傳感器|常見(jiàn)分類及其應(yīng)用
在當(dāng)今信息時(shí)代，傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等領(lǐng)域。今天，我們就來(lái)簡(jiǎn)單的了解一下傳感器。
一、傳感器定義
能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律(數(shù)學(xué)函數(shù)法則)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)換元件組成的設(shè)備即傳感器。傳感器將物理參數(shù)（例如：溫度、血壓、濕度、速度等）轉(zhuǎn)換成可以用電測(cè)量的信號(hào)。我們可以先來(lái)解釋一下溫度的例子，玻璃溫度計(jì)中的水銀使液體膨脹和收縮，從而將測(cè)量到的溫度轉(zhuǎn)換為可被校準(zhǔn)玻璃管上的觀察者讀取的溫度。
二、傳感器選型原則
在選擇傳感器時(shí)，須考慮某些特性，具體如下：
1.精度——傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必過(guò)高，通常精度越高，其價(jià)格越昂貴。
2.線型范圍——輸入與輸出成正比的范圍
3.測(cè)量環(huán)境——一般對(duì)溫度/濕度量有要求
4.校準(zhǔn)——對(duì)于大多數(shù)測(cè)量設(shè)備而言必不可少，因?yàn)樽x數(shù)會(huì)隨時(shí)間變化
5.穩(wěn)定性——傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。
三、傳感器主要分類
傳感器分為以下標(biāo)準(zhǔn)：
1.主要輸入數(shù)量（被測(cè)量者），也稱按用途，分為壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器等。
2.測(cè)量目（利用物理和化學(xué)作用）
物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化的特性制成的。化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的敏感元件制成的。生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器。
3.制造工藝
4.按原理
振動(dòng)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。
5.輸出信號(hào)
模擬傳感器:將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。
數(shù)字傳感器:將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。
膺數(shù)字傳感器:將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換)。
開(kāi)關(guān)傳感器:當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。
四、五種常用的傳感器
一些常用的傳感器及其原理和應(yīng)用說(shuō)明如下：
（一）、溫度傳感器
該設(shè)備從源頭收集有關(guān)溫度的信息，并轉(zhuǎn)換成其他設(shè)備或人可以理解的形式。溫度傳感器的例證是玻璃水銀溫度計(jì)，會(huì)隨著溫度的變化而膨脹和收縮。外部溫度是溫度測(cè)量的來(lái)源，觀察者觀察汞的位置以測(cè)量溫度。溫度傳感器有兩種基本類型：
·接觸式傳感器——這種類型的傳感器需要與被感測(cè)對(duì)象或介質(zhì)直接物理接觸。例如溫度計(jì)。
·非接觸式傳感器——這種類型的傳感器不需要與被檢測(cè)的物體或介質(zhì)發(fā)生任何物理接觸。它們監(jiān)控非反射性固體和液體，但由于天然透明性，因此對(duì)氣體無(wú)用。這些傳感器使用普朗克定律測(cè)量溫度。該定律處理從熱源輻射的熱量以測(cè)量溫度。
不同類型溫度傳感器的工作原理及實(shí)例
（i）熱電偶——它們由兩根電線（每根均為不同的均勻合金或金屬）組成，通過(guò)在一端的連接形成測(cè)量接頭，該測(cè)量接頭對(duì)被測(cè)元件開(kāi)放。電線的另一端端接到測(cè)量設(shè)備，在此形成參考結(jié)。由于兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，電流流過(guò)電路，測(cè)量得到的毫伏來(lái)確定結(jié)點(diǎn)的溫度。
（ii）電阻溫度檢測(cè)器（RTD）——這是一種熱電阻，其制造目的是隨著溫度的變化改變電阻，它們比任何其他溫度檢測(cè)設(shè)備都貴。
（iii）熱敏電阻——它們是另一種電阻，電阻的大變化與溫度的小變化成正比。
（二）、紅外傳感器
該設(shè)備發(fā)射或檢測(cè)紅外輻射以感知環(huán)境中的特定相位。一般來(lái)說(shuō)，熱輻射是由紅外光譜中的所有物體發(fā)出的，紅外傳感器檢測(cè)到這種人眼看不見(jiàn)的輻射。
（三）、紫外線傳感器
這些傳感器測(cè)量入射紫外線的強(qiáng)度或功率。這種電磁輻射的波長(zhǎng)比x射線長(zhǎng)，但仍比可見(jiàn)光短。一種被稱為聚晶金剛石的活性材料正被用于可靠的紫外傳感，紫外線傳感器可以發(fā)現(xiàn)環(huán)境暴露在紫外線輻射下的情況。
（四）、觸摸傳感器
觸摸傳感器根據(jù)觸摸位置充當(dāng)可變電阻器。觸摸傳感器由以下部件組成：全導(dǎo)電物質(zhì)，如銅、絕緣間隔材料，如泡沫或塑料、部分導(dǎo)電材料。
（五）、接近傳感器
接近傳感器檢測(cè)幾乎沒(méi)有任何接觸點(diǎn)的物體的存在。由于傳感器與被測(cè)物體之間沒(méi)有接觸，且缺少機(jī)械零件，因此這些傳感器的使用壽命長(zhǎng)，可靠性高。不同類型的接近傳感器有感應(yīng)式接近傳感器、電容式接近傳感器、超聲波接近傳感器、光電傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器等。
五、先進(jìn)的傳感器技術(shù)
傳感器技術(shù)在制造領(lǐng)域有著較廣泛的應(yīng)用。先進(jìn)技術(shù)如下：
一、條形碼識(shí)別——市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品有一個(gè)通用產(chǎn)品代碼（UPC），它是一個(gè)12位代碼。其中五個(gè)數(shù)字代表制造商，另外五個(gè)數(shù)字代表產(chǎn)品。前六位數(shù)字用代碼表示為亮條和暗條。一位表示數(shù)字系統(tǒng)的類型，二位表示奇偶性表示讀數(shù)的準(zhǔn)確性。剩下的六位數(shù)字用暗線和暗線表示，與前六位數(shù)字的順序相反。條形碼如下圖所示。
條形碼閱讀器可以管理不同的條形碼標(biāo)準(zhǔn)，即使不知道標(biāo)準(zhǔn)代碼。條形碼的缺點(diǎn)是，如果條形碼被油脂或污垢遮蓋，條形碼掃描儀將無(wú)法讀取。
二、轉(zhuǎn)發(fā)器——在汽車部分，在許多情況下使用射頻設(shè)備。轉(zhuǎn)發(fā)器隱藏在鑰匙的塑料頭內(nèi)，任何人都看不見(jiàn)。鑰匙插入點(diǎn)火鎖芯。當(dāng)你轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙時(shí)，電腦會(huì)向收發(fā)器發(fā)送一個(gè)無(wú)線電信號(hào)。在應(yīng)答器對(duì)信號(hào)做出響應(yīng)之前，計(jì)算機(jī)不會(huì)讓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。這些轉(zhuǎn)發(fā)器由無(wú)線電信號(hào)供電。
三、制造部件的電磁識(shí)別——這類似于條形碼技術(shù)，數(shù)據(jù)可以在磁條上編碼。使用磁條技術(shù)，即使代碼隱藏在油脂或污垢中，也可以讀取數(shù)據(jù)。
四、表面聲波——此過(guò)程類似于射頻識(shí)別。在這里，部件識(shí)別由雷達(dá)類型信號(hào)觸發(fā)，并且與RF系統(tǒng)相比，被遠(yuǎn)距離傳輸。
五、光學(xué)字符識(shí)別——這是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，使用字母數(shù)字字符作為信息源。在美國(guó)，郵件處理中心使用光學(xué)字符識(shí)別。它們也用于視覺(jué)系統(tǒng)和語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)。