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一文讀懂傳感器的原理、作用及技術(shù)特點(diǎn)

   傳感器在我們生活中的應用范圍很廣,種類(lèi)也繁多,大到一輛汽車(chē),小到一個(gè)智能手環(huán),它們之中所含的傳感器,無(wú)不是人類(lèi)智慧的結晶的體現。但本文并不談?wù)撨@些產(chǎn)品,我們就只單純的談?wù)剛鞲衅鞯哪切┦聝骸?/span>

  如果你問(wèn),是誰(shuí)改變了這個(gè)世界,是蘋(píng)果?是三星?是喬布斯?都不是。我說(shuō),是傳感器改變了這個(gè)世界。

  什么,傳感器?傳感器不是老早之前就有的東西嗎,為什么現在才說(shuō)它改變了這個(gè)世界呢?

  沒(méi)錯,傳感器不是新玩意兒。早在N年前,邏輯元件、記憶元件與感測元件就已經(jīng)并列是電子系統的三大元件。從壓力測量到機械測量,到電氣測量的發(fā)展經(jīng)歷很多的變革,在到如今的傳感器時(shí)代,那是一個(gè)電子元件的歷史蛻變。 隨著(zhù)云端概念普及,逐漸不被重視的同時(shí),傳感器元件卻以黑馬之姿,打出一片屬于自己的天下。

  那什么是傳感器?

  傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

一文讀懂傳感器的原理、作用及技術(shù)特點(diǎn)
  他們是如何定義傳感器的?

  國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是:“能感受規定的被測量件并按照一定的規律(數學(xué)函數法則)轉換成可用信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成”。

  中國物聯(lián)網(wǎng)校企聯(lián)盟認為,傳感器的存在和發(fā)展,讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官,讓物體慢慢變得活了起來(lái)。”

  傳感器在新韋式大詞典中定義為:“從一個(gè)系統接受功率,通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統中的器件”。

  傳感器的作用

  人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息,必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官,在研究自然現象和規律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況,就需要傳感器。因此可以說(shuō),傳感器是人類(lèi)五官的延長(cháng),又稱(chēng)之為電五官。

  新技術(shù)革命的到來(lái),世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中,首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息,而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。

  在現代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中,要用各種傳感器來(lái)監視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數,使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài),并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。因此可以說(shuō),沒(méi)有眾多的優(yōu)良的傳感器,現代化生產(chǎn)也就失去了基礎。

  傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、醫學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領(lǐng)域??梢院敛豢鋸埖卣f(shuō),從茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各種復雜的工程系統,幾乎每一個(gè)現代化項目,都離不開(kāi)各種各樣的傳感器。

  由此可見(jiàn),傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟、推動(dòng)社會(huì )進(jìn)步方面的重要作用,是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái),傳感器技術(shù)將會(huì )出現一個(gè)飛躍,達到與其重要地位相稱(chēng)的新水平。

  傳感器的組成

  傳感器一般由敏感元件、轉換元件、變換電路和輔助電源四部分組成,如圖1 所示。
一文讀懂傳感器的原理、作用及技術(shù)特點(diǎn)
  敏感元件直接感受被測量,并輸出與被測量有確定關(guān)系的物理量信號;轉換元件將敏感元件輸出的物理量信號轉換為電信號;變換電路負責對轉換元件輸出的電信號進(jìn)行放大調制;轉換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。

  傳感器的主要功能
 
  常將傳感器的功能與人類(lèi)5大感覺(jué)器官相比擬:
 
  光敏傳感器——視覺(jué)
 
  聲敏傳感器——聽(tīng)覺(jué)
 
  氣敏傳感器——嗅覺(jué)
 
  化學(xué)傳感器——味覺(jué)
 
  壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺(jué)
 
傳感器
  敏感元件的分類(lèi):
 
  物理類(lèi),基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。
 
  化學(xué)類(lèi),基于化學(xué)反應的原理。
 
  生物類(lèi),基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。
 
  通常據其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線(xiàn)敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(lèi)(還有人曾將敏感元件分46類(lèi))。
 
  傳感器的技術(shù)特點(diǎn)
 
  中國傳感器產(chǎn)業(yè)正處于由傳統型向新型傳感器發(fā)展的關(guān)鍵階段,它體現了新型傳感器向微型化、多功能化、數字化、智能化、系統化和網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展的總趨勢。傳感器技術(shù)歷經(jīng)了多年的發(fā)展,其技術(shù)的發(fā)展大體可分三代:
 
  第一代是結構型傳感器,它利用結構參量變化來(lái)感受和轉化信號。
 
  第二代是上70年代發(fā)展起來(lái)的固體型傳感器,這種傳感器由半導體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構成,是利用材料某些特性制成。如:利用熱電效應、霍爾效應、光敏效應,分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器。
 
  第三代傳感器是以后剛剛發(fā)展起來(lái)的智能型傳感器,是微型計算機技術(shù)與檢測技術(shù)相結合的產(chǎn)物,使傳感器具有一定的人工智能。
 
  傳感器技術(shù)及產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)
 
  傳感器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)可以歸納為:基礎、應用兩頭依附;技術(shù)、投資兩個(gè)密集;產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散。
 
  基礎、應用兩頭依附
 
  基礎依附,是指傳感器技術(shù)的發(fā)展依附于敏感機理、敏感材料、工藝設備和計測技術(shù)這四塊基石。敏感機理千差萬(wàn)別,敏感材料多種多樣,工藝設備各不相同,計測技術(shù)大相徑庭,沒(méi)有上述四塊基石的支撐,傳感器技術(shù)難以為繼。
 
  應用依附是指傳感器技術(shù)基本上屬于應用技術(shù),其市場(chǎng)開(kāi)發(fā)多依賴(lài)于檢測裝置和自動(dòng)控制系統的應用,才能真正體現出它的高附加效益并形成現實(shí)市場(chǎng)。也即發(fā)展傳感器技術(shù)要以市場(chǎng)為導向,實(shí)行需求牽引。
 
  技術(shù)、投資兩個(gè)密集
 
  技術(shù)密集是指傳感器在研制和制造過(guò)程中技術(shù)的多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性。它是多種高技術(shù)的集合產(chǎn)物。由于技術(shù)密集也自然要求人才密集。
 
  投資密集是指研究開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)某一種傳感器產(chǎn)品要求一定的投資強度,尤其是在工程化研究以及建立規模經(jīng)濟生產(chǎn)線(xiàn)時(shí),更要求較大的投資。
 
  產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)兩大分散
 
  產(chǎn)品結構和產(chǎn)業(yè)結構的兩大分散是指傳感器產(chǎn)品門(mén)類(lèi)品種繁多(共10大類(lèi)、42小類(lèi)近6000個(gè)品種),其應用滲透到各個(gè)產(chǎn)業(yè)部門(mén),它的發(fā)展既有各產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)力,又強烈地依賴(lài)于各產(chǎn)業(yè)的支撐作用。只有按照市場(chǎng)需求,不斷調整產(chǎn)業(yè)結構和產(chǎn)品結構,才能實(shí)現傳感器產(chǎn)業(yè)的全面、協(xié)調、持續發(fā)展。

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