傳感器的原理及組成

傳感器是一種檢測裝置，一種獲取信息的工具，或者說是一種傳遞感覺的機器。在最廣泛的定義中，傳感器是一種設備、模塊或子系統(tǒng)，常用于自動控制和測量系統(tǒng)中。傳感器可以解釋為能夠將某一被測物理量（如速度、溫度、聲、光等）變換成便于傳送和處理的另一物理量（通常為電量）的器件或裝置。傳感器俗稱探頭，有時亦被稱為換能器、變換器、變送器或探測器。國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。

傳感器一般由敏感元件、轉換元件、信號調理電路和輔助電路組成，但并不是所有的傳感器都必須包括敏感元件和轉換元件，如果敏感元件直接輸出的是電量，它就同時兼為轉換元件。敏感元件（預變換器）：是指傳感器中能直接感受或響應被測量（非電量）并輸出與之成確定關系的其他量（非電量）的部分。轉換元件：是指傳感器中能將敏感元件感受或響應到的被測量轉換成適于傳輸或測量的可用輸出信號（一般為電信號）的部分。信號調理電路：是能把轉換元件輸出的電信號轉換為便于顯示、記錄、處理和控制的有用電信號的電路。輔助電路：通常指電源，即交、直流供電系統(tǒng)。

感器在物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 中起著舉足輕重的作用。它們可以創(chuàng)建一個生態(tài)系統(tǒng)來收集和處理有關特定環(huán)境的數(shù)據(jù)，從而可以更輕松有效地對其進行監(jiān)控、管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)傳感器用于家庭、野外、汽車、飛機、工業(yè)環(huán)境和其他環(huán)境。傳感器彌合了物理世界和邏輯世界之間的鴻溝，充當計算基礎設施的眼睛和耳朵，分析從傳感器收集的數(shù)據(jù)并根據(jù)這些數(shù)據(jù)采取處理。

傳感器可以按多種方式分類。一種常見的方法是將它們分類為主動或被動。有源傳感器是一種需要外部電源才能響應環(huán)境輸入并產(chǎn)生輸出的傳感器。例如，氣象衛(wèi)星中使用的傳感器通常需要一些能源來提供有關地球大氣層的氣象數(shù)據(jù)。

另一方面，無源傳感器不需要外部電源來檢測環(huán)境輸入。它依賴于環(huán)境本身的能量，使用光能或熱能等能源。一個很好的例子是水銀玻璃溫度計。水銀會隨著溫度的波動而膨脹和收縮，從而導致玻璃管中的液位升高或降低。外部標記提供了一個人類可讀的儀表，用于查看溫度。

一些類型的傳感器，例如地震和紅外光傳感器，有主動和被動兩種形式。部署傳感器的環(huán)境通常決定哪種類型最適合應用程序。

傳感器分類的另一種方法是根據(jù)傳感器產(chǎn)生的輸出類型，根據(jù)它們是模擬的還是數(shù)字的。模擬傳感器將環(huán)境輸入轉換為連續(xù)變化的輸出模擬信號。燃氣熱水器中使用的熱電偶是模擬傳感器的一個很好的例子。熱水器的指示燈持續(xù)加熱熱電偶。如果指示燈熄滅，熱電偶就會冷卻，并發(fā)送一個不同的模擬信號，指示應該關閉氣體。

與模擬傳感器不同，數(shù)字傳感器將環(huán)境輸入轉換為以二進制格式（1 和 0）傳輸?shù)碾x散數(shù)字信號。數(shù)字傳感器已在所有行業(yè)中變得相當普遍，在許多情況下取代了模擬傳感器。例如，數(shù)字傳感器現(xiàn)在用于測量濕度、溫度、大氣壓力、空氣質量和許多其他類型的環(huán)境現(xiàn)象。

與有源和無源傳感器一樣，某些類型的傳感器（例如熱傳感器或壓力傳感器）有模擬和數(shù)字兩種形式。在這種情況下，傳感器運行的環(huán)境通常也決定了哪個是最佳選擇。

傳感器的特點包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、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等十大類。