传感器是获取信息的工具,传感器技术是关于传感器设计、制造以及应用的综合技术。它是信息技术、传感和控制技术的、通信技术和计算机技术的三柱之一。由此可见,在自动化检测与自动控制系统中,传感器位于系统之首。其作用相当于人类的五官直接感受外界信息。传感器能否正确感受信息,并将其相应的规律转换为可用的信号,对系统测控质量起决定作用。自动化程度越高,系统对传感器的依赖性越大。传感器是系统的重要部件,所以国内外都将传感器列为高技术。在美国等发达国家,传感器备受重视。
目前传感器已广泛应用于各个学科领域。如现代化工业、农业生产、交通运输、航空航天技术、军事工艺、资源探测、海洋开发、环境监测、安全保护、生物工程、家用电器等等。而且传感器的应用促进了上述各领域发展。例如阿波罗10号运载火箭部分用了2077个传感器。宇宙飞船部分共用了各种传感器1218个,保证了宇宙飞船的精密测控。现代科学技术也促进了传感器技术的发展,,特别是微电子加工技术,微计算机技术、信息处理技术、材料科学与技术得到飞速发展。传感器的体积越来越小,精度越来越高,数字化、多功能化、集成化网络化亦成为趋势。
传感器的定义和组成
传感器亦称为换能器、交换器、变送器、探测器等。国家标准定义传感器为能感受规定被测量并按照一定的规律转换为可输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量并输出与被测量成确定关系的其他量(一般为非电量部分)。
由于传感器输出信号种类较多(如电阻、电容、电感、电压、电荷、频率等)。信号微弱而且还存在非线性和各种误差。为了便于信号的处理和应用,传感器还需配以适当的信号调理电路,将传感器的输出信号转换为便于传输、处理显示记录和控制的有用信号。
传感器的分类
传感器的种类繁多,原理各异,检测对象几乎涉及各种参数。通常一种传感器可以检测多种参数;一种参数又可以用多种传感器测量。所以传感器的分类方法至今尚无统一规定。按工作原理,输入信息和应用范围分类:
物性型传感器
物理型传感器
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结构型传感器
传感器——
化学型传感器
生物型传感器
物理型传感器是利用某些变换元件的物理性质以及某些功能材料的特殊物理性能制成的传感器,它又可以分为物性型传感器和结构型传感器。物理型传感器是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应将被测量直接转换为电量传感器。例如:热电偶制成的温度传感器,就是利用金属导体材料的温差电动势效应和不同的金属导体间接触电动效应实现对压力的测量:而利用压电晶体制成的压力传感器则是利用压电材料本身具有的正压电效应,而实现有压力测量。这类传感器的“敏感
性”就是材料本身,无所谓“结构变化”。因而通常具有响应速度快特点,特别易于实现小型化、集成化和智能化。结构型传感器是以结构(如形状尺寸等为基础)在待测量作用下其结构发生变化。利用某些物理规律获得比例于待测非电量的电信号,输出的传感。例如石油、天然气地震勘探中的检波器。
化学型传感器就是利用敏感材料与物质间的电化学反应原理,把无机和有机化学成分、浓度等转换成电信号的传感器。如气体传感器、湿度传感器和离子传感器等。
1、
生物型传感器是利用材料的生物效应构成的传感器。如酶传感器、微生物传感器、生理量(血液成分、血压、心音、血蛋白、激素、筋肉强力等传感器、组织传感器、免疫传感器等)
2、按输入信息分类:传感器按输入量分类,有位移传感器、速度传感器、加速度传感器、温度传感器、力传感器、色传感器、磁传感器等。以输入量(被测量)命名。这种分类对传感器的应用很方面。
3、按应用范围分类:根据传感器的应用范围不同,通常可分为工业用、农业用、民用、科研用、医用、军用、环保用和家用传感器等。若按具体使用场合还区分为汽车用、船舶用、飞机用、宇宙飞船用、防灾用传感器等。如根据使用的目的不同,又可分为计测用、监视用、检查用、诊断用控制用和分析用传感器。