計量師法律法規及綜合知識講解:感測器的定義
資訊處理技術取得的進展以及微處理器和計算機技術的高速發展,都需要在感測器的開發方面有相應的進展。微處理器現在已經在測量和控制系統中得到了廣泛的應用。隨著這些系統能力的增強,作為資訊採集系統的前端單元,感測器的作用越來越重要。感測器已成為自動化系統和機器人技術中的關鍵部件,作為系統中的一個結構組成,其重要性變得越來越明顯。
最廣義地來說,感測器是一種能把物理量或化學量轉變成便於利用的電訊號的器件。國際電工委員會(IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為:“感測器是測量系統中的一種前置部件,它將輸入變數轉換成可供測量的訊號”。按照Gopel等的說法是:“感測器是包括承載體和電路連線的敏感元件”,而“感測器系統則是組合有某種資訊處理(模擬或數字)能力的感測器”。感測器是感測器系統的一個組成部分,它是被測量訊號輸入的第一道關口。
進入感測器的訊號幅度是很小的,而且混雜有干擾訊號和噪聲。為了方便隨後的處理過程,首先要將訊號整形成具有最佳特性的波形,有時還需要將訊號線性化,該工作是由放大器、濾波器以及其他一些類比電路完成的。在某些情況下,這些電路的一部分是和感測器部件直接相鄰的。成形後的訊號隨後轉換成數字訊號,並輸入到微處理器。
德國和俄羅斯學者認為感測器應是由二部分組成的,即直接感知被測量訊號的敏感元件部分和初始處理訊號的電路部分。按這種理解,感測器還包含了訊號成形器的電路部分。
感測器系統的效能主要取決於感測器,感測器把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。有兩類感測器:有源的和無源的。有源感測器能將一種能量形式直接轉變成另一種,不需要外接的能源或激勵源。
有源(a)和無源(b)感測器的訊號流程:
無源感測器不能直接轉換能量形式,但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能感測器承擔將某個物件或過程的特定特性轉換成數量的工作。其“物件”可以是固體、液體或氣體,而它們的狀態可以是靜態的,也可以是動態(即過程)的。物件特性被轉換量化後可以透過多種方式檢測。物件的特性可以是物理性質的,也可以是化學性質的。按照其工作原理,感測器將物件特性或狀態引數轉換成可測定的電學量,然後將此電訊號分離出來,送入感測器系統加以評測或標示。
各種物理效應和工作機理被用於製作不同功能的感測器。感測器可以直接接觸被測量物件,也可以不接觸。用於感測器的工作機制和效應型別不斷增加,其包含的處理過程日益完善。
常將感測器的功能與人類5大感覺器官相比擬:
光敏感測器——視覺
聲敏感測器——聽覺
氣敏感測器——嗅覺
化學感測器——味覺
壓敏、溫敏、流體感測器——觸覺
與當代的感測器相比,人類的感覺能力好得多,但也有一些感測器比人的感覺功能優越,例如人類沒有能力感知紫外或紅外線輻射,感覺不到電磁場、無色無味的氣體等。
對感測器設定了許多技術要求,有一些是對所有型別感測器都適用的,也有隻對特定型別感測器適用的特殊要求。針對感測器的工作原理和結構在不同場合均需要的基本要求是:
高靈敏度抗干擾的穩定性(對噪聲不敏感) 線性容易調節(校準簡易)
高精度高可靠性 無遲滯性工作壽命長(耐用性)
可重複性抗老化 高響應速率抗環境影響(熱、振動、酸、鹼、空氣、水、塵埃)的能力
選擇性安全性(感測器應是無汙染的) 互換性低成本
寬測量範圍小尺寸、重量輕和高強度 寬工作溫度範圍
計量師法律法規及綜合知識講解:感測器的定義
資訊處理技術取得的進展以及微處理器和計算機技術的高速發展,都需要在感測器的開發方面有相應的進展。微處理器現在已經在測量和控制系統中得到了廣泛的應用。隨著這些系統能力的增強,作為資訊採集系統的前端單元,感測器的作用越來越重要。感測器已成為自動化系統和機器人技術中的關鍵部件,作為系統中的一個結構組成,其重要性變得越來越明顯。
最廣義地來說,感測器是一種能把物理量或化學量轉變成便於利用的電訊號的器件。國際電工委員會(IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為:“感測器是測量系統中的一種前置部件,它將輸入變數轉換成可供測量的訊號”。按照Gopel等的說法是:“感測器是包括承載體和電路連線的敏感元件”,而“感測器系統則是組合有某種資訊處理(模擬或數字)能力的感測器”。感測器是感測器系統的一個組成部分,它是被測量訊號輸入的第一道關口。
進入感測器的訊號幅度是很小的,而且混雜有干擾訊號和噪聲。為了方便隨後的處理過程,首先要將訊號整形成具有最佳特性的波形,有時還需要將訊號線性化,該工作是由放大器、濾波器以及其他一些類比電路完成的。在某些情況下,這些電路的一部分是和感測器部件直接相鄰的。成形後的訊號隨後轉換成數字訊號,並輸入到微處理器。
德國和俄羅斯學者認為感測器應是由二部分組成的,即直接感知被測量訊號的敏感元件部分和初始處理訊號的電路部分。按這種理解,感測器還包含了訊號成形器的電路部分。
感測器系統的效能主要取決於感測器,感測器把某種形式的能量轉換成另一種形式的能量。有兩類感測器:有源的和無源的。有源感測器能將一種能量形式直接轉變成另一種,不需要外接的能源或激勵源。
有源(a)和無源(b)感測器的訊號流程:
無源感測器不能直接轉換能量形式,但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能感測器承擔將某個物件或過程的特定特性轉換成數量的工作。其“物件”可以是固體、液體或氣體,而它們的狀態可以是靜態的,也可以是動態(即過程)的。物件特性被轉換量化後可以透過多種方式檢測。物件的特性可以是物理性質的,也可以是化學性質的。按照其工作原理,感測器將物件特性或狀態引數轉換成可測定的電學量,然後將此電訊號分離出來,送入感測器系統加以評測或標示。
各種物理效應和工作機理被用於製作不同功能的感測器。感測器可以直接接觸被測量物件,也可以不接觸。用於感測器的工作機制和效應型別不斷增加,其包含的處理過程日益完善。
常將感測器的功能與人類5大感覺器官相比擬:
光敏感測器——視覺
聲敏感測器——聽覺
氣敏感測器——嗅覺
化學感測器——味覺
壓敏、溫敏、流體感測器——觸覺
與當代的感測器相比,人類的感覺能力好得多,但也有一些感測器比人的感覺功能優越,例如人類沒有能力感知紫外或紅外線輻射,感覺不到電磁場、無色無味的氣體等。
對感測器設定了許多技術要求,有一些是對所有型別感測器都適用的,也有隻對特定型別感測器適用的特殊要求。針對感測器的工作原理和結構在不同場合均需要的基本要求是:
高靈敏度抗干擾的穩定性(對噪聲不敏感) 線性容易調節(校準簡易)
高精度高可靠性 無遲滯性工作壽命長(耐用性)
可重複性抗老化 高響應速率抗環境影響(熱、振動、酸、鹼、空氣、水、塵埃)的能力
選擇性安全性(感測器應是無汙染的) 互換性低成本
寬測量範圍小尺寸、重量輕和高強度 寬工作溫度範圍