简明了解传感器

传感器是获取信息的工具。

传感器俗称探头，有时亦被称为换能器、变换器、变送器或探测器。

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：

传感器定义：传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。

传感器一般由敏感元件、转换元件、信号调理电路和辅助电路组成

并不是所有的传感器都必须包括敏感元件和转换元件。

如果敏感元件直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件，因此，敏感元件和转换元件两者合一的传感器是很多的。例如：压电晶体、热电偶、热敏电阻、光电器件等都是这种形式的传感器。

1.敏感元件（预变换器）：是指传感器中能直接感受或响应被测量（非电量）并输出与之成确定关系的其他量（非电量）的部分。

（在完成非电量到电量的变换时，并非所有的非电量都能利用现有手段直接变换为电量，往往是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量，然后再变换为电量。能够完成预变换的器件称为敏感元件）。

2.转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测量转换成适于传输或测量的可用输出信号（一般为电信号）的部分。

3.信号调理电路：是能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。

类型视转换元件的分类而定，经常采用的有电桥电路、放大器、振荡器、阻抗变换、补偿及其它特殊电路，如高阻抗输入电路、脉冲调宽电路等。

4. 辅助电路：通常指电源，即交、直流供电系统。

传感器分类：

传感器的一般特性：

一种传感器就是一种系统，一个系统总可以用一个数学方程式或函数来描述。即用某种方程式或函数表征传感器的输出和输入间的关系和特性。

从传感器的静态输入－输出关系建立的数学模型叫静态模型；

从传感器的动态输入－输出关系建立的数学模型叫动态模型。

传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。

由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入－输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。

为了降低或消除传感器在测量控制系统中的误差，传感器必须具有良好的静态特性和动态特性，才能使信号(或能量)按规律准确地转换。

传感器的静态特性主要由下列几种性能指标来描述：

1. 线性度（非线性误差）

2. 灵敏度

3. 重复性

4. 迟滞（回差滞环）现象

5. 精确度（精度）

6. 分辨率

7. 稳定性

8. 漂移

一文读懂传感器及其8大应用场景

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

那什么是传感器呢？

官方的定义是：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息（例如：温度，血压，湿度，速度等），并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

通俗的解释就是，可以感知周围环境或者特殊物质，比如气体感知、光线感知、温湿度感知、人体感知等等，把模拟信号转化成数字信号，给中央处理器处理，最终结果形成气体浓度参数、光线强度参数、范围内是否有人探测、温度湿度数据等。

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传感器技术作为信息技术的三大基础之一，是当前各发达国家竞相发展的高技术，也是进入21世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。

作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要。本文就来给大家介绍一下有关传感器的相关知识，带大家了解一下传感器技术的发展历史，并通过简述实例给大家说明一下传感器的8大应用场景。

一、传感器的功能分类

传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

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我们也常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：

光敏传感器——视觉

声敏传感器——听觉

气敏传感器——嗅觉

化学传感器——味觉

压敏、温敏、流体传感器——触觉

敏感元件的分类：

物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。

化学类，基于化学反应的原理。

生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。

这种分类方法明确地说明了传感器的用途，给用户提供了方便，容易根据测量对象来选择所需要的传感器。

二、传感器技术的发展

中国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段，它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可分三代：

第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。

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第二代是上70年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。

第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。

三、传感器的应用

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其广泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。那么传感器在我们日常生活和工作中有哪些应用呢？

1、自动感应设备：自动门、自动水龙头、自动冲水马桶、自动烘手机、自动感应灯等，利用人体的红外微波来开关门。

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2、烟雾报警：烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的。

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3、光感摄像头：手机、数码相机的照相机，利用光学传感器来捕获图像。

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4、电子秤：利用力学传感器（导体应变片技术）来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量的目的。

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5、物流监控：水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等。国内物流供应链监控解决方案提供商云尚通信研发的物流供应链可视化监控终端就采用了温湿度传感器、光感传感器、运动传感器等，并广泛应用于在途货物的状态监控及跟踪定位。

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6、机器人：智能机器人使用的关键硬件包括驱动器、减速器和传感器等，智能传感器作为机器人的“五官”，在采集外界信息数据上发挥着重要作用。

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7、智能可穿戴设备：传感器在可穿戴设备中起到至关重要的作用，因为可穿戴设备最基本的功能就是通过传感器实现运动传感。

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8、无人机：无人机是当下非常流行的智能硬件，其智能飞控系统的实现需要用到各种智能传感器，包括IMU、MEMS加速度计、电流传感器、倾角传感器和发动机进气流量传感器等。

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