傳感器工作原理

傳感器有哪些類型

一、按用途

壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器、液位傳感器、能耗傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、熱敏傳感器。

二、按原理

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；

三、按輸出信號

1、模擬傳感器：將被測量的非電學量轉換成模擬電信號；

2、數字傳感器：將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號（包括直接和間接轉換）；

3、膺數字傳感器：將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出（包括直接或間接轉換）；

4、開關傳感器：當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。

四、按其制造工藝

1、集成傳感器是用標準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的，通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上；

2、薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底（基板）上的，相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時，同樣可將部分電路制造在此基板上；

3、厚膜傳感器是利用相應材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進行熱處理，使厚膜成形；

4、陶瓷傳感器采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝（溶膠、凝膠等）生產，完成適當的預備性操作之后，已成形的元件在高溫中進行燒結。

五、按測量目

1、物理型傳感器是利用被測量物質的某些物理性質發生明顯變化的特性制成的；

2、化學型傳感器是利用能把化學物質的成分、濃度等化學量轉化成電學量的敏感元件制成的；

3、生物型傳感器是利用各種生物或生物物質的特性做成的，用以檢測與識別生物體內化學成分的傳感器。

六、按其構成

1、基本型傳感器：是一種最基本的單個變換裝置；

2、組合型傳感器：是由不同單個變換裝置組合而構成的傳感器；

3、應用型傳感器：是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機構組合而構成的傳感器。

七、按作用形式

1、主動型傳感器又有作用型和反作用型，此種傳感器對被測對象能發出一定探測信號，能檢測探測信號在被測對象中所產生的變化，或者由探測信號在被測對象中產生某種效應而形成信號，檢測探測信號變化方式的稱為作用型，檢測產生響應而形成信號方式的稱為反作用型，雷達與無線電頻率范圍探測器是作用型實例，而光聲效應分析裝置與激光分析器是反作用型實例；

2、被動型傳感器只是接收被測對象本身產生的信號，如紅外輻射溫度計、紅外攝像裝置等。

三種傳感器工作原理

1、壓電壓力傳感器

壓電式壓力傳感器主要基于壓電效應（Piezoelectric effect），利用電氣元件和其他機械把待測的壓力轉換成為電量，再進行相關測量工作的測量精密儀器，比如很多壓力變送器和壓力傳感器。壓電傳感器不可以應用在靜態的測量當中，原因是受到外力作用后的電荷，當回路有無限大的輸入抗阻的時候，才可以得以保存下來。但是實際上并不是這樣的。因此壓電傳感器只可以應用在動態的測量當中。它主要的壓電材料是：磷酸二氫胺、酒石酸鉀鈉和石英。壓電效應就是在石英上發現的。

當應力發生變化的時候，電場的變化很小很小，其他的一些壓電晶體就會替代石英。酒石酸鉀鈉，它是具有很大的壓電系數和壓電靈敏度的，但是，它只可以使用在室內的濕度和溫度都比較低的地方。磷酸二氫胺是一種人造晶體，它可以在很高的濕度和很高的溫度的環境中使用，所以，它的應用是非常廣泛的。隨著技術的發展，壓電效應也已經在多晶體上得到應用了。例如：壓電陶瓷，鈮鎂酸壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈦酸鋇壓電陶瓷等等都包括在內。

以壓電效應為工作原理的傳感器，是機電轉換式和自發電式傳感器。它的敏感元件是用壓電的材料制作而成的，而當壓電材料受到外力作用的時候，它的表面會形成電荷，電荷會通過電荷放大器、測量電路的放大以及變換阻抗以后，就會被轉換成為與所受到的外力成正比關系的電量輸出。它是用來測量力以及可以轉換成為力的非電物理量，例如：

加速度和壓力。它有很多優點：重量較輕、工作可靠、結構很簡單、信噪比很高、靈敏度很高以及信頻寬等等。但是它也存在著某些缺點：有部分電壓材料忌潮濕，因此需要采取一系列的防潮措施，而輸出電流的響應又比較差，那就要使用電荷放大器或者高輸入阻抗電路來彌補這個缺點，讓儀器更好地工作。

2、壓阻壓力傳感器

壓阻壓力傳感器主要基于壓阻效應（Piezoresistive effect）。壓阻效應是用來描述材料在受到機械式應力下所產生的電阻變化。不同于上述壓電效應，壓阻效應只產生阻抗變化，并不會產生電荷。

大多數金屬材料與半導體材料都被發現具有壓阻效應。其中半導體材料中的壓阻效應遠大于金屬。由于硅是現今集成電路的主要，以硅制作而成的壓阻性元件的應用就變得非常有意義。的電阻變化不單是來自與應力有關的幾何形變，而且也來自材料本身與應力相關的電阻，這使得其程度因子大于金屬數百倍之多。N型硅的電阻變化主要是由于其三個導帶谷對的位移所造成不同遷移率的導帶谷間的載子重新分布，進而使得電子在不同流動方向上的遷移率發生改變。其次是由于來自與導帶谷形狀的改變相關的等效質量（effective mass）的變化。在P型硅中，此現象變得更復雜，而且也導致等效質量改變及電洞轉換。

壓阻壓力傳感器一般通過引線接入惠斯登電橋中。平時敏感芯體沒有外加壓力作用，電橋處于平衡狀態（稱為零位），當傳感器受壓后芯片電阻發生變化，電橋將失去平衡。若給電橋加一個恒定電流或電壓電源，電橋將輸出與壓力對應的電壓信號，這樣傳感器的電阻變化通過電橋轉換成壓力信號輸出。電橋檢測出電阻值的變化，經過放大后，再經過電壓電流的轉換，變換成相應的電流信號，該電流信號通過非線性校正環路的補償，即產生了輸入電壓成線性對應關系的4～20mA的標準輸出信號。

為減小溫度變化對芯體電阻值的影響，提高測量精度，壓力傳感器都采用溫度補償措施使其零點漂移、靈敏度、線性度、穩定性等技術指標保持較高水平。

3、電容式壓力傳感器

電容式壓力傳感器是一種利用電容作為敏感元件，將被測壓力轉換成電容值改變的壓力傳感器。這種壓力傳感器一般采用圓形金屬薄膜或鍍金屬薄膜作為電容器的一個電極，當薄膜感受壓力而變形時，薄膜與固定電極之間形成的電容量發生變化，通過測量電路即可輸出與電壓成一定關系的電信號。電容式壓力傳感器屬于極距變化型電容式傳感器，可分為單電容式壓力傳感器和差動電容式壓力傳感器。

單電容式壓力傳感器由圓形薄膜與固定電極構成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成。這種型式適于測量低壓，并有較高過載能力。還可以采用帶活塞動極膜片制成測量高壓的單電容式壓力傳感器。這種型式可減小膜片的直接受壓面積，以便采用較薄的膜片提高靈敏度。它還與各種補償和保護部以及放大電路整體封裝在一起，以便提高抗干擾能力。這種傳感器適于測量動態高壓和對飛行器進行遙測。單電容式壓力傳感器還有傳聲器式（即話筒式）和聽診器式等型式。

差動電容式壓力傳感器的受壓膜片電極位于兩個固定電極之間，構成兩個電容器。在壓力的作用下一個電容器的容量增大而另一個則相應減小，測量結果由差動式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過載時膜片受到凹面的保護而不致破裂。差動電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對稱性），而且不能實現對被測氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質的流體中。

傳感器的七大應用

1．傳感器與環境保護

目前，地球的大氣污染、水質污濁及噪聲已嚴重地破壞了地球的生態平衡和我們賴以生存的環境，這一現狀已引起了世界各國的重視。為保護環境，利用傳感器制成的各種環境監測儀器正在發揮著積極的作用。

2．傳感器在機器人上的應用

目前，在勞動強度大或危險作業的場所，已逐步使用機器人取代人的工作。一些高速度、高精度的工作，由機器人來承擔也是非常合適的。但這些機器人多數是用來進行加工、組裝、檢驗等工作，屑于生產用的自動機械式的單能機器人。在這些機器人身上僅采用了檢測臂的位置和角度的傳感器。

3．傳感器與家用電器

現代家用電器中普遍應用著傳感器。傳感器在電子爐灶、自動電飯鍋、吸塵器、空調器、電子熱水器、熱風取暖器、風干器、報警器、電樊斗、電風扇、游戲機、電子驅蚊器、洗衣機、洗碗機、照像機、電冰箱、彩色及平板電視機、錄像機、錄音機、收音機、影碟機及家庭影院等方面得到了廣泛的應用。

4．傳感器與物聯網

物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化3個重要特征。

物聯網（Internet of Things）指的是將無處不在（Ubiquitous）的末端設備（Devices）和設施（Facilities），包括具備“內在智能”的傳感器、移動終端、工業系統、樓控系統、家庭智能設施、視頻監控系統等和“外在使能”（Enabled）的，如貼上RFID的各種資產（Assets）、攜帶無線終端的個人與車輛等“智能化物件或動物”或“智能塵?！保∕ote），通過各種無線/有線的長距離/短距離通訊網絡實現互聯互通（M2M）、應用大集成（Grand Integration）、以及基于云計算的SaaS營運等模式，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持、領導桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服務功能，實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環?！钡摹肮?、控、營”一體化。簡單的講，物聯網是物與物、人與物之間的信息傳遞與控制，在物聯網應用中有三項關鍵技術其中就包括傳感器技術。

5．傳感器在醫療及人體醫學上的應用

隨著醫用電子學的發展，僅憑醫生的經驗和感覺進行診斷的時代將會結束?，F在，應用醫用傳感器可以對人體的表面和內部溫度、血壓及腔內壓力、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、脈波及心音、心腦電波等進行高難度的診斷。顯然，傳感器對促進醫療技術的高度發展起著非常重要的作用。

6．傳感器與遙感技術

衛星遙感（satellite remote sensing）是航天遙感的組成部分，以人造地球衛星作為遙感平臺，主要利用衛星對地球和低層大氣進行光學和電子觀測。即從遠離地面的不同工作平臺上（如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛星、宇宙飛船、航天飛機等）通過傳感器，對地球表面的電磁波（輻射）信息進行探測，并經信息的傳輸、處理和判讀分析，對地球的資源與環境進行探測和監測的綜合性技術。

7．傳感器在軍事上的應用

現在的戰場都是信息化戰場，而信息化是絕對離不開傳感器的。軍事專家認為：一個國家軍用傳感器制造技術水平的高低，決定了該國武器制造水平的高低，決定了該國武器自動化程度的高低，最終決定了該國武器性能的優劣。當今，傳感器在軍事上的應用極為廣泛，可以說無時不用、無處不用，大到星體、兩彈、飛機、艦船、坦克、火炮等裝備系統，小到單兵作戰武器；從參戰的武器系統到后勤保障；從軍事科學試驗到軍事裝備工程；從戰場作戰到戰略、戰術指揮；從戰爭準備、戰略決策到戰爭實施，遍及整個作戰系統及戰爭的全過程，而且必將在未來的高技術戰爭中促使作戰的時域、空域和頻域更加擴大，更加影響和改變作戰的方式和效率，大幅度提高武器的威力和作戰指揮及戰場管理能力。