一、传感器的作用
(1)信息的收集。
科学研究中的计量:测试,产品制造与销售中所需的计量等都要通过测量來获得准确的定量数据。
对于某种特定要求,需检测目标物的存在状态,把某状态信息转换为数据。
对系统或装罝的运行状态进行监测,也由传感器来实现。发现异常情况时,发出警告信号并启动保护电路工作,这样可以使系统或装罝正常运行并进行安全管理。
判断产品是否合格,或人体各部位的异常诊断等都需由传感器的测景来完成。
(2)信息数据的交换
把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信号数据转换成计算机、传真机等易处埋的信号数据,或者读出记录在各种媒介上的信息并进行转换。例如,磁盘与光盘的信息读出磁头就是一种传感器。
(3)控制信息的采集。检测控制系统处于某种状态的信息,并由此控制系统的状态,或者跟踪系统变化的目标値。
二、传感器的分类
传感器的检测对象非常多,主要有数量、长度、面积、体积、位罝、含量、线性变化、旋转变化、崎变、压力、转矩、流量、流速、加速度、振动等等参数。检测手段主要有射线(Y射线、X射线等)、紫外线、可见光线、激光、红外线、微波、电、磁和声波等9种。传感器千差万别,种类繁多,有不同的分类方式,这里只介绍一些基本类型。
(1)按输出信号形式分一模拟信号和数字信号
①输出为模拟信号的传感器其输出为连续的模拟信号。输出周期性信号的传感器实质上也是模拟信号传感器。但周期信号容易变为脉冲信号,可作为准数字信号使用,因此可以称为准数字信号传感器。例如,利用振动的传感器就是这种类型。
②数字信号输出的传感器是输出1与0两种信号的传感器,应用极广。两种信号可由电路的通断、信号的有无、绝对值的大小、极性的正负等来实现。实例有双金属温度开关等。
③数字传感器是一种获得代码信号输出的传感器,敏感元件本身为数字量的极少,一般与编码器组合而成。如旋转编码器能检测旋转角,线性编码器能检测位罝、距离等,一般要经模/数转换器转换为数字信号。
(2)按构成分—基本型传感器、组合型传感器和应用型传感器
①基本型传感器是一种最基本的单个变换装罝;
②组合型传感器是由不同单个变换装罝组合而构成的传感器;
③应用型传感器是基本型传感器或组合型传感器与其他机构组合而构成的传感器。例如,热电偶是基本型传感器,若把它与将红外线辐射转化为热量的热吸收体组合,则构成红外线辐射传感器,这是一种组合型传感器。如果这种组合型传感器应用于红外线扫描机构中,就是一种应用传感器。
(3)按机理分—结构型传感器、物理型传感器、混合型传感器和生物型传感器
①结构型传感器是基于某种结构的变换装罝的一种传感器。例如,电容压力传感器就属于这种传感器,当外加压力改变时,电容极板发生位移,电容量发生变化,如果谐振装罝中采用这种电容,其谐振频率就随电容量发生变化,检测谐振频率的变化就能测量压力的大小。
②物理型传感器是一种利用物质具有的物理或化学特性构成的,它对应力、温度、电场、磁场等有一定依赖关系,并能进行变换。这种传感器一般没有可动结构部分,易小型化,构成一种所谓固态传感器。
③混合型传感器是结构型与物理型传感器组合而成的一种传感器。
④生物型传感器是利用微生物或生物组织中生命体的活动现象作为变换结构的一部分,为生物、医学范围内提供一种有用的传感器。
(4)按作用形式分一主动型和被动型传感器
①主动型传感器有作用型和反作用型,此种传感器能对被测对象提供一定探测信号,能检测探测信号在被测对象中所产生的变化,或者由探测信号在被测对象中产生某种效应而形成信号。检测探测信号变化方式的称为作用型,检测产生响应而形成信号方式的称为反作用型。雷达与无线电频率范围探测器是作用型实例,而光声效应分析装罝与激光分析器是反作用型实例。
②被动型传感器只足接收被测对象本身产生的信号。例如,红外辐射温度计、红外摄像装罝等。
(5)按变换工作能量供给形式分一能量变换型和能量控制型传感器
①能量变换型传感器在进行信号转换时不需要另外提供能量,把输入信号能量变换为另一种形式能量而输出。例如,太阳能电池和压电加速度传感器属于这类传感器。
②能量控制型传感器在进行信号转换时,需要先供给能量,由输入信号控制供给的能量,并检测能量的变化作为输出信号。电阻应变传感器与光电管等就是其实例。
(6)按传感器的特殊性分
上而介绍的五种分类是传感器的基本类型。按特殊性分有下列类型:
①按检测功能可分为检测温度、压力、湿度、流量、流速、加速度、磁场、光通量等,其中最常用的是温度传感器,其次是压力、流量传感器。
②按转换现象的范围可分为电化学传感器、电磁传感器、力学传感器、光应用传感器。
③按材料分有陶瓷传感器、有机高分子材料传感器、半导体传感器、气体传感器等。
④按用途分有工业、民用、科研、医疗、农用、军用等传感器,还有汽车、宇宙飞铅、防灾等采用的传感器。
⑤按功能用途分有计测、监视、检査、诊断、控制、分析等传感器。
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