传感器的关键组成部分是敏感元件,而敏感元件又分为几个大类。
(1)物理类:基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。
(2)化学类:基于化学反应的原理。
(3)生物类:基于酶、抗体和激素等分子识别功能。
根据其基本感知功能,敏感元件可分为热敏元件、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。
从具体的应用上,常见的传感器有以下几类。
(1)电阻式传感器。
电阻式传感器是将被测量,如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等物理量转换成电阻阻值的一种器件,主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。其中温度传感器就是常用的一种。
温度传感器的种类很多,经常使用的有热电阻,如PT100、PT1000、Cu50、Cu100;热电偶,如B、E、J、K、S等。温度传感器不但种类繁多,而且组合形式多样,应根据不同的场所选用合适的产品。
测温原理:根据电阻阻值、热电偶的电势随温度发生变化的原理,我们可以得到所需要测量的温度值。
(2)激光传感器。
激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表的重要器件,它的优点是能实现无接触远距离测量,具有速度快,精度高,量程大,抗光、抗电干扰能力强等特点。
(3)霍尔传感器。
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,广泛地应用于工业自动化、检测及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基础。通过用霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
目前,作为轻便交通工具的电动自行车就是采用霍尔传感器来控制车速的。
(4)光敏传感器。
光敏传感器是非常常见的传感器,它的种类繁多,主要有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏晶体管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD图像传感器和CMOS图像传感器等。它的敏感波长在可见光波长附近,包括红外线波长和紫外线波长。
光敏传感器是产量多、应用广的传感器,它在自动控制和非电量电测量技术中占有非常重要的地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻,当光子冲击接合处时就会产生电流。
光敏传感器不局限于对光的探测,它还可以作为探测元件组成其他传感器,对许多非电量进行检测,只要将这些非电量转换为光信号即可,如光电耦合器等还可以实现对输入输出的隔离。
(5)生物传感器。
生物传感器是将生物活性材料(酶、DNA、抗体、抗原、生物膜等)与物理化学换能器有机结合的一种传感器,使用生物传感器是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法,也是物质分子水平的快速、微量分析方法。
各种生物传感器有以下共同的结构:包括一种或数种相关生物活性材料及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理换能器或化学换能器(传感器),二者组合在一起,用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工,构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。
(6)智能传感器。
智能传感器是通过模拟人的感官和大脑的协调动作,结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的,是一个相对独立的智能单元,它的出现使得对原来的硬件性能的苛刻要求有所降低,依靠软件的帮助可以使传感器的性能大幅度提高。
(7)视觉传感器。
视觉传感器具有从一整幅图像捕获光线的数以千计像素的能力,图像的清晰和细腻程度常用分辨率(单位面积的像素数量)表示。
在捕获图像之后,视觉传感器可将图像与内存中存储的基准图像进行比较,以做出分析。例如,视觉传感器被设定为辨别正确地插有8颗螺栓的机器部件,则会拒收只有7颗螺栓的部件,或者螺栓未对准的部件,此外,无论该机器部件位于视场中的哪个位置,无论该部件是否在360度范围内旋转,视觉传感器都能做出判断。
(8)位移传感器。
位移传感器又称为线性传感器,是把位移转换为电量的传感器。按照组成位移传感器敏感元件的不同,位移传感器可分为电感式位移传感器、电容式位移传感器、光电式位移传感器、超声波式位移传感器、霍尔式位移传感器等。
(9)压力传感器。
压力传感器是工业实践中较为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自动控制环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
(10)超声波测距传感器。
超声波测距传感器采用超声波回波测距原理,运用精确的时差测量技术,检测传感器与目标物之间的距离,采用小角度、小盲区超声波传感器,具有测量准确、无接触、防水、防腐蚀、低成本等优点,可应用于液位、物位检测,特有的液位、料位检测方式,可保证在液面有泡沫或大的晃动而不易检测到回波的情况下有稳定的输出,可应用于液位检测、物位检测、料位检测、工业过程控制等。
传感器按照不同的用途、工作原理、输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等还可以分为不同的类型。
(1)按用途分类。
按用途分类,传感器可分为压力传感器、位置传感器、液位传感器、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。
(2)按工作原理分类。
按工作原理分类,传感器可分为振动传感器、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。
(3)按输出信号分类,传感器可分为以下几种。
① 模拟传感器:将被测量的非电学量转换成模拟量。
② 数字传感器:将被测量的非电学量转换成数字量,包括直接转换和间接转换。
③ 膺数字传感器:将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号,包括直接或间接转换。
膺数字传感器类似数字传感器,接近开关、光电开关等都是数字传感器,因为都可以将信号以脉冲的方式提供给控制器来使用。
膺数字传感器的代表产品为旋转编码器,如增量型旋转编码器,旋转一圈输出固定的脉冲数,如1000脉冲的,转1圈则输出1000个脉冲,通过这个功能可以测量出长度、速度等。旋转编码器在电梯电气控制系统中被广泛使用。
④ 开关传感器:当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时,传感器相应地输出一个设定的低电平信号或高电平信号。
(4)按制造材料和工艺分类,传感器可分为以下几种。
① 集成传感器:用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的传感器,通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。
② 薄膜传感器:通过沉积在介质衬底(基板)上的相应敏感材料的薄膜形成的传感器。使用混合工艺时,同样可将部分电路制造在此同一基板上。
③ 厚膜传感器:利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成,基片通常用是Al 2 O 3 制成的,然后进行热处理,使厚膜成形。
④ 陶瓷传感器:采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶、凝胶等)生产的传感器。完成适当的预备性操作之后,将已成形的元件在高温中进行烧结。
厚膜传感器和陶瓷传感器有许多共同特性,在某些方面,可以认为厚膜传感器是陶瓷传感器的另一种形式。