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(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應的進展。微處理器現在已經在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強，作為信息采集系統(tǒng)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(tǒng)和機器人技術中的關鍵部件，作為系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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。

傳感器的分類方法很多．主要有如下幾種：

（1）按被測量分類，可分為力學量、光學量、磁學量、幾何學量、運動學量、流速與流量、液面、熱學量、化學量、生物量傳感器等。這種分類有利于選擇傳感器、應用傳感器

（2）按照工作原理分類，可分為電阻式、電容式、電感式，光電式，光柵式、熱電式、壓電式、紅外、光纖、超聲波、激光傳感器等。這種分類有利于研究、設計傳感器，有利于對傳感器的工作原理進行闡述。

（3）按敏感材料不同分為半導體傳感器、陶瓷傳感器、石英傳感器、光導纖推傳感器、金屬傳感器、有機材料傳感器、高分子材料傳感器等。這種分類法可分出很多種類。

（4）按照傳感器輸出量的性質分為摸擬傳感器、數字傳感器。其中數字傳感器便干與計算機聯用，且坑干擾性較強，例如脈沖盤式角度數字傳感器、光柵傳感器等。傳感器數字化是今后的發(fā)展趨勢。

（5）按應用場合不同分為工業(yè)用，農用、軍用、醫(yī)用、科研用、環(huán)保用和家電用傳感器等。若按具體便用場合，還可分為汽車用、船艦用、飛機用、宇宙飛船用、防災用傳感器等。

（6）根據使用目的的不同，又可分為計測用、監(jiān)視用，位查用、診斷用，控制用和分析用傳感器等。

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(tǒng)化、網絡化，它不僅促進了傳統(tǒng)產業(yè)的改造和更新換代，而且還可能建立新型工業(yè)，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(tǒng)（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(fā)展而形成的一門嶄新的技術。光纖傳感器與傳統(tǒng)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(fā)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(fā)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(yōu)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(fā)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(yōu)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(wěn)定性好、重復性好

（4）動態(tài)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(fā)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(yōu)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(wěn)定。微生物傳感器與酶傳感器相比，價格便宜，性能穩(wěn)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(huán)境監(jiān)測和醫(yī)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(fā)與應用正向著多功能化、集成化的方向發(fā)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(tài)，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(huán)境、目標物的狀態(tài)特征信息的傳感器。從而使機器人對環(huán)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(fā)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(fā)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(tǒng)

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。