常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬:
光敏傳感器——視覺? 聲敏傳感器——聽覺
氣敏傳感器——嗅覺 ?化學傳感器——味覺
壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺
與當代的傳感器相比,人類的感覺能力好得多,但也有一些傳感器比人的感覺功能*,例如人類沒有能力感知紫外或紅外線輻射,感覺不到電磁場、無色無味的氣體等。
對傳感器設定了許多技術要求,有一些是對所有類型傳感器都適用的,也有只對特定類型傳感器適用的特殊要求。針對傳感器的工作原理和結構在不同場合均需要的基本要求是:
高靈敏度 抗干擾的穩(wěn)定性(對噪聲不敏感) 線性 容易調節(jié)(校準簡易)
高精度 高可靠性 無遲滯性 工作壽命長(耐用性)
可重復性 抗老化 高響應速率 抗環(huán)境影響(熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力
選擇性 安全性(傳感器應是無污染的) 互換性 低成本
寬測量范圍 小尺寸、重量輕和高強度 寬工作溫度范圍
二、傳感器的分類
可以用不同的觀點對傳感器進行分類:它們的轉換原理(傳感器工作的基本物理或化學效應);它們的用途;它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。
根據傳感器工作原理,可分為物理傳感器和化學傳感器二大類
傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應,諸如壓電效應,磁致伸縮現象,離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。
化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現象為因果關系的傳感器,被測信號量的微小變化也將轉換成電信號。
有些傳感器既不能劃分到物理類,也不能劃分為化學類。大多數傳感器是以物理原理為基礎運作的?;瘜W傳感器技術問題較多,例如可靠性問題,規(guī)模生產的可能性,價格問題等,解決了這類難題,化學傳感器的應用將會有巨大增長。
常見傳感器的應用領域和工作原理列于表1.1。
按照其用途,傳感器可分類為:
壓力敏和力敏傳感器 ?位置傳感器
液面?zhèn)鞲衅??能耗傳感器
速度傳感器 ?熱敏傳感器
加速度傳感器 ?射線輻射傳感器
振動傳感器? 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。?
以其輸出信號為標準可將傳感器分為:
模擬傳感器——將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。?
數字傳感器——將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號(包括直接和間接轉換)。?
膺數字傳感器——將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出(包括直接或間接轉換)。?
開關傳感器——當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時,傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。
?
在外界因素的作用下,所有材料都會作出相應的、具有特征性的反應。它們中的那些對外界作用zui敏感的材料,即那些具有功能特性的材料,被用來制作傳感器的敏感元件。從所應用的材料觀點出發(fā)可將傳感器分成下列幾類:
(1)按照其所用材料的類別分?
金屬? 聚合物? 陶瓷? 混合物?
(2)按材料的物理性質分? ? 導體? 絕緣體? 半導體? 磁性材料?
(3)按材料的晶體結構分?
單晶? 多晶? 非晶材料?
與采用新材料緊密相關的傳感器開發(fā)工作,可以歸納為下述三個方向:?
(1)在已知的材料中探索新的現象、效應和反應,然后使它們能在傳感器技術中得到實際使用。?
(2)探索新的材料,應用那些已知的現象、效應和反應來改進傳感器技術。?
(3)在研究新型材料的基礎上探索新現象、新效應和反應,并在傳感器技術中加以具體實施。?
現代傳感器制造業(yè)的進展取決于用于傳感器技術的新材料和敏感元件的開發(fā)強度。傳感器開發(fā)的基本趨勢是和半導體以及介質材料的應用密切關聯的。表1.2中給出了一些可用于傳感器技術的、能夠轉換能量形式的材料
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