我国市场上的许多感应器,都是从零开始的。尤其是“七五”时期,国家把传感器和传感器列为国家重点项目,“八五”时期,重点研究了力敏、热敏、光敏、化学、电磁电量等传感器的传感器技术研究和共性技术研究,“九五”计划的“微电子力学攀登计划”、集成微光机电系统、传感器国家重点实验室等专业研发机构和典型企业在内的科研、中试、规模化生产队伍。什么是感应器?
一、按工作(检测)原理分类
检测原理是根据传感器的物理、化学、生物等不同的工作机理来实现的。可分为电阻型、电容型、感应型、压电型、电磁型、磁阻型、光电型、压阻型、热电型、核辐射型、半导体型传感器等。
根据变阻器的原理,有电位计、应变片式、压阻式等;根据电磁感应的原理,可分为电感式、差压式、涡流式、电磁式、磁阻式等;根据半导体的有关原理,将其划分为半导体力敏、热敏、光敏、气敏、磁敏等。
这种方法的优点是便于传感器专家对其进行理论和设计时的归纳性分析,避免了由于传感器种类繁多、应用范围大等问题。缺点是用户在选择传感器时会感到不便。
有时候,要避免过多的传感器名称,比如电感式位移传感器、压电式压电式传感器等.
二、按照传感器与被测对象的关联方式(是否接触)分类
a、接触式:电势差式、应变式、电容式、电感式等;
b、无接触:接触的优势在于将传感器看成是被测量物体的一个整体,无需在实际应用中进行测量,其缺点是,与物体的接触会或多或少地对物体的状态和特征造成一定的影响。无接触模式不会产生这样的效果;
无接触式测量能够克服由于传感器的干扰而对被测物体的影响,从而提高了测量精度,延长了传感器的使用寿命。而非接触式传感器的输出则会因其与受检者之间的媒介或环境而异。所以,在实际应用中,需要对传感器进行校准。
三、按输入量即测量对象的不同分类
如输入量分别为:温度、压力、位移、速度、湿度、光线、气体等非电量时,则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、称重传感器等。
这种分类方法明确地说明了传感器的用途,给使用者提供了方便,容易根据测量对象来选择所需要的传感器,缺点是这种分类方法是将原理互不相同的传感器归为一类,很难找出每种传感器在转换机理上有何共性和差异,因此,对掌握传感器的一些基本原理及分析方法是不利的。因为同一种型式的传感器,如压电式传感器,它可以用来测量机械振动中的加速度、速度和振幅等,也可以用来测量冲击和力,但其工作原理是一样的。
这种分类方法把种类最多的物理量分为:基本量和派生量两大类.例如力可视为基本物理量,从力可派生出压力、重量,应力、力矩等衍生物理量.当我们需要测量上述物理量时,只要采用力传感器就可以了。所以了解基本物理量和派生物理量的关系,对于系统使用何种传感器是很有帮助的。
四、根据敏感元件与被测对象之间的能量关系(或按是否需外加能源)分类
a、能量转换型(有源式、自源式、发电式):在进行信号转换时不需要另外提供能量,直接由被测对象输入能量,把输入信号能量变换为另一种形式的能量输出使其工作。有源传感器类似一台微型发电机,它能将输入的非电能量转换成电能输出,传感器本身勿需外加电源,信号能量直接从被测对象取得。因此只要配上必要的放大器就能推动显示记录仪表。
如:压电式、压磁式、电磁式、电动式、热电偶、光电池、霍尔元件、磁致伸缩式、电致伸缩式、静电式等传感器。
这类传感器中,有一部分能量的变换是可逆的,也可以将电能转换为机械能或其它非电量。如压电式、压磁式、电动式传感器等。
b、能量控制型(无源式、他源式、参量式):在进行信号转换时,需要先供给能量即从外部供给辅助能源使传感器工作,并且由被测量来控制外部供给能量的变化等。对于无源传感器,被测非电量只是对传感器中的能量起控制或调制作用,得通过测量电路将它变为电压或电流量,然后进行转换、放大,以推动指示或记录仪表。配用测量电路通常是电桥电路或谐振电路。
如:电阻式、电容式、电感式、差动变压器式、涡流式、热敏电阻、光电管、光敏电阻、湿敏电阻、磁敏电阻等。
五、按传感器的特殊性来分类
上述的分类属于最基础的传感器,根据其特殊性可以分为下列几种:
根据检测功能,可以分为温度,压力,温度,流量计,流速,加速度,磁场,光通量等;
根据传感器的工作原理,可以分为机械、电子、光学、液体等;
根据其转化的程度,可以分为化学、电磁学、机械、光学等;
根据材料的不同,可以分为金属,陶瓷,有机聚合物,半导体传感器等;
根据用途,可划分为工业、民用、科研、医疗、农业、军事等;
根据功能的不同,可以分为测量、监控、检查、诊断、控制、分析等。
六、按输出信号的性质分类
模拟型感应器:把测量值转化为连续变化的电压或电流,若有必要配以数码显示或数码电脑,则须配有模数转换设备。
上述传感器主要是模拟型的。
b、数字式传感:可将非电量直接转化成数字量,可直接应用于数码显示及运算,并可与电脑直接连接,具有较强的抗干扰性及适合远距离传送等特点。
现有的这种类型的传感器可分为三大类:脉冲型、频率型和数字型。例如,光栅式感应器等。
3、根据在信号转换期间传感器结构参数的改变,可以将传感器的结构参数划分为:
a、物性式传感器:在实现信号转换时,其结构参数基本上没有改变,但通过改变某种物质材料(灵敏部件)自身的物理化学特性来完成信号转换。
由于该传感器通常不具有可移动的结构部件,易于实现微型化,因此又称为固体传感器。如热电偶,压电石英晶体,热电阻,以及其它半导体元件如力敏、热敏、湿敏、气敏、光敏等。
b、结构类型的传感器:根据传感器的机械结构的几何或大小(即,结构参数)的改变,将外部测量的参数转化为相应的电阻、电感、电容等物理量的改变,进行信号的变换,以检测被测量的信号。
例如:电容式、感应式、应变片式、电位差式等.
七、按作用形式来分类
根据其工作方式,可以将其分为主动式和被动式两种。
主动式传感器分为活动式和反应式两种,这种类型的传感器可以向被测物体发射一定的探测信号,可以探测到被测物体中的探测信号的变化,也可以通过对被测物体的某些影响来形成信号。探测到探测信号改变模式的叫反应类型,探测到反应生成信号模式的叫反应类型。雷达与无线电子频段检波器是一个有效的例子,而光声分析仪和激光分析仪是一个相反的例子。
无源感应器仅接受检者自身所发出的讯号,例如红外辐射温度计、红外摄像设备等。
八、按传感器构成来分类
a、基本型换能器:一种基本的单一转换设备。
b、组合型传感器:是一种由多个单独转换设备组合而成的传感器。
c、应用式传感器:由基础型或组合式传感器与其它机械装置结合而成。
比如,热电偶就是一种基础传感器,将其与红外光转换为热吸收剂,形成红外辐射感应器,也就是一种复合式传感器;将此复合式感测器用于红外扫描仪,即为一种实用的感测器。