无源光传感器 动图认识了解传感器

动图认识了解传感器

将非电量转换为与之有确定关系的电量输出的装置，称为传感器。

传感器的组成：

敏感元件：直接感受被测非电量并按一定规律转换成与被测量有确定关系的其它量的元件。

传感元件：又称变换器。能将敏感元件感受到的非电量直接转换成电量的器件。

信号调节与转换电路：能把传感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。

常用的电路有电桥、放大器、变阻器、振荡器等。

辅助电路通常包括电源等。

传感器的分类：

1.按工作机理分类：根据物理和化学等学科的原理、规律和效应进行分类。

2.按被测量分类：根据输入物理量的性质进行分类。

3.按敏感材料分类：根据制造传感器所使用的材料进行分类。可分为半导体传感器、陶瓷传感器等。

4.按能量的关系分类：根据能量观点分类，可将传感器分为有源传感器和无源传感器两大类。有源传感器是将非电能量转换为电能量，称之为能量转换型传感器，也称换能器。通常配合有电压测量电路和放大器。如：压电式、热电式、电磁式等。

5.其他：按用途、学科、功能和输出信号的性质等进行分类。

1.电阻式传感器

电阻式传感器在不同的外界条件下，所用材料的电阻值会发生相应的变化，如受到机械力、光照、热或环境中特殊气体影响时，会出现不同的阻值。利用电阻传感器的这一特点，可能检测出物体所受的压力、产生的形变、温度和湿度的变化的以及所受周围环境中气体的影响。

电阻式传感器应用最广泛。下图是一种典型的光控调光电路，其工作原理是：当周围光线变弱时引起光敏电阻RG的阻值增加，使加在电容C上的分压上升，进而使可控硅的导通角增大，达到增大照明灯两端电压的目的。反之，若周围的光线变亮，则RG的阻值下降，导致可控硅的导通角变小，照明灯两端电压也同时下降，使灯光变暗，从而实现对灯光照度的控制。

见下动图：

照相机能够根据光的强弱自动调整曝光量、所用的感光原件就是一个光敏电阻。

电阻应变片的工作原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械形变时，它的电阻值相应发生变化。

2.电容式传感器

电容式传感器可以将被检测物理量（一般是非电量）的变化，转化为电容量的变化，而电容量的变化又可以通过测量电路检测出来，从而检测出所要检测的物理量。电容传感器还可以实现非接触式测量。

电容式传感器的应用范围很广，它可以测量位移、压力、加速度、液位、物体的厚度、所承受的载荷、振动、角度、流量、成分含量等的测量。

见下动图：

在运输和仓储行业使用的颗粒种类中，塑料材质的颗粒是最常见的形式，塑料颗粒的作用是在运输和仓储过程中保护内部物品不受机械损伤。一般常用电容式传感器检测容器内塑料颗粒的料位。

3.电感式传感器

电感式传感器可将被测非电量的变化，转换为线圈电感系数或互感系数的变化，使整个线圈的电感发生改变，再经转换电路变换成电压或电流信号，从而实现检测的目的。电感式传感器可以实现位移、振动、转速、物体厚度的测量。

汽车制造环节主要包括四个主体部分：冲压、焊装、涂装、总装。而电感式传感器都大量的应用于每个部分。特别是焊装、涂装和总装车间，许多的电感式传感器分布在积放链输送线，起到滑翘检测或分轨到位检测作用。

4.光电式传感器

光电式传感器的工作原理是利用某些物质具有的光电效应，将光信号转换成电信号实现检测。在测量时，传感器与被测物体之间可以不接触，响应快、抗干扰性强。这种传感器可用来检测物体的转速、高温物体的温度，还可以制成光电耦合器、光电开关等。

5.数字式传感器

数字式传感器有编码式传感器、光栅传感器、磁栅传感器及感应同步器等，它可将被测非电量以数字方式显示而实现检测。它具有检测精度高、抗干扰性强、易于实现测量数据的计算机处理等优点，在数控机床等机电一体化设备中用来测量转速、位移、方向或用来计数等。

编码式传感器---增量编码器是一种将旋转位移转换为一连串数字脉冲信号的旋转式传感器。这些脉冲用来控制角位移，如果编码器与齿轮齿条或螺旋丝杠结合在一起，也可以用来测量直线位移。

图为水位自动控制系统，磁环可以随着水位沿着传感器上下移动，将水位信息转换为电信号后送给控制箱，实现闭环控制。你认为选择什么传感器比较合适。

水位自动控制系统可以采用磁敏传感器（干簧管传感器）。

下附各类传感器动图：

1.膜盒式压力传感器

2.压力式温度计

3.应变式压力传感器（温度仪表原理）：

4.氧浓度传感器

5.直射式光电转速传感器

6.电容传感器

7.电位式传感器

8.电流传感器

9.荷重传感器应用

10.陶瓷湿度传感器

11.应变式加速度传感器

本文来源于互联网，暖通南社整理编辑。

无源物联网来了，无源传感器还远吗？

日前，深圳市科技创新委员会披露了《深圳市科技创新"十四五"规划》相关内容。规划中明确了“20+8”技术主攻方向，即围绕深圳七大战略性新兴产业以及20个产业集群和八大未来产业开展技术攻关。其中，七大战略性新兴产业就提到要在新型传感器领域 开展技术攻关。

《深圳市科技创新"十四五"规划》节选

作为物联网的重要组成部分，传感器需要精确地获取数据，它就像是产品的“神经末梢”，感受来自外界的刺激，对参数的变化进行监测。而智能传感器则给它带来了更多元的功能，也获得了更大的发展空间。根据最近的Allied Market Research报告，到2027年（从2020年起），全球智能传感器市场将以18.6%的复合年增长率（CAGR）增长，即1436.5亿美元。

而近几年兴起的无源物联网，又对传感器也提出了更高的要求。

无源物联网，本质上是终端节点无源，它们不带电源线、没有内置电池，而是从环境中获取能源。为了达到“无源”，进而对上游端提出了要求，这也催生了无源传感器的出现。

什么是无源传感器？

无源传感器也称为能量转换型传感器 ，同无缘物联网一样，它不需要外部电源，即它是一种不需要使用外来接电源的传感器，而且还可以通过外部获取到能源的感应传感器。

我们都知道传感器根据感知和检测的物理量不同，可分为触摸传感器、图像传感器、温度传感器、运动传感器、位置传感器、气体传感器、光线传感器和压力传感器等。对于无源传感器而言，传感器所检测的光能、电磁辐射、温度、人体运动能量、振动源等都是其潜在的能量来源。

据了解，无源传感器主要可分为以下三大类：光纤无源传感器 、声表面波无源传感器 和基于能源材料的无源传感器 。

1、光纤无源传感器

光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的一些特性组成的传感器。 它是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光源、敏感元件、光探测器、信号调理电路以及光纤构成。

光纤传感器具有高灵敏度、抗电磁干扰性强、电绝缘性好、环境适应强、可远距离测量、功耗低等特点，在物联网中的应用日益成熟。例如光纤水听器就是把光纤作为敏感元件的一种声传感器，还有光纤温度传感器等。

2、声表面波无源传感器

声表面波（ surface acoustic wave，SAW） 传感器是一种用声表面波器件作为传感元件，将被测量的信息通过声表面波器件中声表面波的速度或频率的变化反映出来，并转换成电信号输出的传感器。 它是传感器中复杂，涉及面较广的传感器类型。主要包括声表面波压力传感器、声表面波温度传感器、声表面波生物基因传感器、声表面波化学气相传感器以及智能传感器等多种类型。

除了具备光纤无源传感器的高灵敏度、可远距离测量、功耗低的特点外，声表面波无源传感器利用振茴频率变化猜测出传播速度的变化，所以对外界检测量的变化测量能非常精确，同时它体积小、重量轻、功耗低的特点可让它获得良好的热性能和机械性能，也开创了无线、小型传感器的新纪元。在变电站、列车、航空航天等领域应用较多。

3、基于能源材料的无源传感器

基于能源材料的无源传感器，顾名思义即利用生活中的常见能源来进行电能的转换，例如光能、热能、机械能等。 基于能源材料的无源传感器具有宽频带、抗干扰能力强、 对被测对象扰动极小、灵敏度高等优点，在高电压、雷电、强辐射区场强、高功率微波等电磁测量领域应用较广。

无源传感器与其他技术的结合

在物联网领域，无源传感器的应用也越来越广，各类无源传感器也相继面世。例如诞生了与NFC、RFID甚至wifi、蓝牙、UWB、5G等无线技术相结合的传感器。

在无源模式下，传感器通过天线从环境中的无线电信号中获取能量，传感器数据存储在非易失性存储器中，在不供电时得以保留。

还有基于RFID技术的无线无源纺织应变传感器，它将RFID技术与纺织材料结合,形成具有应变传感功能的设备,RFID纺织应变传感器采用无源UHF RFID标签技术的通信及感应方式,依靠电磁能工作,具备小型化和柔性化潜力,成为可穿戴设备的潜在选择。

结尾

无源物联网是未来物联网发展的方向，作为无源物联网的一环，对传感器的要求已经不再仅限于微型与低功耗，无源也将是一个值得深耕的发展方向。随着无源传感器技术不断成熟与创新，传感器无源技术的应用也将更加广泛。

参考资料： 智能电网：《无源传感器的研究与应用进展》丝绸杂志：《基于RFID技术的无线无源纺织应变传感器研究进展》

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