SICK工業(yè)傳感器分類與原理

由于被測(cè)參量種類繁多，其工作原理和使用條件又各不相同，因此傳感器的種類和規(guī)格十分繁雜，分類方法也很多。現(xiàn)將常采用的分類方法歸納如下：

1、按輸入量即測(cè)量對(duì)象的不同分：

如輸入量分別為：溫度、壓力、位移、速度、濕度、光線、氣體等非電量時(shí)，則相應(yīng)的傳感器稱為溫度傳感器、壓力傳感器、稱重傳感器等。

這種分類方法明確地說(shuō)明了傳感器的用途，給使用者提供了方便，容易根據(jù)測(cè)量對(duì)象來(lái)選擇所需要的傳感器，缺點(diǎn)是這種分類方法是將原理互不相同的傳感器歸為一類，很難找出每種傳感器在轉(zhuǎn)換機(jī)理上有何共性和差異，因此，對(duì)掌握傳感器的一些基本原理及分析方法是不利的。因?yàn)橥环N型式的傳感器，如壓電式傳感器，它可以用來(lái)測(cè)量機(jī)械振動(dòng)中的加速度、速度和振幅等，也可以用來(lái)測(cè)量沖擊和力，但其工作原理是一樣的。

這種分類方法把種類最多的物理量分為：基本量和派生量?jī)纱箢悾缌梢暈榛疚锢砹浚瑥牧膳缮鰤毫?、重量，?yīng)力、力矩等派生物理量．當(dāng)我們需要測(cè)量上述物理量時(shí)，只要采用力傳感器就可以了。所以了解基本物理量和派生物理量的關(guān)系，對(duì)于系統(tǒng)使用何種傳感器是很有幫助的。

2、按工作(檢測(cè))原理分類

檢測(cè)原理指?jìng)鞲衅鞴ぷ鲿r(shí)所依據(jù)的物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)等機(jī)理。有電阻式、電容式、電感式、壓電式、電磁式、磁阻式、光電式、壓阻式、熱電式、核輻射式、半導(dǎo)體式傳感器等。

如根據(jù)變電阻原理，相應(yīng)的有電位器式、應(yīng)變片式、壓阻式等傳感器；如根據(jù)電磁感應(yīng)原理，相應(yīng)的有電感式、差壓變送器、電渦流式、電磁式、磁阻式等傳感器；如根據(jù)半導(dǎo)體有關(guān)理論，則相應(yīng)的有半導(dǎo)體力敏、熱敏、光敏、氣敏、磁敏等固態(tài)傳感器。

這種分類方法的優(yōu)點(diǎn)是便于傳感器專業(yè)工作者從原理與設(shè)計(jì)上作歸納性的分析研究，避免了傳感器的名目過(guò)于繁多，故經(jīng)常采用。缺點(diǎn)是用戶選用傳感器時(shí)會(huì)感到不夠方便。

有時(shí)也常把用途和原理結(jié)合起來(lái)命名，如電感式位移傳感器，壓電式力傳感器等，以避免傳感器名目過(guò)于繁多．

3、按照傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)在信號(hào)變換過(guò)程中是否發(fā)生變化可分為：

a、物性型傳感器：在實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變換過(guò)程中，結(jié)構(gòu)參數(shù)基本不變，而是利用某些物質(zhì)材料(敏感元件)本身的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化而實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換的。

這種傳感器一般沒(méi)有可動(dòng)結(jié)構(gòu)部分，易小型化，故也被稱作固態(tài)傳感器，它是以半導(dǎo)體、電介質(zhì)、鐵電體等作為敏感材料的固態(tài)器件。如：熱電偶、壓電石英晶體、熱電阻以及各種半導(dǎo)體傳感器如力敏、熱敏、濕敏、氣敏、光敏元件等。

b、結(jié)構(gòu)型傳感器：依靠傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)的幾何形狀或尺寸(即結(jié)構(gòu)參數(shù))的變化而將外界被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻、電感、電容等物理量的變化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換，從而檢測(cè)出被測(cè)信號(hào)。

如：電容式、電感式、應(yīng)變片式、電位差計(jì)式等。

4、根據(jù)敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系(或按是否需外加能源)來(lái)分：

a、能量轉(zhuǎn)換型(有源式、自源式、發(fā)電式)：在進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)不需要另外提供能量，直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量，把輸入信號(hào)能量變換為另一種形式的能量輸出使其工作。有源傳感器類似一臺(tái)微型發(fā)電機(jī)，它能將輸入的非電能量轉(zhuǎn)換成電能輸出，傳感器本身勿需外加電源，信號(hào)能量直接從被測(cè)對(duì)象取得。因此只要配上必要的放大器就能推動(dòng)顯示記錄儀表。

如：壓電式、壓磁式、電磁式、電動(dòng)式、熱電偶、光電池、霍爾元件、磁致伸縮式、電致伸縮式、靜電式等傳感器。

這類傳感器中，有一部分能量的變換是可逆的，也可以將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或其它非電量。如壓電式、壓磁式、電動(dòng)式傳感器等。

b、能量控制型(無(wú)源式、他源式、參量式)：在進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，需要先供給能量即從外部供給輔助能源使傳感器工作，并且由被測(cè)量來(lái)控制外部供給能量的變化等。對(duì)于無(wú)源傳感器，被測(cè)非電量只是對(duì)傳感器中的能量起控制或調(diào)制作用，得通過(guò)測(cè)量電路將它變?yōu)殡妷夯螂娏髁?，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大，以推動(dòng)指示或記錄儀表。配用測(cè)量電路通常是電橋電路或諧振電路。

如：電阻式、電容式、電感式、差動(dòng)變壓器式、渦流式、熱敏電阻、光電管、光敏電阻、濕敏電阻、磁敏電阻等。

5、按輸出信號(hào)的性質(zhì)分：

a、模擬式傳感器：將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的電壓或電流，如要求配合數(shù)字顯示器或數(shù)字計(jì)算機(jī)，需要配備模／數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換裝置。

上面提到的傳感器基本上屬于模擬傳感器。

b、數(shù)字式傳感器：能直接將非電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，可以直接用于數(shù)字顯示和計(jì)算，可直接配合計(jì)算機(jī)，具有抗干擾能力強(qiáng)，適宜距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。

目前這類傳感器可分為脈沖、頻率和數(shù)碼輸出三類。如光柵傳感器等。

6、按照傳感器與被測(cè)對(duì)象的關(guān)聯(lián)方式(是否接觸)可分為：

a、接觸式：如：電位差計(jì)式、應(yīng)變式、電容式、電感式等；

b、非接觸式：接觸式的優(yōu)點(diǎn)是傳感器與被測(cè)對(duì)象視為一體，傳感器的標(biāo)定無(wú)須在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，缺點(diǎn)是傳感器與被測(cè)對(duì)象接觸會(huì)對(duì)被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)或特性不可避免地產(chǎn)生或多或少的影響。非接觸式則沒(méi)有這種影響；

非接觸化測(cè)量可以消除傳感器介入而使被測(cè)量受到的影響，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)，可使傳感器的使用壽命增加。但是非接觸式傳感器的輸出會(huì)受到被測(cè)對(duì)象與傳感器之間介質(zhì)或環(huán)境的影響。因此傳感器標(biāo)定必須在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。

7、按傳感器構(gòu)成來(lái)分：

a、基本型傳感器：是一種最基本的單個(gè)變換裝置。

b、組合型傳感器：是由不同單個(gè)變換裝置組合而構(gòu)成的傳感器。

c、應(yīng)用型傳感器：是基本型傳感器或組合型傳感器與其他機(jī)構(gòu)組合而構(gòu)成的傳感器。

例如：熱電偶是基本型傳感器，把它與紅外線輻射轉(zhuǎn)為熱量的熱吸收體組合成紅外線輻射傳感器，即一種組合傳感器；把這種組合傳感器應(yīng)用于紅外線掃描設(shè)備中，就是一種應(yīng)用型傳感器。

8、按作用形式來(lái)分：

按作用形式可分為主動(dòng)型和被動(dòng)型傳感器。

主動(dòng)型傳感器又有作用型和反作用型，此種傳感器對(duì)被測(cè)對(duì)象能發(fā)出一定探測(cè)信號(hào)，能檢測(cè)探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中所產(chǎn)生的變化，或者由探測(cè)信號(hào)在被測(cè)對(duì)象中產(chǎn)生某種效應(yīng)而形成信號(hào)。檢測(cè)探測(cè)信號(hào)變化方式的稱為作用型，檢測(cè)產(chǎn)生響應(yīng)而形成信號(hào)方式的稱為反作用型。雷達(dá)與無(wú)線電頻率范圍探測(cè)器是作用型實(shí)例，而光聲效應(yīng)分析裝置與激光分析器是反作用型實(shí)例。

被動(dòng)型傳感器只是接收被測(cè)對(duì)象本身產(chǎn)生的信號(hào)，如紅外輻射溫度計(jì)、紅外裝置等

9、按傳感器的特殊性來(lái)分：

上面介紹的分類是傳感器的基本類型，按特殊性可分以下類型：

按檢測(cè)功能可分為檢測(cè)溫度、壓力、溫度、流量計(jì)、流速、加速度、磁場(chǎng)、光通量等的傳感器；

按傳感器工作的物理基礎(chǔ)可分為機(jī)械式、電氣式、光學(xué)式、液體式等；

按轉(zhuǎn)換現(xiàn)象的范圍可分為化學(xué)傳感器、電磁學(xué)傳感器、力學(xué)傳感器和光學(xué)傳感器；

按材料可分為金屬、陶瓷、有機(jī)高分子材料、半導(dǎo)體傳感器等；

按應(yīng)用領(lǐng)域分為工業(yè)，民用、科研、醫(yī)療，農(nóng)用，傳感器；

按功能用途分為計(jì)測(cè)用、監(jiān)視用、檢查用，診斷用、控制用，分析用等傳感器。