按照其用途,傳感器可分類(lèi)為:
壓力敏和力敏傳感器,位置傳感器,液面?zhèn)鞲衅鳎芎膫鞲衅鳎俣葌鞲衅鳎瑹崦魝鞲衅鳎?加速度傳感器,射線(xiàn)輻射傳感器,振動(dòng)傳感器,敏傳感器,磁敏傳感器,敏傳感器,真空度傳感器,物傳感器等。
以其輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)可將傳感器分為:
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)。
在外界因素的作用下,所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對(duì)外界作用最敏感的材料,即那些具有功能特性的材料,被用來(lái)制作傳感器的敏感元件。從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成下列幾類(lèi):
(1)按照其所用材料的類(lèi)別分金屬、聚合物、陶瓷、混合物;
(2)按材料的物理性質(zhì)分、導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體、磁性材料;
(3)按材料的晶體結(jié)構(gòu)分單晶、多晶、非晶材料與采用新材料緊密相關(guān)的傳感器開(kāi)發(fā)工作,可以歸納為下述三個(gè)方向:
? a.在已知的材料中探索新的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng),然后使它們能在傳感器技術(shù)中得到實(shí)際使用。
? b.探索新的材料,應(yīng)用那些已知的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)來(lái)改進(jìn)傳感器技術(shù)。
? c.在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新現(xiàn)象、新效應(yīng)和反應(yīng),并在傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施。
現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。傳感器開(kāi)發(fā)的基本趨勢(shì)是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的。
按照其制造工藝,可以將傳感器區(qū)分為:
集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器集成傳感器是用標(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。
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(yīng)。
化學(xué)類(lèi),基于化學(xué)反應(yīng)的原理。
生物類(lèi),基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。
通常據(jù)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))。
1)光纖傳感器
光纖傳感器技術(shù)是隨著光導(dǎo)纖維實(shí)用化和光通信技術(shù)的發(fā)展而形成的一門(mén)嶄新的技術(shù)。光纖傳感器與傳統(tǒng)的各類(lèi)傳感器相比有許多特點(diǎn),如靈敏度高。抗電磁干擾能力強(qiáng),耐腐蝕,絕緣性好,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小。耗電少,光路有可撓曲性,以及便于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)等。
光纖傳感器一般分為兩大類(lèi),一類(lèi)是利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器。稱(chēng)為功能型傳感器;另一類(lèi)是光纖僅僅起傳輸光波的作用,必須在光纖端面或中間加裝其他敏感元件才能構(gòu)成傳感器,稱(chēng)為傳光型傳感器。無(wú)論哪種傳感器,其工作原理都是利用被測(cè)量的變化調(diào)制傳輸光光波的某一參數(shù),使其隨之變化,然后對(duì)已調(diào)制的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),從而得到被測(cè)量。
光纖傳感器可以測(cè)量多種物理量。目前已經(jīng)實(shí)用的光纖傳感器可測(cè)量的物理量達(dá)70多種,因此光纖傳感器具有廣闊的發(fā)展前景。
2)紅外傳感器
紅外傳感器是將輻射能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器,又稱(chēng)為紅外探測(cè)器。常見(jiàn)的紅外探測(cè)器有兩大類(lèi),熱探測(cè)器和光子探m器。熱探測(cè)器是利用人射紅外輻射引起探測(cè)器的敏感元件的沮度變化,進(jìn)而使有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化,通過(guò)測(cè)量有關(guān)物理參數(shù)的變化來(lái)確定紅外探測(cè)器吸收的紅外輻射。熱探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)波段寬,可以在室沮下工作,使用方便。但是,熱探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),靈敏度較低,一般用于紅外輻射變化緩慢的場(chǎng)合。如光譜儀、測(cè)溫儀、紅外攝像等。光子紅外探測(cè)器是利用某些半導(dǎo)體材料在紅外輻射的照射下,產(chǎn)生光子效應(yīng),使材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化,通過(guò)測(cè)最電學(xué)性質(zhì)的變化,可以確定紅外輻射的強(qiáng)弱。光子探測(cè)器的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高,響應(yīng)速度快,響應(yīng)頻率高。但一般需在低溫下工作,探測(cè)波段較窄,一般用于側(cè)溫儀、航空掃描儀、熱像儀等。紅外傳感器廣泛用于測(cè)溫、成像、成分分析、無(wú)損檢測(cè)等方面,特別是在軍事上的應(yīng)用更為廣泛,如紅外偵察、紅外雷達(dá)、紅外通信、紅外對(duì)抗等。
3)氣敏傳感器
氣敏傳感器是指能將被側(cè)氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出的裝置。氣敏傳感器的性能必須滿(mǎn)足下列條件:
(1)能夠檢淵易爆炸氣體的允許濃度、有害氣體的允許濃度和其他基準(zhǔn)設(shè)定濃度。并能及時(shí)給出報(bào)薯、顯示與控制信號(hào);
(2)對(duì)被側(cè)氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不敏感;
(3)長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、重復(fù)性好
(4)動(dòng)態(tài)特性好、響應(yīng)迅速;
(5)使用、維護(hù)方便,價(jià)格便宜等。
4)生物傳感器
生物傳感器是利用生物或生物物質(zhì)做成的、用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)的化學(xué)成分的傳感器。生物或生物物質(zhì)是指酶、微生物、抗體等,被側(cè)物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)人生物敏感膜,發(fā)生生物學(xué)反應(yīng)(物理、化學(xué)反應(yīng)),通過(guò)變換器將其轉(zhuǎn)換成可定量、可傳輸、處理的電信號(hào)。按照所用生物活性物質(zhì)的不同,生物傳感器包括酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅鳌⒚庖邆鞲衅鳌⑸锝M織傳感器等。酶?jìng)鞲衅骶哂徐`敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn),目前已實(shí)用化的商品達(dá)200種以上,但由于酶的提煉工序復(fù)雜,因而造價(jià)高,性能也不太穩(wěn)定。微生物傳感器與酶?jìng)鞲衅飨啾龋瑑r(jià)格便宜,性能穩(wěn)定,它的缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)(數(shù)分鐘),選擇性差,目前微生物傳感器已成功應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)和醫(yī)學(xué)中,如測(cè)定水污染程度、診斷尿毒癥和搪尿病等。免疫傳感器的基本原理是免疫反應(yīng),目前已研制成功的免疫傳感器達(dá)兒十種以上。生物組織傳感器制作簡(jiǎn)便,工作壽命長(zhǎng),在許多情況下可取代酶?jìng)鞲衅鳎趯?shí)用化中還存在選擇性差、動(dòng)植物材料不易保存等問(wèn)題。目前生物傳感器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用正向著多功能化、集成化的方向發(fā)展。半導(dǎo)體生物傳感器是將半導(dǎo)體技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,為生物傳感器的多功能化、小型化、微型化提供了重要的途徑。
5)機(jī)器人傳感器
機(jī)器人傳感器是一種能將機(jī)器人目標(biāo)物特性(或參量)變換為電量輸出的裝置,機(jī)器人通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于人類(lèi)的知覺(jué)作用。機(jī)器人傳感器分為內(nèi)部檢測(cè)傳感器和外界檢測(cè)傳感器兩大類(lèi)。內(nèi)部檢測(cè)傳感器是在機(jī)器人中用來(lái)感知它自己的狀態(tài),以調(diào)整和控制機(jī)器人自身行動(dòng)的傳感器。它通常由位置、加速度、速度及JR力傳感器組成。外界檢測(cè)傳感器是機(jī)器人用以感受周?chē)h(huán)境、目標(biāo)物的狀態(tài)特征信息的傳感器。從而使機(jī)器人對(duì)環(huán)境有自校正和自適應(yīng)能力。外界槍側(cè)傳感器通常包括觸覺(jué)、接近覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等傳感器。機(jī)器人傳感器是機(jī)器人研究中必不可缺的重要課題,需要有更多的、性能更好的、功能更強(qiáng)的、集成度更高的傳感器來(lái)推動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展。
6)智能傳感器
智能傳感器是一種帶有微處理機(jī)的,兼有信息檢測(cè)、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。
3.數(shù)字傳感器
數(shù)字式傳感器是指能把被測(cè)(模擬)量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字徽輸出的傳感器。數(shù)字式傳感器是檢測(cè)技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是傳感器技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)重要方向。
數(shù)字式傳感器可分為三類(lèi):一是直接以數(shù)宇量形式輸出的傳感器,如絕對(duì)編碼器可以將位移鰭直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。二是以脈沖形式愉出的傳感器。如增量編碼器、光柵、磁柵和感應(yīng)同步器可以將位移量轉(zhuǎn)換成一系列計(jì)數(shù)脈沖,再由計(jì)數(shù)系統(tǒng)所計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)反映被側(cè)量的值;三是以頻率形式輸出的傳感器,能把被測(cè)量換成與之相對(duì)應(yīng)的、且便于處理的頻率輸出,因此也叫做頻率式傳感器。數(shù)字式傳感器在機(jī)床數(shù)控、自動(dòng)化和計(jì)量、檢測(cè)技術(shù)中得到日益廣泛的應(yīng)用。