传感器技术是一门知识密集型技术。传感器的原理有各种各样,它与许多学科有关,其种类十分繁多,分类方法也很多。可以用不同的观点对传感器进行分类: 它们的转换原理 (传感器工作的基本物理或化学效应)、它们的用途、它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。由此可见,传感器的分类方法五花八门,目前尚无一个统一的方法。比较常用的分类方法如表1-1。
表1-1 传感器的分类
下面介绍一些传感器的分类方法,以便于学生更好的了解传感器。
(一) 根据传感器工作原理,可分为物理传感器和化学传感器两大类
传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应,诸如压电效应,磁致伸缩现象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器,被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
有些传感器既不能划分到物理类,也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多,例如,可靠性问题、规模生产的可能性、价格问题等,解决了这类难题,化学传感器的应用将会有巨大发展。
(二) 按照用途分类
按照用途,传感器可分为:
压力敏和力敏传感器 位置传感器
液面传感器 能耗传感器
速度传感器 热敏传感器
加速度传感器 射线辐射传感器
振动传感器 湿敏传感器
磁敏传感器 气敏传感器
真空度传感器 生物传感器等。
(三) 以其输出信号为标准分类
模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。
数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号 (包括直接和间接转换)。
膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出 (包括直接或间接转换)。
开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时,传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
在外界因素的作用下,所有材料都会做出相应的、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。从所应用的材料观点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为金属、聚合物、陶瓷、混合物。
(2) 按材料的物理性质分为导体、绝缘体、半导体、磁性材料。
(3) 按材料的晶体结构分为单晶、多晶、非晶材料。
(4) 按照其制造工艺,可以将传感器区分为: 集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感器。
集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。
薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底 (基板) 上的,相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时,同样可将部分电路制造在此基板上。
厚膜传感器是利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后进行热处理,使厚膜成形。
陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺 (溶胶-凝胶等) 生产。
完成适当的预备性操作之后,已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性,在某些方面,可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变形。
每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低,以及传感器参数的高稳定性等原因,采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。
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