國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是:“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律(數(shù)學函數(shù)法則)轉換成可用信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將檢測感受到的信息,按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。

一、主要特點

傳感器的特點包括:微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化,它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代,而且還可能建立新型工業(yè),從而成為21世紀新的經(jīng)濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術基礎上的,已成功應用在硅器件上做成硅壓力傳感器。

二、組成

傳感器一般由敏感元件、轉換元件、信號調理電路和輔助電路組成。但并不是所有的傳感器都必須包括敏感元件和轉換元件。

如果敏感元件直接輸出的是電量,它就同時兼為轉換元件,因此,敏感元件和轉換元件兩者合一的傳感器是很多的。例如:壓電晶體、熱電偶、熱敏電阻、光電器件等都是這種形式的傳感器。

1.敏感元件(預變換器):是指傳感器中能直接感受或響應被測量(非電量)并輸出與之成確定關系的其他量(非電量)的部分。

(在完成非電量到電量的變換時,并非所有的非電量都能利用現(xiàn)有手段直接變換為電量,往往是將被測非電量預先變換為另一種易于變換成電量的非電量,然后再變換為電量。能夠完成預變換的器件稱為敏感元件)。

2.轉換元件:是指傳感器中能將敏感元件感受或響應到的被測量轉換成適于傳輸或測量的可用輸出信號(一般為電信號)的部分。

3.信號調理電路:是能把轉換元件輸出的電信號轉換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路。

類型視轉換元件的分類而定,經(jīng)常采用的有電橋電路、放大器、振蕩器、阻抗變換、補償及其它特殊電路,如高阻抗輸入電路、脈沖調寬電路等。

4.輔助電路:通常指電源,即交、直流供電系統(tǒng)。

三、應用領域

1.環(huán)境保護

目前,地球的大氣污染、水質污濁及噪聲已嚴重地破壞了地球的生態(tài)平衡和我們賴以生存的環(huán)境,這一現(xiàn)狀已引起了世界各國的重視。為保護環(huán)境,利用傳感器制成的各種環(huán)境監(jiān)測儀器正在發(fā)揮著積極的作用。

中國現(xiàn)在的環(huán)境受到了極大的污染,主要是工業(yè)的發(fā)展造成了嚴重的污染。長江、黃河等水域都有不同程度的污染;空氣現(xiàn)在的空氣也不新鮮,特別是在有工業(yè)的地方,比如說PM2.5等超標;這些都是通過傳感器檢測出來的。

2.機器人

目前,在勞動強度大或危險作業(yè)的場所,已逐步使用機器人取代人的工作。一些高速度、高精度的工作,由機器人來承擔也是非常合適的。但這些機器人多數(shù)是用來進行加工、組裝、檢驗等工作,屑于生產(chǎn)用的自動機械式的單能機器人。在這些機器人身上僅采用了檢測臂的位置和角度的傳感器。

要使機器人和人的功能更為接近,以便從事更高級的工作,要求機器人能有判斷能力,這就要給機器人安裝物體檢口傳感器,特別是視覺傳感器和觸覺傳感器,使機器人通過視覺對物體進行識別和檢測,通過觸覺對物體產(chǎn)生壓覺、力覺、滑動感覺和重量感覺。這類機器人被稱為智能機器人,它不僅可以從事特殊的作業(yè),而且一般的生產(chǎn)、事務和家務,全部可由智能機器人去處理,這是現(xiàn)在發(fā)展機器人的主要研究對象之一。

3.家用電器

現(xiàn)代家用電器中普遍應用著傳感器。傳感器在電子爐灶、自動電飯鍋、吸塵器、空調器、電子熱水器、熱風取暖器、風干器、報警器、電樊斗、電風扇、游戲機、電子驅蚊器、洗衣機、洗碗機、照像機、電冰箱、彩色及平板電視機、錄像機、錄音機、收音機、影碟機及家庭影院等方面得到了廣泛的應用。

4.物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)指的是將無處不在(Ubiquitous)的末端設備(Devices)和設施(Facilities),包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等和“外在使能”(Enabled)的,如貼上RFID的各種資產(chǎn)(Assets)、攜帶無線終端的個人與車輛等“智能化物件或動物”或“智能塵埃”(Mote),通過各種無線/有線的長距離/短距離通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)互聯(lián)互通(M2M)、應用大集成(Grand Integration)、以及基于云計算的SaaS營運等模式,提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領導桌面(集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服務功能,實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營”一體化。簡單的講,物聯(lián)網(wǎng)是物與物、人與物之間的信息傳遞與控制,在物聯(lián)網(wǎng)應用中有三項關鍵技術其中就包括傳感器技術。

5.醫(yī)學

隨著醫(yī)用電子學的發(fā)展,僅憑醫(yī)生的經(jīng)驗和感覺進行診斷的時代將會結束。現(xiàn)在,應用醫(yī)用傳感器可以對人體的表面和內(nèi)部溫度、血壓及腔內(nèi)壓力、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、脈波及心音、心腦電波等進行高難度的診斷。顯然,傳感器對促進醫(yī)療技術的高度發(fā)展起著非常重要的作用。

6.遙感技術

衛(wèi)星遙感(satellite remote sensing)是航天遙感的組成部分,以人造地球衛(wèi)星作為遙感平臺,主要利用衛(wèi)星對地球和低層大氣進行光學和電子觀測。即從遠離地面的不同工作平臺上(如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機等)通過傳感器,對地球表面的電磁波(輻射)信息進行探測,并經(jīng)信息的傳輸、處理和判讀分析,對地球的資源與環(huán)境進行探測和監(jiān)測的綜合性技術。

在飛機及航天飛行器上裝用的傳感器是近紫外線、可見光、遠紅外線及微波等傳感器。在船舶上向水下觀測時多采用超聲波傳感器。例如,要探測一些礦產(chǎn)資源埋藏在什么地區(qū),就可以利用人造衛(wèi)星上的紅外接受傳感器從地面發(fā)出的紅外線的量進行測量,然后由人造衛(wèi)星通過微波再發(fā)送到地面站,經(jīng)地面站計算機處理,便可根據(jù)紅外線分布的差異判斷出埋有礦藏的地區(qū)。

7.軍事領域

現(xiàn)在的戰(zhàn)場都是信息化戰(zhàn)場,而信息化是絕對離不開傳感器的。可以說無時不用、無處不用,大到星體、兩彈、飛機、艦船、坦克、火炮等裝備系統(tǒng),小到單兵作戰(zhàn)武器;從參戰(zhàn)的武器系統(tǒng)到后勤保障;從軍事科學試驗到軍事裝備工程;從戰(zhàn)場作戰(zhàn)到戰(zhàn)略、戰(zhàn)術指揮;從戰(zhàn)爭準備、戰(zhàn)略決策到戰(zhàn)爭實施,遍及整個作戰(zhàn)系統(tǒng)及戰(zhàn)爭的全過程,而且必將在未來的高技術戰(zhàn)爭中促使作戰(zhàn)的時域、空域和頻域更加擴大,更加影響和改變作戰(zhàn)的方式和效率,大幅度提高武器的威力和作戰(zhàn)指揮及戰(zhàn)場管理能力。


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