传感器工作原理与分类详解

根据传感器工作原理的不同，可分为物理传感器和化学传感器。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增长。

微电子技术、通信技术以及无线通信等技术的发展，使得传感器的体积越来越小，并在微小体积的芯片内集成了信息采集、数据处理以及无线通信等许多功能。

常见的传感器包括温度、压力、湿度、光、霍尔磁性传感器等。

（1）温度传感器

常见的温度传感器包括热敏电阻、半导体温度传感器以及温差电偶（见图2-4）。

图2-4　温度传感器

热敏电阻主要是利用各种材料电阻率的温度敏感性，根据材料的不同，热敏电阻可以用于设备的过热保护以及温控报警等。

半导体温度传感器利用半导体器件的温度敏感性来测量温度，具有成本低廉、线性度好等优点。

温差电偶则是利用温差电现象，把被测端的温度转化为电压和电流的变化；由不同金属材料构成的温差电偶，能够在比较大的范围内测量温度，例如-200～2000℃。

（2）压力传感器

常见的压力传感器在受到外部压力时会产生一定的内部结构的变形或位移，进而转化为电特性的改变，产生相应的电信号（见图2-5）。

图2-5　压力传感器

（3）湿度传感器

主要包括电阻式和电容式两个类别（见图2-6）。

电阻式湿度传感器也成为湿敏电阻，利用氯化锂、碳、陶瓷等材料的电阻率的湿度敏感性来探测湿度。(www.xing528.com)

电容式湿度传感器也称为湿敏电容，利用材料的介电系数的湿度敏感性来探测湿度。

（4）光传感器

光传感器可以分为光敏电阻以及光电传感器两个大类（见图2-7）。

光敏电阻主要利用各种材料的电阻率的光敏感性来进行光探测。

光电传感器主要包括光敏二极管和光敏晶体管，这两种器件都是利用半导体器件对光照的敏感性。光敏二极管的反向饱和电流在光照的作用下会显著变大，而光敏晶体管在光照时其集电极、发射极导通，类似于受光照控制的开关。此外，为方便使用，市场上出现了把光敏二极管和光敏晶体管与后续信号处理电路制作成一个芯片的集成光传感器。

光传感器的不同种类可以覆盖可见光、红外线（热辐射）以及紫外线等波长范围的传感应用。

（5）霍尔（磁性）传感器

霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁性传感器（见图2-8）。霍尔效应是指：把一个金属或者半导体材料薄片置于磁场中，当有电流流过时，由于形成电流的电子在磁场中运动而受到磁场的作用力，会使得材料中产生与电流方向垂直的电压差。可以通过测量霍尔传感器所产生的电压的大小来计算磁场的强度（见图2-9）。

霍尔传感器结合不同的结构，能够间接测量电流、振动、位移、速度、加速度、转速等，具有广泛的应用价值。

图2-6　湿度传感器

图2-7　光传感器

图2-8　霍尔效应

图2-9　霍尔传感器