一、傳感(gan)器的定義
信(xin)息(xi)處理(li)技術取得(de)的(de)(de)進展(zhan)以及微處理(li)器(qi)(qi)和(he)計算機(ji)技術的(de)(de)高速發展(zhan)，都需要在(zai)(zai)傳感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)開發方面有相應的(de)(de)進展(zhan)。微處理(li)器(qi)(qi)現在(zai)(zai)已(yi)(yi)經在(zai)(zai)測量(liang)和(he)控制(zhi)系統(tong)中得(de)到了(le)廣泛的(de)(de)應用(yong)。隨(sui)著(zhu)這些系統(tong)能(neng)力的(de)(de)增強，作為(wei)(wei)信(xin)息(xi)采集系統(tong)的(de)(de)前端(duan)單元，傳感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)作用(yong)越來(lai)越重要。傳感(gan)器(qi)(qi)已(yi)(yi)成(cheng)為(wei)(wei)自動化系統(tong)和(he)機(ji)器(qi)(qi)人(ren)技術中的(de)(de)關鍵部件，作為(wei)(wei)系統(tong)中的(de)(de)一個(ge)結構(gou)組(zu)成(cheng)，其(qi)重要性變得(de)越來(lai)越明顯。
zui廣義地來說(shuo)，傳感(gan)器(qi)是一(yi)(yi)種能把物理(li)量(liang)(liang)或化學量(liang)(liang)轉(zhuan)變(bian)成(cheng)(cheng)便于(yu)利用的(de)(de)電(dian)信號的(de)(de)器(qi)件(jian)。電(dian)工委員會（IEC:International Electrotechnical Committee）的(de)(de)定義為：“傳感(gan)器(qi)是測(ce)量(liang)(liang)系統中的(de)(de)一(yi)(yi)種前置部件(jian)，它將輸入變(bian)量(liang)(liang)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)(cheng)可供測(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)信號”。按照Gopel等的(de)(de)說(shuo)法(fa)是：“傳感(gan)器(qi)是包(bao)括承載體和電(dian)路連(lian)接的(de)(de)敏(min)感(gan)元件(jian)”，而“傳感(gan)器(qi)系統則是組合有(you)某種信息處理(li)（模擬或數字）能力的(de)(de)傳感(gan)器(qi)”。傳感(gan)器(qi)是傳感(gan)器(qi)系統的(de)(de)一(yi)(yi)個組成(cheng)(cheng)部分，它是被測(ce)量(liang)(liang)信號輸入的(de)(de)*道關(guan)口。
傳感器系統的原則框圖示于圖1-1，進入傳感器的信號幅度是很小的，而且混雜有干擾信號和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號整形成具有*特性的波形，有時還需要將信號線性化，該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號隨后轉換成數字信號，并輸入到微處理器。
德國(guo)和俄羅斯學者認為(wei)傳感器應是由二部分組成的(de)(de)，即直接(jie)感知被測量信(xin)號的(de)(de)敏(min)感元件部分和初始處理信(xin)號的(de)(de)電路(lu)部分。按這(zhe)種理解，傳感器還包含了信(xin)號成形(xing)器的(de)(de)電路(lu)部分。
傳(chuan)感(gan)器系統的性能(neng)主要取(qu)決于傳(chuan)感(gan)器，傳(chuan)感(gan)器把某種(zhong)形(xing)式(shi)的能(neng)量(liang)(liang)轉換成(cheng)另一(yi)種(zhong)形(xing)式(shi)的能(neng)量(liang)(liang)。有兩類傳(chuan)感(gan)器：有源(yuan)的和無(wu)源(yuan)的。有源(yuan)傳(chuan)感(gan)器能(neng)將一(yi)種(zhong)能(neng)量(liang)(liang)形(xing)式(shi)直接(jie)(jie)轉變成(cheng)另一(yi)種(zhong)，不需(xu)要外接(jie)(jie)的能(neng)源(yuan)或(huo)激(ji)勵源(yuan)（參(can)閱(yue)圖1-2（a））。
有源(yuan)（a）和無源(yuan)（b）傳感器的信號流程(cheng)
無源傳感器不能直接轉換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能
傳感器承擔將某個對象或過程的特定特性轉換成數量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態可以是靜態的，也可以是動態（即過程）的。對象特性被轉換量化后可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質的，也可以是化學性質的。按照其工作原理，傳感器將對象特性或狀態參數轉換成可測定的電學量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統加以評測或標示。
各種物(wu)理效(xiao)應(ying)和工作機理被(bei)(bei)用(yong)于(yu)(yu)制作不同功能的(de)(de)傳感(gan)(gan)器(qi)。傳感(gan)(gan)器(qi)可以(yi)直接(jie)接(jie)觸(chu)被(bei)(bei)測量對象，也可以(yi)不接(jie)觸(chu)。用(yong)于(yu)(yu)傳感(gan)(gan)器(qi)的(de)(de)工作機制和效(xiao)應(ying)類型不斷增加，其包含的(de)(de)處理過程(cheng)日益完善。
常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：
光敏傳感器——視覺 聲敏傳感器——聽覺
氣敏傳感器——嗅覺 化學傳感器——味覺
壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺
與當代(dai)的(de)傳感(gan)(gan)器相比，人(ren)類的(de)感(gan)(gan)覺能(neng)力好得多，但也有一些傳感(gan)(gan)器比人(ren)的(de)感(gan)(gan)覺功能(neng)*，例如人(ren)類沒有能(neng)力感(gan)(gan)知(zhi)紫外或紅外線輻(fu)射(she)，感(gan)(gan)覺不到電磁(ci)場(chang)、無色(se)無味(wei)的(de)氣(qi)體等。
對傳感器(qi)設定了許多技術要求(qiu)，有一些是對所(suo)有類型傳感器(qi)都(dou)適用的，也有只對特(te)定類型傳感器(qi)適用的特(te)殊要求(qiu)。針對傳感器(qi)的工作原理和結構(gou)在不同(tong)場合均需要的基本要求(qiu)是：
高靈(ling)敏(min)度 抗干擾的穩定性(xing)（對噪聲不敏(min)感） 線性(xing) 容易調節（校準簡易）
高精度 高可(ke)靠性(xing)(xing) 無遲滯性(xing)(xing) 工(gong)作壽命長（耐用性(xing)(xing)）
可重復性 抗(kang)(kang)老化(hua) 高(gao)響(xiang)應速率 抗(kang)(kang)環境影(ying)響(xiang)（熱、振動、酸、堿、空氣、水、塵埃）的(de)能力
選擇(ze)性(xing)(xing) 安全性(xing)(xing)（傳感器應是無污染的(de)） 互換性(xing)(xing) 低成本
寬測量范圍 小尺寸、重量輕和高強度 寬工作溫度范圍
二、傳感器的分類
可以用(yong)不同的觀點對(dui)傳(chuan)感(gan)器進行分類：它們的轉換原理（傳(chuan)感(gan)器工作的基本(ben)物理或(huo)化(hua)學(xue)效(xiao)應）；它們的用(yong)途；它們的輸出信(xin)號類型以及制(zhi)作它們的材料和工藝等。
根據傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學傳感器二大類
傳感器工作原理的分類物理傳感器應用的是物理效應，諸如壓電效應，磁致伸縮現象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應。被測信號量的微小變化都將轉換成電信號。
化(hua)(hua)學(xue)傳感器包括那些以化(hua)(hua)學(xue)吸附、電(dian)化(hua)(hua)學(xue)反應等(deng)現象(xiang)為因(yin)果(guo)關系(xi)的(de)傳感器，被測信(xin)號(hao)量的(de)微(wei)小變化(hua)(hua)也將轉(zhuan)換成(cheng)電(dian)信(xin)號(hao)。
有些傳(chuan)感(gan)(gan)器既不能劃分到物(wu)理類(lei)，也不能劃分為(wei)化學類(lei)。大多數傳(chuan)感(gan)(gan)器是以物(wu)理原理為(wei)基(ji)礎運作的。化學傳(chuan)感(gan)(gan)器技術問(wen)題較多，例(li)如(ru)可靠性問(wen)題，規模生產的可能性，價格(ge)問(wen)題等，解決了這類(lei)難題，化學傳(chuan)感(gan)(gan)器的應用將會有巨大增長。
常見傳(chuan)感器的應用領域和工(gong)作原理列于表1.1。
按照其用途，傳感器可分類為：
壓力敏和力敏傳感器 位置傳感器
液面傳感器 能耗傳感器
速度傳感器 熱敏傳感器
加速度傳感器 射線輻射傳感器
振動傳感器 濕敏傳感器
磁敏傳感器 氣敏傳感器
真空度傳感器 生物傳感器等。
以其輸出信號為標準可將傳感器分為：
模擬傳感器——將被測量的非電學量轉換成模擬電信號。
數字傳感器——將被測量的非電學量轉換成數字輸出信號（包括直接和間接轉換）。
膺數字傳感器——將被測量的信號量轉換成頻率信號或短周期信號的輸出（包括直接或間接轉換）。
開關傳感器——當一個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應地輸出一個設定的低電平或高電平信號。
在外界因素的作用下，所有材料都會作出相應的、具有特征性的反應。它們中的那些對外界作用zui敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用來制作傳感器的敏感元件。從所應用的材料觀點出發可將傳感器分成下列幾類：
（1）按照其所用材料的類別分
金屬 聚合物 陶瓷 混合物
（2）按材料的物理性質分 導體 絕緣體 半導體 磁性材料
（3）按材料的晶體結構分
單晶 多晶 非晶材料
與采用新材料緊密相關的傳感器開發工作，可以歸納為下述三個方向：
（1）在已知的材料中探索新的現象、效應和反應，然后使它們能在傳感器技術中得到實際使用。
（2）探索新的材料，應用那些已知的現象、效應和反應來改進傳感器技術。
（3）在研究新型材料的基礎上探索新現象、新效應和反應，并在傳感器技術中加以具體實施。
現代傳感器制造業的進展取決于用于傳感器技術的新材料和敏感元件的開發強度。傳感器開發的基本趨勢是和半導體以及介質材料的應用密切關聯的。表1.2中給出了一些可用于傳感器技術的、能夠轉換能量形式的材料。
按照其制造工藝，可以將傳感器區分為：
集成傳感器薄膜傳感器厚膜傳感器陶瓷傳感器
集成傳感器是用標準的生產硅基半導體集成電路的工藝技術制造的。通常還將用于初步處理被測信號的部分電路也集成在同一芯片上。
薄膜傳感器則是通過沉積在介質襯底（基板）上的，相應敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時，同樣可將部分電路制造在此基板上。
厚膜傳感器是利用相應材料的漿料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后進行熱處理，使厚膜成形。
陶瓷傳感器采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝（溶膠-凝膠等）生產。
完成適當的預備性操作之后，已成形的元件在高溫中進行燒結。厚膜和陶瓷傳感器這二種工藝之間有許多共同特性，在某些方面，可以認為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變型。
每種工藝技術都有自已的優點和不足。由于研究、開發和生產所需的資本投入較低，以及傳感器參數的高穩定性等原因，采用陶瓷和厚膜傳感器比較合理。
