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(fā)展,都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應的進展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強,作為信息采集系統(tǒng)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(tǒng)和機器人技術中的關鍵部件,作為系統(tǒng)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號的器件。國際電工委員會(IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為:“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件,它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。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(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個組成部分,它是被測量信號輸入的第一道關口。
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;它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。
※ 根據(jù)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,磁致伸縮現(xiàn)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。
化學傳感器包括那些以化學吸附、電化學反應等現(xiàn)象為因果關系的傳感器,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,也不能劃分為化學類。大多數(shù)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(guī)模生產(chǎn)的可能性,價格問題等,解決了這類難題,化學傳感器的應用將會有巨大增長。
※ 按照其用途,傳感器可分類為:
力敏傳感器 位置傳感器
液面?zhèn)鞲衅? 能耗傳感器
速度傳感器 熱敏傳感器
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
加速度傳感器 射線輻射傳感器
※以其輸出信號為標準可將傳感器分為:
模擬傳感器——將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。
數(shù)字傳感器——將被測量的非電學量轉換成數(shù)字輸出信號(包括直接和間接轉換)。
膺數(shù)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)。
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。
※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(fā)可將傳感器分成下列幾類:
(1)、按照其所用材料的類別分:金屬、 聚合物、陶瓷、混合物 ;
(2)、按材料的物理性質(zhì)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(fā)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(xiàn)象、效應和反應,然后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(xiàn)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(xiàn)象、新效應和反應,并在傳感器技術中加以具體實施。
現(xiàn)代傳感器制造業(yè)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(fā)強度。傳感器開發(fā)的基本趨勢是和半導體以及介質(zhì)材料的應用密切關聯(lián)的。
※ 按照其制造工藝,可以將傳感器區(qū)分為:
集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器
集成傳感器是用標準的生產(chǎn)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。
薄膜傳感器則是通過沉積在介質(zhì)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。
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。
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(chǎn)。
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