1. 傳感器的定義與結構組成

  傳感器是一種檢測器件或裝置，能夠感受被測量量，并能將感受到的信息按一定規(guī)律轉換成可用信號。

  傳感器的定義包含的意思①傳感器是測量裝置，能完成檢測任務②它的輸入是某一種可被測量的物理量、化學量、生物量等③它的輸出是某種物理信號，這種信號應便于傳輸、轉換、處理、顯示，多為電信號，也可能是氣壓、光強等物理信號④輸出與輸入之間有確定的對應關系，且能達到一定的精度。

  傳感器通常由敏感元件和轉換元件組成。傳感器的敏感元件是指能直接感受和響應被測量量的單元，傳感器的轉換元件是指將敏感元件的感受或者響應轉換成適于傳輸和測量的電信號的單元。信號調節(jié)與轉換電路的作用是把轉換元件輸出的弱信號轉換為便于顯示、記錄、處理和控制的電信號(通常為電壓或電流)。由于不同種類的傳感器的檢測原理不同，因此，傳感器輸出的電信號也有多種形式。例如連續(xù)信號與離散信號周期性信號與非周期性信號電壓、電流、頻率信號等。

  傳感器的結構組成如圖2.1所示。

  2. 傳感器的分類

  傳感器種類和規(guī)格繁多，功能各異，工作原理和使用條件各不相同，分類方法也多種多樣現將常采用的分類方法歸納如下

  (1)按傳感器輸入的物理量和測量對象的不同分類

  分為位移、壓力、速度、溫度、稱重、濕度、光線、流量、氣體成分等傳感器。這種分類方法明確地說明了傳感器的用途，使用者可以方便地根據測量對象選擇所需要的傳感器。但這種分類方法將原理不同的傳感器歸為一類，因此對掌握傳感器的一些基本原理及分析方法是不利的。

  (2)按傳感器工作與檢測原理分類

  分為電阻式、電容式、電感式、壓電式、電磁式、磁阻式、光電式、壓阻式、熱電偶式、極輻射式、半導體式等傳感器。進一步細分，例如，根據變電阻原理，有電位器式、應變片式、壓阻式等傳感器根據電磁感應原理，有電感式、差壓式、電渦流式、電磁式、磁阻式等傳感器，根據半導體有關理論，有半導體力敏、熱敏、光敏、氣敏、磁敏等固態(tài)傳感器。

  傳感器的工作與檢測原理指傳感器工作時所依據的物理效應、化學效應和生物效應等機理這種分類方法便于傳感器專業(yè)工作者從原理與設計上作歸納性的分析研究，避免了傳感器名目過于繁多，故最常采用。

  有時也把用途和原理結合起來命名，例如電感式位移傳感器、壓電式力傳感器等。

  (3)按傳感器輸出信號的性質分類分為數字式傳感器和模擬式傳感器。

  數字式傳感器是指能直接將非電量轉換為數字量，可以直接用于數字顯示和計算，可直接再合計算機，具有抗干擾能力強、傳輸距離遠等優(yōu)點。這類傳感器可分為脈沖、頻率和數碼輸出三類。例如光柵傳感器等。

  模擬式傳感器是指將被測非電量轉換成連續(xù)變化的電壓或電流，如果要求配合數字顯示器或數字計算機，需要配備A-D轉換裝置。

  (4)按敏感元件與被測對象之間的能量關系分類分為能量轉換型傳感器和能量控制型傳感器。

  能量轉換型(又稱有源式、自源式、發(fā)電式)是指在進行信號轉換時不需要另外提供能量直接由被測對象輸入能量，把輸入信號能量變換為另一種形式的能量輸出。有源式傳感器類似一臺微型發(fā)電機，它能將輸入的非電能量轉換成電能輸出，傳感器本身不需外加電源，信號能量直接從被測對象取得。因此只要配上必要的放大器就能驅動顯示記錄儀表。這種傳感器有壓電式壓磁式、電磁式、電動式、熱電偶、光電池、霍爾元件、磁致伸縮式、電致伸縮式、靜電式等傳感器。這類傳感器中，有一部分能量的轉換是可逆的，也可以將電能轉換為機械能或其他非電量，如壓電式、壓磁式、電動式等傳感器。

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  能量控制型(又稱無源式、他源式、參量式)是指在進行信號轉換時，需要先供給能量，即從外部供給輔助能源使傳感器工作，且由被測量量來控制外部供給能量的變化。對于無源式傳感器，被測非電量只是對傳感器中的能量起控制或調制作用，需通過測量電路將它變?yōu)殡妷毫炕螂娏髁浚缓筮M行轉換、放大，以驅動指示或記錄儀表，配用的測量電路通常是電橋電路或諧振電路。這種傳感器有電阻式、電容式、電感式、差動變壓器式、渦流式、熱敏電阻、光敏管、光敏電阻、濕敏電阻、磁敏電阻等傳感器。

  (5)按傳感器的結構參數在信號變換過程中是否發(fā)生變化分類分為物性型傳感器和結構型傳感器。

  物性型傳感器是指在實現信號的變換過程中結構參數基本不變，利用某些物質材料(敏感元件)本身的物理或化學性質的變化而實現信號變換的。這種傳感器一般沒有可動結構部分，易小型化，故也被稱作固態(tài)傳感器，它是以半導體、電介質、鐵電體等作為敏感材料的固態(tài)器件。例如熱電偶，壓電石英晶體，熱電阻以及力敏、熱敏、濕敏、氣敏、光敏等半導體傳感器。

  結構型傳感器是指依靠傳感器機械結構的幾何形狀或尺寸(即結構參數)的變化而將外界被測參數轉換成相應的電阻、電感、電容等物理量的變化，實現信號變換，從而檢測出被測信號。例如電容式、電感式、應變片式、電位差計式等傳感器。

  (6)按傳感器與被測對象的關聯(lián)方式(是否接觸)分類分為接觸式和非接觸式傳感器。

  接觸式傳感器，例如電位差計式、應變式、電容式、電感式等傳感器。接觸式的優(yōu)點是傳感器與被測對象視為一體，傳感器的標定無須在使用現場進行，缺點是傳感器與被測對象接觸會對被測對象的狀態(tài)或特性產生或多或少的影響。

  非接觸式傳感器可以消除由于傳感器介入而帶來的對被測量的影響，提高了測量的準確性，同時也使傳感器的使用壽命增加。但是，非接觸式傳感器的輸出會受到被測對象與傳感器之間介質或環(huán)境的影響，因此，傳感器的標定必須在使用現場進行。

  (7)按作用形式分類分為主動型和被動型傳感器。

  主動型傳感器又分為作用型和反作用型傳感器，此種傳感器對被測對象能發(fā)出一定的探測信號，能檢測探測信號在被測對象中所產生的變化，或由探測信號在被測對象中產生某種效應而形成檢測信號。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的實例，而光聲效應分析裝置與激光分析器是反作用型的實例。

  被動型傳感器只是接收被測對象本身產生的信號，例如紅外輻射溫度計、紅外攝像裝置等。

  (8)按照制造工藝和制造材料分類

  按照制造工藝分為集成、薄膜、厚膜等傳感器按照制造材料分為金屬、聚合物、半導體、陶瓷、混合物等傳感器。

  (9)按應用領域分類

  分為工業(yè)、民用、科研、醫(yī)療、農用、軍用等傳感器。