傳感器基礎(chǔ)知識(shí)

傳感器基礎(chǔ)知識(shí)的定義

英文名稱(chēng)：transducer/sensor

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“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(mǎn)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)。

“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：

“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到**個(gè)系統(tǒng)中的器件”。

根據(jù)這個(gè)定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器－Transducer”來(lái)稱(chēng)謂“傳感器－Sensor”。

傳感器的作用

人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說(shuō)，傳感器是人類(lèi)五官的延長(zhǎng)，又稱(chēng)之為電五官。

新技術(shù)**的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或*佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到*好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。

在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀(guān)上要觀(guān)察上千光年的茫茫宇宙，微觀(guān)上要觀(guān)察小到nm的粒子世界，縱向上要觀(guān)察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，短到s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開(kāi)拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類(lèi)感官無(wú)法直接獲取的信息，沒(méi)有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開(kāi)發(fā)的先驅(qū)。

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)等等極其之廣泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。

由此可見(jiàn)，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱(chēng)的新水平。

傳感器的原理

傳感器工作原理的分類(lèi)物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。

被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?；瘜W(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過(guò)TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過(guò)能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級(jí)線(xiàn)圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級(jí)線(xiàn)圈，得到的交流電源通過(guò)軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運(yùn)算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運(yùn)放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生±4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。

當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測(cè)得到的mV級(jí)的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強(qiáng)信號(hào)，再通過(guò)V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號(hào)，通過(guò)信號(hào)環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級(jí)線(xiàn)圈傳遞至靜止次級(jí)線(xiàn)圈，再經(jīng)過(guò)外殼上的信號(hào)處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號(hào)，該信號(hào)為T(mén)TL電平，既可提供給專(zhuān)用二次儀表或頻率計(jì)顯示也可直接送計(jì)算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動(dòng)--靜環(huán)之間只有零點(diǎn)幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

有些傳感器既不能劃分到物理類(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi)。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類(lèi)難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。

傳感器基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用

常見(jiàn)的：

1.自動(dòng)門(mén)，利用人體的紅外微波來(lái)開(kāi)關(guān)門(mén)

2.煙霧報(bào)警器，利用煙敏電阻來(lái)測(cè)量煙霧濃度，從而達(dá)到報(bào)警目的

3.手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)的照相機(jī)，利用光學(xué)傳感器來(lái)捕獲圖象

4.電子稱(chēng)，利用力學(xué)傳感器（導(dǎo)體應(yīng)變片技術(shù)）來(lái)測(cè)量物體對(duì)應(yīng)變片的壓力，從而達(dá)到測(cè)量重量目的

5.水位報(bào)警，溫度報(bào)警，濕度報(bào)警，光學(xué)報(bào)警等都是……

智能傳感器已廣泛應(yīng)用于航天、航空、國(guó)防、科技和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域中。例如，它在機(jī)器人領(lǐng)域中有著廣闊應(yīng)用前景，智能傳感器使機(jī)器人具有類(lèi)人的五官和大腦功能，可感知各種現(xiàn)象，完成各種動(dòng)作。在工業(yè)生產(chǎn)中，利用傳統(tǒng)的傳感器無(wú)法對(duì)某些產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)（例如，黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等）進(jìn)行快速直接測(cè)量并在線(xiàn)控制。而利用智能傳感器可直接測(cè)量與產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)有函數(shù)關(guān)系的生產(chǎn)過(guò)程中的某些量（如溫度、壓力、流量等）。Cygnus公司生產(chǎn)了一種“葡萄糖手表”，其外觀(guān)像普通手表一樣，戴上它就能實(shí)現(xiàn)無(wú)疼、無(wú)血、連續(xù)的血糖測(cè)試。“葡萄糖手表”上有一塊涂著試劑的墊子，當(dāng)墊子與皮膚接觸時(shí)，葡萄糖分子就被吸附到墊子上，并與試劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流。傳感器測(cè)量該電流，經(jīng)處理器計(jì)算出與該電流對(duì)應(yīng)的血糖濃度，并以數(shù)字量顯示。

    傳感器基礎(chǔ)知識(shí)的功能

常將傳感器的功能與人類(lèi)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、流體傳感器——觸覺(jué)

敏感元件的分類(lèi)：

①物理類(lèi)，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。

②化學(xué)類(lèi)，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。

③生物類(lèi)，基于酶、抗體、和**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(xiàn)敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(lèi)（還有人曾將敏感元件分46類(lèi)）。

傳感器的分類(lèi)

可以用不同的觀(guān)點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類(lèi)：它們的轉(zhuǎn)換原理（傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng)）；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類(lèi)型以及制作它們的材料和工藝等。

根據(jù)傳感器基礎(chǔ)知識(shí)工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類(lèi)：

傳感器工作原理的分類(lèi)物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

有些傳感器既不能劃分到物理類(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi)。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問(wèn)題較多，例如可靠性問(wèn)題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問(wèn)題等，解決了這類(lèi)難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。