常用传感器技术浅析

传感器是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转化为有用信号的器件或装置。传感器的静态特性主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度。本文将从这些方面对物理传感器、光纤传感器、仿生传感器、红外传感器、电磁传感器等传感器件进行对比浅析，让读者对常用的传感器有简单的认识。

【关键词】传感器 器件 静态特性

传感器是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说，按照输入的状态，输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下，输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。

传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的响应特性。动态特性通常采用传递函数等自动控制的模型来描述。通常，传感器接收到的信号都有微弱的低频信号，外界的干扰有的时候的幅度能够超过被测量的信号，因此消除串入的噪声就成为了一项关键的传感器技术。

1 物理传感器

通过对作用过程中的物理反馈，如对电流的变化、压力的增减、温度的高低等物理量的检测，然后把这些特定的物理量转化为我们方便处理的信号变量，就是我们所说的物理传感器。常用的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。

我们以常用的光电式传感器为例，它可以把光信号转变成为电信号，也可以把其他的物理信号转变成光信号。它的原理是利用物质的光电效应：由于光照的作用，物质上的载流子会发生变化，从而导致物质的内部的电位发生变化，改变物质整体的导电性。

物理传感器在现实生活中有着非常广泛的应用，举个简单的使用在生物医学的研究领域的示例。在生病去医院检查的时候，血压的检测是非常常规的一种检测。血压测量仪就是利用了压力传感器来实现对血压的测量。血压测量仪是通过血流与压力之间的关系来换算出血压的大小。在测量仪中，包含一个弹性膜片，它的作用就是将所受到的压力而产生的形变，转换成电信号，最后通过检测电信号的峰值和谷值得到平均电信号，也就是人体的平均压。

以上举了一个简单的医学上的例子，其实在其他领域，物理传感器的应用也是非常广泛的。物理传感器不仅仅是变换成电信号，也可以变换成图像信号，图像信号在某些领域的应用中会更加的直观和简便。

2 光纤传感器

随着传感技术的发展，有些物理传感器检测不到的信号需要更精细的传感器来实现。最近几年，光纤传感器走进了人们的视野。光纤传感器较物理传感器，它具有更灵敏、更精确、更小巧和更智能化的特点。而且它还耐高温、抗腐蚀，甚至可以接收人的感官所觉察不到的信号。有着这么多的优点，它以成为了各领域学者最青睐的传感器之一。

当光纤受到很小的外力作用，光纤就会发生变形，而光纤内部是光纤，光纤壁发生任何微笑的变化，都会引起测量臂长度、折射率等光学因素的变化。它对于外界的作用是非常敏感的，测量臂的变化，使得光纤内部光在振幅、相位和频率等方面发生变化，这一变化最后以我们便于观察的形式变现。它就是一种利用光纤自身的传感器。

光纤传感器在整个传感系统中有着重要的作用，凭借着众多的优点，在实际生产中应用广泛，深受厂家的青睐。

3 仿生传感器

结合固定化的细胞、生物酶或者其他的生物活化物质与能量转换器组成的传感器，我们称之为仿生传感器。这是一种新兴的传感器，是生物医学、工程学和电子学的技术融合的成果。它具有寿命长和机能高的优势。

这种传感器主要用于对生物体的检测，在医学领域有着重要的作用。比如尿素传感器、生体模拟传感器、微生物传感器等，它是利用生物体内特定的物质分解与合成来检测生物体的健康情况。因为生物体各个部位发生变化的物质不一样，所以它的局限性在于要针对性的开发各种仿生传感器，现阶段仿生传感器还只是小规模的应用于医学研究等领域，并没有实现批量生产。在传感器发展的道路上，仿生传感器任重而道远。

4 红外传感器

红外技术是为人所熟知的技术，它广泛的应用于国防、监控等领域，给生活带来了极大的方便。红外技术按照功能区分，可以分为四种：

（1）辐射计。

（2）追踪器。

（3）热成像。

（4）红外测距。

当然，我们也可以把这四种功能设计在一起使用。它具有使用简单、传感精确和成本低的特点。红外技术的核心是红外探测头。

探测头分为热探测头和光子探测头两种。已热探头为例，它是利用物质的热辐射来感知周围情况的变化，比如大厦里的消防器，有些就是利用搞到热探头来监控。当大火燃烧，室内温度升高，消防设备就会做出相应的反应，或报警、或喷水等。

5 电磁传感器

从最早的指南针到现代大型的磁传感器都是将接受到的磁信号变换成我们可观察的信号表示。电磁传感器主要应用于工业领域中，为世界工业的发展作出了不可磨灭的贡献。

电磁传感器由四相传感器和单项传感器构成，在工作的时候，它的四相传感器一对将会对被检查的单元进行差动检测，另一对倒差检测，从而实现电磁转换。电磁传感器具有抗环境影响和抗噪声、生产成本低廉等优点，因此在市场上，它是非常受欢迎的传感器件。

另外，电磁传感器在我们日常家电中也在大力开发使用，比如盒式录音机、洗衣机等家电，都含有电磁传感器。电磁传感器在各个领域的应用，还处于开发的阶段，相信不久的将来，它将会有着更大的应用前景。

随着科技的发展，传感器在生产生活中的地位日益提升。有些传感器技术发展成熟，有些传感器还处于发展阶段。不同的传感器有着不同的原理和不同的使用规则，我们要掌握传感器的特定，才可以很好的这些传感技术造福社会。

作者单位

1.江西科技师范大学 江西省南昌市 330013

2.南昌理工学院 江西省南昌市 330044