什么是传感技术

3.1传感技术概述

一、传感器的定义

传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条

件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），井将探知的信息传递给其他装置

或器官。

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一

定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传

感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，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。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

二、传感器的分类

可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理（传感器工作的基本

物理或化学效应）；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工

艺等。

根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：

传感器工作原理的分类

物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、

热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变叱都将转换成电信号。

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，

被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

常见传感器的应用领域和工作原理列于下。

1.按照其用途，传感器可分类为：

1）压力敏传感器

2）位置传感器

3）液面传感器

4）能耗传感器

5）速度传感器

6）加速度传感器

7）射线辐射传感器

8）热敏传感器

2.按照其原理，传感器可分类为：

1）振动传感器

2）湿敏传感器

3）磁敏传感器

4）气敏传感器

5）真空度传感器

6）生物传感器

3以其输出信号为标准可将传感器分为：

模拟传感器一一将被测量的非电学量转换成模拟电信号。

数字传感器一一将被测量的非电学量转换成数字输出信号（包括直接和间接

转换）。

开关传感器一一当一个被测量的信号达到某人特定的阈值时，传感器相应地

输出一个设定的低电平或高电平信号。

在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们

中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传

感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：

（1）按照其所用材料的类别分

1）金属

2）聚合物

3）陶瓷

4）混合物

（2）按材料的物理性质分

1）导体

2）绝缘体

3）半导体

4）磁性材料

（3）按材料的晶体结构分

1）单晶

2）多品

3）非晶材料

现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开

发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。

按照其制造工艺，可以将传感器区分为：

1）集成传感器

2）薄膜传感器

3）厚膜传感器

4）陶瓷传感器

集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。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。

薄膜传感器则是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。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。

厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是

A1203制成的，然后进行热处理.，使厚膜成形。

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。

完成适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共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷

工艺的一种变型。

每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投

入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。

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、温度等这些

物理量转换式成电阻值这样的一种器件。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。

能够实现力一电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电

容式等。电磁力式主要用于电子天平，电容式用于部分电子吊科、而绝大多数衡

器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器结构较简单，

准确度高，适用面广，且能够在相对比较差的环境下使用。因此电阻应变式称重

传感器在衡器中得到了广泛地运用。

电阻应变式传感器

传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变,

从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属

应变片有金属丝式、箱式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝

式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。

压阻式传感器

压阻式传感滞是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散

电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电

桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产

生相应的不平衡输出。

用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和错片，硅片为敏

感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速

度的固态压阻式传感器应用最为普遍。

热电阻传感器

热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行

温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铅和铜，此外,

现在已开始采用银、镒和铝等材料制造热电阻。

热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及

与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。

目前较为广泛的热电阻材料为钳、铜、镇等，它们具有电阻温度系数大、线性好、

性能稳定、使用温度范围宽、加T容易等特点。用于测量-200℃〜+500℃范围内

的温度。

温度传感器

1、室温管温传感器：

温度传感器的种类很多，现在经常使用的有热电阻：PT100、PT100用0150、

CulOO；热电偶：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不同发生有规律的变化的原

理，我们可以得到所需要测量的温度值。

光敏传感器

光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电

倍增管、光敏电阻、光敏三极管、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。光传感器不只局限于对光1勺探

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的变化即可。光传感潜是目前产量最多、应用最广的传感

器之一，它在自动控制和非电量电测技术［3］中占有非常重要的地位。最简单的

光敏传感器是光敏电阻，当光子冲击接合处就会产生电流。

湿度传感器资讯

陶瓷湿敏传感器是近年来大力发展的一种新型传感器。优点在于能耐高温,

湿度滞后，响应速度快，体积小，便于批量生产，但由于多孔型材质，对尘埃影

响很大，口常维护频繁，时常需要电加热加以清洗易影响产品质量，易受湿度影

响，在低湿高温环境下线性度差，特别是使用寿命短，长期可靠性差，是此类湿

敏传感器迫切解决的问题。

当前在湿敏元件的开发和研究中，电阻式湿度传感器应当最适用于湿度控制

领域，其代表产品氯化锂湿度传感器具有稳定性、耐温性和使用寿命长多项重要

的优点，氯化锂湿敏传感器已有了五十年以上的生产和研究的历史,有着多种多

样的产品型式和制作方法，都应用了氯化锂感湿液具备的各种优点尤其是稳定性

最强。

氯化锂湿敏器件属于电解质感湿性材料，在众多的感湿材料之中，首先被人

们所注意并应用于制造湿敏器件，氯化锂电解质感湿液依据当量电导随着溶液浓

度的增加而下降。电解质溶解于水中降低水面上的水蒸气压的原理而实现感

湿。

氯化锂湿敏器件的衬底结构分柱状和梳妆，以氯化锂聚乙烯醇涂覆为主要成

份的感湿液和制作金质电极是氯化锂湿敏器件的三个组成部分。多年来产品制作

不断改进提高，产品性能不断得到改善，氯化锂感湿传感器其特有的长期稳定性

是其它感湿材料不可替代的，也是湿度传感器最重要的性能。在产品制作过程中，

经过感湿混合液的配制和工艺上的严格控制是保持和发挥这一特性的关键。

生物传感器生物传感器的概念

生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）

与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，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（生物膜）及能把

生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（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。

生物传感器的原理

待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反应，产

生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经

二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。

生物传感器的分类

按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感

器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA传感器等等

按照传感器器件检测的原理分类，可分为：热敏生物传感器、场效应管生

物传感器、压电生物传感器、光学生物传感器、声波道生物传感器、酶电极生物

传感器、介体生物传感器等。

按照生物敏感物质相互作用的类型分类，可分为亲和型和代谢型两种。UV

AT210是一个近紫外波光电传感器，可见光范围不响应，输出电流与紫外指数

呈线性关系。适用于手机、PDA、MP4等便携式移动产品测量紫外指数，随时提

醒人们(特别是女士)紫外线的强度并注意防晒，也适用于紫外波段的检测器、

紫外线指数检测器。

紫外传感器

(1)电气特性

采用氮化像基材料：

PIN型光电二极管；

光伏工作模式；

对可见光无响应；

暗电流低;

输出电流与紫外指数成线性关系。

符合欧盟RoHS指令，无铅、无镉

(2)典型应用

测量紫外指数：手机、数码相机、MP4、PDA、GPS等携式移动产品；

用于紫外检测器：全部紫外线波段的检测器、单UV-A波段检测器、紫外线

指数检测器、紫外线杀菌灯辐照检测器。

汽车传感器

(1)基本概述

车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息,

如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便

发动机处于最佳工作状态。车用传感器很多，判断传感器出现的故障时，不应只

考虑传感器本身，而应考虑出现故障的整个电路°因此，在查找故障时，除了检

查传感器之外，还要检查线束、插接件以及传感器与电控单元之间的有关电路。

(2)详细介绍

现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用