物理传感器的概念、种类及应用

力学感应器的基本概念

力学感应器是检验力学量的感应器。它是利用某些力学负面效应，把被量测的力学量转化成正式成为易于处置的能量形式的讯号的装置。其输出的讯号和输出的讯号有确定的亲密关系。主要就的力学感应器有微电子式感应器、磁性感应器、压阻式感应器、机械传动感应器、燃气式感应器、讷伊县感应器等。作为范例，让我们看看比较常用的微电子式感应器。这种感应器把光讯号切换正式成为电讯号，它直接检验来自球体的电磁辐射信息，也能切换其它力学量正式成为光讯号。其主要就的基本原理是微电子负面效应：呈色照到化学物质上的时候，化学物质上的电负面效应发生改变，这儿的电负面效应主要包括电子发射、电阻率和阻抗电阻等。显然，能够容易产生这种负面效应的电子元件正式成为微电子式感应器的主要就组件，比如奈镇。这种，我们知道了微电子感应器的主要就组织工作业务流程就是接受相应的光的反射，透过类似奈镇这种的电子元件把辐射能转化成正式成为热能，然后透过放大和去噪音的处置，就得到了所需要的输出的电讯号。这儿的输出电讯号和原初的光讯号有一定的亲密关系，通常是接近非线性的亲密关系，这种计算原初的光讯号就不是很复杂了。其它的力学感应器的基本原理都能等效于微电子式感应器。

力学感应器的类型

能用不同的观点对感应器进行进行分类：它的切换基本原理（感应器组织工作的基本力学或生物化学负面效应）；它的商业用途；它的输出讯号类型以及制作它的材料和工艺技术等。根据感应器组织工作基本原理，可分为力学感应器和生物化学感应器二大类：感应器组织工作基本原理的进行分类力学感应器应用领域的是力学负面效应，譬如磁性负面效应，杨氏模量伸缩式现像，离化、磁化、燃气、微电子、磁电等负面效应。被测讯号量的细微变动都将切换成电讯号。生物化学感应器主要包括那些以生物化学粘附、电生物化学变化等现像为因果亲密关系的感应器，被测讯号量的细微变动也将切换成电讯号。有些感应器既无法分割到力学类，也无法分割为生物化学类。大多数感应器是以力学基本原理为依据运转的。生物化学感应器技术痛点非常多，例如安全性痛点，规模生产的可能性，价格痛点等，解决了这类痛点，生物化学感应器的应用领域将会有巨大增长。

依照其商业用途进行分类

压力敏和力敏感应器 位置感应器 冷却液感应器 能源消耗感应器 速度感应器

角速度感应器 伽马射线电磁辐射感应器 二氧化钛感应器 24GHz声纳感应器

依照其基本原理进行分类

阻尼感应器 湿敏感应器 磁敏感应器 气敏感应器 清洗器感应器 生物感应器等。

依照其输出讯号进行分类

模拟感应器——将被量测的非电学量切换成模拟电讯号。

数字感应器——将被量测的非电学量切换成数字输出讯号（主要包括直接和间接切换）。膺数字感应器——将被量测的讯号量切换成频率讯号或短周期讯号的输出（主要包括直接或间接切换）。开关感应器——当一个被量测的讯号达到某个特定的阈值时，感应器相应地输出一个设定的低电平或高电平讯号。

依照其材料进行分类

在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作感应器的敏感元件。从所应用领域的材料观点出发可将感应器分成下列几类：

（1）依照其所用材料的类别分： 金属聚合物 陶瓷混合物

（2）按材料的力学性质分： 导体绝缘体 半导体磁性材料

（3）按材料的晶体结构分： 单晶 多晶非晶材料

与采用新材料紧密相关的感应器开发组织工作，能归纳为下述三个方向：

（1）在已知的材料中探索新的现像、负面效应和反应，然后使它能在感应器技术中得到实际使用。

（2）探索新的材料，应用领域那些已知的现像、负面效应和反应来改进感应器技术。

（3）在研究新型材料的基础上探索新现像、新负面效应和反应，并在感应器技术中加以具体实施。

现代感应器制造业的进展取决于用于感应器技术的新材料和敏感元件的开发强度。感应器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用领域密切关联的。

依照其制造工艺技术进行分类

集成感应器薄膜感应器 厚膜感应器陶瓷感应器 集成感应器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术技术制造的。通常还将用于初步处置被测讯号的部分电路也集成在同一芯片上。

薄膜感应器则是透过沉积在介质衬底（基板）上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺技术时，同样可将部分电路制造在此基板上。

厚膜感应器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处置，使厚膜成形。

陶瓷感应器采用标准的陶瓷工艺技术或其某种变种工艺技术（溶胶-凝胶等）生产。

完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷感应器这二种工艺技术之间有许多共同特性，在某些方面，能认为厚膜工艺技术是陶瓷工艺技术的一种变型。

每种工艺技术技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及感应器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜感应器比较合理。

根据量测目的进行分类

力学型感应器是利用被量测化学物质的某些力学性质发生明显变动的特性制成的。

生物化学型感应器是利用能把生物化学化学物质的成分、浓度等生物化学量转化成成电学量的敏感元件制成的。

生物型感应器是利用各种生物或生物化学物质的特性做成的，用以检验与识别生球体内生物化学成分的感应器。

力学感应器应用领域

下面简单介绍一下常见的几种感应器的基本原理和作用以及一些简单的范例。

1、 touch sensor 意是是接触性感应器，当两个球体接触时产生的一种讯号，将这个讯号收集传经计算机，可执行下一步的动作。这种sensor 主要就用来感应两个球体的亲密关系。

2、感光感应器 ，透过两个简单的电路来完成，一个电路有发光二极管或LED等发光元件，另一个电路则接有一个感光元件来感就发光体，当装有sensor 的两球体具有对就的亲密关系时，感光元件就会接收到讯号，将这个讯号传给计算机，透过计算机来完成其它的动作。这种sensor 主要就用来感应是否到达预定的位置，或者用来确定两球体的相对位置亲密关系。

3、磁感感应器 ， 透过磁性感应球体，当两运动组件运动到一定的区域内时，能透过磁感来感就到球体的存在及位置。

在一些电子产品的机器中，感应器可说是无处不在，每个感应器有具体作用也不同，在遇到感应器时，先看看它到底有什么作用，为什么要一个感应器， 基本原理是什么，然后再分析该如何处置。

力学感应器的应用领域范围是非常广泛的，我们仅仅就生物医学的角度来看看力学感应器的应用领域情况，之后不难推测力学感应器在其它的方面也有重要的应用领域。

比如血压量测是医学量测中的最为常规的一种。我们通常的血压量测都是间接量测，透过体表检验出来的血流和压力之间的亲密关系，从而测出脉管里的血压值。量测血压所需要的感应器通常都主要包括一个弹性膜片，它将压力讯号转变正式成为膜片的变形，然后再根据膜片的应变或位移切换正式成为相应的电讯号。在电讯号的峰值处我们能检验出来收缩压，在透过反相器和峰值检验器后，我们能得到舒张压，透过积分器就能得到平均压。

让我们再看看呼吸量测技术。呼吸量测是临床诊断肺功能的重要依据，在外科手术和病人监护中都是必不可少的。比如在使用用于量测呼吸频率的二氧化钛电阻式感应器时，把感应器的电阻安装在一个夹子前端的外侧，把夹子夹在鼻翼上，当呼吸气流从二氧化钛电阻表面流过时，就能透过二氧化钛电阻来量测呼吸的频率以及热气的状态。

再比如最常见的体表温度量测过程，虽然看起来很容易，但是却有着复杂的量测机理。体表温度是由局部的血流量、下层组织的导热情况和表皮的散热情况等多种因素决定的，因此量测皮肤温度要考虑到多方面的影响。燃气偶式感应器被非常多的应用领域到温度的量测中，通常有杆状燃气偶感应器和薄膜燃气偶感应器。由于燃气偶的尺寸非常小，精度比较高的可做到微米的级别，所以能够比较精确地量测出某一点处的温度，加上后期的分析统计，能够得出比较全面的分析结果。这是传统的水银温度计所无法比拟的，也展示了应用领域新的技术给科学发展带来的广阔前景。

从以上的介绍能看出，仅仅在生物医学方面，力学感应器就有着多种多样的应用领域。感应器的发展方向是多功能、有图像的、有智能的感应器。感应器量测作为数据获得的重要手段，是工业生产乃至家庭生活所必不可少的电子元件，而力学感应器又是最普通的感应器家族，灵活运用力学感应器必然能够创造出更多的产品，更好的效益。

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