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主要特點傳感器的特點包括：微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化，它不僅促進了傳統產業的改造和更新換代，而且還可能建立新型工業，從而成為21世紀新的經濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統（MEMS）技術基礎上的，已成功應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5大感覺器官相比擬：
光敏傳感器——視覺
聲敏傳感器——聽覺
氣敏傳感器——嗅覺
化學傳感器——味覺
壓敏、溫敏、 傳感器（圖1）
流體傳感器——觸覺
敏感元件的分類：
物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。
化學類，基于化學反應的原理。
生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。
通常據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、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將敏感元件分46類）。
1)光纖傳感器
光纖傳感器技術是隨著光導纖維實用化和光通信技術的發展而形成的一門嶄新的技術。光纖傳感器與傳統的各類傳感器相比有許多特點，如靈敏度高.抗電磁干擾能力強，耐腐蝕，絕緣性好，結構簡單，體積小.耗電少，光路有可撓曲性，以及便于實現遙測等.
光纖傳感器一般分為兩大類，一類是利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器.稱為功能型傳感器;另一類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成傳感器，稱為傳光型傳感器。無論哪種傳感器，其工作原理都是利用被測量的變化調制傳輸光光波的某一參數，使其隨之變化，然后對已調制的光信號進行檢測，從而得到被測量。
光纖傳感器可以測量多種物理量.目前已經實用的光纖傳感器可測量的物理量達70多種，因此光纖傳感器具有廣闊的發展前景.
2)紅外傳感器
紅外傳感器是將輻射能轉換為電能的一種傳感器，又稱為紅外探測器.常見的紅外探測器有兩大類，熱探測器和光子探m器.熱探測器是利用人射紅外輻射引起探測器的敏感元件的沮度變化，進而使有關物理參數發生相應的變化，通過測量有關物理參數的變化來確定紅外探測器吸收的紅外輻射.熱探測器的主要優點是響應波段寬，可以在室沮下工作，使用方便。但是，熱探測器響應時間長，靈敏度較低，一般用于紅外輻射變化緩慢的場合.如光譜儀、測溫儀、紅外攝像等。光子紅外探測器是利用某些半導體材料在紅外輻射的照射下，產生光子效應，使材料的電學性質發生變化，通過測最電學性質的變化，可以確定紅外輻射的強弱。光子探測器的主要優點是靈敏度高，響應速度快，響應頻率高。但一般需在低溫下_L作，探測波段較窄，一般用于側溫儀、航空掃描儀、熱像儀等。紅外傳感器廣泛用于測溫、成像、成分分析、無損檢測等方面，特別是在軍事上的應用更為廣泛，如紅外偵察、紅外雷達、紅外通信、紅外對抗等。
3)氣敏傳感器
氣敏傳感器是指能將被側氣體濃度轉換為與其成一定關系的電量輸出的裝置。氣敏傳感器的性能必須滿足下列條件:
(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設定濃度.并能及時給出報薯、顯示與控制信號;
(2)對被側氣體以外的共存氣體或物質不敏感;
(3)長期穩定性好、重復性好
(4)動態特性好、響應迅速;
(5)使用、維護方便，價格便宜等。
4)生物傳感器
生物傳感器是利用生物或生物物質做成的、用以檢測與識別生物體內的化學成分的傳感器。生物或生物物質是指酶、微生物、抗體等，被側物質經擴散作用進人生物敏感膜，發生生物學反應(物理、化學反應)，通過變換器將其轉換成可定量、可傳輸、處理的電信號.按照所用生物活性物質的不同，生物傳感器包括酶傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器、生物組織傳感器等。酶傳感器具有靈敏度高、選擇性好等優點，目前已實用化的商品達200種以上，但由于酶的提煉工序復雜，因而造價高，性能也不太穩定。微生物傳感器與酶傳感器相比，價格便宜，性能穩定，它的缺點是響應時間較長(數分鐘)，選擇性差，目前微生物傳感器已成功應用于環境監測和醫學中，如測定水污染程度、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，目前已研制成功的免疫傳感器達兒十種以上。生物組織傳感器制作簡便，工作壽命長，在許多情況下可取代酶傳感器，但在實用化中還存在選擇性差、動植物材料不易保存等問題。目前生物傳感器的開發與應用正向著多功能化、集成化的方向發展。半導體生物傳感器是將半導體技術與生物技術相結合的產物，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)機器人傳感器
機器人傳感器是一種能將機器人目標物特性(或參量)變換為電量輸出的裝置，機器人通過傳感器實現類似于人類的知覺作用。機器人傳感器分為內部檢測
傳感器和外界檢測傳感器兩大類。內部檢測傳感器是在機器人中用來感知它自己的狀態，以調整和控制機器人自身行動的傳感器。它通常由位置、加速度、速度及JR力傳感器組成。外界檢測傳感器是機器人用以感受周圍環境、目標物的狀態特征信息的傳感器.從而使機器人對環境有自校正和自適應能力。外界槍側傳感器通常包括觸覺、接近覺、視覺、聽覺、嗅覺、味覺等傳感器。機器人傳感器是機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、功能更強的、集成度更高的傳感器來推動機器人的發展。
6)智能傳感器
智能傳感器是一種帶有微處理機的，兼有信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。本書第9章將對這種傳感器進行詳細闡述。
3.數字傳感器
數字式傳感器是指能把被測(模擬)量直接轉換成數字徽輸出的傳感器。數字式傳感器是檢測技術、微電子技術和計算機技術相結合的產物，是傳感器技術發展的另一個重要方向。
數字式傳感器可分為三類:一是直接以數宇量形式輸出的傳感器，如絕對編碼器可以將位移鰭直接轉換成數字量。二是以脈沖形式愉出的傳感器.如增量編碼器、光柵、磁柵和感應同步器可以將位移量轉換成一系列計數脈沖，再由計數系統
所計的脈沖個數來反映被側量的值;三是以頻率形式輸出的傳感器，能把被測量換成與之相對應的、且便于處理的頻率輸出，因此也叫做頻率式傳感器.數字式傳感器在機床數控、自動化和計量、檢測技術中得到日益廣泛的應用。
傳感器的原理與分類
一、傳感器的定義
國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。傳感器能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
二、傳感器的分類
目前對傳感器尚無一個統一的分類方法，但比較常用的有如下三種：
1、按傳感器工作原理分類，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，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器。
3、按傳感器輸出信號的性質分類，可分為：輸出為開關量(“1”和"0”或“開”和“關”)的開關型傳感器;輸出為模擬型傳感器;輸出為脈沖或代碼的數字型傳感器。
關于傳感器的分類：
1.按被測物理量分：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.按照傳感器轉換能量的方式分：
(1)能量轉換型：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.按照傳感器工作機理分：
(1)結構型：如：電感式、電容式傳感器等;
(2)物性型：如：壓電式、光電式、各種半導體式傳感器等。
5.按照傳感器輸出信號的形式分：
(1)模擬式：傳感器輸出為模擬電壓量;
(2)數字式：傳感器輸出為數字量，如：編碼器式傳感器。
三、傳感器的靜態特性
傳感器的靜態特性是指對靜態的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態特性可用一個不含時間變量的代數方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態特性的主要參數有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。
四、傳感器的動態特性
所謂動態特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。
五、傳感器的線性度
通常情況下，傳感器的實際靜態特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度(非線性誤差)就是這個近似程度的一個性能指標。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線;或將與特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。
六、傳感器的靈敏度
靈敏度是指傳感器在穩態工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關系，則靈敏度S是一個常數。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，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應表示為200mV/mm。當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數。提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩定性也往往愈差。
七、傳感器的分辨力
分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數值時，傳感器的輸出不會發生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發生變化。
通常傳感器在滿量程范圍內各點的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產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。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。
八、電阻式傳感器
電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。
九、電阻應變式傳感器
傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產生機械形變，從而使電阻值隨之發生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高(通常是絲式、箔式的幾十倍)、橫向效應小等優點。
十、壓阻式傳感器
壓阻式傳感器是根據半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產生形變時，各電阻值將發生變化，電橋就會產生相應的不平衡輸出。用作壓阻式傳感器的基片(或稱膜片)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越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態壓阻式傳感器應用最為普遍。
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測量溫度及與溫度有關的參數。在溫度檢測精度要求比較高的場合，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大、線性好、性能穩定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。用于測量-200℃～+500℃范圍內的溫度。
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-一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX與滿量程輸出F·S的百分比表示。遲滯可由傳感器內部元件存在能量的吸收造成。
傳感器的定義和分類
一、傳感器的定義
信息處理技術取得的進展以及微處理器和計算機技術的高速發展，都需要在傳感器的開發方面有相應的進展。微處理器現在已經在測量和控制系統中得到了廣泛的應用。隨著這些系統能力的增強，作為信息采集系統的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統和機器人技術中的關鍵部件，作為系統中的一個結構組成，其重要性變得越來越明顯。最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學量轉變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會(IEC: International Electrotechnical Committee)的定義為：“傳感器是測量系統中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。按照Gopel 等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統則是組合有某種信息處理(模擬或數字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關口。傳感器系統的原則框圖示于圖1-1，進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有最佳特性的波形，有時還需要將信號線性化，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。成形后的信號隨后轉換成數字信號，并輸入到微處理器。德國和俄羅斯學者認為傳感器應是由二部分組成的，即直接感知被測量信號的敏感元件部分和初始處理信號的電路部分。按這種理解，傳感器還包含了信號成形器的電路部分。傳感器系統的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉變成另一種，不需要外接的能源或激勵源有源(a)和(b)傳感器的信號流程無源傳感器不能直接轉換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能傳感器承擔將某個對象或過程的特定特性轉換成數量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態可以是靜態的，也可以是動態(即過程)的。對象特性被轉換量化后可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質的，也可以是化學性質的。按照其工作原理，傳感器將對象特性或狀態參數轉換成可測定的電學量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統加以評測或標示。各種物理效應和工作機理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被
測量對象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機制和效應類型不斷增加，其包含的處理過程日益完善。
常將傳感器的功能與人類5 大感覺器官相比擬：
光敏傳感器——視覺 聲敏傳感器——聽覺
氣敏傳感器——嗅覺 化學傳感器——味覺
壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺
與當代的傳感器相比，人類的感覺能力好得多，但也有一些傳感器比人的感覺功能優越，例如人類沒有能力感知紫外或紅外線輻射，感覺不到電磁場、無色無味
的氣體等。
對傳感器設定了許多技術要求，有一些是對所有類型傳感器都適用的，也有只對特定類型傳感器適用的特殊要求。針對傳感器的工作原理和結構在不同場合均需
要的基本要求是：
高靈敏度抗干擾的穩定性(對噪聲不敏感)線性容易調節(校準簡易)
高精度高可靠性無遲滯性工作壽命長(耐用性)
可重復性抗老化高響應速率抗環境影響(熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力
選擇性安全性(傳感器應是無污染的)互換性低成本寬測量范圍小尺寸、重量輕和高強度寬工作溫度范圍傳感器的定義和分類
二、傳感器的分類
可以用不同的觀點對傳感器進行分類：它們的轉換原理(傳感器工作的基本物理或化學效應)；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。
根據傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器二大類
傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換
成電信號。
化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。
有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學類。大多數傳感器是以物理原理為基礎運作的。化學傳感器技術問題較多，例如可靠性問題，規模生產的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學傳感器的應用將會有巨大增長。
常見傳感器的應用領域和工作原理列于表1.1。
按照其用途，傳感器可分類為：
壓力敏和力敏傳感器，位置傳感器，液面傳感器，能耗傳感器，速度傳感器，熱敏傳感器， 加速度傳感器，射線輻射傳感器，振動傳感器，敏傳感器，磁敏傳感器，敏傳感器，真空度傳感器，物傳感器等。
以其輸出信號為標準可將傳感器分為：
模擬傳感器——將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。
數字傳感器——將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號(包括直接和間接轉換)。
膺數字傳感器——將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出(包括直接或間接轉換)。開關傳感器——當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。
在外界因素的作用下，所有材料都會作出相應的、具有特征性的反應。它們中的那些對外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來制作傳感器的敏感元件。從所應用的材料觀點出發可將傳感器分成下列幾類：
(1)按照其所用材料的類別分金屬 聚合物 陶瓷 混合物
(2)按材料的物理性質分 導體 絕緣體 半導體 磁性材料
(3)按材料的晶體結構分單晶 多晶 非晶材料與采用新材料緊密相關的傳感器開發工作，可以歸納為下述三個方向：
(1)在已知的材料中探索新的現象、效應和反應，然后使它們能在傳感器技術中得到實際使用。
(2)探索新的材料，應用那些已知的現象、效應和反應來改進傳感器技術。
(3)在研究新型材料的基礎上探索新現象、新效應和反應，并在傳感器技術中加以具體實施。
現代傳感器制造業的進展取決于用于傳感器技術的新材料和敏感元件的開發強度。傳感器開發的基本趨勢是和半導體以及介質材料的應用密切關聯的。表1.2中給出了一些可用于傳感器技術的、能夠轉換能量形式的材料。
按照其制造工藝，可以將傳感器區分為：
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準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底(基板)上的，相應敏感材料的薄膜形成的。
使用混合工藝時，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，然后進行熱處理，使厚膜成形。
陶瓷傳感器采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產。完成適當的預備性操作之后，已成形的元件在高溫中進行燒結。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,可以認為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。
每種工藝技術都有自己的優點和不足。由于研究、開發和生產所需的資本投入較低，以及傳感器參數的高穩定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。
傳感器技術特點
中國傳感器產業正處于由傳統型向新型傳感器發展的關鍵階段，它體現了新型傳感器向微型化、多功能化、數字化、智能化、系統化和網絡化發展的總趨勢。傳感器技術歷經了多年的發展，其技術的發展大體可分三代：
第一代是結構型傳感器，它利用結構參量變化來感受和轉化信號。
第二代是上70年代發展起來的固體型傳感器，這種傳感器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成，是利用材料某些特性制成。如：利用熱電效應、霍爾效應、光敏效應，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展起來的智能型傳感器，是微型計算機技術與檢測技術相結合的產物，使傳感器具有一定的人工智能。
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