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傳感器是人類感知、獲取和檢測(cè)自然界各種信息的工具，通過它能得到人類感官無法獲得的大量信息。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類日常生活中，傳感器都起著不可替代的作用。可以說，科學(xué)技術(shù)越發(fā)達(dá)，自動(dòng)化程度越高，對(duì)傳感器的依賴就越大。

一、傳感器的組成與分類

1、傳感器的組成

傳感器通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件及基本轉(zhuǎn)換電路組成，如圖1所示。

敏感元件是能夠靈敏地感受被測(cè)景并按確定關(guān)系做出響應(yīng)的元件；

轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件所感受的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)（如電阻、電感和電容）或電量（如電壓、電流）的元件；

基本轉(zhuǎn)換電路是將轉(zhuǎn)換元件的輸出轉(zhuǎn)換成便于傳輸和處理電量的電路。

圖1 傳感器的組成

某些傳感器可以僅由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，而某些傳感器的敏感元件和轉(zhuǎn)換元件可合二為一，最簡(jiǎn)單的傳感器是由一個(gè)敏感元件（兼轉(zhuǎn)換元件）組成，它在感受被測(cè)量時(shí)可以直接輸出電量，如熱電偶、壓電晶體、光電池等。

2、傳感器的分類

傳感器的種類繁多，其分類方法也有多種，這里僅介紹兩種最為常用的分類方法。

（1）按被測(cè)物理量分類。 傳感器有位移傳感器、接近傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、力傳感器、力矩傳感器、壓力傳感器及加速度傳感器等。這種分類方法直接表明了傳感器的用途，與用戶和傳感器生產(chǎn)廠家所關(guān)心的各種待測(cè)信息的種類相對(duì)應(yīng)，便于用戶了解和選用傳感器。

（2）按工作原理分類。 傳感器有電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、霍爾傳感器、光電式傳感器等。這種分類方法以傳感器的工作原理為依據(jù)，有利于人們對(duì)各種傳感器及其檢測(cè)原理的理解和研究。

3、傳感器的基本特性

傳感器的特性是指?jìng)鞲衅鞯妮敵隽颗c輸入量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于輸入量有靜態(tài)（即輸入信號(hào)為不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢的基本穩(wěn)定狀態(tài)）和動(dòng)態(tài)（即輸入信號(hào)為隨時(shí)間作周期變化或無規(guī)律瞬變的變化狀態(tài)）兩種基本形式，因此傳感器的特性通常有兩種對(duì)應(yīng)的表示形式，即靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。

當(dāng)輸入量處于靜態(tài)時(shí)，傳感器的輸出與輸入量之間的關(guān)系稱為傳感器的靜態(tài)特性。通常，用來表征傳感器靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有：測(cè)量范圍、量程、靈敏度、分辨力、線性度、遲滯性、重復(fù)性、漂移和穩(wěn)定性等。

二、常用傳感器的特性

1、接近傳感器

接近傳感器能夠在非接觸的情況下檢測(cè)被測(cè)物體是否接近，并將檢測(cè)結(jié)果以開關(guān)信號(hào)方式輸出，因此通常又稱為無觸點(diǎn)行程開關(guān)或接近開關(guān)。

接近開關(guān)有電感式、電容式、光電式、霍爾式等多種。

（1）電感式接近傳感器。 電感式接近傳感器也稱為電感式接近開關(guān)或電渦流式接近開關(guān)。電感式接近開關(guān)主要由LC高頻振蕩電路、信號(hào)處理電路和開關(guān)放大電路組成，如圖2所示。

圖2 電感式傳感器示意圖

圖3 電感式接近傳感器實(shí)物圖

（2）電容式接近傳感器。 電容式接近傳感器也稱為電容式接近開關(guān)，其電路框圖如圖4所示。

圖4 電容式傳感器示意圖

電容式接近開關(guān)是以電容器的極板作為其檢測(cè)面，而檢測(cè)面外部所面對(duì)的物質(zhì)，則是電容器兩個(gè)極板之間的絕緣介質(zhì)，若該絕緣介質(zhì)發(fā)生變化，則電容器的電容量也將隨之變化。

無論金屬或非金屬的被測(cè)物體，在接近或離開電容式接近開關(guān)時(shí)，都會(huì)引起接近開關(guān)電容器的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使得電容式接近開關(guān)能夠輸出相應(yīng)的開關(guān)信號(hào)。

因此，電容式接近開關(guān)所檢測(cè)的物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。使用的電容式接近開關(guān)如圖5所示。

圖5 電容式接近傳感器實(shí)物圖

（3）光電式接近傳感器。 光電式傳感器是利用光電器件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。其核心的敏感元件是光電器件，光電器件的工作基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。圖6為光電式接近開關(guān)。

圖6 光電式接近傳感器實(shí)物圖

2、溫度傳感器

為了滿足不同場(chǎng)合、不同物質(zhì)的溫度測(cè)量要求，測(cè)量溫度的方法有接觸式和非接觸式兩種。前者是將感溫元件與被測(cè)對(duì)象進(jìn)行直接物理接觸，通過熱傳導(dǎo)來測(cè)溫；后者則是將感溫元件與玻測(cè)對(duì)象不進(jìn)行物理接觸，而通過熱輻射進(jìn)行熱傳遞來測(cè)溫。

兩種測(cè)溫方法，分別有與其對(duì)應(yīng)的溫度傳感器。接觸式溫度傳感器通常是利用材料或元件的溫度特性來測(cè)溫的。常用的溫度傳感器主要有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及集成溫度傳感器等。圖7是設(shè)備中使用的溫度傳感器Pt100及溫度變送器。

圖7 溫度傳感器實(shí)物圖

3、磁性開關(guān)

在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，磁性開關(guān)用于各類氣缸的位置檢測(cè)，用兩個(gè)磁性開關(guān)來測(cè)機(jī)械手上氣缸伸出和縮回到位的位置。

磁力式接近開關(guān)(簡(jiǎn)稱磁性開關(guān))是一種非接觸式位置檢測(cè)開關(guān)，這種非接觸式位置檢測(cè)不會(huì)磨損和損傷檢測(cè)對(duì)象，響應(yīng)速度高。

磁性開關(guān)用于檢測(cè)磁性物質(zhì)的存在，安裝方式上有導(dǎo)線引出型、接插件式、接插件中繼型，根據(jù)安裝場(chǎng)所環(huán)境的要求磁性開關(guān)可選擇屏蔽式和非屏蔽式。其外形如圖8 所示。

圖8 磁性開關(guān)實(shí)物圖

4、光纖式光電接近開關(guān)

光纖式光電接近開關(guān)（簡(jiǎn)稱光纖式光電開關(guān)）也是光纖傳感器的一種，光纖傳感器傳感部分沒有電路連接，不產(chǎn)生熱量，只利用很少的光能，這些特點(diǎn)使光纖傳感器成為危險(xiǎn)環(huán)境下的理想選擇。

光纖傳感器還可以用于關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備的長(zhǎng)期高可靠穩(wěn)定的監(jiān)視。相對(duì)于傳統(tǒng)傳感器，光纖傳感器具有下述優(yōu)點(diǎn)： 抗電磁干擾、可工作于惡劣環(huán)境、傳輸距離遠(yuǎn)、使用壽命長(zhǎng)， 此外，由于光纖頭具有較小的體積，所以可以安裝在很小的空間里面。光纖放大器根據(jù)需要來設(shè)置。

比如有些生產(chǎn)過程中煙火，電火花等可能引起爆炸和火災(zāi)，光能不會(huì)成為火源，所以不會(huì)引起爆炸和火災(zāi)，可將光纖檢測(cè)頭設(shè)置在危險(xiǎn)場(chǎng)所，將放大器單元設(shè)置在非危險(xiǎn)場(chǎng)所進(jìn)行使用。

光纖傳感器由光纖檢測(cè)頭、光纖放大器兩部分組成，光纖放大器和光纖檢測(cè)頭是分離的兩個(gè)部分。光纖傳感器結(jié)構(gòu)上分為傳感型和傳光型兩大類。傳感型是以光纖本身作為敏感元件，使光纖換有感受和傳遞被測(cè)信息的作用。

傳光型是把由被測(cè)對(duì)象所調(diào)制的光信號(hào)輸人光纖，通過輸出端進(jìn)行光信號(hào)處理而進(jìn)行測(cè)量的，傳光型光纖傳感器的工作原理與光電傳感器類似。在生產(chǎn)中貨物分揀單元中采用的就是傳光型的光纖式光電開關(guān)，光纖僅作為被調(diào)制光的傳播線路使用。常見的光纖傳感器如圖9及圖10所示。

圖9 光纖傳感器實(shí)物圖

圖10 光纖傳感器放大器實(shí)物圖

5、光電編碼器

光電編碼器是通過光電轉(zhuǎn)換，將機(jī)械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它主要用于速度或位置(角度)的檢測(cè)。

典型的光電編碼器由碼盤(Disk)、 檢測(cè)光柵(Mask)、光電轉(zhuǎn)換電路（包括光源、光敏器件、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路）、機(jī)械部件等組成。

一般來說，根據(jù)光電編碼器產(chǎn)生脈沖的方式不同，可以分為增量式、絕對(duì)式及復(fù)合式三大類，生產(chǎn)線上常采用的是增量式傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11 光電編碼器示意圖

在一般生產(chǎn)設(shè)備上傳送帶定位控制就是由光電編碼器來完成的。同時(shí)，光電編碼器還要完成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。其外形如圖12所示。

圖12 光電編碼器實(shí)物圖

圖13 光電編碼器在設(shè)備上的使用

審核編輯 黃宇