各類傳感器廣泛應(yīng)用于核電、石油石化、核電、機(jī)械裝備、機(jī)器人、智能網(wǎng)聯(lián)車、冶金、軌道交通、航空航天、電力、水利、氣象、海洋、文物、儀器儀表、環(huán)保以及智能制造等眾多行業(yè)領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G的高速發(fā)展，傳感器是各類先進(jìn)高端制造業(yè)底層技術(shù)的核心和基石。

一、什么是傳感器？

傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求的檢測(cè)裝置。傳感器具有微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺埽ɑ蝽憫?yīng)）被測(cè)量的部分。在完成非電量到電 量的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，并非所有的非電量都能利用現(xiàn)有手段直接轉(zhuǎn)換成電量，往往需 要先將其變換為另一種易于變成電量的非電量，然后轉(zhuǎn)換成電量。例如，傳感器 中各種類型的彈性元件，常被稱為彈性敏感元件。轉(zhuǎn)換元件是指能將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量的器件或元件。例如，光電池 將光的變換量轉(zhuǎn)換為電動(dòng)勢(shì)，應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻等。轉(zhuǎn)換電路是指將無(wú)源型傳感器輸出的電參數(shù)量轉(zhuǎn)換成電量。常用的轉(zhuǎn)換電路有電 橋、放大器、振蕩器、阻抗變換器、脈沖調(diào)寬電路等，它們將電阻、電容、電感 等電參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率等電量。

二、傳感器有哪些分類？
1、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。
2、按原理

振動(dòng)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。
3、按輸出信號(hào)

模擬傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)。數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）。膺數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出（包括直接或間接轉(zhuǎn)換）。開(kāi)關(guān)傳感器：當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。
4、按其制造
工藝集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。薄膜傳感器則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底（基板）上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，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(yīng)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(jìn)行熱處理，使厚膜成形。陶瓷傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝（溶膠、凝膠等）生產(chǎn)。完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在某些方面，可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。由于研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低，以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。
5、按測(cè)量目

物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化的特性制成的。化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的敏感元件制成的。生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器。6、按其構(gòu)成基本型傳感器：是一種最基本的單個(gè)變換裝置。組合型傳感器：是由不同單個(gè)變換裝置組合而構(gòu)成的傳感器。應(yīng)用型傳感器：是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機(jī)構(gòu)組合而構(gòu)成的傳感器。
7、按作用形式

按作用形式可分為主動(dòng)型和被動(dòng)型傳感器。主動(dòng)型傳感器又有作用型和反作用型，此種傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象能發(fā)出一定探測(cè)信號(hào)，能檢測(cè)探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中所產(chǎn)生的變化，或者由探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中產(chǎn)生某種效應(yīng)而形成信號(hào)。檢測(cè)探測(cè)信號(hào)變化方式的稱為作用型，檢測(cè)產(chǎn)生響應(yīng)而形成信號(hào)方式的稱為反作用型。雷達(dá)與無(wú)線電頻率范圍探測(cè)器是作用型實(shí)例，而光聲效應(yīng)分析裝置與激光分析器是反作用型實(shí)例。被動(dòng)型傳感器只是接收被測(cè)對(duì)象本身產(chǎn)生的信號(hào)，如紅外輻射溫度計(jì)、紅外攝像裝置等。
三、常見(jiàn)的傳感器類型有哪些？
壓力傳感器、水分傳感器、氣體傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、壓阻式傳感器、MEMS 傳感器、應(yīng)變式力傳感器、六維力傳感器、觸覺(jué)傳感器、流量傳感器等。

四、傳感器重要的十大性能指標(biāo)
1、帶寬

一般指?jìng)鞲衅鬏敵鲰憫?yīng)下降到其最大相應(yīng)的根號(hào)二分之一或功率一半的信號(hào)范圍，通俗點(diǎn)說(shuō)就是傳感器能夠采樣的范圍，傳感器對(duì)外界信號(hào)的響應(yīng)范圍的指標(biāo)是其帶寬，主要描述傳感器的動(dòng)態(tài)特性（能否跟得上被測(cè)量的變化頻率），而有效帶寬指?jìng)鞲衅鲗?shí)際能保證測(cè)量精度的帶寬，這里的帶寬實(shí)際上是從頻域去描述的。再換句話說(shuō)，其實(shí)這東西跟頻率響應(yīng)是一回事，也就是傳感器對(duì)外部信號(hào)的反應(yīng)能力！從傳遞函數(shù)角度來(lái)看，大部分傳感器都可以簡(jiǎn)化為一個(gè)一階或二階環(huán)節(jié)。

2、靈敏度

靈敏度是指穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下傳感器的輸出變化△y與輸入變化△x之比。一般在傳感器的線性范圍內(nèi)，靈敏度越高通常意味著傳感器信噪比越高，對(duì)應(yīng)于被測(cè)變化的輸出信號(hào)值越大，更有利于信號(hào)處理。但需要注意的是，傳感器的靈敏度高，容易混入與測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲，然后被放大系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)該具有高信噪比，以最小化從外部引入的干擾信號(hào)。

3、零點(diǎn)漂移

傳感器輸入值為零，其輸出值有一定程度的變化，即零點(diǎn)漂移。溫漂是引起零漂最常見(jiàn)的因素。引起零漂的原因：敏感元件的老化、應(yīng)力、電荷泄露、溫度變化等等。

4、分辨率

分辨率是指?jìng)鞲衅髟谥付y(cè)量范圍內(nèi)可以檢測(cè)到的微小變化，是傳感器能檢測(cè)到的待測(cè)量變化的最小值，例如使用米尺只能測(cè)毫米級(jí)別的距離，而使用千分尺則可以檢測(cè)1/‰毫米級(jí)別。分辨率是有單位的絕對(duì)值。例如，如果溫度傳感器的分辨率為0.1攝氏度，滿量程為500攝氏度，則其分辨率為0.1/500=0.02%。

5、精度

準(zhǔn)確度是指真值附近正負(fù)三倍標(biāo)準(zhǔn)差的值與量程比值，是指測(cè)量值與真值的差值。如果測(cè)量的目的是定性分析，可以選擇重復(fù)精度高的傳感器，但不應(yīng)選擇絕對(duì)值精度高的傳感器。如果是定量分析必須得到的測(cè)量值，就要選擇精度能滿足要求的傳感器。（1）引起系統(tǒng)誤差的原因：測(cè)量原理及算法固有誤差、標(biāo)定不準(zhǔn)確、環(huán)境溫度影響、材料缺陷等等；（2）引起隨機(jī)誤差的原因：傳動(dòng)間隙、元器件老化等等。

6、重復(fù)性

傳感器的重復(fù)性是指，在相同條件下同方向重復(fù)多次測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果之間的差異。又稱重復(fù)誤差、再現(xiàn)誤差等。重復(fù)性誤差越小，重復(fù)性越好，傳感器的穩(wěn)定性越好。

7.頻率響應(yīng)特性

傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，它必須在允許的頻率范圍內(nèi)保持不失真。其實(shí)傳感器的響應(yīng)總是有一定的延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。頻率響應(yīng)高的傳感器可測(cè)信號(hào)頻率范圍寬，而由于結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性大，所以頻響低的傳感器可測(cè)信號(hào)頻率較低。

8、遲滯

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是傳感器正反向時(shí)輸入輸出的映射曲線不一致，該現(xiàn)象即遲滯。產(chǎn)生遲滯的原因有：傳感器敏感元件的材料特性、機(jī)械結(jié)構(gòu)特性（摩擦、傳動(dòng)間隙等）等等。

9、線性范圍

傳感器的線性范圍是指輸出與輸入成比例的范圍。理論上，在這個(gè)范圍內(nèi)，靈敏度保持不變，傳感器的線性范圍越寬，其測(cè)量范圍就越大。但實(shí)際上，任何傳感器都不可能是絕對(duì)線性的，它的線性是相對(duì)的。當(dāng)要求的測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定范圍內(nèi)，非線性誤差小的傳感器可以視為線性，便于測(cè)量。

10、采樣頻率

采樣頻率是指?jìng)鞲衅髟趩挝粫r(shí)間內(nèi)能夠采樣的測(cè)量結(jié)果的數(shù)量，反映了傳感器的快速響應(yīng)能力。采樣頻率是測(cè)量數(shù)據(jù)快速變化時(shí)必須充分考慮的技術(shù)指標(biāo)。隨著采樣頻率的不同，傳感器的精度指標(biāo)也隨之變化。一般來(lái)說(shuō)，采樣頻率越高，測(cè)量精度越低。但是，傳感器給出的精度往往是在采樣速度下甚至是靜態(tài)條件下得到的測(cè)量結(jié)果。因此，在選擇傳感器時(shí)，必須同時(shí)考慮精度和速度。

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