傳感器的定義分類以及應(yīng)用原理解析

傳感器是新技術(shù)革命和信息社會(huì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是當(dāng)今世界極其重要的高科技，一切現(xiàn)代化儀器、設(shè)備幾乎都離不開傳感器。它是一門正在蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代化傳感器技術(shù)，是涉及微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、電路與系統(tǒng)、傳感技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及模糊控制理論等多種學(xué)科的綜合性技術(shù)，而該技術(shù)也廣泛應(yīng)用到了軍事、太空探索、智能家居、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。

一、傳感器的定義：

“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。

二、傳感器的分類：

傳感器有許多分類方法，但常用的分類方法有兩種，一種是按被測(cè)物理量來(lái)分；另一種是按傳感器的工作原理來(lái)分。

按被測(cè)物理量劃分的傳感器，常見的有：溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等。

按工作原理可劃分為：

1．電學(xué)式傳感器

電學(xué)式傳感器是非電量電測(cè)技術(shù)中應(yīng)用范圍較廣的一種傳感器，常用的有電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、磁電式傳感器及電渦流式傳感器等。

電阻式傳感器是利用變阻器將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)的原理制成。電阻式傳感器一般有電位器式、觸點(diǎn)變阻式、電阻應(yīng)變片式及壓阻式傳感器等。電阻式傳感器主要用于位移、壓力、力、應(yīng)變、力矩、氣流流速、液位和液體流量等參數(shù)的測(cè)量。

電容式傳感器是利用改變電容的幾何尺寸或改變介質(zhì)的性質(zhì)和含量，從而使電容量發(fā)生變化的原理制成。主要用于壓力、位移、液位、厚度、水分含量等參數(shù)的測(cè)量。

電感式傳感器是利用改變磁路幾何尺寸、磁體位置來(lái)改變電感或互感的電感量或壓磁效應(yīng)原理制成的。主要用于位移、壓力、力、振動(dòng)、加速度等參數(shù)的測(cè)量。

磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，把被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電量制成。主要用于流量、轉(zhuǎn)速和位移等參數(shù)的測(cè)量。

電渦流式傳感器是利用金屑在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線，在金屬內(nèi)形成渦流的原理制成。主要用于位移及厚度等參數(shù)的測(cè)量。

2．磁學(xué)式傳感器

磁學(xué)式傳感器是利用鐵磁物質(zhì)的一些物理效應(yīng)而制成的，主要用于位移、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的測(cè)量。

3．光電式傳感器

光電式傳感器在非電量電測(cè)及自動(dòng)控制技術(shù)中占有重要的地位。它是利用光電器件的光電效應(yīng)和光學(xué)原理制成的，主要用于光強(qiáng)、光通量、位移、濃度等參數(shù)的測(cè)量。

4．電勢(shì)型傳感器

電勢(shì)型傳感器是利用熱電效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等原理制成，主要用于溫度、磁通、電流、速度、光強(qiáng)、熱輻射等參數(shù)的測(cè)量。

5．電荷傳感器

電荷傳感器是利用壓電效應(yīng)原理制成的，主要用于力及加速度的測(cè)量。

6．半導(dǎo)體傳感器

半導(dǎo)體傳感器是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)、磁電效應(yīng)、半導(dǎo)體與氣體接觸產(chǎn)生物質(zhì)變化等原理制成，主要用于溫度、濕度、壓力、加速度、磁場(chǎng)和有害氣體的測(cè)量。

7．諧振式傳感器

諧振式傳感器是利用改變電或機(jī)械的固有參數(shù)來(lái)改變諧振頻率的原理制成，主要用來(lái)測(cè)量壓力。

8．電化學(xué)式傳感器

電化學(xué)式傳感器是以離子導(dǎo)電為基礎(chǔ)制成，根據(jù)其電特性的形成不同，電化學(xué)傳感器可分為電位式傳感器、電導(dǎo)式傳感器、電量式傳感器、極譜式傳感器和電解式傳感器等。電化學(xué)式傳感器主要用于分析氣體、液體或溶于液體的固體成分、液體的酸堿度、電導(dǎo)率及氧化還原電位等參數(shù)的測(cè)量。

另外，根據(jù)傳感器對(duì)信號(hào)的檢測(cè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，傳感器可劃分為直接轉(zhuǎn)換型傳感器和間接轉(zhuǎn)換型傳感器兩大類。前者是把輸入給傳感器的非電量一次性的變換為電信號(hào)輸出，如光敏電阻受到光照射時(shí)，電阻值會(huì)發(fā)生變化，直接把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出；后者則要把輸入給傳感器的非電量先轉(zhuǎn)換成另外一種非電量，然后再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，如采用彈簧管敏感元件制成的壓力傳感器就屬于這一類，當(dāng)有壓力作用到彈簧管時(shí)，彈簧管產(chǎn)生形變，傳感器再把變形量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

三、傳感器的應(yīng)用

1.電阻式傳感器

電阻式傳感器的基本原理是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化成為傳感元件電阻值的變化再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。應(yīng)用：1、應(yīng)變電阻傳感器，用來(lái)測(cè)量拉壓應(yīng)力，以及基于此的其它物理量;熱敏電阻傳感器，用來(lái)測(cè)量溫度；滑臂式電阻傳感器，用來(lái)測(cè)量幾何位置（角度，位移）；磁敏電阻傳感器，用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)。 ；光敏電阻傳感器，用來(lái)測(cè)量光的強(qiáng)度；吸濕媒質(zhì)電阻傳感器，用來(lái)測(cè)量濕度；液體電阻率傳感器，用來(lái)測(cè)量水溶離子濃度。

2.電容式傳感器

壓電微位移、振動(dòng)臺(tái)，電子顯微鏡微調(diào)，天文望遠(yuǎn)鏡鏡片微調(diào)，精密微位移測(cè)量，量測(cè)液體位準(zhǔn)、濕度、以及物質(zhì)成分等。

3.電感式傳感器

檢測(cè)距離的衰減性?；N為鐵質(zhì)，適合電感式傳感器檢測(cè)；而滑翹被測(cè)部分的尺寸略小于標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物尺寸（標(biāo)準(zhǔn)被測(cè)物尺寸為3倍額定檢測(cè)距離，此應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)尺寸應(yīng)為120*120mm），這樣的話就會(huì)有一定的衰減；現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力。這個(gè)是不容忽視的問(wèn)題，普通電感式傳感器容易被電機(jī)或變頻器干擾，很多技術(shù)人員只對(duì)在此附近的應(yīng)用選擇相應(yīng)強(qiáng)抗電磁干擾的傳感器。但在汽車制造車間，廠房大，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員習(xí)慣使用對(duì)講機(jī)溝通，尤其是邊走邊用對(duì)講機(jī)對(duì)話時(shí)，會(huì)不經(jīng)意的靠近傳感器，導(dǎo)致短暫失效；安裝方面。隨著電感式傳感器的普及，傳感器不僅僅在電氣性能方面有所提升，其機(jī)械方面的設(shè)計(jì)也越來(lái)越人性化。要在最大程度的實(shí)現(xiàn)人性化安裝。減少了多種近似產(chǎn)品的備貨和減少了安裝、維護(hù)的時(shí)間；穩(wěn)定運(yùn)行的保障。在車廠的使用中，要杜絕任何油污、塵污的侵蝕。另外，滑翹經(jīng)過(guò)軌道時(shí)，震動(dòng)是長(zhǎng)期存在的，優(yōu)異的抗震動(dòng)性同樣是有著非常重要的作用。

4.磁電式傳感器

磁電式傳感器主要用于振動(dòng)測(cè)量。其中慣性式傳感器不需要靜止的基座作為參考基準(zhǔn)，它直接安裝在振動(dòng)體上進(jìn)行測(cè)量，因而在地面振動(dòng)測(cè)量及機(jī)載振動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。常用地測(cè)振傳感器有動(dòng)鐵式振動(dòng)傳感器、圈式振動(dòng)速度傳感器等。

5.電渦流式傳感器

電渦流式傳感器可應(yīng)用于測(cè)量振動(dòng)，位移，厚度，轉(zhuǎn)數(shù)，溫度，硬度等參數(shù)，還可以進(jìn)行無(wú)損探傷。KD2306電渦流式傳感器在位移方面的應(yīng)用，可用于旋轉(zhuǎn)機(jī)器軸向位移和脹差檢測(cè)。

6.電勢(shì)型傳感器

電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、易實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量等突出的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于酸類，堿類，氯化物，有機(jī)溶劑，液態(tài)CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液位測(cè)量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。

7.半導(dǎo)體傳感器

半導(dǎo)體傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)自動(dòng)化、遙測(cè)、工業(yè)機(jī)器人、家用電器、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健、醫(yī)藥工程和生物工程。半導(dǎo)體傳感器按輸入信息分為物理敏感、化學(xué)敏感和生物敏感半導(dǎo)體傳感器三類。

8.諧振式傳感器

諧振式傳感器具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、分辨率高、精度高以及便于數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)。主要用于測(cè)量壓力，也用于測(cè)量轉(zhuǎn)矩、密度、加速度和溫度等。

9.電化學(xué)式傳感器

化學(xué)傳感器在環(huán)境與衛(wèi)生監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 ：在環(huán)境與衛(wèi)生監(jiān)測(cè)中，常用于濕球溫濕度計(jì)、手搖濕溫度計(jì)和通風(fēng)濕溫度計(jì)等儀器測(cè)定空氣濕度。電化學(xué)生物傳感器在疾病早期診斷中的應(yīng)用：DNA電化學(xué)生物傳感器是近幾年國(guó)際熱點(diǎn)研究的一類新型生物傳感器，其具有特異性強(qiáng)、靈敏度高、檢測(cè)快速、簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，因此在腫瘤等重大疾病的早期診斷中具有重要的意義。
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