傳感器在自動化領(lǐng)域、人工智能領(lǐng)域應(yīng)用極為普遍，在一定程度上講，傳感技術(shù)的發(fā)展決定著人工智能技術(shù)、自動控制技術(shù)發(fā)展！作為在人工智能系統(tǒng)中的一種前向通道元器件，我們把傳感器形象比喻為人類的五官承擔(dān)著采集和轉(zhuǎn)換信息的任務(wù)，它能將感受到的光亮度、溫度、聲音、壓力、流量、顏色、位移、質(zhì)量、加速度等等物理量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可以測量的電壓信號或電流信號，因此，傳感器被稱之為電五官。因此傳感器是自動控制系統(tǒng)或人工智能獲取信息的重要器件。比如在航天航空、電力交通、冶金石油、建筑、醫(yī)學(xué)、食品制造、機器人等具體行業(yè)都離不開。（當(dāng)前，傳感器正朝著集成化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。）下面和大家說說關(guān)于傳感器的一些事。
智能照明的光感應(yīng)和物體移動檢瀏傳感器！
一、傳感器的命名及讓大家認識傳感器及相關(guān)特點
傳感器是能將非電量信號轉(zhuǎn)換成電信號以實現(xiàn)信息檢測的器件。其作用與人的五官很相似，但感覺靈敏度和范圍卻遠遠超過人的感官。國標GB/T 7665- 2005 《傳感器通用語》中，傳感器被定義為能感受(或響應(yīng))規(guī)定的被測量，并按照-定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。這個定義包含了如下幾個方面的含義:
(1)、傳感器是測量裝置，能完成測量任務(wù)。
(2)、它的輸人被測量可以是物理量，也可以是化學(xué)量、生物量等。
(3)、它的輸出量是某種便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示的物理量，主要是電物理量，因為包物理量是物理量中最容易傳輸、轉(zhuǎn)換和處理的量。
(4)、輸出與輸人有一定的對應(yīng)關(guān)系，而且這種關(guān)系要有一定的規(guī)律和精度。
傳感器有時我們也被稱為變能器、變換器、變送器或探測器，通俗地說傳感器就是把待測非電量轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的電信號的元件、器件或裝置的總稱。傳感器的作用有兩方面:一是對非電量進行測量，二是把非電量轉(zhuǎn)化成與其有一-定關(guān) 系的電量。
首先我們先說一下傳感器的組成和分類
對于傳感器組成而言它通常由敏感元件、傳感元件、測量電路及輔助電源組成，其中敏感元件是指傳感器中直接感受或響應(yīng)被測量的部分。傳感元件是指傳感器中能將敏感元件的輸出信號轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測量的電信號部分，傳感元件輸出的電量種類很多，如電壓、電荷量、電阻、電容、電感等。由于傳感元件輸出的電信號-般都很微弱或不易傳輸或含有大量的噪聲干擾，因而就需要把這樣的電信號變換為便于處理、記錄、顯示和控制的形式，完成這項功能的電路-般被稱為測量電路。 測量電路的類型視傳感元件的不同而定，經(jīng)常使用的測量電路有放大器、電橋、振蕩電路等，它可以安裝在傳感器的殼體里。也可以與敏感元件一起集成在同一芯片上。應(yīng)該指出的是，并不是所有的傳感器都必須包括敏感元件和傳感元件兩部分。如果它能直接感受被測量的變化而輸出與之一定關(guān)系的電信號那么它既是敏感元件又是傳感元件。
對于傳感器分類而言，由于傳感器技術(shù)是項知識密集型技術(shù)，它所部及的知識非常廣泛與許多學(xué)科都有關(guān)系，傳感器的種類很多，同一種被測最可以用不同的傳感器來測量:同種工作原理的傳感器可以測量多種不同的物理量。因此，目前對傳感器尚無個統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的分類方法有以下幾類分法。
第一是按被測物理量來分類
按被測物理量來分，傳感器分為壓力傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、加速度傳感
器、流量傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器及轉(zhuǎn)矩傳感器等。這種分類方法的優(yōu)點是比較清
楚地表達了傳感器的用途，使用戶-一目了然，便于選用;缺點是造成傳感器的種類繁多，又
把同一用途而原理不同的傳感器歸為類，不便于用戶掌握各種傳感器的基本原理和分析方
法。
第二是按傳感器的工作原理來分類
按傳感器的工作原理來分，傳感器分為電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、霍爾式傳感器、光電式傳感器等。這種分類方法的優(yōu)點是對傳感器的工作原理表達得比較清楚，而且類別少，有利于專業(yè)工作者對傳感器的工作原理與設(shè)計進行深人的研究，使傳感器的設(shè)計與應(yīng)用更具合理性與靈活性:缺點是會令對傳感器不夠了解的用戶感
到傳感器的使用很不方便。
第三是按傳感器輸出信號的性質(zhì)分類
按傳感器輸出信號的性質(zhì)來分，可分為輸出為開關(guān)量的開關(guān)型傳感器、輸出為模擬量的模擬型傳感器、輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。
第四是按傳感器的制造工藝分類可分為薄膜傳感器、厚膜傳感器、陶瓷傳感器。集成傳感器是用標準的硅半導(dǎo)體集成電路工藝技術(shù)制造的，通常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。薄膜傳感器是通過在介質(zhì)襯底(基板)上沉積相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的，使用混合工藝同樣可將部分電路制造在同一基板上；厚膜傳感器是將相應(yīng)材料的漿料涂覆在陶瓷基片上，然后進行熱處理，使厚膜成形制成的，基片通常采用三氧化二鋁制成；陶瓷傳感器是采用標準的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠一凝膠等)完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，將已成形的元件經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的。制作厚膜傳感器和陶瓷傳感器的這兩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形。每種工藝技術(shù)都有各自的優(yōu)點和不足。由于陶瓷傳感器和厚膜傳感器的參數(shù)穩(wěn)定性高，研究、開發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低，所以已被廣泛采用。
第五是按傳感器的用途分類，可分為溫度傳感器、濕度傳感器、光電傳感器、速度傳感器、位置傳感器、 液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器、熱敏傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、振動傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、生物傳感器等等。
第六是按傳感器的輸出信號進行分類
按傳感器的輸出信號不同，可將傳感器分為:模擬傳感器、數(shù)字傳感器、開關(guān)傳感器等。模擬傳感器是將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號;數(shù)字傳感器是將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(包括直接和間接轉(zhuǎn)換);開關(guān)傳感器是當(dāng)個被測量的信號達到某個特定的閾值時，傳感器相應(yīng)地輸出一個設(shè)定的低電平或高電平信號。
高集成度傳感器。
二、講敘一下傳感器的誤差與準確度等級的相關(guān)概念
傳感器的誤差
作為一種把非電量轉(zhuǎn)換為電量的儀器，測得值與真實值之間的差值即為測量誤
差，它有兩種表示方法:第一種是絕對誤差用Ar表示，絕對誤差是指測量值x與真實值A(chǔ)。之間的差值，因為真實值一般無法得到，所以常用高精度等級的標準儀器所測得的實際值A(chǔ)代替真實值，則這時絕對誤差可表示為:△r=x-A。絕對誤差表示了測量值偏離真實值的程度。另一種是相對誤差它有以下3種表示方法。實際相對誤差：實際相對誤差是指絕對誤差A(yù)r與被測量的實際值A(chǔ)的百分比；示值相對誤差：示值相對誤差又稱標稱相對誤差；滿度相對誤差：滿度相對誤差又稱引用相對誤差，是絕對誤差與儀器(儀表)的滿度值的百分比。
傳感器準確度等級
滿度相對誤差主要用于儀器(儀表)的準確度定級。我國工業(yè)儀表等級分為0.1、0.2、
0.5、1.0、 1.5、 2.5、5.0 七個級別，標志在儀器(儀表) 刻度標尺或銘牌上。準確度習(xí)慣上稱為精度，準確度等級習(xí)慣上稱為精度等級。
電路板上的紅外與溫度傳感器（DS18B20）
三、聊聊傳感器的基本特性
在傳感器的使用過程中，能夠檢測被測量的變化，并將其不失真地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量，這就要取決于傳感器的基本特性，傳感器的特性是指傳感器的輸人量和輸出量之間的對定關(guān)系通常以靜態(tài)特性和動 態(tài)特性分別進行描述。傳成器的特性受到內(nèi)部因素(如機械性能、電子器件非線
件內(nèi)部噪聲) 和外部因素(如電磁干擾、振動沖擊、環(huán)境條件、電源供電)等影響而呈現(xiàn)非理想特性。般通過各種性能指標來對其進行規(guī)范措述，供使用者根據(jù)需求進行選擇。
(1)傳感器的靜態(tài)特性
傳感器的靜態(tài)特性是指輸人不隨時間面變化時表現(xiàn)出的特性，它表示傳感器輸人量處于穩(wěn)定狀態(tài)下輸人、輸出的關(guān)系。傳感器靜態(tài)特性的主要指標有線性度、靈敏度、重復(fù)性、遲滯、分辨率、漂移、穩(wěn)定性等。
(2) 傳感器的動態(tài)特性
傳感器的動態(tài)特性是指輸人隨時間而變化時表現(xiàn)出的特性。它表示傳感器對隨時間變化的輸人量的響應(yīng)特性。很多傳感器要在動態(tài)條件下檢測，被測量可能以各種形式隨時間變化。只要輸人量是時間的函數(shù)，則其輸出量也將是時間的函數(shù)，兩者關(guān)系要用動態(tài)特性來說明。使用傳感器時要根據(jù)其動態(tài)特性與使用條件確定合適的使用方法，同時對給定條件下的傳感器動態(tài)誤差做出估計。傳感器的動態(tài)特性取決于傳感器本身，同時也與被測量的形式有關(guān)。
四、傳感器的發(fā)展方向
傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了傳統(tǒng)的分立式傳感器(含敏感大件)、模擬集成傳感器與智能溫度傳感器蘭個階段。目前，國際上新型傳感器正從模擬式向數(shù)字式，由集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。下面說說它的發(fā)展方向。
第一傳感器已經(jīng)向高精度、高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展。為滿足生產(chǎn)自動化程度不斷提高的要求，必須加快研制具有精度高、可靠性高、溫度范圍寬的新型傳感器。大部分傳感器的工作溫度在一20~70°C，而軍用系統(tǒng)中要求傳感器的工作溫度在一40~85C， 汽車、鍋爐等場合中要求傳感器的工作溫度更高，因此，發(fā)展新材料(如半導(dǎo)體、陶瓷材料)的傳感器將很有前途。
第二已經(jīng)向微型化發(fā)展，即要求傳感器的體積不斷減小。目前利用硅材料制作的傳感器體積已經(jīng)很小，如傳統(tǒng)的加速度專感器是由重力塊和彈簧等制成的，體積較大，穩(wěn)定性差，而利用激光等各種微細加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小，互換性、可靠性都較好。
第三已經(jīng)向微功耗、無源化發(fā)展，傳感器工作時一般離不開電源，在野外現(xiàn)場或遠離電網(wǎng)的地方，只能采用電池或太陽能等供電，所以開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向，這樣既可以節(jié)省能源，又可以提高系統(tǒng)的使用壽命。目前，低功率損耗的傳感器芯片發(fā)展得很快。
第四己已經(jīng)向智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展
在智能傳感器里，傳感元件、測量電路與微處理器的硬件和軟件集于-體， 特別是與軟件有機結(jié)合，不僅可以把獲得的信息進行存儲、數(shù)據(jù)處理和控制，還可以進行邏輯思考和結(jié)論判斷，從而擴展了傳感器的功能，提高了傳感器的精度。對于智能傳感器，只要改變軟件，就可實現(xiàn)功能擴展，這樣可進一一步使傳感器具有視、聽、嗅、觸、味功能及思維等智能功能。具有網(wǎng)絡(luò)功能的新一代智能傳感器。首先它將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送給微控制器作數(shù)據(jù)處理。最后將測量結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)，以便實現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享。
氣敏傳感器。
五、最后說一下傳感器選擇的一般原則
第一要根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型，進行具體的測量工作時，首先要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件來確定選用哪種工作原理的傳感器更為合適。如被測位置對傳感器體積的要求、環(huán)境(濕度、溫度、振動等)條件、精度要求、測量方式是接觸式還是非接觸式、傳感器量程的大小、價格高低等。
第二要根據(jù)技術(shù)指標確定傳感器的型號，確定傳感器的類型之后，再具體考慮傳感器的技術(shù)指標，確定傳感器的型號，主要從線性范圍、靈敏度、精度、響應(yīng)特性和穩(wěn)定性等方面來考慮。比如精度是傳感器的個重要的性能指標，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。但是傳感器的精度越高，價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以了，不必選得過高。如果測量目的是定性分析，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的;如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。
