科学技术的发展将人类社会带入了信息时代,人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。从浩瀚无垠的宇宙,到微观粒子世界,许多未知的现象和规律信息,没有相应的传感器是无法获取的。传感器技术是当今信息社会中的一门跨学科的边缘性技术学科,它在信息处理系统中占有十分重要的地位,是信息处理系统的三个构成单元(传感器、通信系统、电子计算机) 之一,已渗透到了生产、科研和生活的各个领域。
传感技术是关于敏感元器件及传感器的设计制造、测试、应用的综合性技术，是构成现代信息技术和自动化技术的主要支柱之一。随着科学技术的迅猛发展，传感器在品种、性能等方面都有飞速的发展，应用领域也日趋广泛。传感器已成为人们生产、生活中不可缺少的工具，也是物联网的基础。
传感器的结构和分类
1、传感器的结构
很多非电学量(包括物理量,化学量,生物量等) ,早期都采用非电学量方法测量。随着科学技术的飞速发展,对被测量的准确度、速度和精度提出了新的要求,传统方法已不能满足测量要求,必须采用传感器电测技术,把非电学量信号转换为电信号。在现代化生产过程中,需用各种传感器来监控生产过程的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态。特别是传感器与计算机结合,使自动化过程更具有准确、快捷、效率高等优点。
传感器(Transducer/Sensor)是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，能完成检测任务,它的输入量是某一被测量,可能是物理量,也可能是化学量、生物量等;输出量是某种物理量,便于传输、转换、处理、显示等,可以是气、光、电物理量，主要是电物理量;输出输入有对应关系,且应有一定的精确程度。传感器的作用包括信息的收集、信息数据的转换和控制信息的采集。传感器一般由敏感元件和转换元件两大部分组成。有时也将转换电路及辅助电路作为其组成部分。
敏感元件是直接感受被测量, 并输出与被测量呈现确定关系的某一物理量的元件。敏感元件的输出就是转换元件的输入，转换元件把输入转换成电路参量。
传感器大都要在现场工作,现场的条件往往是难以充分预料的,有时是极其恶劣的。各种外界因素要影响传感器的精度与各有关性能。为了减小测量误差,保证其原有性能,就应设法削弱或消除外界因素对传感器的影响。常用的方法有,减小传感器对影响因素的灵敏度或者降低外界因素对传感器实际作用的程度。对于电磁干扰, 可以采用屏蔽、隔离措施,也可用滤波等方法抑制。对于如温度、湿度、机械振动、气压、声压、辐射、甚至气流等,可采用相应的隔离措施,如隔热、密封、隔振等, 或者在变换成为电量后对干扰信号进行分离或抑制,减小其影响。传感器作为长期测量或反复使用的器件, 其稳定性显得特别重要,其重要性甚至胜过精度指标, 尤其是对那些很难或无法定期标定的场合。为了提高传感器性能的稳定性, 对材料、元器件或传感器整体进行必要的稳定性处理。如永磁材料的时间老化、温度老化、机械老化及交流稳磁处理、电气元件的老化筛选等。此外,还可通过差动技术、平均技术、补偿与修正技术等技术途径改善传感器的性能。
2、传感器的分类
2.1 按被测参量分类
(1)机械量参量:如位移传感器,速度传感器等。
(2)热工参量:如温度传感器、压力传感器等。
(3)物性参量:如pH 传感器、氧含量传感器等。
2.2 按传感器的工作机理分类
(1)物理传感器:利用物质的物理现象和效应感知并检测出待测对象信息的器件。可分为2类:结构型传感器(如电容传感器、电感传感器等)和物性型传感器(如光电传感器、压电传感器等)。物理传感器开发早,发展快、品种多、应用广,目前正向集成化、系列化、智能化方向发展。
(2)化学传感器:主要是利用化学反应来识别和检测信息的器件。如气敏传感器、湿敏传感器和离子敏传感器。这类传感器发展前景很广,可在环境保护、火灾报警、医疗卫生和家用电器方面广泛应用。
(3)生物传感器:是利用生物化学反应的器件,由固定生物体材料和适当转换器件组合成的系统，与化学传感器有密切关系。如味觉传感器,听觉传感器等。作为一门在生命科学和信息科学之间发展起来的一门交叉学科，在发酵工艺、环境监测、食品工程、临床医学、军事及军事医学方面有着广泛应用。
2.3 按照能量转换分类
按照能量转换分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。
(1)能量转化型传感器:主要由能量变换元件构成,不需用外加电源,基于物理效应产生信息,如热敏电阻、光敏电阻等。
(2)能量控制型传感器:在信息变换过程中,需外加电源供给,如霍尔传感器、电容传感器。
2.4 按传感器使用材料分类
在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料出发可将传感器分成下列几类。
(1)按照其所用材料的类别分:金属聚合物,陶瓷,混合物。
(2)按材料的物理性质分:导体,绝缘体,半导体,磁性材料。
(3)按材料的晶体结构分: 单晶,多晶,非晶,材料。
此类传感器有半导体传感器、陶瓷传感器、复合材料传感器、金属材料传感器、高分子材料传感器,超导材料传感器、光纤材料传感器、纳米材料传感器等。
2.5 按传感器输出信号分类
按传感器输出信号分类有:模拟传感器和数字传感器。数字传感器直接输出数字量,不需使用A/D 转换器,就可与计算机联机,提高系统可靠性和精确度,具有抗干扰能力强,适宜远距离传输等优点,是传感器发展方向之一。这类传感器目前有振弦式传感器和光栅传感器等。
