傳感器

    傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理條件（如光、熱、濕度）或化學組成（如煙霧），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。
傳感器的定義
 　　國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量件并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。
  　“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：
　　“從一個系統接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統中的器件”。
　　根據這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉換成另一種能量形式，所以不少學者也用“換能器－Transducer”來稱謂“傳感器－Sensor”。
傳感器的作用
　　人們為了從外界獲取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現象和規律以及生產活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。
　　新技術革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。
　　在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，并使產品達到最好的質量。因此可以說，沒有眾多的優良的傳感器，現代化生產也就失去了基礎。
　　在基礎學科研究中，傳感器更具有突出的地位�，F代科學技術的發展，進入了許多新領域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到fm的粒子世界，縱向上要觀察長達數十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應。此外，還出現了對深化物質認識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應的傳感器是不可能的。許多基礎科學研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現，往往會導致該領域內的突破。一些傳感器的發展，往往是一些邊緣學科開發的先驅。
　　傳感器早已滲透到諸如工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域�？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統，幾乎每一個現代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。
　　由此可見，傳感器技術在發展經濟、推動社會進步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領域的發展。相信不久的將來，傳感器技術將會出現一個飛躍，達到與其重要地位相稱的新水平。
功能
　　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　
　　敏感元件的分類：
　�、傥锢眍悾�基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。
　�、诨瘜W類，基于化學反應的原理。
　　③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。
　　通常據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）。
特點
　　新型傳感器的特點包括：微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化，它不僅促進了傳統產業的改造和更新換代，而且還可能建立新型工業，從而成為21世紀新的經濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統(MEMS)技術基礎上的，目前已成功應用在硅器件上做成硅壓力傳感器。
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。
　　分類
　　稱重傳感器按轉換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動式、陀螺儀式、電阻應變式等8類，以電阻應變式使用最廣。
1.傳感器按照其用途分類
　　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。
　　24GHz雷達傳感器
2.傳感器按照其原理分類
　　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。
3.傳感器按照其輸出信號為標準分類
　　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。
4.傳感器按照其材料為標準分類
　　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最敏感的材料，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:  導體絕緣體和半導體磁性材料
　　(3)按材料的晶體結構分:　單晶和多晶非晶材料
　　與采用新材料緊密相關的傳感器開發工作，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強度。傳感器開發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。
5.傳感器按照其制造工藝分類
　　集成傳感器薄膜傳感器 厚膜傳感器陶瓷傳感器
　　集成傳感器是用標準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。
　　薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底(基板)上的，相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時，同樣可將部分電路制造在此基板上。
　　厚膜傳感器是利用相應材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進行熱處理，使厚膜成形。
　　陶瓷傳感器采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產。
　　完成適當的預備性操作之后，已成形的元件在高溫中進行燒結。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在某些方面，可以認為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。
　　每種工藝技術都有自己的優點和不足。由于研究、開發和生產所需的資本投入較低，以及傳感器參數的高穩定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。
6.傳感器根據測量目的不同分類
　　物理型傳感器是利用被測量物質的某些物理性質發生明顯變化的特性制成的。
　　化學型傳感器是利用能把化學物質的成分、濃度等化學量轉化成電學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的特性做成的，用以檢測與識別生物體內化學成分的傳感器。
7.傳感器按照其構成的不同分類
　　基本型傳感器：是一種最基本的單個變換裝置。
　　組合型傳感器：是由不同單個變換裝置組合而構成的傳感器。
　　應用型傳感器：是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機構組合而構成的傳感器。
8.傳感器按照其作用形式的不同分類
　　按作用形式可分為主動型和被動型傳感器。
　　主動型傳感器又有作用型和反作用型，此種傳感器對被測對象能發出一定探測信號，能檢測探測信號在被測對象中所產生的變化，或者由探測信號在被測對象中產生某種效應而形成信號。檢測探測信號變化方式的稱為作用型，檢測產生響應而形成信號方式的稱為反作用型。雷達與無線電頻率范圍探測器是作用型實例，而光聲效應分析裝置與激光分析器是反作用型實例。
　　被動型傳感器只是接收被測對象本身產生的信號，如紅外輻射溫度計、紅外攝像裝置等