傳感器(Sensor)是一種常見的卻又很重要的器材，它是感觸規定的被丈量的各種量并按必定規則將其變換為有用信號的器材或設備。關于傳感器來說，依照輸入的狀況，輸入可以分紅靜態量和動態量。咱們可以依據在各個值的穩定狀況下，輸出量和輸入量的聯絡得到傳感器的靜態特性。

  傳感器的靜態特性的首要指標有線性度、遲滯、重復性、靈敏度和準確度等。傳感器的動態特性則指的是關于輸入量跟著時刻改動的呼應特性。動態特性一般選用傳遞函數等主動操控的模型來描述。一般，傳感器接納到的信號都有弱小的低頻信號，外界的攪擾有的時分的起伏可以逾越被丈量的信號，因而消除串入的噪聲就成為了一項關鍵的傳感器技能。

⒈物理傳感器

  物理傳感器是檢測物理量的傳感器。它是運用某些物理效應，把被丈量的物理量轉化成為便于處理的能量形式的信號的設備。其輸出的信號和輸入的信號有斷定的聯絡。首要的物理傳感器有光電式傳感器、壓電傳感器、壓阻式傳感器、電磁式傳感器、熱電式傳感器、光導纖維傳感器等。作為比方，讓咱們看看比較常用的光電式傳感器。這種傳感器把光信號變換成為電信號，它直接檢測來自物體的輻射信息，也可以變換其他物理量成為光信號。

  其首要的原理是光電效應：當光照耀到物質上的時分，物質上的電效應發作改動，這兒的電效應包含電子發射、電導率和電位電流等。顯著，可以簡略發作這樣效應的器材成為光電式傳感器的首要部件，比方說光敏電阻。這樣，咱們知道了光電傳感器的首要作業流程就是接受相應的光的照耀，通過相似光敏電阻這樣的器材把光能轉化成為電能，然后通過擴大和去噪聲的處理，就得到了所需求的輸出的電信號。這兒的輸出電信號和原始的光信號有必定的聯絡，一般是挨近線性的聯絡，這樣核算原始的光信號就不是很雜亂了。其它的物理傳感器的原理都可以類比于光電式傳感器。

  物理傳感器的運用規模是十分廣泛的，咱們僅僅就生物醫學的視點來看看物理傳感器的運用狀況，之后不難推測物理傳感器在其他的方面也有重要的運用。

  比方血壓丈量是醫學丈量中的最為慣例的一種。咱們一般的血壓丈量都是間接丈量，通過體表檢測出來的血流和壓力之間的聯絡，然后測出脈管里的血壓值。丈量血壓所需求的傳感器一般都包含一個彈性膜片，它將壓力信號改變成為膜片的變形，然后再依據膜片的應變或位移變換成為相應的電信號。在電信號的峰值處咱們可以檢測出來收縮壓，在通過反相器和峰值檢測器后，種傳感器外形咱們可以得到舒張壓，通過積分器就可以得到均勻壓。

  讓咱們再看看呼吸丈量技能。呼吸丈量是臨床診斷肺功用的重要依據，在外科手術和患者監護中都是必不可少的。比方在運用用于丈量呼吸頻率的熱敏電阻式傳感器時，把傳感器的電阻安裝在一個夾子前端的外側，把夾子夾在鼻翼上，當呼吸氣流從熱敏電阻外表流過期，就可以通過熱敏電阻來丈量呼吸的頻率以及熱氣的狀況。

  再比方最常見的體表溫度丈量進程，盡管看起來很簡略，可是卻有著雜亂的丈量機理。體表溫度是由部分的血流量、下層安排的導熱狀況和表皮的散熱狀況等多種要素決議的，因而丈量皮膚溫度要考慮到多方面的影響。熱電偶式傳感器被較多的運用到溫度的丈量中，一般有桿狀熱電偶傳感器和薄膜熱電偶傳感器。由于熱電偶的尺度十分小，精度比較高的可做到微米的等級，所以可以比較準確地丈量出某一點處的溫度，加上后期的剖析計算，可以得出比較全面的剖析效果。這是傳統的水銀溫度計所不能比擬的，也展現了運用新的技能給科學開展帶來的寬廣遠景。

  從以上的介紹可以看出，僅僅在生物醫學方面，物理傳感器就有著多種多樣的運用。傳感器的開展方向是多功用、有圖畫的、有智能的傳感器。傳感器丈量作為數據取得的重要手法，是工業生產甚至家庭日子所必不可少的器材，而物理傳感器又是最一般的傳感器宗族，靈活運用物理傳感器必定可以創造出更多的產品，更好的效益。

⒉光纖傳感器

  近年來，傳感器在朝著靈敏、準確、適應性強、細巧和智能化的方向開展。在這一進程中，光纖傳感器這個傳感器宗族的新成員倍受青睞。光纖具有許多優異的功用，例如：抗電磁攪擾和原子輻射的功用，徑細、質軟、重量輕的機械功用，絕緣、無感應的電氣功用，耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學功用等，它可以在人達不到的地方(如高溫區)，或許對人有害的區域(如核輻射區)，起到人的耳目的效果，而且還能逾越人的生理邊界，接納人的感官所感觸不到的外界信息。

  光纖傳感器是最近幾年呈現的新技能，可以用來丈量多種物理量，比方聲場、電場、壓力、溫度、角速度、加速度等，還可以完結現有丈量技能難以完結的丈量使命。在狹小的空間里，在強電磁攪擾和高電壓的環境里，光纖傳感器都顯現出了共同的才能。現在光纖傳感器現已有70多種，大致上分紅光纖本身傳感器和運用光纖的傳感器。

  所謂光纖本身的傳感器，就是光纖本身直接接納外界的被丈量。外接的被丈量物理量可以引起丈量臂的長度、折射率、直徑的改動，然后使得光纖內傳輸的光在振幅、相位、頻率、偏振等方面發作改動。丈量臂傳輸的光與參閱臂的參閱光彼此干與(比較)，使輸出的光的相位(或振幅)發作改動，依據這個改動就可檢測出被丈量的改動。光纖中傳輸的相位受外界影響的靈敏度很高，運用干與技能可以檢測出10的負4次方弧度的細小相位改動所對應的物理量。運用光纖的繞性和低損耗，可以將很長的光纖盤成直徑很小的光纖圈，以添加運用長度，取得更高的靈敏度。

  光纖聲傳感器就是一種運用光纖本身的傳感器。當光纖遭到一點很細小的外力效果時，就會發作微曲折，而其傳光才能發作很大的改動。聲響是一種機械波，它對光纖的效果就是使光纖受力并發作曲折，通過曲折就可以得到聲響的強弱。光纖陀螺也是光纖本身傳感器的一種，與激光陀螺比較，光纖陀螺靈敏度高，體積小，成本低，可以用于飛機、艦船、導彈等的高功用慣性導航體系。

  別的一個大類的光纖傳感器是運用光纖的傳感器。其結構大致如下：傳感器坐落光纖端部，光纖僅僅光的傳輸線，將被丈量的物理量變換成為光的振幅，相位或許振幅的改動。在這種傳感器體系中，傳統的傳感器和光纖相結合。光纖的導入使得完成探針化的遙測供給了可能性。這種光纖傳輸的傳感器適用規模廣，運用簡潔，可是精度比第一類傳感器稍低。

光纖在傳感器宗族中是后期之秀，它憑借著光纖的優異功用而得到廣泛的運用，是在生產實踐中值得注意的一種傳感器。

⒊仿生傳感器

  仿生傳感器，是一種選用新的檢測原理的新式傳感器，它選用固定化的細胞、酶或許其他生物活性物質與換能器相配合組成傳感器。這種傳感器是近年來生物醫學和電子學、工程學彼此浸透而開展起來的一種新式的信息技能。這種傳感器的特色是機能高、壽數長。在仿生傳感器中，比較常用的是生體模仿的傳感器。

  仿生傳感器依照運用的介質可以分為：酶傳感器、微生物傳感器、細胞器傳感器、安排傳感器等。在圖中咱們可以看到，仿生傳感器和生物學理論的方方面面都有親近的聯絡，是生物學理論開展的直接效果。在生體模仿的傳感器中，尿素傳感器是最近開發出來的一種傳感器。下面就以尿素傳感器為比方介紹仿生傳感器的運用。

  尿素傳感器，首要是由生體膜及其離子通道兩部分構成。生體膜可以感觸外部影響影響，離子通道可以接納生體膜的信息，并進行擴大和傳送。當膜內的感觸部位遭到外部影響物質的影響時，膜的透過性將發作改動，使許多的離子流入細胞內，構成信息的傳送。其間起重要效果的是生體膜的組成成分膜蛋白質，它能發作保形網絡改動，使膜的透過性發作改動，進行信息的傳送及擴大。生體膜的離子通道，由氨基酸的聚合體構成，可以用有機化學中簡略組成的聚氨酸的聚合物(L一谷氨酸，PLG)為代替物質，它比酶的化學穩定性好。

  PLG是水溶性的，本不合適電機的潤飾，但PLG和聚合物可以組成嵌段共聚物，構成傳感器運用的感應膜。生體膜的離子通道的原理基本上與生體膜一樣，在電極大將嵌段共聚膜固定后，假如加感應PLG保性網絡改動的物質，就會使膜的透過性發作改動，然后發作電流的改動，由電流的改動，便可以進行對影響性物質的檢測。尿素傳感器經實驗證明是穩定性好的一種生體模仿傳感器，檢測下限為10的負3次方的數量級，還可以檢測影響性物質，可是暫時還不合適生體的計測。

  現在，盡管現已開展成功了許多仿生傳感器，但仿生傳感器的穩定性、再現性和可批量生產性顯著缺乏，所以仿生傳感技能尚處于幼年期，因而，以后除繼續開發出新系列的仿生傳感器和完善現有的系列之外，生物活性膜的固定化技能和仿生傳感器的固態化值得進一步研討。

  在不久的將來，模仿生體功用的嗅覺、味覺、聽覺、觸覺仿生傳感器將呈現，有可能逾越人類五官的靈敏才能，完善現在機器人的視覺、味覺、觸覺和對目的物進行操作的才能。咱們可以看到仿生傳感器運用的廣泛遠景，但這些都需求生物技能的進一步開展，咱們拭目而待這一天的到來。

⒋紅外傳感器

  紅外技能開展到現在，現已為咱們所熟知，這種技能現已在現代科技、國防和工農業等范疇取得了廣泛的運用。紅外傳感體系是用紅外線為介質的丈量體系，依照功用可以分紅五類：①輻射計，用于輻射和光譜丈量；②查找和盯梢體系，用于查找和盯梢紅外方針，斷定其空間方位并對它的運動進行盯梢；③熱成像體系，可發作整個方針紅外輻射的分布圖象；④紅外測距和通信體系；⑤混合體系，是指以上各類體系中的兩個或許多個的組合。

  紅外體系的中心是紅外勘探器，依照勘探的機理的不同，可以分為熱勘探器和光子勘探器兩大類。下面以熱勘探器為比方來剖析勘探器的原理。

  熱勘探器是運用輻射熱效應，使勘探元件接納到輻射能后引起溫度升高，進而使勘探器中依賴于溫度的功用發作改動。檢測其間某一功用的改動，便可勘探出輻射。大都狀況下是通過熱電改動來勘探輻射的。當元件接納輻射，引起非電量的物理改動時，可以通過恰當的變換后丈量相應的電量改動。

⒌電磁傳感器

  磁傳感器是最陳舊的傳感器，指南針是磁傳感器的最早的一種運用。可是作為現代的傳感器，為了便于信號處理，需求磁傳感器能將磁信號轉化成為電信號輸出。運用最早的是依據電磁感應原理制作的磁電式的傳感器。這種磁電式傳感器曾在工業操控范疇作出了出色的奉獻，可是到今日現已被以高功用磁靈敏資料為主的新式磁傳感器所代替。

  在今日所用的電磁效應的傳感器中，磁旋轉傳感器是重要的一種。磁旋轉傳感器首要由半導體磁阻元件、永久磁鐵、固定器、外殼等幾個部分組成。典型結構是將一對磁阻元件安裝在一個永磁體的影響上，元件的輸入輸出端子接到固定器上，然后安裝在金屬盒中，再用工程塑料密封，構成密閉結構，這個結構就具有杰出的牢靠性。磁旋轉傳感器有許多半導體磁阻元件無法比擬一款電磁傳感器的外形的長處。除了具備很高的靈敏度和很大的輸出信號外，而且有很強的轉速檢測規模，這是由于電子技能開展的效果。別的，這種傳感器還可以運用在很大的溫度規模中，有很長的作業壽數、抗塵埃、水和油污的才能強，因而耐受各種環境條件及外部噪聲。所以，這種傳感器在工業運用中遭到廣泛的注重。

  磁旋轉傳感器在工廠主動化體系中有廣泛的運用，由于這種傳感器有著令人滿意的特性，一起不需求保護。其首要運用在機床伺服電機的轉動檢測、工廠主動化的機器人臂的定位、液壓沖程的檢測、工廠主動化相關設備的方位檢測、旋轉編碼器的檢測單元和各種旋轉的檢測單元等。現代的磁旋轉傳感器首要包含有四相傳感器和單相傳感器。在作業進程中，四相差動旋轉傳感器用一對檢測單元完成差動檢測，另一對完成倒差動檢測。這樣，四相傳感器的檢測才能是單元件的四倍。而二元件的單相旋轉傳感器也有自己的長處，也就是細巧牢靠的特色，而且輸出信號大，能檢測低速運動，抗環境影響和抗噪聲才能強，成本低。因而單相傳感器也將有很好的商場。

  磁旋轉傳感器在家用電器中也有大的運用潛力。在盒式錄音機的換向組織中，可用磁阻元件來檢測磁帶的結尾。家用錄像機中大大都有變速與高速重放功用，這也可用磁旋轉傳感器檢測主軸速度并進行操控，取得高畫面的質量。洗衣機中的電機的正反轉和高低速旋轉功用都可以通過伺服旋轉傳感器來完成檢測和操控。這種開關可以感應到進入自己查驗區域的金屬物體，操控自己內部電路的開或關。開關自己發作磁場，當有金屬物體進入到磁場會引起磁場的改動。這種改動通過開關內部電路可以變成電信號。

  更加突出電磁傳感器是一門運用很廣的高新技能，國內、國外都投入了必定的科研力氣在進行研討，這種傳感器的運用正在浸透入國民經濟、國防建設和人們日常日子的各個范疇，跟著信息社會的到來，其位置和效果必將。

⒍磁光效應傳感器

  現代電測技能日趨老練，由于具有精度高、便于微機相連完成主動實時處理等長處，現已廣泛運用在電氣量和非電氣量的丈量中。可是電測法簡略遭到攪擾，在溝通丈量時，頻響不行寬及對耐壓、絕緣方面有必定要求，在激光技能迅速開展的今日，現已可以處理上述的問題。

  磁光效應傳感器就是運用激光技能開展而成的高功用傳感器。激光，是本世紀六十年代初迅速開展起來的又一新技能，它的呈現標志著人們掌握和運用光波進入了一個新的階段。由于以往一般光源單色度低，故許多重要的運用遭到限制，而激光的呈現，使無線電技能和光學技能日新月異、彼此浸透、彼此補充。現在，運用激光現已制成了許多傳感器，處理了許多曾經不能處理的技能難題，使它適用于煤礦、石油、天然氣儲存等風險、易燃的場所。

  比方說用激光制成的光導纖維傳感器，能丈量原油噴射、石油大罐龜裂的狀況參數。在實測地址，不用電源供電，這關于安全防爆辦法要求很嚴格的石油化工設備群尤為適用，也可用來在大型鋼鐵廠的某些環節完成光學辦法的遙測化學技能。

  磁光效應傳感器的原理首要是運用光的偏振狀況來完成傳感器的功用。當一束偏振光通過介質時，若在光束傳達方向存在著一個外磁場，那么光通過偏振面將旋轉一個視點，這就是磁光效應。也就是可以通過旋轉的視點來丈量外加的磁場。在特定的實驗設備下，偏轉的視點和輸出的光強成正比，通過輸出光照耀激光二極管LD，就可以取得數字化的光強，用來丈量特定的物理量。

  自六十年代末開端，RCLecraw提出有關磁光效應的研討報告后，引起咱們的注重。日本，蘇聯等國家均開展了研討，國內也有學者進行探究。磁光效應的傳感器具有優秀的電絕緣功用和抗攪擾、頻響寬、呼應快、安全防爆等特性，因而對一些特別場合電磁參數的丈量，有共同的成效，尤其在電力體系中高壓大電流的丈量方面、更顯現它潛在的優勢。一起通過開發處理體系的軟件和硬件，也可以完成電焊機和機器人操控體系的主動實時丈量。

  在磁光效應傳感器的運用中，最重要的是挑選磁光介質和激光器，不同的器材在靈敏度、作業規模方面都有不同的才能。跟著近幾十年來的高功用激光器和新式的磁光介質的呈現，磁光效應傳感器的功用越來越強，運用也越來越廣泛。磁光效應傳感器做為一種特定用處的傳感器，可以在特定的環境中發揮自己的功用，也是一種十分重要的工業傳感器。

⒎壓力傳感器

  壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，而咱們一般運用的壓力傳感器首要是運用壓電效應制作而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。

  咱們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質，當沿著必定方向遭到機械力效果發作變形時，就發作了極化效應；當機械力撤掉之后，又會重新回到不帶電的狀況，也就是遭到壓力的時分，某些晶體可能發作出電的效應，這就是所謂的極化效應。科學家就是依據這個效應研制出了壓力傳感器。

  壓電傳感器中首要運用的壓電資料包含有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其間石英(二氧化硅)是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在必定的溫度規模之內，壓電性質一向存在，但溫度逾越這個規模之后，壓電性質完全消失(這個高溫就是所謂的“居里點”)。由于跟著應力的改動電場改動細小(也就說壓電系數比較低)，所以石英逐步被其他的壓電晶體所代替。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，可是它只能在室溫文濕度比較低的環境下才可以運用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，可以接受高溫文相當高的濕度，所以現已得到了廣泛的運用。在現在壓電效應也運用在多晶體上，比方現在的壓電陶瓷，包含鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

  壓電效應是壓電傳感器的首要作業原理，壓電傳感器不能用于靜態丈量，由于通過外力效果后的電荷，只要在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實踐的狀況不是這樣的，所以這決議了壓電傳感器只可以丈量動態的應力。

  壓電傳感器首要運用在加速度、壓力和力等的丈量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡略、體積小、重量輕、運用壽數長等優異的特色。壓電式加速度傳感器在飛機、轎車、船舶、橋梁和修建的振蕩和沖擊丈量中現已得到了廣泛的運用，特別壓電傳感器的外形是航空和宇航范疇中更有它的特別位置。也可以用來丈量發動機內部焚燒壓力的丈量與真空度的丈量。也可以用于軍事工業，例如用它來丈量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的改動和炮口的沖擊波壓力。

  它既可以用來丈量大的壓力，也可以用來丈量細小的壓力。壓電式傳感器也廣泛運用在生物醫學丈量中，比方說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，由于丈量動態壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的運用就十分廣泛。除了壓電傳感器之外，還有運用壓阻效應制作出來的壓阻傳感器，運用應變效應的應變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器運用不同的效應和不同的資料，在不同的場合可以發揮它們共同的用處。