1、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開展,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限制系統中得到了廣泛的應用.隨著這些系統水平的增強,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

2、入變量轉換成可供測量的信號根據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 傳感器系統那么是組合有某種信息處理(模擬或數字)水平的傳感器.傳感器是傳感器系統的一個組成局部,它是被測量信號輸入的第一道關口 .傳感器系統的原那么框圖示于圖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正確特性的波形,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,這些電路的一局部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

3、由二局部組成的,即直接感知被測量信號的敏感元件局部和初始處理信號的電路局部.按這種理解,傳感器還包含了信號成形器的電路局部.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鼓勵源(參閱圖1-2(a)o有源(a)和無源(b)傳感器的信號流程無源傳感器不能直接轉換能量形式,但它能限制從另一輸入端輸入的能量或鼓勵能、傳感器承當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

4、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.根據其工作原理,傳 感器將對象特性或狀態參數轉換成可測定的電學量,然后將此電信號別離出來,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大感覺器官相比較： 光敏傳感器一一視覺' 聲敏傳感器一一聽覺 氣敏傳感器一一嗅覺 化學傳感器一一味覺壓敏、溫敏、流體傳感器 觸覺 與當代的傳感器相比,/人類的感覺水平好得多,但也有一些傳感器比人的感覺功能優越,例如人類

5、沒有水平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O 是：針對傳感器的工作原理和結構在不同場合均需要的根本要求準簡易高靈敏度抗干擾的穩定性對噪聲不敏感 線性 容易調節校高精度高可靠性無遲滯性工作壽命長耐用性可重復性空氣、水、塵埃的水平抗老化高響應速率抗環境影響熱、振動、酸、堿、選擇性平安性傳感器應是無污染的互換性 低本錢寬測量范圍小尺寸、重量輕和高強度寬工作溫度范圍二、傳感器的分類可以用不同的觀點對傳感器進彳f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

6、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、電化學反響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根底運作的.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.根據其用途

7、,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濕敏傳感器/磁敏傳感器氣敏傳感器真空度傳感器生物傳感器等./以其輸出信號為標準 可將傳感器分為：模擬傳感器一一將被測量的非電學量轉換成模擬電信號.數字傳感器一一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).膺數字傳感器一一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).開關傳感器一一當一個被測量的信號到達某個特定的閾值時,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、具有特征性的反響.它

8、 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以下幾類： ,(1)根據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)在的材料中探索新的現象、效應和反響,然后使它們能在傳感器技術中得到實際使用.探索新的材料,應用那些的現象、效應和反響來改良傳感器技術.3在研究新型材料的根底上探索新現象、新效應和反響,并在傳感器技術中加以具體實施.現代傳感器制造業的進

9、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.傳感器開發的根本趨勢是和半導體以及介質材料的應用密切關聯的. 表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.根據其制造工藝,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局部電路也集成在同一芯片上.薄膜傳感器那么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,同樣可將局部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A12O3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