各种传感器的分类、比较和应用

1、传感器的定义传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电 工委员会（IEC:lnternational Electrotechnical Committee）的定义为：传感器是测量系统中的 一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号。按照Gopel等的说法是：传感器是 包括承载体和电路连接的敏感元件”，而传感器系统则是组合有某种信息处理（模拟或数字） 能力的系统。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传感器 能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。无

2、源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器 承担将某个对象或过程的特左特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体， 而它们的状态可以是静态的，也可以是动态（即过程）的。对象特性被转换量化后可以通过多 种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，它将 对象特性或状态参数转换成可测泄的电学量，然后将此电信号分离岀来，送入传感器系统加 以评测或标示。传感器原理结构在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩 传感器；在轴上固左着：能源环形变压器的次级线圈，（2）信号环形变压器初级线圈， 轴上印刷电路板

3、，电路板上包含整流稳左电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输岀电 路。在传感器的外壳上固定着：（1）激磁电路，（2）能源环形变压器的初级线圈（输入），（3）信号环形变压器次级线圈（输出）, （4）信号处理电路工作过程向传感器提供15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400HZ的方波，经过TDA2030功 率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转 的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到5V的直流电源，该电源做运算 放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的髙精度稳压电源产 生4.5V的精密直流电源，该电源既作

4、为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。 当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成 1.5v1 v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2 从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到 与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平，既可提供给专用二次仪表或频 率计显示也可直接送汁算机处理。由于该旋转变压器动-静环之间只有零点几亳米的间隙， 加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。传感器分类倾角传感器倾角传感器在军事、航天航空

5、、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船舶等 领域得到广泛运用。辉格公司为国内用户提供全球最全而、最专业的产品方案和服务。提供 超过500种规格的伺服型、电解质型、电容型、电感型、光纤型等原理的倾角传感器。 加速度传感器（线和角加速度）分低频髙精度力平衡伺服型、低频低成本热对流型和中高频电容式加速度位移传感器。总频 响范用从DC至3000HZ.应用领域包括汽车运动控制、汽车测试、家电、游戏产品、办公 自动化、GPS、PDA、手机、箴动检测、建筑仪器以及实验设备等。红外温度传感器广泛应用于家用电器（微波炉、空调、油烟机、吹风机、烤而包机、电磁炉、炒锅、暧风机 等）、医用/家用体温讣、办

6、公自动化、便携式非接触红外温度传感器、工业现场温度测量仪 器以及电力自动化等。不仅能提供传感器、模块或完整的测温仪器，还能根据用户需要提供 包括光学透镜、ASIC、算法等一揽子解决方案。想了解更多信息吗，请访问辉格科技网传感器的应用传感器的应用领域涉及机械制造、工业过程控制、汽车电子产品、通信电子产 品、消费电子产品和专用设备等。 专用设备专用设备主要包括医疗、环保、气象等领域应用的专业电子设备。目前医疗领域是传感器销 售量巨大、利润可观的新兴市场，该领域要求传感器件向小型化、低成本和髙可靠性方向发 展。 工业自动化工业领域应用的传感器，如工艺控制、工业机械以及传统的：各种测量工艺变量妆口温度

7、、 液位、压力、流疑等）的：测量电子特性（电流、电压等）和物理量（运动、速度、负载以及强 度）的，以及传统的接近/泄位传感器发展迅速。 通信电子产品手机产疑的大幅增长及手机新功能的不断增加给传感器市场带来机遇与挑战，彩屏手机和摄 像手机市场份额不断上升增加了传感器在该领域的应用比例。此外，应用于集团电话和无绳 电话的超声波传感器、用于磁存储介质的磁场传感器等都将出现强势增长。汽车工业现代高级轿车的电子化控制系统水平的关键就在于釆用压力传感器的数量和水 平，目前一辆普通家用轿车上大约安装儿十到近百只传感器，而豪华轿车上的传 感器数量可多达二百余只，种类通常达30余种，多则达百种。二、传感器的分类

8、可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理（传感器工作的 基本物理或化学效应）；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料 和工艺等。根据传感器丄作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应， 磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化 都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感 器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器 是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模 生产

9、的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增 长。按照其用途，传感器可分类为：压力敬和力敬传感器位置传感器液面传感器能耗?加速度传感器射线辐射传感器振动传感器湿敬传感器磁敬传感器气敬传感器真空度传感器生物传感器等。以其输出信号为标准可将传感器分为：模拟传感器一一将被测量的非电学量转换成模拟电信号。数字传感器一一将被测量的非电学量转换成数字输出信号（包括直接和 间接转换）。牌数字传感器一一将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的 输出（包括直接或间接转换）。开关传感器一一当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相 应地输出一个设定的低电平或高电平信号。在外界因素的

10、作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。 它们中的那些对外界作用最敬感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制 作传感器的敬感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列儿类：（1）按照其所用材料的类别分金属聚合物陶瓷混合物(2) 按材料的物理性质分导体绝缘体半导体磁性材料(3) 按材料的晶体结构分单晶多晶非晶材料与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向：(1) 在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感 器技术中得到实际使用。(2) 探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技 术。(3) 在研究新型材料的基础上探索新现象、新效

11、应和反应，并在传感器 技术中加以具体实施。现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敬感元件 的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联 的。表1.2中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。按照其制造工艺，可以将传感器区分为：集成传感器薄膜传感器用膜传感器陶瓷传感器集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通 常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应墩感材料的薄膜 形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通 常是A1203制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。陶瓷传感器采