傳感器（transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息（例如：溫度，血壓，溼度，速度等），並能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
常用的傳感器
一、選擇傳感器的標準
選擇傳感器時，必須考慮某些功能。它們如下所示：
1.準確性
2.環境條件–通常對溫度/溼度有限制
3.範圍–傳感器的測量極限
4.校準–對於大多數測量設備來說必不可少，因為讀數會隨時間變化
5.分辨率–傳感器檢測到的最小增量
6.費用
7.重複性–在相同環境下重複測量變化的讀數
二、傳感器分類
傳感器可按以下標準進行分類：
1.主要輸入量（被測量者）
2.轉導原理（利用物理和化學作用）
3.材料與技術
4.性能
5.應用
轉導原理是有效方法所遵循的基本標準。通常，材料和技術標準由開發工程小組選擇。
基於屬性的分類如下：
·溫度–熱敏電阻，熱電偶，RTD，IC等。
·壓力–光纖，真空，彈性液體壓力計，LVDT，電子。
·流量–電磁，壓差，位置位移，熱質量等
·液位傳感器–壓差，超聲波頻率，雷達，熱位移等
·接近和位移-LVDT，光電，電容，磁性，超聲波。
·生物傳感器–共振鏡，電化學，表面等離子體共振，光可尋址電位。
·圖像–電荷耦合器件，CMOS
·氣體和化學物質-半導體，紅外，電導，電化學。
·加速度–陀螺儀，加速度計。
·其他–溼度，溼度傳感器，速度傳感器，質量，傾斜傳感器，力，粘度。
來自生物傳感器組的表面等離子體共振和光可尋址電位是基於光學技術的新型傳感器。與電荷耦合器件相比，CMOS圖像傳感器的分辨率較低。CMOS具有體積小，價格便宜，功耗低的優點，因此可以更好地替代電荷耦合器件。加速度計由於在未來的應用中（如飛機，汽車等）以及在視頻遊戲，玩具等領域中的重要作用而被獨立分組。磁強計是那些測量磁通強度B（以Tesla或As/m2為單位）的傳感器。
根據應用分類如下：
·工業過程控制，測量和自動化
·非工業用途–飛機，醫療產品，汽車，消費電子產品以及其他類型的傳感器。
可以根據傳感器的電源或能源需求對傳感器進行分類：
·有源傳感器–需要電源的傳感器稱為有源傳感器。示例：LiDAR（光檢測和測距），光電導電池。
·無源傳感器–不需要電源的傳感器稱為無源傳感器。例如：輻射計，膠片攝影。
在當前和將來的應用中，傳感器可以分為以下幾類：
·加速度計–基於微機電傳感器技術。它們用於患者監測，包括起搏器和車輛動態系統。
·生物傳感器–這些傳感器基於電化學技術。它們用於食品測試，醫療設備，水測試和生物戰劑檢測。
·圖像傳感器–這些基於CMOS技術。它們用於消費電子，生物識別，交通和安全監控以及PC成像。
·運動檢測器-這些檢測器基於紅外，超聲波和微波/雷達技術。它們用於視頻遊戲和模擬，燈光激活和安全檢測。
三、瞭解主要的傳感器類型
一些常用的傳感器及其原理和應用說明如下：
1.溫度傳感器
該設備從源收集有關溫度的信息，並轉換為其他設備或人可以理解的形式。溫度傳感器的最佳例證是玻璃溫度計中的汞。玻璃中的汞根據溫度的變化而膨脹和收縮。外部溫度是溫度測量的來源。觀察者觀察汞的位置以測量溫度。溫度傳感器有兩種基本類型：
接觸式傳感器–這種類型的傳感器需要與被檢測的物體或介質直接物理接觸。它們可以在很寬的溫度範圍內監控固體，液體和氣體的溫度。
非接觸式傳感器–這種類型的傳感器不需要與被檢測的物體或介質發生任何物理接觸。它們監控非反射性固體和液體，但由於具有自然透明性，因此不適用於氣體。這些傳感器使用普朗克定律測量溫度。該法則處理從熱源輻射的熱量以測量溫度。
不同類型的溫度傳感器的工作以及示例：
（i）熱電偶–它們由兩條線（每條線均使用不同的均質合金或金屬）製成，並通過一端的連接形成測量結。該測量結對被測元件開放。導線的另一端端接到測量設備，在此形成參考結。由於兩個結點的溫度不同，電流流過電路。測量所得的毫伏電壓以確定結點的溫度。熱電偶示意圖如下所示。
顯示熱電偶溫度傳感器的圖像
（ii）電阻溫度檢測器（RTD）–這些類型的熱敏電阻被製造用來隨著溫度的變化而改變電阻。它們比任何其他溫度檢測設備都非常昂貴。電阻溫度檢測器的示意圖如下所示。
（iii）熱敏電阻–它們是另一種熱敏電阻，其電阻的大變化與溫度的小變化成比例。
2.紅外傳感器
該設備發射和/或檢測紅外輻射以感測環境中的特定相。通常，熱輻射是由紅外光譜中的所有對象發出的。所述紅外線傳感器檢測到這種類型的輻射是不人眼可見的。
典型的紅外傳感器的圖像
優點：
·易於接口
·市場上現貨供應
缺點：
·受到周圍噪聲（例如輻射，環境光等）的干擾。
工作中：
基本思想是利用IR LED將紅外波發送到對象。另一個相同類型的IR二極管將用於檢測來自物體的反射波。該圖如下所示。
說明紅外LED傳感器工作的簡單示意圖
當紅外接收器受到紅外光照射時，導線之間會產生電壓差。幾乎無法檢測到產生的電壓，因此使用運算放大器（Op-amps）來準確檢測低壓。
測量物體與接收器傳感器的距離：紅外傳感器組件的電氣特性可用於測量物體的距離。當IR接收器受到光線照射時，導線之間會產生電位差。
應用領域：
·熱成像法–根據黑體輻射定律，可以使用熱成像法查看有無可見照明的環境
·加熱-紅外線可用於烹飪和加熱食物。它們可以從飛機機翼上帶走冰塊。它們在諸如印染，成型塑料和塑料焊接的工業領域中很流行。
·光譜學–該技術用於通過分析組成鍵來識別分子。該技術使用光輻射來研究有機化合物。
·氣象–如果氣象衛星配備了掃描輻射計，則可以計算雲高，計算陸地和地表溫度。
·光生物調節-用於癌症患者的化學療法。這用於治療抗皰疹病毒。
·氣候學–監視大氣與地球之間的能量交換。
·通信–紅外激光為光纖通信提供光。這些輻射還用於手機和計算機外圍設備之間的短距離通信。
3.紫外線傳感器
這些傳感器測量入射紫外線的強度或功率。這種形式的電磁輻射的波長長於X射線，但仍短於可見輻射。一種稱為多晶金剛石的活性材料正用於可靠的紫外線感應。紫外線傳感器可以發現環境對紫外線的照射。
選擇紫外線傳感器的標準：
·紫外線傳感器可以檢測的波長範圍（納米）。
·工作溫度
·精度
·重量
·功率範圍
工作中：
UV傳感器接受一種類型的能量信號並傳輸不同類型的能量信號。
為了觀察和記錄這些輸出信號，將它們定向到電錶。要創建圖形和報告，輸出信號將被傳輸到模數轉換器（ADC），然後傳輸到帶有軟件的計算機。
示例包括：
·紫外線光電管是對輻射敏感的傳感器，可監控紫外線空氣處理，紫外線水處理和太陽輻照度。
·光線傳感器可測量入射光的強度。
·紫外線光譜傳感器是科學攝影中使用的電荷耦合器件（CCD）。
·紫外線光探測器。
·殺菌紫外線探測器。
·光穩定性傳感器。
應用領域：
·測量紫外線光譜中會灼傷人體皮膚的部分
·藥房
·汽車
·機器人技術
·印刷業用於溶劑處理和染色工藝
·化學工業，用於生產，儲存和運輸化學藥品
閱讀有關紫外線傳感器及其工作原理的更多信息。
4.觸摸傳感器
根據觸摸的位置，觸摸傳感器充當可變電阻器。如下圖所示。
該圖顯示了觸摸傳感器用作可變電阻器
觸摸傳感器由以下材料製成：
·完全導電的物質，例如銅
·絕緣間隔材料，例如泡沫或塑料
·部分導電材料
原理與工作：
部分導電的材料與電流相反。線性位置傳感器的主要原理是，當電流必須通過的這種材料的長度更大時，電流的流動會更加相反。結果，通過改變材料與完全導電的材料接觸的位置來改變材料的電阻。
通常，將軟件連接到觸摸傳感器。在這種情況下，軟件將提供內存。他們可以記住停用傳感器時的“最後觸摸位置”。一旦激活傳感器，他們就可以記住“首次觸摸位置”並瞭解與之相關的所有值。此操作類似於如何移動鼠標並將其定位在鼠標墊的另一端，以將光標移動到屏幕的另一端。
應用領域：
觸摸傳感器既經濟又耐用，可用於許多應用，例如
·商業–醫療，自動售貨，健身和遊戲
·電器–烤箱，洗衣機/乾衣機，洗碗機，冰箱
·運輸-車輛製造商之間的駕駛艙製造和精簡控制
·液位傳感器
·工業自動化–位置和液位感應，自動化應用中的人為觸摸控制
·消費電子產品–在各種消費產品中提供新的感覺和控制級別
5.接近傳感器
接近傳感器檢測是否存在幾乎沒有任何接觸點放置的物體。由於傳感器和被測物體之間沒有接觸，並且缺少機械部件，因此這些傳感器具有較長的使用壽命和較高的可靠性。不同類型的接近傳感器包括電感式接近傳感器，電容式接近傳感器，超聲波接近傳感器，光電傳感器，霍爾效應傳感器等。
接近傳感器會發射電磁場或靜電場或電磁輻射束（例如紅外線），並等待返回信號或磁場的變化。被檢測到的物體稱為接近傳感器的目標。
電感式接近傳感器–它們具有振盪器作為輸入，通過導電介質的接近來改變損耗電阻。這些傳感器是金屬目標的首選。
電容接近傳感器–它們轉換檢測電極和接地電極兩側的靜電電容變化。這是通過以振盪頻率的變化接近附近的物體而發生的。為了檢測附近的物體，將振盪頻率轉換成直流電壓，該直流電壓與預定的閾值進行比較。這些傳感器是塑料目標的首選。
應用領域：
·在自動化工程中用於定義過程工程工廠，生產系統和自動化工廠中的操作狀態
·在窗口中使用，並在窗口打開時激活警報
·用於機器振動監控，以計算軸與支撐軸承之間的距離差
原理：
批准了不同的定義來區分傳感器和傳感器。傳感器可以定義為一種以某種形式的能量進行感應以產生相同或另一種形式的能量變化的元素。換能器使用換能原理將被測量體轉換為所需的輸出。
根據獲得和創建的信號，可以將原理分為以下幾類：電氣，機械，熱，化學，輻射和磁。
讓我們以超聲波傳感器為例。
超聲波傳感器用於檢測物體的存在。它是通過從設備頭髮出超聲波，然後從相關對象接收反射的超聲波信號來實現的。這有助於檢測物體的位置，存在和移動。
超聲波傳感器的圖形解釋原理
由於超聲波傳感器依靠聲音而不是光進行檢測，因此它被廣泛用於測量水位，醫學掃描程序以及汽車工業。超聲波可以使用其反射傳感器檢測透明物體，例如透明薄膜，玻璃瓶，塑料瓶和平板玻璃。
超聲波的運動因介質的形狀和類型而異。例如，超聲波在均勻的介質中筆直移動，並在不同介質之間的邊界處反射和傳輸回去。空氣中的人體會引起大量反射，因此很容易檢測到。
理解以下內容可以最好地解釋超聲波的傳播：
1.多重反射
當波在傳感器和檢測對象之間多次反射時，就會發生多次反射。
2.極限區域
可以調整最小感應距離和最大感應距離。這稱為極限區域。
3.探測區
未檢測區域是傳感器頭表面與由於檢測距離調整而導致的最小檢測距離之間的間隔。該圖如下所示。
超聲波傳感器的感應範圍圖
未檢測區域是指靠近傳感器的區域，由於傳感器頭的配置和混響，無法進行檢測。由於傳感器和物體之間的多次反射，可能會在不確定區域中進行檢測。
應用領域：
傳感器用於多種應用，例如：
·震動檢測
·機器監控應用
·車輛動力學
·低功耗應用
·結構動力學
·醫療航空航天
·核儀器儀表
·作為手機“觸摸鍵盤”中的壓力傳感器
·觸摸底座時變亮或變暗的燈
·觸摸電梯中的敏感按鈕
四、廣泛應用的先進傳感器技術
傳感器技術被廣泛用於製造領域，先進技術如下：
1.條形碼識別
市場上銷售的產品具有通用產品代碼（UPC），該產品代碼為12位數字。其中五個數字表示製造商，其他五個數字表示產品。前六個數字由代碼表示為亮條和暗條。第一個數字表示數字系統的類型，第二個數字表示奇偶校驗表示讀數的準確性。其餘的六位數由代碼表示為與前六位數相反的深色和淺色條。條形碼如下圖所示。
條形碼閱讀器掃描的條形碼的典型圖像
即使不瞭解標準代碼，條形碼閱讀器也可以管理不同的條形碼標準。條形碼的缺點是，如果條形碼被油脂或汙垢掩蓋，條形碼掃描器將無法讀取。
2.應答器
在汽車部分，很多情況下使用射頻設備。應答器隱藏在鑰匙的塑料頭內部，任何人都看不到。鑰匙插入點火鎖芯中。轉動鑰匙時，計算機會將無線電信號發送到應答器。在應答器響應信號之前，計算機不會讓發動機點火。這些應答器由無線電信號激勵。應答器的圖形如下所示：
密鑰中使用的嵌入式應答器的圖像
3.製成品的電磁識別
這類似於條形碼技術，在條形碼技術中，數據可以在磁條上編碼。通過磁條，即使代碼被油脂或汙垢掩蓋，也可以讀取數據。
4.表面聲波
此過程類似於RF識別。在此，零件識別由雷達類型的信號觸發，並且與射頻系統相比，傳輸距離較長。
5.光學字符識別
這是一種自動識別技術，它使用字母數字字符作為信息源。在美國，郵件處理中心使用光學字符識別。它們還用於視覺系統和語音識別系統。
