物理传感器的概念
物理传感器是检测物理量的传感器。它是运用某些物理效应,把被丈量的物理量转化成为便于处理的能量方式的信号的设备。其输出的信号和输入的信号有确认的联系。首要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。作为比方,让咱们看看比较常用的光电式传感器。这种传感器把光信号转化成为电信号,它直接检测来自物体的辐射信息,也可以转化其他物理量成为光信号。其首要的原理是光电效应:当光照耀到物质上的时分,物质上的电效应发作改动,这儿的电效应包含电子发射、电导率和电位电流等。明显,可以简略发作这样效应的器材成为光电式传感器的首要部件,比方说光敏电阻。这样,咱们知道了光电传感器的首要作业流程便是承受相应的光的照耀,经过相似光敏电阻这样的器材把光能转化成为电能,然后经过放大和去噪声的处理,就得到了所需求的输出的电信号。这儿的输出电信号和原始的光信号有必定的联系,一般是挨近线性的联系,这样核算原始的光信号就不是很杂乱了。其他的物理传感器的原理都可以类比于光电式传感器。
物理传感器的品种
可以用不同的观念对传感器进行分类:它们的转化原理(传感器作业的根本物理或化学效应);它们的用处;它们的输出信号类型以及制作它们的资料和工艺等。依据传感器作业原理,可分为物理传感器和化学传感器二大类:传感器作业原理的分类物理传感器运用的是物理效应,比方压电效应,磁致弹性现象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的细小改变都将转化成电信号。化学传感器包含那些以化学吸附、电化学反响等现象为因果联系的传感器,被测信号量的细小改变也将转化成电信号。有些传感器既不能划分到物理类,也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为根底运作的。化学传感器技能问题较多,例如牢靠性问题,规划出产的可能性,价格问题等,处理了这类难题,化学传感器的运用将会有巨大增加。
依照其用处分类
压力敏和力敏传感器 方位传感器 液面传感器 能耗传感器 速度传感器
加速度传感器 射线辐射传感器 热敏传感器 24GHz雷达传感器
依照其原理分类
振荡传感器 湿敏传感器 磁敏传感器 气敏传感器 真空度传感器 生物传感器等。
依照其输出信号分类
模仿传感器——将被丈量的非电学量转化成模仿电信号。
数字传感器——将被丈量的非电学量转化成数字输出信号(包含直接和直接转化)。膺数字传感器——将被丈量的信号量转化成频率信号或短周期信号的输出(包含直接或直接转化)。开关传感器——当一个被丈量的信号抵达某个特定的阈值时,传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
依照其资料分类
在外界要素的效果下,一切资料都会作出相应的、具有特征性的反响。它们中的那些对外界效果最灵敏的资料,即那些具有功用特性的资料,被用来制作传感器的灵敏元件。从所运用的资料观念动身可将传感器分红下列几类:
(1)依照其所用资料的类别分: 金属聚合物 陶瓷混合物
(2)按资料的物理性质分: 导体绝缘体 半导体磁性资料
(3)按资料的晶体结构分: 单晶 多晶非晶资料
与选用新资料严密相关的传感器开发作业,可以概括为下述三个方向:
(1)在已知的资猜中探究新的现象、效应和反响,然后使它们能在传感器技能中得到实际运用。
(2)探究新的资料,运用那些已知的现象、效应和反响来改善传感器技能。
(3)在研讨新型资料的根底上探究新现象、新效应和反响,并在传感器技能中加以详细施行。
现代传感器制作业的发展取决于用于传感器技能的新资料和灵敏元件的开发强度。传感器开发的根本趋势是和半导体以及介质资料的运用亲近相关的。
依照其制作工艺分类
集成传感器薄膜传感器 厚膜传感器陶瓷传感器 集成传感器是用规范的出产硅基半导体集成电路的工艺技能制作的。一般还将用于开始处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。
薄膜传感器则是经过沉积在介质衬底(基板)上的,相应灵敏资料的薄膜构成的。运用混合工艺时,相同可将部分电路制作在此基板上。
厚膜传感器是运用相应资料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片一般是Al2O3制成的,然后进行热处理,使厚膜成形。
陶瓷传感器选用规范的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)出产。
完结恰当的预备性操作之后,已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多一起特性,在某些方面,可以以为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。
每种工艺技能都有自己的长处和缺乏。因为研讨、开发和出产所需的本钱投入较低,以及传感器参数的高稳定性等原因,选用陶瓷和厚膜传感器比较合理。
依据丈量意图分类
物理型传感器是运用被丈量物质的某些物理性质发作明显改变的特性制成的。
化学型传感器是运用能把化学物质的成分、浓度等化学量转化成电学量的灵敏元件制成的。
生物型传感器是运用各种生物或生物物质的特性做成的,用以检测与辨认生物体内化学成分的传感器。
物理传感器运用
下面简略介绍一下常见的几种传感器的原理和效果以及一些简略的比方。
1、 touch sensor 意是是触摸性传感器,当两个物体触摸时发作的一种信号,将这个信号搜集传经核算机,可执行下一步的动作。这种sensor 首要用来感应两个物体的联系。
2、感光传感器 ,经过两个简略的电路来完结,一个电路有发光二极管或LED等发光元件,另一个电路则接有一个感光元件来感就发光体,当装有sensor 的两物体具有对就的联系时,感光元件就会接收到信号,将这个信号传给核算机,经过核算机来完结其它的动作。这种sensor 首要用来感应是否抵达预订的方位,或许用来确认两物体的相对方位联系。
3、磁感传感器 , 经过磁性感应物体,当两运动部件运动到必定的区域内时,可以经过磁感来感就到物体的存在及方位。
在一些电子产品的机器中,传感器可说是无处不在,每个传感器有详细效果也不同,在遇到传感器时,先看看它到底有什么效果,为什么要一个传感器, 原理是什么,然后再剖析该怎么处理。
物理传感器的运用规模是十分广泛的,咱们只是就生物医学的视点来看看物理传感器的运用状况,之后不难估测物理传感器在其他的方面也有重要的运用。
比方血压丈量是医学丈量中的最为惯例的一种。咱们一般的血压丈量都是直接丈量,经过体表检测出来的血流和压力之间的联系,然后测出脉管里的血压值。丈量血压所需求的传感器一般都包含一个弹性膜片,它将压力信号改变成为膜片的变形,然后再依据膜片的应变或位移转化成为相应的电信号。在电信号的峰值处咱们可以检测出来收缩压,在经过反相器和峰值检测器后,咱们可以得到舒张压,经过积分器就可以得到均匀压。
让咱们再看看呼吸丈量技能。呼吸丈量是临床确诊肺功用的重要依据,在外科手术和患者监护中都是必不可少的。比方在运用用于丈量呼吸频率的热敏电阻式传感器时,把传感器的电阻安装在一个夹子前端的外侧,把夹子夹在鼻翼上,当呼吸气流从热敏电阻外表流过期,就可以经过热敏电阻来丈量呼吸的频率以及热气的状况。
再比方最常见的体表温度丈量进程,尽管看起来很简略,可是却有着杂乱的丈量机理。体表温度是由部分的血流量、下层组织的导热状况和表皮的散热状况等多种要素决议的,因而丈量皮肤温度要考虑到多方面的影响。热电偶式传感器被较多的运用到温度的丈量中,一般有杆状热电偶传感器和薄膜热电偶传感器。因为热电偶的尺度十分小,精度比较高的可做到微米的等级,所以可以比较精确地丈量出某一点处的温度,加上后期的剖析计算,可以得出比较全面的剖析成果。这是传统的水银温度计所不能比较的,也展现了运用新的技能给科学发展带来的宽广远景。
从以上的介绍可以看出,只是在生物医学方面,物理传感器就有着多种多样的运用。传感器的发展方向是多功用、有图画的、有智能的传感器。传感器丈量作为数据取得的重要手法,是工业出产甚至家庭生活所必不可少的器材,而物理传感器又是最一般的传感器宗族,灵活运用物理传感器必定可以创造出更多的产品,更好的效益。