　　當(dāng)今社會(huì)，傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(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，都離不開各種各樣的傳感器。今天帶大家來(lái)全面了解傳感器！

　　一、傳感器定義

　　傳感器是復(fù)雜的設(shè)備，經(jīng)常被用來(lái)檢測(cè)和響應(yīng)電信號(hào)或光信號(hào)。傳感器將物理參數(shù)（例如：溫度、血壓、濕度、速度等）轉(zhuǎn)換成可以用電測(cè)量的信號(hào)。我們可以先來(lái)解釋一下溫度的例子，玻璃溫度計(jì)中的水銀使液體膨脹和收縮，從而將測(cè)量到的溫度轉(zhuǎn)換為可被校準(zhǔn)玻璃管上的觀察者讀取的溫度。

　　二、傳感器選擇標(biāo)準(zhǔn)

　　在選擇傳感器時(shí)，必須考慮某些特性，具體如下：

　　1.準(zhǔn)確性

　　2.環(huán)境條件——通常對(duì)溫度/濕度有限制

　　3.范圍——傳感器的測(cè)量極限

　　4.校準(zhǔn)——對(duì)于大多數(shù)測(cè)量設(shè)備而言，因?yàn)樽x數(shù)會(huì)隨時(shí)間變化

　　5.分辨率——傳感器檢測(cè)到的最小增量

　　6.費(fèi)用

　　7.重復(fù)性——在相同環(huán)境下重復(fù)測(cè)量變化的讀數(shù)

三、傳感器分類標(biāo)準(zhǔn)

　　傳感器分為以下標(biāo)準(zhǔn)：

　　1.主要輸入數(shù)量（被測(cè)量者）

　　2.轉(zhuǎn)導(dǎo)原理（利用物理和化學(xué)作用）

　　3.材料與技術(shù)

　　4.財(cái)產(chǎn)

　　5.應(yīng)用程序

　　轉(zhuǎn)導(dǎo)原理是有效方法所遵循的基本標(biāo)準(zhǔn)。通常，材料和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由開發(fā)工程小組選擇。

根據(jù)屬性分類如下：

　　·溫度傳感器——熱敏電阻、熱電偶、RTD、IC等。

　　·壓力傳感器——光纖、真空、彈性液體壓力計(jì)、LVDT、電子。

　　·流量傳感器——電磁、壓差、位置位移、熱質(zhì)量等。

　　·液位傳感器——壓差、超聲波射頻、雷達(dá)、熱位移等。

　　·接近和位移傳感器——LVDT、光電、電容、磁、超聲波。

　　·生物傳感器——共振鏡、電化學(xué)、表面等離子體共振、光尋址電位測(cè)量。

　　·圖像——電荷耦合器件、CMOS

　　·氣體和化學(xué)傳感器——半導(dǎo)體、紅外、電導(dǎo)、電化學(xué)。

　　·加速度傳感器——陀螺儀、加速度計(jì)。

　　·其他——濕度、濕度傳感器、速度傳感器、質(zhì)量、傾斜傳感器、力、粘度。

　　來(lái)自生物傳感器組的表面等離子體共振和光可尋址電位是基于光學(xué)技術(shù)的新型傳感器。與電荷耦合器件相比，CMOS圖像傳感器的分辨率較低，CMOS具有體積小、價(jià)格便宜、功耗低的優(yōu)點(diǎn)，因此可以更好地替代電荷耦合器件。加速度計(jì)由于在未來(lái)的應(yīng)用中（如飛機(jī)、汽車等）以及在視頻游戲、玩具等領(lǐng)域中的重要作用而被獨(dú)立分組。磁強(qiáng)計(jì)是測(cè)量磁通強(qiáng)度B（以特斯拉或As/m2為單位）的傳感器。

根據(jù)傳感器的電源或能量供應(yīng)要求進(jìn)行分類：

　　·有源傳感器–需要電源的傳感器稱為有源傳感器。示例：激光雷達(dá)（光探測(cè)和測(cè)距）、光電導(dǎo)單元。

　　·無(wú)源傳感器–不需要電源的傳感器稱為無(wú)源傳感器。例如：輻射計(jì)、膠片攝影。

根據(jù)應(yīng)用分類如下：

　　·工業(yè)過(guò)程控制、測(cè)量和自動(dòng)化

　　·非工業(yè)用途-飛機(jī)、醫(yī)療產(chǎn)品、汽車、消費(fèi)電子產(chǎn)品、其他類型的傳感器。

　　根據(jù)當(dāng)前和未來(lái)的應(yīng)用前景中，傳感器可分為以下幾類：

　　·加速計(jì)——它們基于微電子機(jī)械傳感器技術(shù)。它們用于病人監(jiān)測(cè)，包括配速器和車輛動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。

　　·生物傳感器——它們基于電化學(xué)技術(shù)。它們用于食品測(cè)試、醫(yī)療設(shè)備、水測(cè)試和生物戰(zhàn)劑檢測(cè)。

　　·圖像傳感器——它們基于CMOS技術(shù)。它們被用于消費(fèi)電子、生物測(cè)定、交通和安全監(jiān)視以及個(gè)人電腦成像。

　　·運(yùn)動(dòng)探測(cè)器——基于紅外線、超聲波和微波/雷達(dá)技術(shù)。它們被用于電子游戲和模擬，光激活和安全檢測(cè)。

四、五種常用的傳感器類型

　　一些常用的傳感器及其原理和應(yīng)用說(shuō)明如下：

（一）、溫度傳感器

　　該設(shè)備從源頭收集有關(guān)溫度的信息，并轉(zhuǎn)換成其他設(shè)備或人可以理解的形式。溫度傳感器的例證是玻璃水銀溫度計(jì)，會(huì)隨著溫度的變化而膨脹和收縮。外部溫度是溫度測(cè)量的來(lái)源，觀察者觀察汞的位置以測(cè)量溫度。溫度傳感器有兩種基本類型：

　　·接觸式傳感器——這種類型的傳感器需要與被感測(cè)對(duì)象或介質(zhì)直接物理接觸。它們可以在在很大的溫度范圍內(nèi)監(jiān)控固體、液體和氣體的溫度。

　　·非接觸式傳感器——這種類型的傳感器不需要與被檢測(cè)的物體或介質(zhì)發(fā)生任何物理接觸。它們監(jiān)控非反射性固體和液體，但由于天然透明性，因此對(duì)氣體無(wú)用。這些傳感器使用普朗克定律測(cè)量溫度。該定律處理從熱源輻射的熱量以測(cè)量溫度。

　　不同類型溫度傳感器的工作原理及實(shí)例

　?。╥）熱電偶——它們由兩根電線（每根均為不同的均勻合金或金屬）組成，通過(guò)在一端的連接形成測(cè)量接頭，該測(cè)量接頭對(duì)被測(cè)元件開放。電線的另一端端接到測(cè)量設(shè)備，在此形成參考結(jié)。由于兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，電流流過(guò)電路，測(cè)量得到的毫伏來(lái)確定結(jié)點(diǎn)的溫度。熱電偶示意圖如下。

　?。╥i）電阻溫度檢測(cè)器（RTD）——這是一種熱電阻，其制造目的是隨著溫度的變化改變電阻，它們比任何其他溫度檢測(cè)設(shè)備都貴。電阻式溫度探測(cè)器示意圖如下。

　?。╥ii）熱敏電阻——它們是另一種電阻，電阻的大變化與溫度的小變化成正比。

（二）、紅外傳感器

　　該設(shè)備發(fā)射或檢測(cè)紅外輻射以感知環(huán)境中的特定相位。一般來(lái)說(shuō)，熱輻射是由紅外光譜中的所有物體發(fā)出的，紅外傳感器檢測(cè)到這種人眼看不見的輻射。

優(yōu)勢(shì)

　　·易于連接

　　·市場(chǎng)上現(xiàn)貨供應(yīng)

缺點(diǎn)

　　·受到周圍噪音干擾，如輻射、環(huán)境光等。

工作原理

　　其基本思想是利用紅外發(fā)光二極管向物體發(fā)射紅外光。同一類型的另一個(gè)紅外二極管將用于探測(cè)物體反射波。紅外Led傳感器工作原理簡(jiǎn)圖如下所示。

　　當(dāng)紅外接收器受到紅外光照射時(shí)，導(dǎo)線上會(huì)產(chǎn)生電壓差。由于產(chǎn)生的電壓很小，很難被檢測(cè)到，因此使用運(yùn)算放大器（運(yùn)放）來(lái)準(zhǔn)確地檢測(cè)低電壓。

　　測(cè)量物體與接收傳感器的距離：紅外傳感器組件的電特性可用于測(cè)量物體的距離，當(dāng)紅外接收器受到光照時(shí)，導(dǎo)線上會(huì)產(chǎn)生電位差。

應(yīng)用

　　·熱成像-根據(jù)黑體輻射定律，可以使用熱成像來(lái)觀察有或沒有可見光的環(huán)境。

　　·加熱-紅外線可用于烹飪和加熱食物，它們能把飛機(jī)機(jī)翼上的冰帶走。它們廣泛應(yīng)用于印刷印染、塑料成型、塑料焊接等工業(yè)領(lǐng)域。

　　·光譜學(xué)-這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)分析組成鍵來(lái)識(shí)別分子，這項(xiàng)技術(shù)利用光輻射來(lái)研究有機(jī)化合物。

　　·氣象-當(dāng)氣象衛(wèi)星配備有掃描輻射計(jì)時(shí)，可以計(jì)算云層高度、陸地和地表溫度。

　　·光生物調(diào)節(jié)-用于癌癥患者的化療，這是用來(lái)治療抗皰疹病毒。

　　·氣候?qū)W-監(jiān)測(cè)大氣和地球之間的能量交換。

　　·通信——紅外線激光為光纖通信提供光。這些輻射也用于手機(jī)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備之間的短程通信。

（三）、紫外線傳感器

　　這些傳感器測(cè)量入射紫外線的強(qiáng)度或功率。這種電磁輻射的波長(zhǎng)比x射線長(zhǎng)，但仍比可見光短。一種被稱為聚晶金剛石的活性材料正被用于可靠的紫外傳感，紫外線傳感器可以發(fā)現(xiàn)環(huán)境暴露在紫外線輻射下的情況。

選擇紫外線傳感器的標(biāo)準(zhǔn)

　　·紫外傳感器可以檢測(cè)到的波長(zhǎng)范圍（納米）

　　·工作溫度

　　·準(zhǔn)確度

　　·重量

　　·功率范圍

傳感器的原理和應(yīng)用

五種常用的傳感器的原理和應(yīng)用

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