一、傳感器的定義

信息處理技術取得的進展以及微處理器和計算機技術的高速發展，都需要在傳感器的開發方面有相應的進展。微處理器現在已經在測量和控制系統中得到了廣泛的應用。随着這些系統能力的增強，作為信息采集系統的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動化系統和機器人技術中的關鍵部件，作為系統中的一個結構組成，其重要性變得越來越明顯。

最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學量轉變成便于利用的電信号的器件。國際電工委員會(IEC:International Electrotechnical Committee) 的定義為：“傳感器是測量系統中的一種前置部件，它将輸入變量轉換成可供測量的信号”。按照Gopel 等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統則是組合有某種信息處理(模拟或數字) 能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統的一個組成部分，它是被測量信号輸入的第一道關口。

進入傳感器的信号幅度是很小的，而且混雜有幹擾信号和噪聲。為了方便随後的處理過程，首先要将信号整形成具有最佳特性的波形，有時還需要将信号線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模拟電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形後的信号随後轉換成數字信号，并輸入到微處理器。

德國和俄羅斯學者認為傳感器應是由二部分組成的，即直接感知被測量信号的敏感元件部分和初始處理信号的電路部分。按這種理解，傳感器還包含了信号成形器的電路部分。

傳感器系統的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能将一種能量形式直接轉變成另一種，不需要外接的能源或激勵源。

有源(a)和無源(b)傳感器的信号流程

無源傳感器不能直接轉換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能傳感器承擔将某個對象或過程的特定特性轉換成數量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀态可以是靜态的，也可以是動态(即過程)的。對象特性被轉換量化後可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質的，也可以是化學性質的。按照其工作原理，傳感器将對象特性或狀态參數轉換成可測定的電學量，然後将此電信号分離出來，送入傳感器系統加以評測或标示。

各種物理效應和工作機理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被測量對象，也可以不接觸。用于傳感器的工作機制和效應類型不斷增加，其包含的處理過程日益完善。

常将傳感器的功能與人類5 大感覺器官相比拟：

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優越，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适用的，也有隻對特定類型傳感器适用的特殊要求。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：高靈敏度抗幹擾的穩定性(對噪聲不敏感) 線性容易調節(校準簡易) 高精度高可靠性無遲滞性工作壽命長(耐用性) 可重複性抗老化高響應速率抗環境影響(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範圍小尺寸、重量輕和高強度寬工作溫度範圍

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；它們的輸出信号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，磁緻伸縮現象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信号量的微小變化都将轉換成電信号。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，被測信号量的微小變化也将轉換成電信号。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。化學傳感器技術問題較多，例如可靠性問題，規模生産的可能性，價格問題等，解決了這類難題，化學傳感器的應用将會有巨大增長。按照其用途，傳感器可分類為：壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器液面傳感器、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。　

以其輸出信号為标準可将傳感器分為：

模拟傳感器——将被測量的非電學量轉換成模拟電信号。　

數字傳感器——将被測量的非電學量轉換成數字輸出信号(包括直接和間接轉換)。　

膺數字傳感器——将被測量的信号量轉換成頻率信号或短周期信号的輸出(包括直接或間接轉換)。　

開關傳感器——當一個被測量的信号達到某個特定的阈值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信号。　

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将傳感器分成下列幾類：

(1)按照其所用材料的類别分：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，然後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。

按照其制造工藝，可以将傳感器區分為：

集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器。

集成傳感器是用标準的生産矽基半導體集成電路的工藝技術制造的。通常還将用于初步處理被測信号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(基闆)上的，相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時，同樣可将部分電路制造在此基闆上。　

厚膜傳感器是利用相應材料的漿料，塗覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3 制成的，然後進行熱處理，使厚膜成形。

陶瓷傳感器采用标準的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生産。　

完成适當的預備性操作之後，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已的優點和不足。由于研究、開發和生産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。

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