第一章 傳感器概述

第一節(jié) 定義與作用

一、傳感器的概念

傳感器（transducer或sensor，簡(jiǎn)稱(chēng)為“TR”或“SE”）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的處理、傳輸、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。在現(xiàn)代智能控制技術(shù)中，傳感器在一定程度上起著延伸或替代人類(lèi)五官的作用。

現(xiàn)代傳感器的特點(diǎn)包括微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。從感知力、熱、光、電、磁、聲的傳感器，到感知觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等的傳感器，傳感器的存在和發(fā)展讓物體慢慢變得活了起來(lái)。通常根據(jù)傳感器的基本感知功能，可以分為熱敏元件、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共十大類(lèi)。圖1-1所示為光照度傳感器。

二、傳感器的定義與作用

（一）傳感器的定義

GB/T 7665-2005對(duì)傳感器的定義是：“能感受被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。

“傳感器”在新韋式大詞典中的定義是：“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。

在最廣泛的定義中，傳感器是一種設(shè)備、模塊或子系統(tǒng)，其目的是檢測(cè)環(huán)境中的事件或變化，并將信息發(fā)送給其他電子設(shè)備（通常是計(jì)算機(jī)處理器）。傳感器總是與其他電子設(shè)備一起使用。

傳感器的存在和發(fā)展，“讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)”。

（二）傳感器的主要作用

人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺(jué)器官。而單靠人們自身的感覺(jué)器官，只能是定性的感覺(jué)，如照明的“亮或暗”“色溫的高或低”等。在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中，它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為了適應(yīng)這種情況，就需要傳感器對(duì)自然現(xiàn)象予以量化，而且其結(jié)果應(yīng)該是“定值的”和“可重復(fù)得到的”。因此可以說(shuō)，傳感器是人類(lèi)五官的延伸，并且是更加精準(zhǔn)、可數(shù)字化的延伸，所以又稱(chēng)為“電五官”。

隨著新技術(shù)革命的到來(lái)，世界開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過(guò)程中，首先要解決的就是如何獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用到各種傳感器來(lái)監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程正常與否、監(jiān)視和控制相關(guān)參數(shù)是否在指標(biāo)要求范圍內(nèi)等，從而在一定條件下，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最優(yōu)的品質(zhì)。因此可以說(shuō)，沒(méi)有眾多的現(xiàn)代化傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)就失去了基礎(chǔ)。

在基礎(chǔ)學(xué)科研究中，傳感器更具有突出的地位。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了許多新領(lǐng)域，例如，在宏觀上，要觀察上千光年的茫茫宇宙；在微觀上，要觀察小到飛米（femtometer, fm，長(zhǎng)度單位）的粒子世界；在縱向上，要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的天體演化，以及短到微秒（μs）內(nèi)微粒的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對(duì)具有重要作用的各種尖端技術(shù)的探討和研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等。顯然，要獲取大量精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)人類(lèi)感官是無(wú)法直接獲取和判斷的，需要傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

許多基礎(chǔ)學(xué)科研究的障礙，首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn)，往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵技術(shù)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科和交叉學(xué)科開(kāi)發(fā)的先驅(qū)。

傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等極其廣泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)對(duì)各種各樣的傳感器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。由此可見(jiàn)，傳感技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用是顯而易見(jiàn)的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來(lái)，傳感技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)新的飛躍，達(dá)到與其重要地位相匹配的新水平。