在现代测试技术中,传感器是一种以的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的,便于应用的某种物理量的测量装置。传感器的分类方法有很多,按作用原理常用的传感器可以分为:电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器、核辐射式传感器、磁电式传感器和数字式传感器等。新型传感器可以分为:光纤传感器、生物传感器、湿度传感器、红外传感器、固态图像传感器、霍尔传感器、智能式传感器和超声波传感器等。
1、传感器定义及分类
根据现行标准《传感器通用术语》(GB/T7665-2005),传感器的定义:能感受规定的被测量,并按照规律转换成可用信号的器件或装置。通常由直接响应被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件及相应的电子线路组成。传感器技术与计算机技术及通信技术组成了现代信息技术的3大基础。传感器的分类有多种形式,按转换原理可分为应变式、压电式、压阻式、电容式、电感式、电化学式和光纤式等;按被测量可分为力、热、光、磁、速度、气体、湿度和生物等传感器;按输出量可分为模拟量传感器和数字量传感器;按是利用结构参数的变化还是利用材料的物理(或化学)特性的变化进行信号转换,可分为结构型传感器和物性型传感器,两种特征兼有的为复合型传感器。
2、传感器技术发展方向
传感器是实现自动检测和自动控制的环节,技术内容涉及力学、传热学、声学、光学、电学、磁学、生物学和化学等众多学科,是集光、机、电等多方面工程技术于一体的现代前沿技术。传感器技术发展方向是微型化、智能化、集成化及网络化。
(1)微型化
传感器技术与微电子技术相结合,使传感器产品趋于微小型化,其敏感元件的特征尺寸已接近纳米级,并且随着微机电系统(MEMS)工艺的进步和封装结构的创新,产品在功耗、性能和价格上都优越性。
(2)智能化
智能化是传感器技术的另一个重要特点,也是未来传感器的重要发展方向。由于传感器技术与通信技术、计算机技术的结合,传感器实现了将敏感元件、电路、微处理器和通信接口等封装在1个组件内,使传感器不仅具有信息采集功能,还同时具有信息处理、数据存储、自诊断、自修正、自保护、逻辑判断、双向通信、标准化数字输出甚至是执行控制功能。
(3)集成化
集成化主要指硬件和软件两方面的集成。包括单传感器集成、多传感器集成、传感系统硬件集成及传感系统软硬件集成等多种方式。集成化特点使传感器实现了多参数、信号处理等功能。由于MEMS工艺与CMOS等工艺无法兼容,集成化多指集成在传感器外壳内封装,尚难以实现单片集成。
(4)网络化
由于MEMS技术、低功耗的电子电路技术、无线射频技术和传感器技术的发展,使得传感器与计算模块、通信模块的集成成为可能,而随着无线通信及组网技术的发展,大量传感器可通过网络构成协同工作的信息感知系统,提高了传感器的信息探测能力。
3、测试技术中传感器的特性
传感器的特性主要包括静态特性和动态特性。衡量传感器静态特性的主要指标是度、灵敏度、线性度和重复性。而衡量传感器动态特性的主要指标是时域性能指标和频域性能指标。时域性能指标包括时间常数、上升时间、响应时间、超调量等;频域性能指标包括通频率、工作频率、相位误差等。