0 概述 　　人體為從外界獲取信息，必須借助于感覺器官，但是單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。 　　當(dāng)今世界已進(jìn)入信息時代，在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)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(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。 　　在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 cm的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。 　　傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。 　　由此可見，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(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，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。

1 傳感器的定義與組成 　　我國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB7665－87）中說，傳感器（Transducer/Sensor）的定義是："能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置"。我們的定義是：傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置。 　　這一定義包含了以下幾方面的意思：①傳感器是測量裝置，能完成檢測任務(wù)；②它的輸出量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等；③它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量；④輸出輸入有對應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。 　　關(guān)于傳感器，我國曾出現(xiàn)過多種名稱，如發(fā)送器、傳送器、變送器等，它們的內(nèi)涵相同或相似，所以近來已逐漸趨向統(tǒng)一，大都使用傳感器這一名稱了。從字面上可以作如下解釋：傳感器的功用是一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。關(guān)于傳感器，我國曾出現(xiàn)過多種名稱，如發(fā)送器、傳送器、變送器等，它們的內(nèi)涵相同或相似，所以近來已逐漸趨向統(tǒng)一，大都使用傳感器這一名稱了。從字面上可以作如下解釋：傳感器的功用是一感二傳，即感受被測信息，并傳送出去。 　　傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成，組成框圖見圖1。

圖1傳感器組成 敏感元件：它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。圖2是一種氣體壓力傳感器的示意圖。膜盒2的下半部與殼體1固接，上半部通過連桿與磁芯4相連，磁芯4置于兩個電感線圈3中，后者接入轉(zhuǎn)換電路5。這里的膜盒就是敏感元件，其外部與大氣壓力 相通，內(nèi)部感受被測壓力 當(dāng) 變化時，引起膜盒上半部移動，即輸出相應(yīng)的位移量。

圖2是一種氣體壓力傳感器的示意圖 　　轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入摶換成電路參量。 　　在圖2中，轉(zhuǎn)換元件是可變電感線圈3，它把輸入的位移量轉(zhuǎn)換成電感的變化。 　　基本轉(zhuǎn)換電路：上述電路參數(shù)接入基本轉(zhuǎn)換電路（簡稱轉(zhuǎn)換電路），便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。傳感器只完成被測參數(shù)至電量的基本轉(zhuǎn)換，然后輸入到測控電路，進(jìn)行放大、運算、處理等進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，以獲得被測值或進(jìn)行過程控制。 　　實際上，有些傳感器很簡單，有些則較復(fù)雜，大多數(shù)是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。最簡單的傳感器由一個敏感元件（兼轉(zhuǎn)換元件）組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶就是這樣。如圖3所示，

圖3熱電偶 兩種不同的金屬材料,一端聯(lián)接在一起，放在被測溫度 中，另一端為參考，溫度為 , 則在回路中將產(chǎn)生一個與溫度 、 有關(guān)的電動勢，從而進(jìn)行溫度測量。有些傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成度，如圖4所示的壓電式加速度傳感器，其中質(zhì)量塊 是敏感元件，壓電片（塊）是轉(zhuǎn)換元件。因轉(zhuǎn)換元件的輸出已是電量，無需轉(zhuǎn)換電路。

圖4壓電式加速度傳感器 　　有些傳感器，轉(zhuǎn)換元件不只一個，要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)換。 　　敏感元件與轉(zhuǎn)換元件在結(jié)構(gòu)上常是裝在一起的，而轉(zhuǎn)換電路為了減小外界的影響也希望和它們裝有一起，不過由于空間的限制或者其它原因，轉(zhuǎn)換電路常裝入電箱中。盡管如此，因為不少傳感器要在通過轉(zhuǎn)換電路后才能輸出電量信號，從而決定了轉(zhuǎn)換電路是傳感器的組成環(huán)節(jié)之一。 2 傳感器的分類 　　傳感器是知識密集、技術(shù)密集的行業(yè)，它與許多學(xué)科有關(guān)，它的種類十分繁多。為了很好地掌握它、應(yīng)用它，需要有一個科學(xué)的分類方法。 　　下面將目前廣泛采用的分類方法作一簡單介紹。 　　首先，按傳感器的工作機(jī)理，可分為物理型、化學(xué)型、生物型等。 　　其次，按構(gòu)成原理，可分為結(jié)構(gòu)型與物性型兩大類。 　　在物理型傳感器中，作為傳感器工作物理基礎(chǔ)的基本定律有場的定律、物質(zhì)定律、守恒定律和統(tǒng)計定律等。 　　結(jié)構(gòu)型傳感器是利用物理學(xué)中場的定律構(gòu)成的，包括動力場的運動定律，電磁場的電磁定律等。物理學(xué)中的定律一般是以方程式給出的。對于傳感器來說，這些方程式也就是許多傳感器在工作時的數(shù)學(xué)模型。這類傳感器的特點是傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對位置變化引起場的變化為基礎(chǔ)，而不是以材料特性變化為基礎(chǔ)。 　　物性型傳感器是利用物質(zhì)定律構(gòu)成的，如虎克定律、歐姆定律等。物質(zhì)定律是表示物質(zhì)某種客觀性質(zhì)的法則。這種法則，大多數(shù)是以物質(zhì)本身的常數(shù)形式給出。這些常數(shù)的大小，決定了傳感器的主要性能。因此，物性型傳感器的性能隨材料的不同而異。例如，光電管就是物性型傳感器，它利用了物質(zhì)法則中的外光電效應(yīng)。顯然，其特性與涂覆在電極上的材料有著密切的關(guān)系。又如，所有半導(dǎo)體傳感器，以及所有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導(dǎo)體、陶瓷、合金等性能變化的傳感器，都屬于物性型傳感器。 　　此外，也有基于守恒定律和統(tǒng)計定律的傳感器，但為數(shù)較少。 　　第三，根據(jù)傳感器的能量轉(zhuǎn)換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉(zhuǎn)換型傳感器。能量控制型傳感器，在信息變化過程中，其能量需要外電源供給。如電阻、電感、電容等電路參量傳感器都屬于一類傳感器?；趹?yīng)變電阻效應(yīng)、磁阻效應(yīng)、熱阻效應(yīng)、光電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)等的傳感器也屬于此類傳感器。能量轉(zhuǎn)換型傳感器，主要由能量變換元件構(gòu)成，它不需要外電源。如基于壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)、光電動勢效應(yīng)等的傳感器都屬于此類傳感器。 　　第四，按照物理原理分類，可分為 1.電參量式傳感器。包括電阻式、電感式、電容式等三個基本型式。 2.磁電式傳感器。包括磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁柵式等。 3.壓電式傳感器。 4.光電式傳感器。包括一般光電式、光柵式、激光式、光電碼盤式、光導(dǎo)纖維式、紅外式、攝象式等。 5.氣電式傳感器。 6.熱電式傳感器。 7.波式傳感器。包括超聲波式、微波式等。 8.射線式傳感器。 9.半導(dǎo)體式傳感器。 10.其它原理的傳感器等。 有些傳感器的工作原理具有兩種以上原理的復(fù)合形式，如不少半導(dǎo)體式傳感器，也可看成電參量式傳感器。 　　第五，可以按照傳感器的用途來分類，例如位移傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、溫度傳感器等等。 　　另外，根據(jù)傳感器輸出是模擬信號還是數(shù)字信號，可分為模擬傳感器和數(shù)字傳感器；根據(jù)轉(zhuǎn)換過程可逆與否，可分為雙向傳感器和單向傳感器等。 　　各種傳感器，由于原理、結(jié)構(gòu)不同，使用環(huán)境、條件、目的不同，其技術(shù)指標(biāo)也不可能相同。但是有些一般要求，卻基本上是共同的，這就是：①可靠性；②靜態(tài)精度；③動態(tài)性能；④量程；⑤抗干擾能力；⑥通用性；⑦輪廓尺寸；⑧成本；⑨能耗；⑩對被測對象的影響等。 　　可靠性、靜態(tài)精度、動態(tài)性能、量程的要求是不言而喻的。傳感器是通過檢測功能來達(dá)到各種技術(shù)目的的，很多傳感器要在動態(tài)條件下工作，精度不夠、動態(tài)性能不好或出現(xiàn)故障，整個工作就無法進(jìn)行。在某些系統(tǒng)中或設(shè)備上往往裝上許多傳感器，若有一個傳感器失靈，會影響全局。所以傳