專案一（1） 認識感測器
一、 感測器概述
1.日常生活中，我們大量地使用著感測器，感測器的使用極大地方便了我們的生活，提
高了我們生活的質量。那麼在我們的日常生活中，都有哪些常用感測呢？你能列舉幾個常用感測器嗎？（讓學生合上課本）讓學生回答。
舉例：麥克風；電視機的遙控器（簡單說明原理）；魚塘用的增氧機自控儀（氧感測器）；聲音感測器（如：機械人看魚塘，方案十分簡單，「部署在魚塘周圍的感測器當感受到有鳥類靠近魚塘的時候，機器會發出聲音、做出動作，趕走鳥類。
）；汽車的機油壓力感測器、油量感測器、水溫感測器；醫學上用的血糖感測器；軍事上用的超聲波感測器（舉例，引起學生的興趣）等等。例如，不同形狀的感測器如圖1所示。
圖1 各種不同形狀的感測器
2.那麼什麼是感測器呢？
感測器是利用各種物理、化學效應以及生物效應實現非電量到電量轉換的裝置或器件，
簡單說感測器是將外界訊號轉換為電訊號的裝置。
3.感測器的作用
在工業控制領域中，只有準確地檢測才能有精確的控制，這句話生動地反映了傳剛起在工業生產中的重要地位。
機電一體化系統一般由機械本體、感測器、控制裝置和執行機構四部分組成，如圖2所示。
圖2 機電一體化系統化的組成
感測器把代表機械本體的工作狀態、生產過程等工業引數轉換成電量，從而便於採用控制裝置使控制物件按給定的規律變化，推動執行機構適時地調整機械本體的各種工業引數，使機械本體處於自動運動狀態，並實行自動監視和自動保護。顯然，感測器是機械本體與控制裝置的「紐帶」與「橋梁」。
人類感覺器官從自然界獲取資訊，再將資訊輸入大腦進行分析判斷和處理，由大腦指揮四肢作出相應的動作，這是人類認識和改造世界的最基本模式。機械人的控制器比作人的大腦，感測器比作的五官，執行器比作人的四肢，便有了工業機械人。感測器的耐高溫、高濕能力及高精度、超精細等特點是人的感覺器官所不能比擬的。
感測器的應用領域大致有以下幾個方面：
（1） 機械製造業中，要進行動態特性測量；
（2） 農業生產中，預防判斷災情；
（3） ****中，測量車速、距離、轉速，而且對一些新設施如安全氣囊、防滑系統、防抱死系統、電子燃料噴射、電子變速控制等裝置中都安裝有感測器。
（4） 在家用電器中，電廚具、空調器、電冰箱、洗衣機、安全警報器、電熨斗、照相機、音響裝置等。
（5） 在機械人技術中，生產用的單能機械人用感測器檢測位置、角度等；智慧型機械人用感測器作為視覺和觸覺等。
（6） 感測器還在醫學、環境保護、航天航空和軍事技術等各個方面得到越來越多的應用。
二、感測器的基本構成
圖3 感測器的基本構成
感測器通常由敏感元件、感測元件和測量轉換電路構成，如圖3所示。其中，敏感元件
是指感測器中能直接感受被測量的部分，感測元件（也稱轉換元件）指感測器中能將敏感元件輸出的非電量訊號轉換為適於傳輸和測量的電訊號的元器件。由於感測器輸出的訊號一般都很微弱，需要有測量轉換地電路將其放大或轉化為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。
感測器輸出訊號有很多形式，如電壓、電流、頻率、脈衝等，輸出訊號的形式由感測器的原理確定。常見的訊號調節與轉換電路有放大器、電橋、振盪器、電荷放大器等，它們分別與相應的感測器相配合。
如書中圖1-9所示為一種氣體壓力感測器的示意圖。膜盒2的下半部與殼體1固定連線，上半部通過連桿與磁心4相連，磁芯4置於電感線圈3中，後者接入轉換電路5.這裡的膜盒就是敏感元件，其外部與大氣相通，內部感受被測壓力p。
當p變化時，引起膜盒上半部移動，即輸出相應的位移量。感測元件是可變電感線圈3，它把位移量轉換稱電感的變化。然後通過測量轉換電路轉換成電量輸出。
實際上有些感測器很簡單，有些則較複雜。最簡單的感測器由乙個敏感元件（兼感測元件）組成，當它感受被測量時直接輸出電量，如書中圖1-10所示熱電偶就是這樣。兩種不同的金屬材料a和b，一端連線在一起，放在被測溫度t中，另一端為參考溫度t0，則在迴路中將產生乙個與溫度t、t0有關的電動勢，從而進行溫度測量。
在某些領域，將感測器稱為變換器、檢測器或探測器等。應該說明的是，並不是所有的感測器都能明顯分為敏感元件、感測元件和測量轉換電路三個部分，它們可能是三者合為一體。隨著半導體器件與整合技術在感測器中的應用，感測器的測量轉換電路可以安裝在感測器的殼體裡或與敏感元件一起整合在同一晶元上。
例如半導體氣體感測器、濕度感測器等，它們一般都是將感受的被測量量直接轉換為電訊號沒有中間環節。
三、感測器的分類
感測器的常用的分類方法如下：
1. 按工作原理分類
按工作原理可分為參量感測器、發電感測器、脈衝感測器及特殊感測器。其中參量感測
器有觸點感測器、電阻感測器、電感感測器、電容感測器等；發電感測器有光電池、熱電偶感測器、壓電式感測器、磁電式感測器等；脈衝感測器有光柵、磁柵、感應同步器、碼盤等；特殊感測器不屬於以上三種型別的感測器，如超聲波探測器、紅外探測器、雷射檢測裝置等。
這種分類方法的優點是可以吧感測器按工作原理分門別類地歸納起來，避免名目過多，
且較為系統。
2. 按被測量性質分類
按被測量性質可分成機械量感測器、熱工量感測器、成分量感測器、狀態量感測器、探
傷感測器等。其中機械量感測器檢測力、長度、位移、速度、加速度等；熱工量感測器檢測溫度、壓力、流量等；成分量感測器檢測各種氣體、液體、固體化學成分等，如檢測可燃氣洩露的氣敏感測器；狀態量感測器檢測裝置執行狀態，如由於幹簧管、霍爾元件做成的各種接近開關；探傷感測器檢測金屬製品內部的氣泡和裂紋、人體內部器官的病兆等，如超聲波探傷探頭、ct探測器等。
這種方法對使用者比較方便，容易根據測量物件的性質來選擇所需用的感測器。
3. 按輸出量種類分類
按輸出量種類可分成模擬式感測器和數字式感測器。模擬式感測器輸出與被測量成一定
關係的模擬訊號，如果需要與計算機配合或用數字顯示，還必須經過模/數轉換電路。數字式感測器輸出的數字量，可直接與計算機連線或用數字顯示，讀取方便，抗干擾能力強。
感測器常常按工作原理及被測量性質兩種分類方式合二為一進行命名。例如：電感式位
移感測器，光電式轉速計，壓電式加速度計等。這種命名使被測量與感測器的工作原理一目了然，便於使用者正確選用。
四、感測器的發展
目前，全世界現在大概有40個國家從事感測器的研製生產工作，研發、生產單位有5000余家，產品達20000多種。感測器是乙個頗具潛力的行業。2023年，全球銷量為325億美元，預計2023年全球銷量將增加到550億美元，2023年將突破825億美元。
1995－2023年，全球感測器市場年增長率為9%，未來5年全球感測器市場年增長率將超過10％。而迄今為止，我國感測器產品僅有10大類、42小類、6000多個品種，2023年我國感測器市場銷量為235億元，據ccid－mrd（中國電子資訊產業發展研究院微電子研究所）**，2023年我國感測器市場銷量將達到905億元。未來五年，國內感測器市場平均銷售增長率將達31%。
但是，國內感測器的研發現狀與國際上發達國家還有相當大的差距，差距意味著存在發展空間。然而，面對如此具有**力的市場，中國企業要努力的地方還有很多。
談及國內感測器發展水平與國外相差甚遠的原因，中國自動化學會的彭瑜先生認為「主要是技術基礎薄弱，研究水平不高，缺乏自主智財權。
感測器的研發水平代表了乙個國家的科技水平，因此，國外有感測器專家這樣評述感測器，「征服了感測器就等於征服了科學技術」。
目前感測器的發展方向主要有以下幾個方面。
1. 開發新型感測器
探索具有新效應的敏感功能材料，並以此言之出具有新原理的新型物性型感測器件，這
是發展高效能、多功能、低成本和小型化感測器的重要途徑。
2. 開發新材料
如新開發的半導體敏感材料、陶瓷材料、磁性材料、智慧型材料等。
3. 採用新工藝
新工藝的含義範圍很廣，這裡主要指與發展新興感測器聯絡特別密切的微細加工技術。
4. 整合化、多功能化與智慧型化 」
感測器的基本知識
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一 感測器的定義 國家標準gb7665 87對感測器下的定義是 能感受規定的被測量並按照一定的規律轉換成可用訊號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成 感測器是一種檢測裝置，能感受到被測量的資訊，並能將檢測感受到的資訊，按一定規律變換成為電訊號或其他所需形式的資訊輸出，以滿足資訊的傳輸 處理 儲...
汽車感測器的種類和作用
汽車感測器把汽車執行中各種工況資訊，如車速 各種介質的溫度 發動機運轉工況等，轉化成電訊號輸給計算機，以便發動機處於最佳工作狀態。車用感測器很多，判斷感測器出現的故障時，不應只考慮感測器本身，而應考慮出現故障的整個電路。因此，在查詢故障時，除了檢查感測器之外，還要檢查線束 插接件以及感測器與電控單元...