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,敏傳感器,磁敏傳感器,敏傳感器,真空度傳感器,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最敏感的材料,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:
? a.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。
? b.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。
? c.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。
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己的優點和不足。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。
敏感元件的分類:
?
物理類,基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。
化學類,基于化學反應的原理。
生物類,基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。
通常據其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(還有人曾將敏感元件分46類)。
1)光纖傳感器
光纖傳感器技術是隨著光導纖維實用化和光通信技術的發展而形成的一門嶄新的技術。光纖傳感器與傳統的各類傳感器相比有許多特點,如靈敏度高。抗電磁干擾能力強,耐腐蝕,絕緣性好,結構簡單,體積小。耗電少,光路有可撓曲性,以及便于實現遙測等。
光纖傳感器一般分為兩大類,一類是利用光纖本身的某種敏感特性或功能制成的傳感器。稱為功能型傳感器;另一類是光纖僅僅起傳輸光波的作用,必須在光纖端面或中間加裝其他敏感元件才能構成傳感器,稱為傳光型傳感器。無論哪種傳感器,其工作原理都是利用被測量的變化調制傳輸光光波的某一參數,使其隨之變化,然后對已調制的光信號進行檢測,從而得到被測量。
光纖傳感器可以測量多種物理量。目前已經實用的光纖傳感器可測量的物理量達70多種,因此光纖傳感器具有廣闊的發展前景。
2)紅外傳感器
紅外傳感器是將輻射能轉換為電能的一種傳感器,又稱為紅外探測器。常見的紅外探測器有兩大類,熱探測器和光子探m器。熱探測器是利用人射紅外輻射引起探測器的敏感元件的沮度變化,進而使有關物理參數發生相應的變化,通過測量有關物理參數的變化來確定紅外探測器吸收的紅外輻射。熱探測器的主要優點是響應波段寬,可以在室沮下工作,使用方便。但是,熱探測器響應時間長,靈敏度較低,一般用于紅外輻射變化緩慢的場合。如光譜儀、測溫儀、紅外攝像等。光子紅外探測器是利用某些半導體材料在紅外輻射的照射下,產生光子效應,使材料的電學性質發生變化,通過測最電學性質的變化,可以確定紅外輻射的強弱。光子探測器的主要優點是靈敏度高,響應速度快,響應頻率高。但一般需在低溫下工作,探測波段較窄,一般用于側溫儀、航空掃描儀、熱像儀等。紅外傳感器廣泛用于測溫、成像、成分分析、無損檢測等方面,特別是在軍事上的應用更為廣泛,如紅外偵察、紅外雷達、紅外通信、紅外對抗等。
3)氣敏傳感器
氣敏傳感器是指能將被側氣體濃度轉換為與其成一定關系的電量輸出的裝置。氣敏傳感器的性能必須滿足下列條件:
(1)能夠檢淵易爆炸氣體的允許濃度、有害氣體的允許濃度和其他基準設定濃度。并能及時給出報薯、顯示與控制信號;
(2)對被側氣體以外的共存氣體或物質不敏感;
(3)長期穩定性好、重復性好
(4)動態特性好、響應迅速;
(5)使用、維護方便,價格便宜等。
4)生物傳感器
生物傳感器是利用生物或生物物質做成的、用以檢測與識別生物體內的化學成分的傳感器。生物或生物物質是指酶、微生物、抗體等,被側物質經擴散作用進人生物敏感膜,發生生物學反應(物理、化學反應),通過變換器將其轉換成可定量、可傳輸、處理的電信號。按照所用生物活性物質的不同,生物傳感器包括酶傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器、生物組織傳感器等。酶傳感器具有靈敏度高、選擇性好等優點,目前已實用化的商品達200種以上,但由于酶的提煉工序復雜,因而造價高,性能也不太穩定。微生物傳感器與酶傳感器相比,價格便宜,性能穩定,它的缺點是響應時間較長(數分鐘),選擇性差,目前微生物傳感器已成功應用于環境監測和醫學中,如測定水污染程度、診斷尿毒癥和搪尿病等。免疫傳感器的基本原理是免疫反應,目前已研制成功的免疫傳感器達兒十種以上。生物組織傳感器制作簡便,工作壽命長,在許多情況下可取代酶傳感器,但在實用化中還存在選擇性差、動植物材料不易保存等問題。目前生物傳感器的開發與應用正向著多功能化、集成化的方向發展。半導體生物傳感器是將半導體技術與生物技術相結合的產物,為生物傳感器的多功能化、小型化、微型化提供了重要的途徑。
5)機器人傳感器
機器人傳感器是一種能將機器人目標物特性(或參量)變換為電量輸出的裝置,機器人通過傳感器實現類似于人類的知覺作用。機器人傳感器分為內部檢測傳感器和外界檢測傳感器兩大類。內部檢測傳感器是在機器人中用來感知它自己的狀態,以調整和控制機器人自身行動的傳感器。它通常由位置、加速度、速度及JR力傳感器組成。外界檢測傳感器是機器人用以感受周圍環境、目標物的狀態特征信息的傳感器。從而使機器人對環境有自校正和自適應能力。外界槍側傳感器通常包括觸覺、接近覺、視覺、聽覺、嗅覺、味覺等傳感器。機器人傳感器是機器人研究中必不可缺的重要課題,需要有更多的、性能更好的、功能更強的、集成度更高的傳感器來推動機器人的發展。
6)智能傳感器
智能傳感器是一種帶有微處理機的,兼有信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。
3.數字傳感器
數字式傳感器是指能把被測(模擬)量直接轉換成數字徽輸出的傳感器。數字式傳感器是檢測技術、微電子技術和計算機技術相結合的產物,是傳感器技術發展的另一個重要方向。
數字式傳感器可分為三類:一是直接以數宇量形式輸出的傳感器,如絕對編碼器可以將位移鰭直接轉換成數字量。二是以脈沖形式愉出的傳感器。如增量編碼器、光柵、磁柵和感應同步器可以將位移量轉換成一系列計數脈沖,再由計數系統所計的脈沖個數來反映被側量的值;三是以頻率形式輸出的傳感器,能把被測量換成與之相對應的、且便于處理的頻率輸出,因此也叫做頻率式傳感器。數字式傳感器在機床數控、自動化和計量、檢測技術中得到日益廣泛的應用。