浅谈传感器的构成及应用

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【摘 要】 当代社会，科技高度发展，人类进入了信息时代，传感器技术也进入了一个飞速发展的阶段，传感器的应用已渗透到很多领域，并在改变人们的生活。

【关键词】 信息 传感器组成 应用 发展

1 传感器的构成

国家标准（GB7665-2005）中，传感器（Transducer/Sensor）的定义为：传感器就是能感受（响应）规定的被测量，并按一定规律转换成可用输出信号的器件和装置。又称变能器、交换器、变送器、探测器。传感器通常由敏感元件、传感元件、测量电路及辅助电源组成。如图1所示。

图1 传感器的组成示意框图

被测量的可以是电量也可以是非电量，电量的种类很多，如电压、电荷量、电阻、电容、电感等；非电量是指除电量之外的参数，如压力、流量、位移、质量、速度、加速度、温度、浓度及酸碱度等。人们对物质和事物本质的认识，主要是通过检测各种非电量来实现的。敏感元件是指传感器中直接感受或响应被测量的部分；传感元件是指传感器中能将敏感元件的输出信号转换为适于传输和测量的电信号部分；测量电路就是把传感元件输送的电信号变换为便于处理、记录、显示和控制的形式；经常使用的测量电路有放大器、电桥、振荡电路等。

2 传感器的应用

传感器技术是一项知识密集型技术，所涉及的知识非常广泛，与许多学科都有关系。传感器种类很多，也决定了传感器的应用非常广泛。但是，目前对传感器的分类还没有统一的分类方法，我们就按被测物理量的分类方法简单描述各种传感器的应用。

2.1 力传感器。力是物理基本量之一，因此各种动态、静态力的大小的测量十分重要。力的测量应用极为广泛，通过测量力还可以间接测量其他参数，力传感器是将各种力学量转换为电信号的器件。例如，海洋探测、登山高度、医疗方面的血压计、呼吸机、脉搏器；航天方面的飞行高度、速度；计量方面的电子秤、电子天平等。常见的力传感器有压电式传感器、电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、扭矩传感器、压力传感器和加速度传感器等。压电式传感器是一种会发电型的传感器，具有体积小、质量轻、工作频带宽、灵敏度和测量精度高等特点，又由于其内部没有运动部件，所以，其结构坚固，可靠性和稳定性高，是生活生产中比较常用的一种传感器。例如，电阻应变式传感器结构简单，使用方便；易于实现自动化，动态响应好，远距离测量、遥测；灵敏度高，测量速度快，适合静态、动态测量。电容式传感器结构简单，价格便宜，输入量小而灵敏度高，工作可靠，并能在高温、辐射、强烈震动等恶劣条件下工作。

2.2 温度传感器。温度反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。温度是与人类生活息息相关的物理量，人类社会中，工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。工业生产自动化流程，温度测量点要占全部测量点的一半左右。温度传感器是实现温度检测和控制的重要器件。常用的温度传感器有电阻式、热膨胀式、热电偶、辐射式温度传感器；接触式和非接触式；分离式、模拟集成式等。温度传感器是应用最广泛、发展最快的传感器之一。

2.3 光电式传感器。光电式传感器是一种基于光电效应的传感器。光电式传感器在受到光照射后，即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。光电式传感器的测量方法灵活多样，除了能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等特性测量多种物理量。光电式传感器测量时不与被测对象直接接触，不存在摩擦作用，光速的质量又近似为零，对被测对象几乎不施加压力，并且具有使用方便、非接触、高精度、高分辨力、高可靠性和反应快等一系列优点，因而，在许多场合，光电式传感器比其他传感器具有明显的优越性。而且随着激光、光栅、光导纤维器件的相继问世，光电传感器更是一种应用极为广泛的重要敏感器件。

2.4 位移传感器。位移是指物体的某个表面或某点相对于参考表面或参考点位置的变化，在自动控制系统中，位移的测量是一种非常基本的测量项目，是对空间距离的大小，如距离、位置、尺寸、角度等量的测量。常见的位移传感器有电阻式、电容式、电感式、光栅式、接触式和非接触式、模拟式和数字式等。在实际使用中，可以根据实际的测量来确定传感器的类型，几微米到几毫米，通常选用应变式、差动变压器式霍尔式等传感器来检测；大位移常选用感应同步器、光栅等传感器来测量；更大位移的可选用超声波传感器，其能在恶劣的环境中正常工作，可以透过污浊的空气和水雾进行检测。