一般来说,换能过程涉及将一种形式的能量变换成另一种形式的能量。这个过程包含利用“检测元件”按特性对来自被测对象的输人能量进行检测,然后利用“换能元件”将其变换成另一种形式的能量。我们把此下图中所示的“检测器-换能元件” 组合称之为“传感器 ”。传感器就是将与被测对象有关的变量、性质或状态变换成电输出。
图1 表示在某些化学传感器和生物传感器中经常发现的多检测元件的传感器模型。换能元件的输出与适当电子电路相连接,给出有使用价值的模拟或数字信号输出。
例如,我们来考察“对讲机”相互通信装置,其中,扬声器也起微音器的作用。在输入方,扬声器起声电传感器的作用;在输出方,扬声器则起电声传感器的作用,而且,在反方向上,扬声器的功能互换。为此,我们称扬声器是双向传感器,换能过程为可逆过程。
可逆换能的另一个例子还表现在压电材料中。当电压加到压电基片的表面时,它便使压电基片的物理尺寸改变。相反,当材料发生物理变形时,在材料的表面上便产生电荷。在这类传感器中,检测和换能作用不可能轻易分开。它代表在材料的非破坏性试验(NDT)领域和人体组织器官的医学超声成像领域中所用实际传感器的一个良好例子。这是一种双向传感器,但大多数实际传感器却并不是双向传感器。
传感器可以归类为有源传感器和无源传感器。
有源传感器建立它自己的电压或电流,并在作用过程中从被测对象吸收所有需要的能量。顾名思义,无源传感器必须具有由外部供给的电源,尽管它们可能从被测对象吸收某些能董。集成电路温度传感器是无源传感器的例子,而扬声器和电压基片则属于有源传感器。
传感器的分类和某些重要的被测对象
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