传感器技术概述

3.1.1.1　传感器的含义

传感器是能感受到规定的被测量并依据一定的规律将之转换成可用于输出信号的器件或装置。现代传感器不仅包含模数转换，有的还包括处理功能，集成化程度正在逐步提高。传感器的含义有广义和狭义之分。广义的传感器是指能感知某一物理量或化学量、生物量等的信息，并能将它们转化为有用的信息的装置。狭义的传感器是指能将各种非电量转化成电信号的部件。这是因为现代化技术中电信号是最适合传输、转换、处理和定量运算的物理量。特别是在电子计算机作为处理信号的基本工具的时代，人们总是力图把各种被测量通过传感器最终转换成电信号进行处理。在大多数情况下，传感器是指狭义的传感器。

在现代化科学技术的发展过程中，非电量（例如压力、力矩、应变、位移、速度、流量、液位等）的测量技术（传感技术）已经成为各应用领域的重要组成部分，但传感技术最主要的应用领域是自动检测和自动控制。它将温度、压力、流量等参量转化为电量，然后通过电的方法，进行测量和控制。因此，传感器是一种获得信息的手段，它获得的信息正确与否，关系到整个测量系统的精度。

3.1.1.2　传感器的组成

传感器又称变换器，一般是利用物理、化学和生物等学科的某些效应或原理按照一定的制造工艺研制出来的装置。因此，传感器的组成将随不同的情况而有较大差异。传感器是由敏感元件、传感元件和其他辅助部件组成。敏感元件直接感受非电量，并按一定规律转换出与被测量有确定关系的其他量（一般仍为非电量），例如应变式压力传感器的弹性膜片就是敏感元件，它的作用是将压力转换成膜片的变形。并不是所有的传感器都必须包含敏感元件和传感元件。如果敏感元件直接输出的是电量，它同时兼为传感元件；如果传感元件能直接感受被测非电量并输出与之成确定关系的电量，则传感器就是敏感元件，例如压电晶体、热电偶、热敏电阻、光电器件等。信号调节与转换电路一般是指能把传感元件输出的电信号转换成为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。信号调节与转换的电路选择要视传感元件的类型而定，常用的电路有弱信号放大器、电桥、振荡器、阻抗变换器等。辅助电路通常包括电源，有些传感器系统常采用电池供电。

3.1.1.3　传感器的分类

传感器一般是根据物理学、化学、生物学等特性、规律和效应设计而成的变换器。由某一原理设计的传感器可以同时测量多种非电量，而有时一种非电量又可用几种不同的传感器测量，因此传感器的分类方法有很多，一般可按输人物理量、工作原理、能量关系、输出信号的性质分为不同类型。

1）按输人物理量分类

按输人物理量的性质进行分类，传感器可分为速度传感器、加速度传感器、温度传感器、位移传感器等。这种分类方法是按输人物理量命名，其优点是比较明确地表达了传感器的用途，便于使用者根据其用途使用。但是这种分类方法是将原理互不相同的传感器归为一类，很难找出每种传感器在转换机理上有何共性和差异。

2）按工作原理分类

这种分类方法是以工作原理将物理和化学等学科的原理和规律及效应作为分类依据，如电压式、热电式、电阻式、光电式、电感式等。这种分类方法的优点是对于传感器的工作原理比较清楚，类别少，有利于对传感器进行深人分析和研究。

3）按能量关系分类

根据能量的观点分类，可将传感器分为有源传感器和无源传感器。前者将非电能量转换为电能量，称为能量转换型传感器，其通常配合有电压测量电路和放大器，如压电式、热电式、电磁式等。无源传感器又称能量控制型传感器，它本身不是一个换能器，被测非电量仅对传感器中的能量起控制或调节作用，它们必须有辅助电源，这类传感器有电阻式、电容式、电感式等。

4）按输出信号的性质分类

按输出信号的性质可把传感器分为模拟式和数字式传感器，即传感器的输出量为模拟量或数字量。数字传感器便于与计算机连用，且抗干扰性强，例如盘式角压数字传感器、光栅传感器等。