檢測(cè)傳感器是機(jī)器人用以感受周?chē)h(huán)境、目標(biāo)物的狀態(tài)特征信息的傳感器.從而使機(jī)器人對(duì)環(huán)境有自校正和自適應(yīng)能力。外界槍側(cè)傳感器通常包括觸覺(jué)、接近覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等傳感器。機(jī)器人傳感器是機(jī)器人研究中必不可缺的重要課題，需要有更多的、性能更好的、功能更強(qiáng)的、集成度更高的傳感器來(lái)推動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展。
6)智能傳感器
智能傳感器是一種帶有微處理機(jī)的，兼有信息檢測(cè)、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。本書(shū)第9章將對(duì)這種傳感器進(jìn)行詳細(xì)闡述。
3.數(shù)字傳感器
數(shù)字式傳感器是指能把被測(cè)(模擬)量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字徽輸出的傳感器。數(shù)字式傳感器是檢測(cè)技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳感器技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)重要方向。
數(shù)字式傳感器可分為三類(lèi):一是直接以數(shù)宇量形式輸出的傳感器，如絕對(duì)編碼器可以將位移鰭直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。二是以脈沖形式愉出的傳感器.如增量編碼器、光柵、磁柵和感應(yīng)同步器可以將位移量轉(zhuǎn)換成一系列計(jì)數(shù)脈沖，再由計(jì)數(shù)系統(tǒng)
所計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)反映被側(cè)量的值;三是以頻率形式輸出的傳感器，能把被測(cè)量換成與之相對(duì)應(yīng)的、且便于處理的頻率輸出，因此也叫做頻率式傳感器.數(shù)字式傳感器在機(jī)床數(shù)控、自動(dòng)化和計(jì)量、檢測(cè)技術(shù)中得到日益廣泛的應(yīng)用。
傳感器的原理與分類(lèi)
一、傳感器的定義
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)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”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，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)。傳感器能感受到被測(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(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。
二、傳感器的分類(lèi)
目前對(duì)傳感器尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的分類(lèi)方法，但比較常用的有如下三種：
1、按傳感器工作原理分類(lèi)，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。
2、按傳感器的物理量分類(lèi)，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器。
3、按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi)，可分為：輸出為開(kāi)關(guān)量(“1”和"0”或“開(kāi)”和“關(guān)”)的開(kāi)關(guān)型傳感器;輸出為模擬型傳感器;輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。
關(guān)于傳感器的分類(lèi)：
1.按被測(cè)物理量分：如：力，壓力，位移，溫度，角度傳感器等;
2.按照傳感器的工作原理分：如：應(yīng)變式傳感器、壓電式傳感器、壓阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、光電式傳感器等;
3.按照傳感器轉(zhuǎn)換能量的方式分：
(1)能量轉(zhuǎn)換型：如：壓電式、熱電偶、光電式傳感器等;
(2)能量控制型：如：電阻式、電感式、霍爾式等傳感器以及熱敏電阻、光敏電阻、濕敏電阻等。
4.按照傳感器工作機(jī)理分：
(1)結(jié)構(gòu)型：如：電感式、電容式傳感器等;
(2)物性型：如：壓電式、光電式、各種半導(dǎo)體式傳感器等。
5.按照傳感器輸出信號(hào)的形式分：
(1)模擬式：傳感器輸出為模擬電壓量;
(2)數(shù)字式：傳感器輸出為數(shù)字量，如：編碼器式傳感器。
三、傳感器的靜態(tài)特性
傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，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(xiàn)來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線(xiàn)性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。
四、傳感器的動(dòng)態(tài)特性
所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，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)閭鞲衅鲗?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。最常用的標(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。
五、傳感器的線(xiàn)性度
通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線(xiàn)而非直線(xiàn)。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(xiàn)近似地代表實(shí)際的特性曲線(xiàn)、線(xiàn)性度(非線(xiàn)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(xiàn)的選取有多種方法。如將零輸入和滿(mǎn)量程輸出點(diǎn)相連的理論直線(xiàn)作為擬合直線(xiàn);或?qū)⑴c特性曲線(xiàn)上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線(xiàn)作為擬合直線(xiàn)，此擬合直線(xiàn)稱(chēng)為最小二乘法擬合直線(xiàn)。
六、傳感器的靈敏度
靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(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(xiàn)的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線(xiàn)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)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。
七、傳感器的分辨力
分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。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)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(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。
通常傳感器在滿(mǎn)量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿(mǎn)量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿(mǎn)量程的百分比表示，則稱(chēng)為分辨率。
八、電阻式傳感器
電阻式傳感器是將被測(cè)量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。
九、電阻應(yīng)變式傳感器
傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類(lèi)，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高(通常是絲式、箔式的幾十倍)、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。
十、壓阻式傳感器
壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。用作壓阻式傳感器的基片(或稱(chēng)膜片)材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來(lái)越受到人們的重視，尤其是以測(cè)量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。
十一、熱電阻傳感器
熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線(xiàn)性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測(cè)量-200℃～+500℃范圍內(nèi)的溫度。
十二、傳感器的遲滯特性
遲滯特性表征傳感器在正向(輸入量增大)和反向(輸入量減小)行程間輸出-一輸入特性曲線(xiàn)不一致的程度，通常用這兩條曲線(xiàn)之間的最大差值△MAX與滿(mǎn)量程輸出F·S的百分比表示。遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。
傳感器的定義和分類(lèi)
一、傳感器的定義
信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開(kāi)發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來(lái)越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來(lái)越明顯。最廣義地來(lái)說(shuō)，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC: International Electrotechnical Committee)的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel 等的說(shuō)法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。傳感器系統(tǒng)的原則框圖示于圖1-1，進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過(guò)程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線(xiàn)性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。德國(guó)和俄羅斯學(xué)者認(rèn)為傳感器應(yīng)是由二部分組成的，即直接感知被測(cè)量信號(hào)的敏感元件部分和初始處理信號(hào)的電路部分。按這種理解，傳感器還包含了信號(hào)成形器的電路部分。傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類(lèi)傳感器：有源的和無(wú)源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵(lì)源有源(a)和(b)傳感器的信號(hào)流程無(wú)源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵(lì)能傳感器承擔(dān)將某個(gè)對(duì)象或過(guò)程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對(duì)象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)(即過(guò)程)的。對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過(guò)多種方式檢測(cè)。對(duì)象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對(duì)象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測(cè)定的電學(xué)量，然后將此電信號(hào)分離出來(lái)，送入傳感器系統(tǒng)加以評(píng)測(cè)或標(biāo)示。各種物理效應(yīng)和工作機(jī)理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被
測(cè)量對(duì)象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機(jī)制和效應(yīng)類(lèi)型不斷增加，其包含的處理過(guò)程日益完善。
常將傳感器的功能與人類(lèi)5 大感覺(jué)器官相比擬：
光敏傳感器——視覺(jué) 聲敏傳感器——聽(tīng)覺(jué)
氣敏傳感器——嗅覺(jué) 化學(xué)傳感器——味覺(jué)
壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺(jué)
與當(dāng)代的傳感器相比，人類(lèi)的感覺(jué)能力好得多，但也有一些傳感器比人的感覺(jué)功能優(yōu)越，例如人類(lèi)沒(méi)有能力感知紫外或紅外線(xiàn)輻射，感覺(jué)不到電磁場(chǎng)、無(wú)色無(wú)味
的氣體等。
對(duì)傳感器設(shè)定了許多技術(shù)要求，有一些是對(duì)所有類(lèi)型傳感器都適用的，也有只對(duì)特定類(lèi)型傳感器適用的特殊要求。針對(duì)傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)在不同場(chǎng)合均需
要的基本要求是：
高靈敏度抗干擾的穩(wěn)定性(對(duì)噪聲不敏感)線(xiàn)性容易調(diào)節(jié)(校準(zhǔn)簡(jiǎn)易)
高精度高可靠性無(wú)遲滯性工作壽命長(zhǎng)(耐用性)
可重復(fù)性抗老化高響應(yīng)速率抗環(huán)境影響(熱、振動(dòng)、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力
選擇性安全性(傳感器應(yīng)是無(wú)污染的)互換性低成本寬測(cè)量范圍小尺寸、重量輕和高強(qiáng)度寬工作溫度范圍傳感器的定義和分類(lèi)
二、傳感器的分類(lèi)
可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類(lèi)：它們的轉(zhuǎn)換原理(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(lèi)型以及制作它們的材料和工藝等。
根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類(lèi)
傳感器工作原理的分類(lèi)物理傳感器應(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)。
化學(xué)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)。
有些傳感器既不能劃分到物理類(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi)。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的。化學(xué)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(lèi)難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。
常見(jiàn)傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和工作原理列于表1.1。
按照其用途，傳感器可分類(lèi)為：
壓力敏和力敏傳感器，位置傳感器，液面?zhèn)鞲衅鳎芎膫鞲衅?，速度傳感器，熱敏傳感器?加速度傳感器，射線(xiàn)輻射傳感器，振動(dòng)傳感器，敏傳感器，磁敏傳感器，敏傳感器，真空度傳感器，物傳感器等。
以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為：
模擬傳感器——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)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)，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)外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來(lái)制作傳感器的敏感元件。從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成下列幾類(lèi)：
(1)按照其所用材料的類(lèi)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)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)，并在傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施。
現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。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，可以將傳感器區(qū)分為：
集成傳感器 薄膜傳感器 厚膜傳感器 陶瓷傳感器集成傳感器是用標(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，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。
傳感器技術(shù)特點(diǎn)
中國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)正處于由傳統(tǒng)型向新型傳感器發(fā)展的關(guān)鍵階段，它體現(xiàn)了新型傳感器向微型化、多功能化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的總趨勢(shì)。傳感器技術(shù)歷經(jīng)了多年的發(fā)展，其技術(shù)的發(fā)展大體可分三代：
第一代是結(jié)構(gòu)型傳感器，它利用結(jié)構(gòu)參量變化來(lái)感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)。
第二代是上70年代發(fā)展起來(lái)的固體型傳感器，這種傳感器由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成。如：利用熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光敏效應(yīng)，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器。
第三代傳感器是以后剛剛發(fā)展起來(lái)的智能型傳感器，是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，使傳感器具有一定的人工智能。
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