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(chēng)：transducer/sensor
國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量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(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節。
“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：
“從一個(gè)系統接受功率，通常以另一種形式將功率送到**個(gè)系統中的器件”。
根據這個(gè)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(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，在研究自然現象和規律以及生產(chǎn)活動(dòng)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(shuō)，傳感器是人類(lèi)五官的延長(cháng)，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)監視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數，使設備工作在正常狀態(tài)或*佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到*好的質(zhì)量。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器，現代化生產(chǎn)也就失去了基礎。
在基礎學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F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(cháng)達數十萬(wàn)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(zhì)認識、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)有相適應的傳感器是不可能的。許多基礎科學(xué)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(huì )導致該領(lǐng)域內的突破。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。
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、環(huán)境保護、資源調查、醫學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之廣泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，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(gè)現代化項目，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、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 )出現一個(gè)飛躍，達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?；瘜W(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應等現象為因果關(guān)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(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從靜止的初級線(xiàn)圈傳遞至旋轉的次級線(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轉換器的工作電源。
當彈性軸受扭時(shí)，應變橋檢測得到的mV級的應變信號通過(guò)儀表放大器AD620放大成1.5v±1v的強信號，再通過(guò)V/F轉換器LM131變換成頻率信號，通過(guò)信號環(huán)形變壓器T2從旋轉的初級線(xiàn)圈傳遞至靜止次級線(xiàn)圈，再經(jīng)過(guò)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T(mén)TL電平，既可提供給專(zhuān)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(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，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(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi)。大多數傳感器是以物理原理為基礎運作的?；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)傳感器的應用將會(huì )有巨大增長(cháng)。
傳感器基礎知識的應用
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.煙霧報警器，利用煙敏電阻來(lái)測量煙霧濃度，從而達到報警目的
3.手機，數碼相機的照相機，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（導體應變片技術(shù)）來(lái)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(xué)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(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域中。例如，它在機器人領(lǐng)域中有著(zhù)廣闊應用前景，智能傳感器使機器人具有類(lèi)人的五官和大腦功能，可感知各種現象，完成各種動(dòng)作。在工業(yè)生產(chǎn)中，利用傳統的傳感器無(wú)法對某些產(chǎn)品質(zhì)量指標（例如，黏度、硬度、表面光潔度、成分、顏色及味道等）進(jìn)行快速直接測量并在線(xiàn)控制。而利用智能傳感器可直接測量與產(chǎn)品質(zhì)量指標有函數關(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)現無(wú)疼、無(wú)血、連續的血糖測試?！捌咸烟鞘直怼鄙嫌幸粔K涂著(zhù)試劑的墊子，當墊子與皮膚接觸時(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，產(chǎn)生電流。傳感器測量該電流，經(jīng)處理器計算出與該電流對應的血糖濃度，并以數字量顯示。
傳感器基礎知識的功能
常將傳感器的功能與人類(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。
②化學(xué)類(lèi)，基于化學(xué)反應的原理。
③生物類(lèi)，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(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)對傳感器進(jìn)行分類(lèi)：它們的轉換原理（傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應）；它們的用途；它們的輸出信號類(lèi)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(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(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應等現象為因果關(guān)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(lèi)，也不能劃分為化學(xué)類(lèi)。大多數傳感器是以物理原理為基礎運作的?；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)傳感器的應用將會(huì )有巨大增長(cháng)。
