传感器的奥秘

传感器的奥秘

机器人的“感觉”来自“传感器”。机器人的自适应功能正是依赖着各式各样的传感器输入所需的信息来实现的。肯定的说，没有传感器就没有电子自动化，就没有机器人。

传感器是一种能将某种物理参数如温度、湿度、光等非电量的变化，转换成为另一种物理量参数，如电流、电压等检测装置。传感器广泛应用于科学技术，上至宇宙航天，下至深海探测，无所不用。目前应用的传感器种类极多，根据工作性质、输出效应的性质，通常传感器可分为两类，第一类叫做参量式传感器，又叫调制式传感器。这类传感器把各种被测物理量转换成电路的电阻、电感、电容的变化。第二类叫做发生器式传感器。这类传感器本身是一种电能发生器，可以直接将被测非电量转换为电动势。如压电传感器、感应传感器等等。其他还有光电传感器、伺服传感器、器件传感器等等。所有的传感器都必须要求考虑其精度、灵敏度、变换特性、可靠性以及在恶劣条件下能够正常工作。

热敏电阻在温度测量方面通常作为温度传感器，大多数热敏电阻体是由金属氧化物t艮合物做成的。如氧化镍、氧化锰、氧化钴、氧化铁这些金属氧化物都是热敏电阻的原材料。热敏电阻的特性在于它一旦发热，电阻就会发生变化，有的热敏电阻发热电阻变小，有的热敏电阻发热电阻变大，各有各的用途。

比如为了防止电器在开启时瞬间的电流冲击，此时的电流往往是正常工作的若干倍，很容易造成过载或工作不稳定。在电路中加上热敏电阻，因电阻对电流的限制，起始电流不能很大，随着电流流过，电阻发热，电阻变小，电流就逐渐增大直至正常值。所以现在许多家电产品，如电冰箱、电视机，空调等都少不了热敏电阻。热敏电阻除了作电流控制或温度补偿元件还可以稳定电子线路和电动机电路。

气体传感器特别适合对气体进行检测，如烟雾传感器可以检测出含量极低的任何易燃气体或蒸气，气体传感器的内部是以半导体敏感元件为核心制作的。在敏感元件上装置了可以加热的灯丝，当灯丝加热后半导体受热氧化，此时敏感半导体会呈现出很高的电阻值。当检测器与一定种类的气体接触时，由于这些气体的“去氧化”作用，电阻会产生相应的下降，这就是半导体气体传感器的基本原理。铂线器件是常用的气体传感器之一，它是利用涂复特殊材料和末涂复特殊材料的二片铂元件，加热后电阻值会表现出明显差异的工作原理来作为气体传感器的。

光传感器的核心是硫化镉材料做成的光敏电阻，原理是电阻不同受光呈现的阻值不同。一般的光敏电阻在高速工作状态时灵敏度很低，为了解决这一问题；人们把光敏电阻与半导体的放大电路做在一起，使灵敏度大大提高。一般在强光下光敏电阻的阻值只有数十欧姆，处于全暗状态，光敏电阻的阻值可升到10兆欧姆。光敏电阻可直接对光测量，做曝光表，可以用做控制路灯随光亮程度的自动开关，可与激光等光学设备结合在自动控制中加以应用。

利用光电器件对于不同波长的光线其反映不同进而发展出超声波传感器、红外线传感器等用途很广泛。现在医院做超声波检查用的探头，实际上就是超声波传感器。而红外传感器常应用于各种电器遥控器的接收端。

酸碱传感器是利用“伏打”效应制成的传感器，原理十分简单。在一根细玻璃管中用二根不同金属做成电极，当这根玻璃管插入不同电解液中，由于酸碱电解液不同得到了不同的输出电压和极性。

压力传感器是利用半导体应变片元件制成的，应变电片发生形变时，会发出相应的电性能变化，它与电桥、放大器相结合可用于测量大气压力等等。

霍尔传感器是利用半导体“霍尔效应”工作的传感器，简单说来它是半导体磁场的一种反应。当磁场进入半导体时，半导体二端会形成一定的电位差，磁场越强，电位差就越大。如磁场进入的方向相反，那么电位差的极性也就跟着反转过来。霍尔器件传感器用于检测磁场强度十分理想，它的灵敏度为0．75～1．06毫伏/高斯。我们知道变化磁场用线圈也可测出，而对于恒定的磁场，线圈则无能为力，此刻霍尔传感器则是身怀绝技了。现在电脑使用的键盘，就是在按键下面装了一块小型磁铁，当磁铁按下去的时候，磁铁的磁场靠近了霍尔传感器，霍尔传感器输出信号，打开电路。这种开关方式不会产生电接触的噪声。电子琴的脚踏控制板也采用了霍尔传感器，这种在控传感器改变音量大小，不像以往用“电位器”那样，因电位器的电阻片磨损或污染会造成噪声。霍尔传感器还可以用来制造十分精密的电子指南针等等，目前实用的“磁罗盘”指南针也有采用电子射线、电子流原理式的。

湿度传感器采用镁、铬陶瓷材料加入氧化钛制成。这种传感器材料呈现多孔、微孔分布的半导体特性。因为这种材料易于吸收水分而改变电导率，所以作为湿度传感器，反应较灵敏。当水气较少时，材料内部化学吸附形成电解层，当水气增加时，导电能方明显增高，材料内部变化为物理吸附。水气越大，电导率越大，电阻越小。相对湿度超过30%时进入高湿区。传感器会出现水滴，这将影响传感器的正常工作。为此在传感器中设置了一组加热线，使传感器温度得到提高，防止了水滴的出现。

湿度传感器广泛应用于核反应堆、火力发电站、土砂测定、线路保护、抽湿机、影印、高压灭菌、造纸、药品等方面。