一、傳感器的定義

傳感器，英文名稱為Transducer或Sensor，是一種能夠檢測物理量并將其轉換為可測量信號的裝置。從廣義上講，傳感器能夠感知外界信息，如溫度、壓力、光、聲音、磁場等，并將這些信息按照一定規律轉換成電信號或其他形式的輸出信號，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器是現代信息技術的重要組成部分，與計算機和通信技術共同構成了物聯網的基礎。

二、傳感器的工作原理

傳感器的工作原理基于物理量與電信號之間的相互作用，通過敏感元件和轉換元件實現非電學量到電學量的轉換。不同類型的傳感器采用不同的工作原理，以適應不同的測量需求。以下是幾種常見傳感器的工作原理：

1. 壓力傳感器
   • 工作原理 ：利用壓力作用在傳感器敏感元件上產生的變形，通過敏感元件內部的電阻、電容、電感等元件的變化，將壓力信號轉換為電信號輸出。
   • 特點 ：廣泛應用于工業自控環境中，是測量壓力變化的重要工具。
2. 溫度傳感器
   • 工作原理 ：利用溫度對電阻、電容、電勢等物理量的影響，將溫度信號轉換為電信號輸出。例如，鉑電阻（Pt100）的電阻值隨溫度變化而變化，通過測量電阻值可以推算出溫度。
   • 特點 ：精度高、穩定性好，是測量溫度的核心元件。
3. 光電傳感器
   • 工作原理 ：利用光電效應，將光信號轉換為電信號輸出。當光線照射到光電傳感器上時，光敏元件吸收光能并產生電信號，電信號的大小與光線的強度成正比。
   • 特點 ：響應速度快、靈敏度高，廣泛應用于光學測量和自動控制領域。
4. 加速度傳感器
   • 工作原理 ：利用加速度對微機電系統（MEMS）中的微小質量進行作用，通過微小的電容、電阻、電感等元件的變化，將加速度信號轉換為電信號輸出。
   • 特點 ：體積小、重量輕、功耗低，廣泛應用于智能手機、游戲控制器等設備中。
5. 磁力傳感器
   • 工作原理 ：利用磁場對磁敏元件的影響，將磁場信號轉換為電信號輸出。磁敏元件在磁場作用下發生磁化或磁阻變化，通過測量這種變化可以推算出磁場強度。
   • 特點 ：能夠檢測微弱磁場變化，廣泛應用于導航、定位、磁場測量等領域。

三、傳感器的種類

傳感器種類繁多，按照不同的分類標準可以劃分為多種類型。以下是一些常見的分類方式及其對應的傳感器類型：

1. 按測量參數分類
   • 溫度傳感器 ：如鉑電阻、熱電偶等，用于測量溫度。
   • 壓力傳感器 ：如壓阻式、電容式等，用于測量壓力。
   • 流量傳感器 ：如渦輪流量計、電磁流量計等，用于測量流體流量。
   • 位移傳感器 ：如光柵尺、激光測距儀等，用于測量物體位移。
   • 速度傳感器 ：如霍爾效應傳感器、加速度傳感器等，用于測量物體速度。
2. 按工作原理分類
   • 電阻式傳感器 ：利用電阻值隨被測量變化而變化的原理工作，如熱電阻、壓阻傳感器等。
   • 電容式傳感器 ：利用電容值隨被測量變化而變化的原理工作，如電容式壓力傳感器、電容式位移傳感器等。
   • 電感式傳感器 ：利用電感值隨被測量變化而變化的原理工作，如電感式位移傳感器、電感式接近開關等。
   • 光電式傳感器 ：利用光電效應或光敏元件工作，如光電傳感器、紅外傳感器等。
   • 磁電式傳感器 ：利用電磁感應原理工作，如磁敏傳感器、霍爾效應傳感器等。
3. 按輸出信號分類
   • 模擬量傳感器 ：輸出模擬量信號，如電壓、電流等，需要后續電路進行模數轉換才能與數字系統連接。
   • 數字量傳感器 ：直接輸出數字量信號，如二進制編碼、脈沖信號等，便于與數字系統直接連接。
4. 按應用場景分類
   • 工業傳感器 ：用于工業生產過程中的各種參數測量與控制，如溫度傳感器、壓力傳感器等。
   • 醫療傳感器 ：用于醫療設備的參數測量與監測，如心電圖傳感器、血壓傳感器等。
   • 消費電子傳感器 ：用于智能手機、智能家居等消費電子產品中的參數測量與感知，如加速度傳感器、陀螺儀等。

四、傳感器電路圖分享

1、水位傳感器電路圖

這個簡單的水位傳感器電路監視特定位置或容器中是否有水。當電路檢測到漏水時，會發出聲音警報。它的構建非常簡單，由單個 IC 和一些無源元件組成。

IC LM1801 是一款低功耗比較器，可在需要時提供高輸出電流。當水擊中傳感器時，參考電壓會過高，IC 會驅動陶瓷傳感器發出蜂鳴聲。還可以將多個傳感器連接到水位監測電路。該傳感器可以很容易地由一小塊材料制成蝕刻后的PCB與正確的模式。去耦電容C3為100uF/16V電解電容。

2、簡單的熱傳感器電路圖

制作這個簡單的熱傳感器電路來監控放大器和逆變器等發熱設備的溫度。當設備內的溫度超過允許極限時，電路會通過蜂鳴聲發出警告。它太簡單了，可以通過從設備中分接電源來固定在設備本身中。該電路工作電壓為 5 至 12 伏直流電。

該電路是在雙穩態模式下使用流行的定時器 IC 555 設計的。 IC 555 有兩個比較器、一個觸發器和一個輸出級。當大于 1/3 Vcc 的負脈沖施加到其觸發引腳 2 時，其輸出變為高電平。此時，下比較器觸發并改變觸??發器的狀態，輸出變為高電平。也就是說，如果引腳 2 的電壓低于 1/3 Vcc，則輸出變為高電平，如果高于 1/3 Vcc，則輸出保持低電平。

這里使用 NTC（負溫度系數）熱敏電阻作為熱傳感器。它是一種可變電阻器，其阻值取決于周圍的溫度。在 NTC 熱敏電阻中，當其附近的溫度升高時，電阻會下降。但在 PTC（正溫度系數）熱敏電阻中，電阻隨溫度升高而增大。

電路中，4.7K NTC熱敏電阻連接到IC1的第2腳。可變電阻 VR1 調節熱敏電阻在特定溫度水平下的靈敏度。為了復位觸發器并從而改變輸出，使用了 IC1 的閾值引腳 6。當正脈沖通過按鈕開關施加到引腳6時，IC1的上部比較器變高并觸發觸發器的R輸入。這會重置并且輸出變低。

當器件溫度正常時（由 VR1 設置），IC1 的輸出保持低電平，因為觸發引腳 2 的電壓超過 1/3 Vcc。這使得輸出保持低電平并且蜂鳴器保持靜音。當由于長時間使用或電源短路而導致設備溫度升高時，熱??敏電阻的電阻會降低，使觸發引腳低于 1/3 Vcc。然后雙穩態觸發并且其輸出變高。這將激活蜂鳴器并發出蜂鳴聲。這種狀態一直持續到溫度降低或按下 S1 使 IC 復位為止。

3、使用IC LM339的觸摸傳感器電路圖

使用 IC LM339設計的 簡單觸摸傳感器電路，眾所周知 LM339 包含由單電源供電的四路差分比較器。該觸摸傳感器采用 LM339，只需很少的外部元件和兩個導電觸摸板觸點。這里，一個觸摸板接地，另一個觸摸板與非反相引腳 5 連接，具有有限的偏置和浮動。

觸摸感應開關或傳感器可用于不同級別的應用，該傳感器電路能夠執行非關鍵應用和任務。該電路在比較器模式下工作，因此反相或同相輸入的微小變化可能會導致輸出狀態的變化。

德州儀器 (TI) 的 IC LM339 有不同的封裝和尺寸。在這個觸摸傳感器電路中，我們使用PDIP（14）封裝，并且我們使用單電源9V，該電路用作比較器，因此我們使用反相輸入引腳4作為參考，非反相引腳5作為浮動輸入。

這里，引腳 4 或反相輸入通過 R1 連接到 +9V，并通過 R3 電阻平衡接地。由于其非反相操作模式，引腳 5（非反相）電位保持高于引腳 4。因此，輸出引腳給出高狀態，當觸摸板被任何人觸摸時，引腳 5 電壓由該人接地，引腳電位5 低于引腳 4，輸出狀態變為低電平并提供接近接地的輸出。然后 LED D1 開始發光并指示觸摸事件。

在該電路中，輸出電流由負載和上拉電阻以及邏輯和上拉電壓決定。電容器 C1 充當直流電壓濾波器，如果您使用經過濾波的直流電源作為電壓源，那么我們不需要這個組件。使用銅板作為觸摸板觸點以獲得最佳感應響應。

4、光學液體傳感器電路圖

這是一種獨立光學液體傳感器的簡單設計理念，使用常用的電子元件實現。該傳感器專為在透明或半透明管道中通過非接觸方法檢測液位而設計。該傳感器具有來自紅外光發射器的紅外光束，當存在液體時，該光束會被折射并且無法被紅外光接收器檢測到，可以安裝在直徑在 3 至 13 毫米之間的管道上。這款緊湊型非侵入式傳感器設備采用 12 伏直流電運行。液體折射光束的“穿透掃描”原理確保了可靠的檢測，而紅外光束技術可以幫助穿透漿料和其他固體，其檢測效果與水/液體類似。

這種光學液體傳感器最初是為小型工業應用而設計的，但也可以用于許多業余愛好/家庭應用。請注意，該電路的設計以簡單性為首要考慮。 12V 電源電壓通常適合工業用途，并且傳感器連接具有反極性保護。紅外發送器圍繞常見的紅外發光二極管 (IRLED1) 構建，在原型中為 EVER LIGHT 的 5mm 型 IR333-A，這是一種模制在藍色透明塑料封裝中的高強度二極管。同樣，紅外接收器 (IRPD1) 是借助 LITE-ON 的 LTR-3208E 光電晶體管實現的，該光電晶體管采用 2 引腳/5mm 特殊深色塑料封裝，可切斷可見光。但是，請注意紅外發送器和接收器的指定部件號（IRLED1 和IRPD1) 組件不是很關鍵！

通電后，紅外光發射器 (IR LED1) 會亮起。這里使用電阻R1（470R）來限制紅外LED的工作電流。在無液體情況下，來自紅外發射器的光落在紅外接收器上，結果紅外接收器通過驅動晶體管T1為電磁繼電器（RL1）供電。繼電器的 SPDT (1 C/O) 觸點可用于關閉外部電氣設備，或打開警報蜂鳴器等發聲器。

將電路組裝在通用電路板上，并在初步測試后嘗試將整個電路封裝在合適的叉形盒中。電阻器 R1 的 470 歐姆值適用于大多數液體，但您可以根據實際需求增加或減少該值。建議制造商必須評估水/流體/化學組合/混合情況，以確定在最終設計之前哪個電阻值最有效。