傳感器的定義?
信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開(kāi)發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來(lái)越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來(lái)越明顯。?
最廣義地來(lái)說(shuō)，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC:International?Electrotechnical?Committee）的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說(shuō)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(shù)字）能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。
傳感器系統(tǒng)的原則框圖示于圖1-1，進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過(guò)程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)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(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，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(cè)量分類，可分為力學(xué)量、光學(xué)量、磁學(xué)量、幾何學(xué)量、運(yùn)動(dòng)學(xué)量、流速與流量、液面、熱學(xué)量、化學(xué)量、生物量傳感器等。這種分類有利于選擇傳感器、應(yīng)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(shè)計(jì)傳感器，有利于對(duì)傳感器的工作原理進(jìn)行闡述。
（3）按敏感材料不同分為半導(dǎo)體傳感器、陶瓷傳感器、石英傳感器、光導(dǎo)纖推傳感器、金屬傳感器、有機(jī)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(zhì)分為摸擬傳感器、數(shù)字傳感器。其中數(shù)字傳感器便干與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，且坑干擾性較強(qiáng)，例如脈沖盤(pán)式角度數(shù)字傳感器、光柵傳感器等。傳感器數(shù)字化是今后的發(fā)展趨勢(shì)。
（5）按應(yīng)用場(chǎng)合不同分為工業(yè)用，農(nóng)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(chǎng)合，還可分為汽車(chē)用、船艦用、飛機(jī)用、宇宙飛船用、防災(zāi)用傳感器等。
（6）根據(jù)使用目的的不同，又可分為計(jì)測(cè)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(diǎn)傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且還可能建立新型工業(yè)，從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)基礎(chǔ)上的，已成功應(yīng)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(jué)器官相比擬：
光敏傳感器——視覺(jué)
聲敏傳感器——聽(tīng)覺(jué)
氣敏傳感器——嗅覺(jué)
化學(xué)傳感器——味覺(jué)
壓敏、溫敏、 傳感器（圖1）
流體傳感器——觸覺(jué)
敏感元件的分類：
物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。
化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。
生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。
通常據(jù)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(shù)是隨著光導(dǎo)纖維實(shí)用化和光通信技術(shù)的發(fā)展而形成的一門(mén)嶄新的技術(shù)。光纖傳感器與傳統(tǒng)的各類傳感器相比有許多特點(diǎn)，如靈敏度高。抗電磁干擾能力強(qiáng)，耐腐蝕，絕緣性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小。耗電少，光路有可撓曲性，以及便于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)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(gòu)成傳感器，稱為傳光型傳感器。無(wú)論哪種傳感器，其工作原理都是利用被測(cè)量的變化調(diào)制傳輸光光波的某一參數(shù)，使其隨之變化，然后對(duì)已調(diào)制的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而得到被測(cè)量。
光纖傳感器可以測(cè)量多種物理量。目前已經(jīng)實(shí)用的光纖傳感器可測(cè)量的物理量達(dá)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(zhuǎn)換為電能的一種傳感器，又稱為紅外探測(cè)器。常見(jiàn)的紅外探測(cè)器有兩大類，熱探測(cè)器和光子探m器。熱探測(cè)器是利用人射紅外輻射引起探測(cè)器的敏感元件的沮度變化，進(jìn)而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)測(cè)量有關(guān)物理參數(shù)的變化來(lái)確定紅外探測(cè)器吸收的紅外輻射。熱探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)波段寬，可以在室沮下工作，使用方便。但是，熱探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，靈敏度較低，一般用于紅外輻射變化緩慢的場(chǎng)合。如光譜儀、測(cè)溫儀、紅外攝像等。光子紅外探測(cè)器是利用某些半導(dǎo)體材料在紅外輻射的照射下，產(chǎn)生光子效應(yīng)，使材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)最電學(xué)性質(zhì)的變化，可以確定紅外輻射的強(qiáng)弱。光子探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率高。但一般需在低溫下_L作，探測(cè)波段較窄，一般用于側(cè)溫儀、航空掃描儀、熱像儀等。紅外傳感器廣泛用于測(cè)溫、成像、成分分析、無(wú)損檢測(cè)等方面，特別是在軍事上的應(yīng)用更為廣泛，如紅外偵察、紅外雷達(dá)、紅外通信、紅外對(duì)抗等。
3）氣敏傳感器
氣敏傳感器是指能將被側(cè)氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)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(zhǔn)設(shè)定濃度。并能及時(shí)給出報(bào)薯、顯示與控制信號(hào);
（2）對(duì)被側(cè)氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感;
（3）長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、重復(fù)性好
（4）動(dòng)態(tài)特性好、響應(yīng)迅速;
（5）使用、維護(hù)方便，價(jià)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(zhì)做成的、用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)的化學(xué)成分的傳感器。生物或生物物質(zhì)是指酶、微生物、抗體等，被側(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)人生物敏感膜，發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)（物理、化學(xué)反應(yīng)），通過(guò)變換器將其轉(zhuǎn)換成可定量、可傳輸、處理的電信號(hào)。按照所用生物活性物質(zhì)的不同，生物傳感器包括酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、免疫傳感器、生物組織傳感器等。酶?jìng)鞲衅骶哂徐`敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已實(shí)用化的商品達(dá)200種以上，但由于酶的提煉工序復(fù)雜，因而造價(jià)高，性能也不太穩(wěn)定。微生物傳感器與酶?jìng)鞲衅飨啾龋瑑r(jià)格便宜，性能穩(wěn)定，它的缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)（數(shù)分鐘），選擇性差，目前微生物傳感器已成功應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)學(xué)中，如測(cè)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(yīng)，目前已研制成功的免疫傳感器達(dá)兒十種以上。生物組織傳感器制作簡(jiǎn)便，工作壽命長(zhǎng)，在許多情況下可取代酶?jìng)鞲衅?，但在?shí)用化中還存在選擇性差、動(dòng)植物材料不易保存等問(wèn)題。目前生物傳感器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用正向著多功能化、集成化的方向發(fā)展。半導(dǎo)體生物傳感器是將半導(dǎo)體技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)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(jī)器人傳感器
機(jī)器人傳感器是一種能將機(jī)器人目標(biāo)物特性（或參量）變換為電量輸出的裝置，機(jī)器人通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)類似于人類的知覺(jué)作用。機(jī)器人傳感器分為內(nèi)部檢測(cè)
傳感器和外界檢測(cè)傳感器兩大類。內(nèi)部檢測(cè)傳感器是在機(jī)器人中用來(lái)感知它自己的狀態(tài)，以調(diào)整和控制機(jī)器人自身行動(dòng)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(cè)傳感器是機(jī)器人用以感受周?chē)h(huán)境、目標(biāo)物的狀態(tài)特征信息的傳感器。從而使機(jī)器人對(duì)環(huán)境有自校正和自適應(yīng)能力。外界槍側(cè)傳感器通常包括觸覺(jué)、接近覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等傳感器。機(jī)器人傳感器是機(jī)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(qiáng)的、集成度更高的傳感器來(lái)推動(dòng)機(jī)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(jī)的，兼有信息檢測(cè)、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。本書(shū)第9章將對(duì)這種傳感器進(jìn)行詳細(xì)闡述。
3.數(shù)字傳感器
數(shù)字式傳感器是指能把被測(cè)（模擬）量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字徽輸出的傳感器。數(shù)字式傳感器是檢測(cè)技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是傳感器技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)重要方向。
數(shù)字式傳感器可分為三類：一是直接以數(shù)宇量形式輸出的傳感器，如絕對(duì)編碼器可以將位移鰭直接轉(zhuǎn)換成數(shù)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(yīng)同步器可以將位移量轉(zhuǎn)換成一系列計(jì)數(shù)脈沖，再由計(jì)數(shù)系統(tǒng)
所計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)反映被側(cè)量的值;三是以頻率形式輸出的傳感器，能把被測(cè)量換成與之相對(duì)應(yīng)的、且便于處理的頻率輸出，因此也叫做頻率式傳感器。數(shù)字式傳感器在機(jī)床數(shù)控、自動(dòng)化和計(jì)量、檢測(cè)技術(shù)中得到日益廣泛的應(yīng)用。