传感器技术大爆发：被列为十大科技之首，重要性堪比芯片 - 传感器展

文 | 淩轩

●—? 传感装置 ?—●

传感器就是能察觉某种物理量或者环境有变化，然后把这变成能测量的信号的一种设备。传感器的作用是搜集信息，再转化成能拿来显示、记录、控制或者接着处理的那种形式。

传感器能用来测量好多不一样的物理量，像温度、压力、光强、湿度、速度之类的。传感器的应用领域特别广，不管是家用电子产品，还是高端科学研究，都得靠传感器帮忙。

传感器依照它的工作原理以及应用领域能够划分成好多类型。常见的传感器分类有：

电阻型传感器，它是按照物体的电阻会随着被测量的量发生改变这一原理来运作的。就像热敏电阻传感器，能依据温度的改变来调整电阻值，以此去测量温度。

电容型传感器，这玩意儿是根据电容会随着外界物体或者环境的变化而出现改变的原理来干活的。就好比湿度传感器，它靠材料的相对湿度对电容值的影响去测量湿度。

电感型传感器，这玩意儿是依据电感值会随着受测量的量改变而改变的道理来干活的。比如说，用来测金属的金属探测器，它就属于电感型传感器。

光电传感器，这玩意儿是利用光的特点去检测或者测量目标的。比如说，它能用来测量物体的距离、颜色还有反射率啥的。

磁电传感器，这玩意儿是依靠磁电效应来察觉和测量物理量的传感器。就比如说，霍尔效应传感器能够拿来测量磁场的强度与方向。

传感器的根本原理在于把感知到的物理量转变成方便测量与处理的信号。下面给您说说几种常见传感器的根本原理：

电阻型传感器的原理是，它依照电阻会随着被测量的量发生变化而改变这一特性去测量物理量。比如说，热敏电阻传感器借助材料对温度的敏感性，使得电阻值会随着温度改变。通过测量电阻值就能得到温度方面的信息。

电容型传感器的原理是，它凭借电容会随着被测量的量发生变化而改变的特点来测量物理量。比如说，湿度传感器靠材料的相对湿度对电容值产生影响，这样就能得到湿度的信息。

电感型传感器的原理是，它凭借电感值会随着所测量量的变化而发生改变这一特点来测量物理量。就像金属探测器，通过目标金属的磁感应特点让电感值产生变化，进而能检测出金属。

光电传感器的原理是啥？光电传感器借助光的特点来感知与测量目标。比如说，依靠光电二极管与光敏电阻的搭配，光电传感器能够完成对物体距离、颜色、反射率之类的测量。

磁电传感器的原理在于，磁电传感器依靠磁电效应去感知与测量物理量。像霍尔效应传感器，就是利用半导体材料里的载流子在磁场中发生偏转形成的电势差，来测量磁场的强度与方向。

传感器能依照不同的标准来划分种类。通常来讲，咱们能从广义跟狭义这两个方面给传感器分类。

模拟传感器，它输出的信号属于连续变化的那种模拟信号。就好比热敏电阻传感器，会按照温度的变化输出持续改变的电阻值。

数字传感器，它输出的信号是离散的那种数字信号。在传感器里边，模拟信号会通过模数转换器给转变成数字信号再输出。就像数字温度传感器，会把温度值变成数字编码输出。

光学传感器，这玩意儿利用光的特点去检测或者测量目标物体的各种属性。比如说，光电二极管跟光敏电阻搭配一块，就能测量物体的距离、颜色、反射率啥的。

压力传感器，这东西是用来测量气体或者液体压力变化的。常见的用它的地方有汽车轮胎压力的监测、工业过程的控制等等。

温度传感器，这东西是用来测量物体或者环境温度的。常见的温度传感器有热敏电阻、热电偶以及热电阻。

湿度传感器，这东西是用来测量空气里湿度的。在气象学、农业、暖通空调这些领域，它的应用特别广泛。

加速度传感器，这玩意儿能测物体的加速度还有振动。在汽车、航空航天以及工业监测领域，都有着很重要的用处。

陀螺仪传感器，这玩意儿能测量角速度跟角位移。在飞行器、导航装置还有虚拟现实技术里起着关键作用。

气体传感器能检测空气中特定气体的浓度，像氧气传感器、甲烷传感器之类的都属于气体传感器。

●—? 关于传感器的工作原理 ?—●

传感器的灵敏度说的是传感器输出的信号针对输入物理量变化的响应情况。灵敏度越高，传感器检测微小变化的本事就越大。

灵敏度一般拿斜率来讲，就是输出信号的变化数值跟输入物理量变化数值的比。挑传感器的时候，得按照具体应用场景的需求选恰当的灵敏度，这样才能保证信号准确。

分辨率说的是传感器输出的信号能分辨出的最小的物理量改变。分辨率要是越高，那传感器输出信号的变化就越细致，能给出更精准的信息。

分辨率一般用传感器的位数展现，像 8 位、10 位之类的。但是呢，把分辨率提高的话，传感器的成本和复杂程度也会跟着上升，所以在实际运用的时候得好好衡量一下。

传感器的响应时间说的是从传感器察觉到输入物理量有变化，一直到输出信号稳定所花的时间。响应时间要是短，那传感器对快速变化的物理量就能更快做出反应。响应时间既受传感器自身结构和工作原理左右，也受外部环境条件制约。

线性度说的是传感器输出的信号跟输入的物理量之间线性关系的好坏程度。理想来讲，传感器输出的信号得和输入物理量成正比例，也就是得是完全线性的关系。可实际上，传感器都有一些非线性的误差，所以得做校准和补偿，这样才能让线性度变好。

温度效应说的是传感器的输出信号会因为环境温度改变而出现偏移。这是好多传感器都常见的毛病，尤其在高温或者低温的环境里。

在一些对温度很敏感的应用里，得挑温度效应比较低的传感器，要不就靠温度补偿去把温度带来的影响给校正了。

噪声说的是传感器输出信号里存在的随机起伏，这会对信号的稳定和精确造成影响。传感器的噪声一般是由好多因素导致的，像电子元件产生的噪声、外部的干扰之类的。把噪声降低对于提升信号质量和抗干扰的本事特别关键。

光学传感器的运行原理在于借助光的传播、吸收以及散射这类特性，跟目标物体产生相互作用，从而感知目标的信息。

光学传感器一般是由发光的部分和接收的部分构成的。发光部分会发射出光信号，接收部分能接收目标物体反射或者透过的光信号，然后把它转变成电信号来处理。

光学传感器能分成主动式跟被动式这两类。主动式的光学传感器就是传感器自己发射光信号，然后凭借测量光信号的散射、吸收或者相位变化去感知目标的信息。被动式的光学传感器是接收目标物体自己发出来的光信号，像红外传感器就是用来检测目标的热辐射。

在光学传感器里，常见的感光部件有光敏电阻、光敏二极管、光电二极管以及光电探测器等等。这些感光部件可以把光信号变成电信号，然后再进行放大和处理。

光敏电阻属于一种光敏材料，它的电阻值会跟着光照强度的改变而改变，在简单的光敏检测应用里用得挺广泛。

光敏二极管和光电二极管属于基于 PN 结的光电转换器件，可以把光信号变成电流信号。光电探测器是那种灵敏度很高的光电转换器件，常常在高精度光学测量的领域被用到。

在光学传感器里，采集与转换光学信号属于关键的步骤。借助恰当的光学元件，传感器就可以精确感知目标物体发出的光信号。

光学信号的采集跟转换能通过透射、反射或者散射等各类方式来进行，这得看目标物体的特性以及传感器的应用情况。在工业自动化领域，常见的光学信号采集组件有激光传感器、光纤传感器以及光栅传感器等等。

在工业自动化领域，光电传感器在自动生产线上被广泛用在物体检测以及位置测量这类任务当中。光电传感器可以凭借检测光信号是被遮挡还是反射，来判别物体存不存在，进而达成物体的计数和分拣工作。

在装配线上，光电传感器能够检测零件的位置与方向，达成自动化装配。另外，它还能检测机器人末端执行器的位置和姿态，做到精确的自动化操作。

激光测距传感器属于高精度的光学传感器，它能凭借测量激光光束的时间飞行或者相位差，达成对目标物体距离的测量。

●—? 物理量传感器的使用情况 ?—●

热敏电阻就是凭借电阻会跟着温度改变这一特性来测量温度的传感器。热敏电阻一般是用金属、半导体或者陶瓷这类材料做出来的，温度一有变化，材料的电阻值就跟着变。

最常见的热敏电阻材料有铂（像 PT100、PT1000）、镍（比如 Ni100、Ni1000）以及铜（像 Cu50）之类的。热敏电阻的优点在于精度挺高、响应速度挺快、成本不高，能在很广泛的温度范围内使用。

热电偶就是借助两种不一样的金属或者合金的热电效应来测温度的传感器。要是两种金属的焊点处在不一样的温度下，就会出现热电势，依靠测量这个热电势就能晓得温度是多少。

热电偶精度高、稳定性不错，还能耐高温，适合拿来测量高温环境中的温度。常见的热电偶有 K 型、J 型、T 型以及 E 型等等，每一种在不一样的温度范围和应用场景里都有各自的特点。

半导体温度传感器是凭借半导体材料电阻跟温度的关系来测温度的。这种传感器个头小、响应快还精度高，适合那些要小尺寸和高精度的应用场景。常见的半导体温度传感器是硅基的，像 LM35 以及 DS18B20 之类的。

红外温度传感器呢，是靠物体辐射的红外能量跟其温度的关系来测温度的。它能进行非接触式测量，在那些对温度测量对象不能有破坏性的场合很适用。这种传感器在工业、医疗还有消费电子等领域都用得挺广泛。

生化传感器就是那种借助生物体内的生化反应，或者生物分子跟特定分子之间的相互作用，从而达成检测和测量目的的传感器。

生化传感器一般是由生物识别的元素以及信号转换的元件构成的。生物识别元素像抗体、酶、核酸或者细胞之类的，能够跟目标分子或者反应进行特异性的结合或者反应。

信号转换元件能把生物反应变成电学信号，像电流、电压或者阻抗之类的，这样就能对目标分子或者反应进行定量测量啦。

生化传感器属于依据生物学原理及技术的一类传感器，能对生物体内外的生化分子还有反应过程进行检测与测量。在生物工程和药物研发这两个领域，生化传感器的应用越来越普遍，给疾病诊断、药物筛选以及治疗之类的方面，提供了很有力的工具。