傳感器基礎知識
傳感器基礎知識
傳感器基礎知識的定義
英文名稱：transducer/sensor
國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)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(guī)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(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。
“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：
“從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到**個系統(tǒng)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?yōu)榱藦耐饨绔@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(xiàn)象和規(guī)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**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(xiàn)代工業(yè)生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產過程中的各個參數(shù)，使設備工作在正常狀態(tài)或*佳狀態(tài)，并使產品達到*好的質量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)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。現(xiàn)代科學技術的發(fā)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nm的粒子世界，縱向上要觀察長達數(shù)十萬年的天體演化，短到s的瞬間反應。此外，還出現(xiàn)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、超弱磁碭等等。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(xiàn)，往往會導致該領域內的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學科開發(fā)的先驅。
傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之廣泛的領域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)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(fā)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(fā)展。相信不久的將來，傳感器技術將會出現(xiàn)一個飛躍，達到與其重要地位相稱的新水平。
傳感器的原理
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(xiàn)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(xiàn)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。向傳感器提供±15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產生400Hz的方波，經過TDA2030功率放大器即產生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉的次級線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運算放大器AD822的工作電源；由基準電源AD589與雙運放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產生±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轉換器的工作電源。
當彈性軸受扭時，應變橋檢測得到的mV級的應變信號通過儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強信號，再通過V/F轉換器LM131變換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器T2從旋轉的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經過外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平，既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處理。由于該旋轉變壓器動--靜環(huán)之間只有零點幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內，形成有效的屏蔽，因此具有很強的抗干擾能力。
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(shù)傳感器是以物理原理為基礎運作的。化學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。
傳感器基礎知識的應用
常見的：
1.自動門，利用人體的紅外微波來開關門
2.煙霧報警器，利用煙敏電阻來測量煙霧濃度，從而達到報警目的
3.手機，數(shù)碼相機的照相機，利用光學傳感器來捕獲圖象
4.電子稱，利用力學傳感器（導體應變片技術）來測量物體對應變片的壓力，從而達到測量重量目的
5.水位報警，溫度報警，濕度報警，光學報警等都是……
智能傳感器已廣泛應用于航天、航空、國防、科技和工農業(yè)生產等各個領域中。例如，它在機器人領域中有著廣闊應用前景，智能傳感器使機器人具有類人的五官和大腦功能，可感知各種現(xiàn)象，完成各種動作。在工業(yè)生產中，利用傳統(tǒng)的傳感器無法對某些產品質量指標（例如，黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等）進行快速直接測量并在線控制。而利用智能傳感器可直接測量與產品質量指標有函數(shù)關系的生產過程中的某些量（如溫度、壓力、流量等）。Cygnus公司生產了一種“葡萄糖手表”，其外觀像普通手表一樣，戴上它就能實現(xiàn)無疼、無血、連續(xù)的血糖測試。“葡萄糖手表”上有一塊涂著試劑的墊子，當墊子與皮膚接觸時，葡萄糖分子就被吸附到墊子上，并與試劑發(fā)生電化學反應，產生電流。傳感器測量該電流，經處理器計算出與該電流對應的血糖濃度，并以數(shù)字量顯示。
傳感器基礎知識的功能
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：
①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。
②化學類，基于化學反應的原理。
③生物類，基于酶、抗體、和**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）。
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。
根據傳感器基礎知識工作原理，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(xiàn)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(xiàn)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(shù)傳感器是以物理原理為基礎運作的。化學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。
