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傳感器的基礎理論與分類
閱讀：154 發布時間：2025-4-27一、基礎理論
定義
傳感器是一種能夠將物理量、化學量或生物量等被測量按照一定規律轉換為可用電信號或其他形式信號的裝置。其核心功能是實現非電信號到電信號的轉換，便于后續處理、傳輸和控制
。國家標準（GB/T 7665-2005）明確其由敏感元件（感知輸入量）和轉換元件（信號轉換）組成
組成結構
敏感元件：直接感知被測量（如溫度、壓力），并輸出與被測量相關的物理量（如電阻變化、形變）
轉換元件：將敏感元件的輸出轉換為電信號（如應變電阻將形變轉化為電阻變化）
變換電路：對電信號進行放大、濾波等處理（如放大微弱的光電信號）
輔助電源：為轉換元件和電路提供能量支持
二、主要分類方式
按被測物理量分類
根據測量對象的不同，可分為：
溫度傳感器：如熱電偶、熱敏電阻
壓力傳感器：用于工業自動化、航空航天領域
光傳感器：利用光電效應（如光敏電阻、光電二極管）
磁傳感器：如霍爾傳感器，檢測磁場強度和方向
按工作原理分類
電阻式：基于電阻變化（如應變片、熱敏電阻）
電容式：利用電容值變化（如濕度傳感器）
壓電式：通過壓電效應轉換機械能（如振動傳感器）
電磁式：基于電磁感應原理（如電感式位移傳感器）
按輸出信號類型分類
模擬傳感器：輸出連續變化的電信號（如電壓型溫度傳感器）
數字傳感器：直接輸出數字信號（如數字濕度傳感器）
開關傳感器：當被測量達到閾值時輸出高低電平（如接近開關）
按制造工藝分類
集成傳感器：采用半導體工藝，將敏感元件與電路集成（如MEMS加速度計）
厚膜/薄膜傳感器：通過沉積或涂覆工藝制成（如陶瓷壓力傳感器）
柔性傳感器：使用可彎曲材料，適用于可穿戴設備
按能量轉換方式分類
能量控制型：需外部電源驅動（如電阻式傳感器）
能量轉換型：自發電型（如壓電傳感器、熱電偶）
三、關鍵特性與指標
靜態特性
線性度：輸入與輸出關系的線性偏差
靈敏度：輸出變化量與輸入變化量的比值（如2mV/℃）
重復性：多次測量的一致性
動態特性
頻率響應：傳感器對高頻信號的跟蹤能力
階躍響應：對突變輸入的響應速度（如壓力傳感器的上升時間）
總結
傳感器的理論與分類體系融合了物理效應（如光電、壓電）、材料科學（如陶瓷、納米材料）和信號處理技術。例如，MEMS傳感器的微型化依賴半導體工藝
，而智能傳感器的自校準功能則需算法支持（如神經網絡補償溫度漂移）
。實際應用中需結合場景需求選擇類型：工業場景優先考慮耐高溫/腐蝕的陶瓷傳感器
，醫療領域則需高精度的生物傳感器