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固態傳感器有哪些：固體圖像傳感器

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固體圖像傳感器
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固體圖像傳感器 image solid transducer 采用固體圖像敏感器件將二維圖像變換為電信號的光電式傳感器。固體圖像敏感器件是高度集成化(即固體化)的半導體光敏元陣列。70年代以來,隨著硅半導體工藝和集成電路技術的發展，已能在大尺寸的硅襯底上制成特性均勻的半導體結、并能達到很高的集成度。這就為制造固體圖像敏感器件創造了條件，使固體圖像傳感器迅速發展起來。與傳統的攝像管（電真空器件）相比，固體圖像傳感器具有尺寸小、價廉、工作電壓低、壽命長、性能穩定和圖像邊緣無疇變等優點。
中文名
固體圖像傳感器
外文名
image solid transducer
性    質
光電式傳感器
屬    性
半導體光敏元陣列
目錄
1
組成
?
電荷耦合器件
?
光電二極管陣列
?
電荷耦合光電二極管
?
電荷注入器件
2
應用
固體圖像傳感器組成
編輯
語音
固體圖像傳感器由物鏡、固體圖像敏感器件、驅動電路和信息處理電路組成。物鏡使圖像在敏感器件的光敏區清晰地成像。固體圖像敏感器件有一維和二維兩種。在采用一維敏感器件的傳感器中，由敏感器件完成一維掃描，同時將圖像作另一維方向的移動，從而完成二維圖像的掃描。二維圖像敏感器件是光敏元的二維陣列,工作時每個光敏元本身對應著圖像的一個像素,在驅動電路的作用下按行輸出脈沖信號，每個脈沖的幅值與它所對應的像素的光強度成正比。最后，圖像脈沖信號被送往信息處理電路進行放大和處理，變成適于后續設備接收處理的信號。固體圖像敏感器件是圖像傳感器的核心，可分為電荷耦合器件、光電二極管陣列、電荷耦合光電二極管陣列和電荷注入器件4類。
固體圖像傳感器電荷耦合器件
它的英文縮寫為CCD,由美國貝爾實驗室的W.S.博伊爾和G.E.史密斯于1970年發明。CCD有線陣和面陣兩種。線陣最大達2048位(每位為一個光敏元)，相鄰兩位中心距在13～16微米間。驅動電路工作方式有再充電脈沖模式（最大掃描速度達10兆赫）及取樣和保持方波輸出模式（最大掃描速度達2兆赫）。CCD芯片是在N型或P型硅襯底上生長一薄層二氧化硅，然后在二氧化硅薄層上依次沉積金屬電極形成規則排列的金屬氧化物（MOS）電容器陣列,最后在兩端加上輸入輸出二極管而制成。工作時,CCD通過電荷轉移把光信號變換成電脈沖信號輸出。脈沖幅度與它所對應的光敏元的受光強度（對應于圖像的某個像素）成正比，而脈沖順序則反映光敏元的位置。圖1為一維CCD器件中電荷轉移的原理圖。它有64個光敏元，每個光敏元上有3個轉移柵電極：1、2、3。光照時，因光子轟擊而產生電子-空穴對，即光生電荷,其電荷量正比于入射光強度。通過驅動電路對 3個相鄰電極分別加以時間上交迭的時鐘脈沖電壓φ1、φ2、φ3來實現光敏元電荷的轉移。設在t1時刻φ1為低電平，使電極1下的N型硅襯底中的電子受排斥而離開二氧化硅界面（即產生一個勢阱），而電極2、3分別加高電位的φ2、φ3（即產生勢壘）,因此正電荷（空穴）受低電平電極1的吸引和高電平電極2的排斥而留在電極1之下(即落入勢阱之中)。在t2時刻φ1、φ2為低電平，φ3仍為高電平，電荷開始向電極2之下轉移。在t3時刻φ1、φ3為高電平,φ2為低電平,電荷全部移至電極2之下。繼續下去電荷移到電極3之下。再繼續下去光敏元64的光生電荷移到輸出端經二極管輸出，同時光敏元63的電荷進入64，62進入63等等。一直進行下去就在輸出端G0依次得到光敏元64、63、62、…的電荷，經放大后就得到傳輸圖像的電脈沖信號。還可在輸入端C1輸入被轉移的電荷或用以補償轉移損失的電荷。
固體圖像傳感器光電二極管陣列
它的英文縮寫為SSPD，是在最新的集成電路技術的基礎上發展起來的。SSPD也是制作在硅片上的，感光元件可采用光電二極管、光晶體管以及MOS二極管。SSPD也有線陣和面陣兩種。線陣通常為256～1048位。相鄰兩位二極管的中心距為15～100微米。驅動電路工作方式為電壓取樣模式和再充電取樣模式，掃描速度達10兆赫。圖2是采用當前集成度最高的 MOS大規模集成電路制成的SSPD的示意圖。圖中將光電二極管排列在水平和垂直兩個方向上構成光敏元陣列。MOS晶體管是掃描電路的開關管,它的雙柵極接成“與電路”（見電子邏輯元件），以便在控制信號到來時讀出光電二極管的敏感信號。SSPD的讀出在垂直掃描電路控制下依行進行，并由水平掃描電路控制取出各行中每個光敏元的信號，這樣就能在一條輸出線上得到按行掃描的圖像信號。
固體圖像傳感器電荷耦合光電二極管
它的英文縮寫為CCPD。CCPD以光電二極管作為光敏元并以電荷轉移方式讀出圖像信號。它兼有 CCD噪聲低和SSPD響應一致性好的優點。CCPD最大的線陣列達1728位，相鄰兩位中心距為16微米。驅動電路工作方式為再充電脈沖模式及取樣和保持方波列輸出模式。掃描速度為5兆赫。
固體圖像傳感器電荷注入器件
它的英文縮寫為CID。在CCD的讀出過程中電荷要經過多次轉移,而CID則采用完全不同的讀出方式。CID的每個敏感元實際上由一個MOS電容器構成。除公共襯底外,還有兩個電極。一個電極接到按X方向排列的引線上,另一電極接到按Y方向排列的引線上。電極電位不等于襯底電位時，電荷保持在電容器中。兩電極電位同時等于襯底電位時，電荷就被注入襯底。光子在各敏感單元產生的電荷用X-Y尋址方式讀出,當電荷從一個電極轉移到另一電極時,可在它們注入襯底時探測,也可用非破壞性讀出系統測出。CID主要采用二維陣列形式，在工業中尚未廣泛應用。
固體圖像傳感器應用
編輯
語音
固體圖像傳感器可用于電視攝像、機器人視覺、圖像識別、快速動態測量和信息存儲等方面。在航天器的姿態確定和控制系統中，固體圖像傳感器可用作星敏感器，實現航天器相對于遙遠恒星方位姿態的精確測量。在小零件的自動檢測方面，經過適當的信息處理后，分辨率可達光敏元間距的1/10（微米量級），并可實現聯機監測。當零件關鍵尺寸與儲存在檢測系統中的數據相差過大時，系統能產生“失效”信號，并自動舍棄超差零件。圖3是采用固體傳感器的鈔票檢查系統。該系統采用兩個二維光敏元陣列，使兩列鈔票分別通過其下,并在各自的光敏元陣列上成像,從而分別輸出兩列圖像信號，經過比較器處理后，能發現它們的不同特征,證實缺陷的存在。圖4為防盜檢測系統。系統采用二維光敏陣列制作的照相機監視關鍵部位（例如門）。現場用可見光或紅外線照射，并用輔助電路計算被遮位的光敏元數目，從圖像信息中能獲得闖入者的性質，例如能分辨出鳥、貓或人。還可用帶有光學系統的線陣或面陣圖像傳感器制成光學字符識別系統。這種系統能獲得高達3000字/秒的分辨速度，能用于：①標準信件識別分選；②貼有價格標簽的商品計價；③文字閱讀機。B
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固態傳感器有哪些：固態傳感器技術,solid

全固態傳感器
固態接觸傳感器
固態圖像傳感器
固態壓阻傳感器

說明：雙擊或選中下面任意單詞，將顯示該詞的音標、讀音、翻譯等；選中中文或多個詞，將顯示翻譯。

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1)  solid-state transducer technology

固態傳感器技術

2)  Transducer technology

傳感器技術

1.

Application of transducer technology to chemical experiment teaching not only makes it possible for students to carry out those experiments that are difficult to conduct through traditional methods, but also enhances students understanding of the advanced science and technology, helps them obtain the scientific learning methods and form the correct learning attitude.

傳感器技術是一種與現代科學密切相關的新興技術，具有便捷、直觀、實時、準確等特點。

更多例句>>

3)  sensor technique

傳感器技術

1.

New development of sensor technique in metal ions detection;

傳感器技術在金屬檢測中的新發展

2.

This paper introduces the present situation and developing trend of the s peed regulating system of SRD,and emphatically expounds the location less sensor technique of SRD and the r ipple torque minimization techniqu e of SRD.

介紹了開關磁阻電動機調速系統(簡稱SRD)控制技術的現狀及其發展趨勢,著重闡述了SR電機的無位置傳感器技術和開關磁阻電機轉矩波動最小化技術。

3.

It is known as digital display radius tester which is designed by using sensor technique and micro computer technique and integrated circuit technique.

它利用傳感器技術、微計算機技術和集成電路技術設計的 ,具有體積小、可手持式測量的特點 ,用LCD顯示測量結果表明 ,它可用于生產現場 。

更多例句>>

4)  sensor technology

傳感器技術

1.

Development and trend of sensor technology;

傳感器技術的發展和趨勢綜述

2.

Nowdays sensor technology is one of high and new technologies which developed quickly,and an important symbol of technology development.

傳感器技術是當今世界令人矚目的迅猛發展起來的高新技術之一。

3.

The article also analyzes the developing trend,opportunities and challenges of sensor technology.

介紹了傳感器的定義、分類及作用,闡述了傳感器技術在現代生活與科學技術中的一些主要應用,分析了傳感器技術的發展趨勢以及面臨的挑戰和機遇。

更多例句>>

5)  transducer technique

傳感器技術

1.

based on the thoughts of the new curriculum,sensor and transducer technique have been required in《Curriculum Standards of Physics for Ordinary Senior Middle School》.

根據新課程的指導思想 ,傳感器及傳感器技術寫入《高中物理課程標準》中 ,本文就傳感器的部分內容及相關的應用實驗研究作簡要介

更多例句>>

6)  Multi-sensors remote sensing

傳感器遙感技術

補充資料：固態壓阻壓力傳感器應用指南

半導體單晶硅材料在受到外力作用，產生肉眼根本察覺不到的極微小應變時，其原子結構內部的電子能級狀態發生變化，從而導致其電阻率劇烈的變化，由其材料制成的電阻也就出現極大變化，這種物理效應叫壓阻效應。人類是在本世紀五十年代才開始發現和研究這一效應的應用價值的。利用壓阻效應原理，采用三維集成電路工藝技術及一些專用特殊工藝，在單晶硅片上的特定晶向，制成應變電阻構成的惠斯頓檢測電橋，并同時利用硅的彈性力學特性，在同一硅片上進行特殊的機械加工，集應力敏感與力電轉換檢測于一體的這種力學量傳感器，稱為固態壓阻傳感器。以氣、液體壓強為檢測對象的則稱為固態壓阻壓力傳感器，它誕生于六十年代末期。顯然，它較之傳統的膜合電位計式，力平衡式，變電感式，變電容式，金屬應變片式及半導體應變片式傳感器技術上先進得多，目前仍是壓力測量領域最新一代傳感器。由于各自的特點及局限性，它雖然不能全面取代上述各種力學量傳感器，但是，從八十年代中期以后，在美，日，歐傳感器市場上，它已是壓力傳感器中執牛耳的品種，并與壓電式幾乎平分了加速度傳感器的國際市場。

主要特點：
1. 靈敏度高
硅應變電阻的靈敏因子比金屬應變片高50～100倍，故相應的傳感器靈敏度很高，一般滿量程輸出為100mv左右。因此對接口電路無特殊要求，應用成本相應較低。由于它是一種非機械結構傳感器，因而分辨率極高，國外稱之無限，即主要受限于外界的檢測讀出儀表限制及噪聲干擾限制，一般均可達傳感器滿量程的十萬分之一以下。硅壓阻傳感器在零點附近的低量程段無死區，且線性優良。
2. 精度高
由于固態壓阻壓力傳感器的感受，敏感轉換和檢測三部分由同一個元件實現，沒有中間轉換環節，所以不重復性和遲滯誤差極小。同時由于硅單晶本身剛度很大，形變很小，保證了良好的線性，因此綜合靜態精度很高。
3. 體積小、重量輕、動態頻響高
由于芯體采用集成工藝，又無傳動部件，因此體積小，重量輕。小尺寸芯片加上硅極高的彈性模數，敏感元件的固有頻率很高。在動態應用時，動態精度高，使用頻帶寬，合理選擇設計傳感器外型，使用帶寬可以從零頻至100千赫茲。
4. 性能穩定、可靠性高
由于工作彈性形變低至微應變數量級，彈性薄膜最大位移在亞微米數量級，因而無磨損、無疲勞、無老化。壽命長達107壓力循環次以上。

說明：補充資料僅用于學習參考，請勿用于其它任何用途。

參考詞條

固態pH傳感器
固態指紋傳感器
純固態式傳感器
半固態式傳感器
固態彩色傳感器
固態圖象傳感器
固態壓力傳感器
固態電路傳感器

?2011 dictall.com

固態傳感器有哪些：氣體傳感器有哪些分類

氣體傳感器的分類如下：
一、半導氣體傳感器
這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占60%，根據機理分為電導型和非電導型，電導型中又分為表面型和容積控制型。
二、固體電解質氣體傳感器
這種傳感器元件為離子對固體電解質隔膜傳導，稱為電化學池，分為陽離子傳導和陰離子傳導，是選擇性強的傳感器，研究較多達到實用化的是氧化鋯固體電解質傳感器，其機理是利用隔膜兩側兩個電池之間的電位差等于濃差電池的電勢。穩定的氧化鉻固體電解質傳感器已成功地應用于鋼水中氧的測定和發動機空燃比成分測量等。
為彌補固體電解質導電的不足，近幾年來在固態電解質上鍍一層氣敏膜，把圍周環境中存在的氣體分子數量和介質中可移動的粒子數量聯系起來。
三、接觸燃燒式氣體傳感器
接觸燃燒式傳感器適用于可燃性氣H2、CO、CH4的檢測。
四、電化學氣體傳感器
電化學方式的氣體傳感器常用的有兩種：
1、恒電位電解式傳感器
是將被測氣體在特定電場下電離，由流經的電解電流測出氣體濃度，這種傳感器靈敏度高，改變電位可選擇的檢洌氣體，對毒性氣體檢測有重要作用。
2、原電池式氣體傳感器
在KOH電解質溶液中，Pt—Pb或Ag—Pb電極構成電池，已成功用于檢測O2，其靈敏度高，缺點是透水逸散吸潮，電極易中毒。
五、光學氣體傳感器
1、直接吸收式氣體傳感器
紅外線氣體傳感器是典型的吸收式光學氣體傳感器，是根據氣體分別具有各自固有的光譜吸收譜檢測氣體成分，非分散紅外吸收光譜對SO2、CO、CO2、NO等氣體具有較高的靈敏度。
2、光反應氣體傳感器
光反應氣體傳感器是利用氣體反應產生色變引起光強度吸收等光學特性改變，傳感元件是理想的，但是氣體光感變化受到限制，傳感器的自由度小。
3、氣體光學特性的新傳感器
光導纖維溫度傳感器為這種類型，在光纖頂端涂敷觸媒與氣體反應、發熱。溫度改變，導致光纖溫度改變。利用光纖測溫已達到實用化程度，檢測氣體也是成功的。
梅特勒-托利多InPro 6800G/12/220/Ka可精確測量濃度介于0.1％至100％的氧氣濃度，為滿足特定應用的要求，InPro 6800G/12/220/Ka的長度為220 mm，適用于中長長度安裝。它采用了Kalrez?O形圈和316L不銹鋼液接部分，應用范圍廣泛。

一，半導氣體傳感器
這種類型的傳感器在氣體傳感器中約占60%，根據其機理分為電導型和非電導型，電導型中又分為表面型和容積控制型.
(1 ) SnO2半導體是典型的表面型氣敏元件，其傳感原理是SnO2為n 型半導體材料。當施加電壓時，半導體材科溫度升高，被吸附的氧接受了半導體中的電子形成了O2或O2原性氣體H2、CO、CH4存在時，使半導體表面電阻下降，電導上升，電導變化與氣體濃度成比倒。NiO為p型半導體，氧化性氣體使電導下降，對O2敏感。ZnO半導體傳感器也屬于此種類型。
半導體氣體傳感器
a. 電導型的傳感器元件分為表面敏感型和容積控制型，表面敏感型傳感材料為SnO2+Pd 、ZnO十Pt 、AgO、V 205 、金屬酞青、Pt —SnO2。 表面敏感型氣體傳感器可檢測氣體為各種可燃性氣體C0、NO2、 氟利昂。傳感材料Pt —SnO2 的氣體傳感器可檢測氣體為可燃性氣體CO、H2、CH4 。
b. 容積控制型傳感材料為Fe2O8、la1-SSrxCOO8 和TiO2、CoO-MgO —SnO2體傳感器可檢測氣體為各種可燃性氣體CO、NO2 氟利昂。。傳感材料Pt —SnO2
容積控制型半導體氣體傳感器可檢測氣體為液化石油氣、酒精、空燃比控制、燃燒爐氣尾氣。
( 2) 容積控制型的是晶格缺陷變化導致電導率變化，電導變化與氣體濃度成比例關系。
Fe2O8、TiO2屬于此種，對可燃性氣體敏感。
(3) 熱線性傳感器，是利用熱導率變化的半導體傳感器，又稱熱線性半導體傳感器，是在Pt 絲線圈上涂敷SnO2層，Pt絲除起加熱作用外，還有檢測溫度變化的功能。施加電壓半導體變熱，表面吸氧，使自由電子濃度下降，可燃性氣體存在時，由于燃燒耗掉氧自由電子濃度增大，導熱率隨自由電子濃度增加而增大，散熱率相應增高，使Pt 絲溫度下降，阻值減小，P t絲阻值變化與氣體濃度為線性關系。
這種傳感器體積小、穩定、抗毒，可檢測低濃度氣體，在可燃氣體檢測中有重要作用。
( 4) 非電導型的FET場效應晶體管氣體傳感器，Pd —FET．場效應晶體管傳感器，利用Pd 吸收H z 并擴散達到半導體Si 和Pd的界面，減少Pd 的功函，這種對H2、CO敏感。非電導型FET場效應晶體管氣體傳感器體積小，便于集成化，多功能，是具有發展前途的氣體傳感器。
二，固體電解質氣體傳感器
這種傳感器元件為離子對固體電解質隔膜傳導，稱為電化學池，分為陽離子傳導和陰離子傳導，是選擇性強的傳感器，研究較多達到實用化的是氧化鋯固體電解質傳感器，其機理是利用隔膜兩側兩個電池之間的電位差等于濃差電池的電勢。穩定的氧化鉻固體電解質傳感器已成功地應用于鋼水中氧的測定和發動機空燃比成分測量等。
為彌補固體電解質導電的不足，近幾年來在固態電解質上鍍一層氣敏膜，把圍周環境中存在的氣體分子數量和介質中可移動的粒子數量聯系起來。
三，接觸燃燒式氣體傳感器
接觸燃燒式傳感器適用于可燃性氣H2、CO、CH4的檢測。可燃氣體接觸表面催化劑
Pt 、Pd 時燃燒、破熱，燃燒熱與氣體濃富有關。這類傳感器的應用面廣、體積小、結構簡單、穩定性好，缺點是選擇性差。
四，電化學氣體傳感器
電化學方式的氣體傳感器常用的有兩種
( 1 )恒電位電解式傳感器
是將被測氣體在特定電場下電離，由流經的電解電流測出氣體濃度，這種傳感器靈敏度高，改變電位可選擇的檢洌氣體，對毒性氣體檢測有重要作用。
( 2) 原電池式氣體傳感器
在KOH電解質溶液中，Pt —Pb或Ag —Pb 電極構成電池，已成功用于檢測O2，其靈敏度高，缺點是透水逸散吸潮，電極易中毒。
五，光學氣體傳感器
( 1 )直接吸收式氣體傳感器
紅外線氣體傳感器是典型的吸收式光學氣體傳感器，是根據氣體分別具有各自固有的光譜吸收譜檢測氣體成分，非分散紅外吸收光譜對SO2、CO、CO2、NO等氣體具有較高的靈敏度。
另外紫外吸收、非分散紫外線吸收、相關分光、二次導數、自調制光吸收法對NO、NO2、SO2、烴類( CH4) 等氣體具有較高的靈敏度。
( 2)光反應氣體傳感器
光反應氣體傳感器是利用氣體反應產生色變引起光強度吸收等光學特性改變，傳感元件是理想的，但是氣體光感變化受到限制，傳感器的自由度小。
( 3 )氣體光學特性的新傳感器
光導纖維溫度傳感器為這種類型，在光纖頂端涂敷觸媒與氣體反應、發熱。溫度改變，導致光纖溫度改變。利用光纖測溫已達到實用化程度，檢測氣體也是成功的。
此外，利用其它物理量變化測量氣體成分的傳感器在不斷開發，如聲表面波傳感器檢測SO2、NO2、H2S、NH3、H2 等氣體也有較高的靈敏度。

1
、半導體式氣體傳感器

它是利用一些金屬氧化物半導體材料，在一定溫度下，電導率隨著
環境氣體成份的變化而變化的原理制造的。比如，酒精傳感器，就
是利用二氧化錫在高溫下遇到酒精氣體時，電阻會急劇減小的原理
制備的。

半導體式氣體傳感器可以有效地用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、
酒精、
甲醛、
一氧化碳、
二氧化碳、
乙烯、
乙炔、
氯乙烯、
苯乙烯、
丙烯酸等很多氣體地檢測。尤其是，這種傳感器成本低廉，適宜于
民用氣體檢測的需求。

下列幾種半導體式氣體傳感器是成功的：甲烷（天然氣、沼氣）、
酒精、一氧化碳（城市煤氣）、硫化氫、氨氣（包括胺類，肼類）。
高質量的傳感器可以滿足工業檢測的需要。

缺點：穩定性較差，受環境影響較大；尤其，每一種傳感器的選擇
性都不是唯一的，輸出參數也不能確定。因此，不宜應用于計量準
確要求的場所。

目前這種傳感器的主要供應商在日本（發明者），其次是中國，最
近有新加入了韓國，其他國家如美國在這方面也有相當的工作，但
是始終沒有匯入主流！中國在這個領域投入的人力和時間都不亞于
日本，但是由于多年來國家政策導向以及社會信息閉塞等原因，我
國流行于市場的半導體式氣體傳感器性能質量都遠遜于日本產品，
相信，隨著市場進步，民營資本的進一步興起，中國產的半導體式
氣體傳感器
達到和超越日本水平已經指日可待

2
、催化燃燒式氣體傳感器

這種傳感器是在白金電阻的表面制備耐高溫的催化劑層，在一定的
溫度下，
可燃性氣體在其表面催化燃燒，
燃燒是白金電阻溫度升高，
電阻變化，變化值是可燃性氣體濃度的函數。

催化燃燒式氣體傳感器選擇性地檢測可燃性氣體：
凡是可以燃燒的，
都能夠檢測；凡是不能燃燒的，傳感器都沒有任何響應。當然，凡
是可以燃燒的，都能夠檢測這一句有很多例外，但是，總的來講，
上述選擇性是成立的。
催化燃燒式氣體傳感器計量準確，響應快速，壽命較長。傳感器的
輸出與環境的爆炸危險直接相關，在安全檢測領域是一類主導地位
的傳感器。

缺點：在可燃性氣體范圍內，無選擇性。暗火工作，有引燃爆炸的
危險。大部分元素有機蒸汽對傳感器都有中毒作用。

目前這種傳感器的主要供應商在中國、日本、英國（發明國）！目
前中國是這種傳感器的最大用戶（煤礦），也擁有最佳的傳感器生
產技術，盡管不斷有各種各樣的代理商在宣傳上干擾社會對這種傳
感器的認識，但是畢竟，催化燃燒式氣體傳感器的主流制造商在國
內。

3
、熱導池式氣體傳感器

每一種氣體，都有自己特定的熱導率，當兩個和多個氣體的熱導率
差別較大時，可以利用熱導元件，分辨其中一個組分的含量。這種
傳感器已經傳感器地用于氫氣的檢測、二氧化碳的檢測、高濃度甲
烷的檢測。

這種氣體傳感器可應用范圍較窄，限制因素較多。

這是一種老式產品，全世界各地都有制造商。產品質量全世界大同
小異。

4
、電化學式氣體傳感器

它相當一部分的可燃性的、有毒有害氣體都有電化學活性，可以被
電化學氧化或者還原。利用這些反應，可以分辨氣體成份、檢測氣
體濃度。電化學
氣體傳感器
分很多子類：

（
1
）、原電池型氣體傳感器（也稱：加伏尼電池型氣體傳感器，也
有稱燃料電池型氣體傳感器，也有稱自發電池型氣體傳感器），他
們的原理行同我們用的干電池，只是，電池的碳錳電極被氣體電極
替代了。以氧氣傳感器為例，氧在陰極被還原，電子通過電流表流
到陽極，
在那里鉛金屬被氧化。
電流的大小與氧氣的濃度直接相關。
這種傳感器可以有效地檢測氧氣、二氧化硫、氯氣等。

（
2
）
、
恒定電位電解池型氣體傳感器，這種傳感器用于檢測還原性
氣體非常有效，它的原理與原電池型傳感器不一樣，它的電化學反
應是在電流強制下發生的，是一種真正的庫侖分析的傳感器。這種
傳感器已經成功地用于：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等
氣體的檢測之中，是目前有毒有害氣體檢測的主流傳感器。

1、半導體式氣體傳感器
2、催化燃燒式氣體傳感器
3、熱導池式氣體傳感器
4、電化學式氣體傳感器

一氧化碳是一種無色無味、易燃易爆的有毒氣體，是碳基燃料燃燒后不完整后的主要產物。我們可以用一氧化碳所占燃燒氣體的比例來表示燃燒的效率。即便國家對汽車尾氣排放的審核標準一再提高，但是隨著人們與日俱增的對物質需求的提升和人均用車量導致CO等溫室的氣體污染不斷加重。在原礦進行提煉時，整個能量轉化過程比較容易釋放煤氣。因為在現代化的生活與工業生產中，煤氣屬于中關鍵性能源，伴隨社會發展與進步，煤氣使用、生產以及運輸規模不斷變大，而煤氣中一氧化碳的含量比較多。并且其中一氧化碳占比將近0.97，基本等同于空氣含量，所以擴散難度比較大，經常會聚集在某個區域。如果一個區域中一氧化碳的含量達到特定濃度，極易引起爆炸的事故。同時一氧化碳是無味無色的氣體，比較難察覺，這種氣體是有毒的氣體，所以經常會見到一氧化碳的中毒事件。一氧化碳這種劇毒性的氣體，最主要的危害有兩點：一是會污染大氣環境，二是會一氧化碳會使得人體內細胞缺氧而導致人機體細胞死亡。如果人體血液的循環系統中進入了一氧化碳，這種氣體就會結合血紅蛋白，生產碳氧的血紅蛋白，這種血紅蛋白比較難解離，導致人的組織細胞缺氧甚至死亡。二氧化碳是一種完全燃燒的產物，通常用于定量攝入EGR水平;它也是一種重要的溫室氣體，與CO一起，是一種燃燒完成度和總排碳量的測量方法。因此，如何在生活以及工作環境對一氧化碳和二氧化碳進行準確檢測，對于今后生態環境保護至關重要。在國內環境污染不斷加重以及檢測技術不夠先進的背景下，各種檢測設備老化，因為這些諸多問題，需要將環境的監測領域投資加大，繼而推動光纖氣體的監測技術發展。就目前而言，國內大氣質量的周報中，五大主要污染源就是臭氧、PM10、二氧化氮、二氧化硫以及一氧化碳，這些氣體監測儀主要源自國外，并且這些儀器主要采取光化學方式監測，就監測技術發展的態勢來看，最新一代的監測技術是光譜學與光學技術，這兩種技術即為差分吸收的光譜技術。[i]
1.1                         氣體傳感技術的現狀和發展趨勢
伴隨全球工業化的革命發展，生產力提升和日新月異科技的發展卻導致環境污染變得越來越嚴重，環境保護已成為了全世界不得不一起共同面對的巨大挑戰。各國政府都設置環境保護的組織，旨在經科學手段檢測污染源，合理的運用新型的傳感測量技術是針對環境污染最有效監控途徑。近幾年來，世界各國對環境保護投資比較大，通過大量物力以及人力對新型傳感的器件進行開發，用來對未知的污染源進行識別，同時對已知的污染源變化進行監測。有學者預測，環境保護傳感器的市場會逐漸擴大，直至在未來環境保護方面市場份額達到舉足輕重的地位。僅僅在我國2016年對傳感器需求就達到了30億只，換算市值可達到1200億元。光纖傳感技術是一種七十年代后期才逐漸開始發展起來的新技術。但是我國中高檔傳感器幾乎均靠國外進口，國內缺乏對新型光纖傳感技術為原理的新型傳感器研發和產品化。而由于光纖傳感器有極高的靈敏度和精度、輕細柔軟便于安裝、良好的化學穩定性和安全抗干擾性的特性，能補足傳統傳感器的種種局限，因此我們可以斷言光纖傳感器將會在未來環境監控上起到重大的作用和影響。
氣體檢測傳感器的發展趨勢是：
1.由勞動密集型向技術密集型方向發展。
2.氣體檢測現在主要經大型工業的實驗室以及人工采樣方式來處理，今后應該轉向智能化、機械化以及自動化的方向。
3.由物理理論領域監測向全方位信息領域監測的方向發展。
4．向新材料新工藝傳感器發展。
5.向物理、電子、光學等多方面高新領域發展。
6.由單功能向多功能傳感器發展。
1.3 本論文內容和結構框架
本論文第一章對氣體傳感器應用前景與當前進展進行簡要分析，對氣體傳感器發展趨勢進行總結，以便給氣體傳感器研究提供參考。
第二章對光纖氣體的傳感器分類與發展進行介紹，同時分析LED燈在今后氣體傳感器的發展中所產生的影響。
第三章介紹了了氣體傳感器的特性概述，首先簡單介紹了氣體分子光譜理論，然后粗略的介紹了光譜吸收定律和氣體分子的吸收線，最后描述了一下氣體傳感器耦合問題。
第四章主要介紹了在光纖氣體傳感系統當中，因為存在很多影響測試結果的不利因
素，而我們可以通過差分吸收檢測方法和波長調制諧波檢測方法來保證實驗的準確性，本
章簡單的介紹了一下差分吸收法和諧波檢測的數學理論基礎和給出了模型支持簡單的了
解了兩種方法的工作原理。還以此建立了傳感器的理論模型。
第五章主要研究了一種簡單的檢測co2和co的基于LED光譜吸收的氣體傳感器，同時分析了其工作原理和工作模擬圖，通過比對不同氣體的吸收譜來選擇相應的波長闡述了具體的設計理念展示了相關數據。
第六章總結了本論文所完成的研究工作，討論了論文本身存在的不足之處。展望了未來光纖傳感器的發展和進步。
2 光纖氣體傳感器概論
2.1 光纖氣體傳感器的發展
由于氣體光譜的吸收氣體測量的技術，主要優勢就是鑒別氣體濃度以及測量的靈敏度比較高，所以在控制工業的氣體監測以及環境監測中有著重要作用。通常傳統吸收光譜的分析方法只可以對野外實地的采集樣本進行監測，再經實驗室的儀器實施精確光譜的分析。另外，傳統吸收光譜工作的時間比較長，儀器的精密性要求，所以對工作環境有著一定要求，所以導致實際應用受限，特別在工業氣體與環境監測控制的過程中，傳統分析方法無法與在線連續性的精準監測要求相符。而光纖傳的感技術在70年代的末期才逐漸出現在大家視野的一門高新技術。把石英光纖當作例子，于1.55波長附近，光纖的損耗能夠降低到每公里 0.2d B。換句話說，光纖氣體傳感器可以克服以往舊的傳感器無法對惡劣環境的情況（例如高溫環境、易爆高危高毒環境或高頻高磁場環境），工作人員可以通過相應的軟件程序進行遠距離操控。與傳統的電傳感器相比，光纖傳感器所需要的匹配功率較低，操作人員的安全得到大大提升。另外，光纖由于具有耐腐蝕的特性，可在高核輻射這種危險環境中進行作業。由于光纖有交寬頻帶，可以攜帶海量信息，經分波長、分時與分頻等多路服用的技術，可實現不同傳感器共用傳輸的光纖，一個探測器或是一個光源，一根光纖，就可以測量不同的化學參量，或用于多點或分布式測量，這樣可以大大降低整個系統的成本。[ii]
光纖傳感器主要優勢是結構比較簡單、靈敏度比較高、體積較小以及耐腐蝕等，也就因為這些優勢逐漸受到廣大科研人員的喜愛。在無數的智慧火花碰撞后衍生出了許多結合其他的高新領域和光纖的傳感技術的新技術，也就是氣體傳感的技術。到目前為止，光纖的傳感器在濃度、位移、加速度以及振動等物理量測量中有廣泛應用，其市場前景與潛力比較大[iii]。
2.2          光纖氣體傳感器的分類
光纖傳感器主要在氣體物理與化學性質、光學現象等測量中，下面我們將簡單的介紹幾種主流的光纖傳感器：
2.2.1光譜吸收型熒光型
我們可以通過測量與之相對應熒的光輻射對氣體濃度進行檢測，熒光不僅可以由被物質的被測物質自身變化而來，而且可以由熒光染料和被測物化學反應而來。圖2-1呈現的是熒光物質經吸收特定的波長所得光照，當電子將能量吸收以后，就會轉變成受激的狀態，由低能態轉變成高能態；電子受光輻射的刺激以后，會出現熒光，并且此時熒光波長比應激波長大。通常在受激的狀態下，電子不會長時間停留，其壽命普遍在1-20ns之間。
圖2-1熒光產生機理
如果測量濃度將某種特定光照射吸收以后，不僅可以對熒光輻射強度進行改變，而且能引起壽命的變化。所以按照各種測量的方式以及傳感的機理，可以劃分成兩種，其一是對熒光輻射的壽命進行測量；其二是對熒光輻射的強度進行測量[iv]。相較于吸收型的光纖傳感器，熒光型的傳感器中傳感熒光波長與激勵光波長不一樣，因為各種熒光材料中熒光輻射的波長不一樣，所以熒光傳感器在鑒別被測量物方面，準確性比較高[v]。就實際應用而言，人們經常希望激勵波長和輻射波長可以有較遠的距離，以便經價格低廉波長的濾波器劃分傳感光和激勵光。都要去激勵波長處于近紅外區或是見光區，關于這段波的研究技術相對成熟，價格方面人們也比較容易接受。熒光傳感的原理主要就是對某固定的波長段熒光的強度進行測量，經過這個原理，能夠制作出熒光pH的傳感器，即通過實驗不斷改變濃度ph值的大小，使得熒光輻射的強度也不斷改變。熒光壽命的測量方法較為復雜，這里我們就暫且不去討論。熒光型傳感器具有極高的物質鑒別能力但其缺點就是其檢測信號極其微弱不易測量且設計檢測系統極其復雜，不利于實現工業化和商品化。
2.2.2基于折射率變化的傳感器
就折射率的變化也就是光程變化光纖傳感器而言，主要是將特殊材料涂敷在光纖端面或是表面，該材料折射率與體積在氣體上有較強的敏感性。例如：雜聚硅氧烷( HPS)材料能夠經溶膠凝膠(Sol-Gel)方式，將其涂抹于光纖的表面，并且設計涂層的折射率類似石英光纖的折射率。該材料與某種化學量發生作用后，會改變了折射率，這各類型HPS能夠對不同化學量進行測量。例如：glycidoxyl propyl siloxane折射率在碳氫化合物反應后，對于甲苯會有敏感性。并且折射率發生變化，會使得波導參數發生變化，例如：雙折射率、損耗與有效的折射率等，上述參數能夠采取千涉或是強度檢測方式進行測量。膜與氫氣相遇，就會出現膨脹，四氟乙烯、高分子膜與己烷、酒精燈相遇，同樣會膨脹。這些材料會在光纖的端部沉積，構成Fabry-Perot的干涉儀，而氣體所致薄膜膨脹可已經測量干涉儀的光強度輸出獲得。[vi]
2.2.3基于染料染色劑的傳感器
在石英的吸光譜上，部分氣體吸收波不夠明顯，即便存在吸收波，但是因為各種因素導致相應波長的光源并不存在與現實生活中，基于這種情況應運而生的便是將染料指示劑當作中間產物，完成間接的傳感。一旦燃料和氣體產生化學的反應，本身光學的性質同樣會變化，經過對其中變化進行測量，可以獲取被測氣體信息[vii]。ph值的傳感器屬于較常見的一種，染料的指示劑，例如：石蕊試紙顏色會伴隨ph大小改變而發生變化。因此我們可以通過測量所對應的溶液ph值來測量部分氣體的濃度（如NH3.CO2等）。
2.2.4 光纖漸逝場氣體傳感器
光纖漸逝場氣體傳感器在現實生活是一類已經得到實現且具有廣大潛力前景的一類傳感器。企業已經能商業化出產著在波長3.39um處利用漸逝場原理的光纖傳感器。但是另一方面因為該類傳感器在該波長段處的光纖傳輸損耗極高運用效率極低，導致該類別傳感器的光路往往不能夠超過3米及以上標準。此類傳感器檢測的氣體濃度同時也將限制于百分之二量級上。漸逝場的傳感器并且容易發生表面污染的問題，即便經高分子的隔離膜能夠防止大型的污染物進入到漸逝場的區域，和氣體分子的體積接近的分子卻難以阻擋，這些污染物將會改變光纖表面的波導結構，從而改變其測量出的參數導致影響傳感器的靈敏度。如何降低表面污染對漸勢場型傳感器的影響是未來科研人員仍需要攻克的主要技術性難關。
漸勢場型光纖氣體傳感原理圖
2.2.5 吸收式光纖氣體傳感器
在這些傳感器之中，光纖作用就是當作傳輸的介質，只可以對光能量進行傳輸，所傳輸光能量能夠和待測氣體的樣本互相作用，產生各類信息，以便在某些區域檢測待測氣體的樣本[viii]。依據現有的情況數據分析，吸收式光纖氣體傳感器是在現有的科學技術手段支持下由理論走向造福社會的一類新型的傳感器。
吸收型的傳感器主要是經氣體測量石英光纖透射窗口(0.8-1.7um)吸收峰。通過氣體吸收產生的光強衰減程度來通過一定的數學公式運算對氣體濃度進行測定，主要是按照Lambert-Beer的定律計算。常見氣體(如CO2, C2H2, CH4, N02, C0)在紅外光譜范圍內都存在較強的吸收譜線，該紅外光譜波段對應接收器與氣體的發光器均是相對理想光電轉換的器件。經該方式能夠準確測量大部分氣體的濃度，不僅能保證產品質量安全，而且具有靈敏度高、高抗電磁干擾功能、響應速度比傳統傳感器快、成本價格低廉、運用對象廣泛、具有良好的兼容性特別是傳感頭不帶電、本質防爆的特點，在高危工業的檢測中應用前景較好，此次所用傳感器就是吸收型傳感器
圖3吸收型光纖氣體傳感的原理圖
2.3          LED在傳感器起到的功效
在光纖的系統中，主要是采取光纖和發光二極管最佳耦合高亮度，并且傳感器中明確要求部件達到最大利用率和安全保障率的同時，確保發射波長和光纖吸收的頻率創口一樣。LED的器件公共特性都一樣，光/電流的曲線特性如圖2-3所示。如果范圍比較寬，也就是40dB左右，在一定的范圍區間內光輸出就會伴隨正向偏置電流變化方向，與線性圖比較接近，然而，伴隨器件的溫度變化，會增加使用期，曲線也會越來月平穩。這種變化會影響到傳感器的系統，繼而使得測量數據間存在極大偏差。因此需要及時經熱反饋方式，對這些變化進行了解，本文經發射系統或是溫度的敏感電源中光電二極管進行監測。
圖2-3發光二極管的光/電流曲線
面發光二極管與光纖的藕合從結果上分析這是個低效率過程。為什么這么說呢？這是因為LED面發光管所產生的光功率會散漫的分布在一個極大的立體角內，能夠進入光纖部分的輸出光功率甚至不足百分之十，所以結合單模的光纖系統和發光二極管使用，沒有現實的意義。
邊發光放入二極管主要是經雙異質的結構發生輻射，引起局部內波導的效應，可以構成穩定定向紅外的光束，能夠對發射光方向性進行保證，將光束限制于垂直方向的30°范圍中，限制在水平方向的120°內。所以對比了面發光二極管以及邊發光二極管得出，邊發光二級光光耦合的效率比較高，而就接收小立體角類光纖而言，光耦合的效率就是一個重要部分。
圖2.3.1
從圖2.3.1中我們可以看出只有在某一波段的光才具有在光纖中低損耗傳輸的能力。
2.4 本章小結
本章主要介紹了氣體傳感器的發展歷程，之后又介紹了幾種不同工作類型的光纖型傳感器；為后面介紹該論文闡述的氣體傳感器系統原理做了鋪墊；接著介紹了光纖在LED中起到的作用和功效，展現了吸收型光纖傳感器在未來的前景。
3.吸收型氣體傳感器特性分析
3.1引言
就氣體分子吸收光譜的理論而言，經氣體分子吸收作用以及特定波長光原理，能夠對氣體濃度進行檢測，因為氣體分子中存在吸收光譜，如果穿過待測的氣體，并且氣體濃度不高，該氣體就會吸收特定波長的能量，滿足Lambert －Beer定律。氣體分子的吸收光譜理論和Lambert －Beer定律，建立吸收型傳感器的支持理論框架。然而，因為氣體分子光譜線寬極比較窄，其譜寬主要是納米的量級，同時吸收的功勞不大，經測光照的強度增減，對氣體難度進行測量的難度比較大。因此，需要按照比爾朗伯吸收定律以及氣體分子的光譜理論，經諧波檢測與差分吸收方式，對各種因素的干擾進行克服，有效檢測出微弱光電的信號。
3.2 氣體分子光譜理論
當電磁輻射與氣體分子相互作用時，能引起分子狀態由低能態過渡到高能態，發生所
謂的能級躍遷，記錄不同氣體所需要的電磁輻射強度變化被氣體分子所吸收隨波長的變
化，所得到的光譜圖便是氣體分子吸收光譜
在光纖氣體傳感器傳感系統當中由于選擇的光源的波段主要是紅外光的波動，在紅外光譜區，分子振動和吸收等，都會在各能級間躍遷，能量躍遷能夠經量子力學的原理解釋，在能量的躍遷過程，氣體分子之中原子會不斷振動，并且分子振動過程，會發生自我的轉動。按照量子力學的原理可知，如果分子的能態改變，那么其都是按照特定規律進行變化，分子能級會呈現出規律化。若經低能量紅外光的輻射對分子進行照射，則分子能夠吸收相應于相鄰轉動能級之差的遠紅外輻射能量，由低能態躍遷到高能態，通常我們將這一現象稱為能級躍遷。
3.3 光譜吸收定律
當光源以平行光的形式通過待測氣 體時,如果光源的光譜覆蓋 1個或多個氣體的吸
收譜,那么部分光將被吸收，光通過氣體時將會發生強度衰減。未衰減的光將按原路徑繼
續傳播。根據朗伯比爾定律定律,出 射發光強度 I 與入射發光強度 I0 和氣體的體積分
數 之間的關系為
（3-3）
是氣體吸收系數,即氣體在頻率 v 處 的吸收線型; L 測量氣體作用在傳感器的長度單位為m; c 為氣體的濃 度，通過計算，上式可變形為：
（3-3.1）
通過上述公式我們可以知道，當氣體的吸收系數和作用長度已知，氣體的濃度可以通過投射光和入射光強來求出。
圖3.3吸收型傳感器原理
3.4氣體分子的吸收線
氣體分子吸收線寬與以下因素相關:
1.氣體分子自然的線寬;
2.通過氣體分子自由運動所引發多普勒的效應，繼而將分子的吸收光譜加寬;
3.分子自由碰撞的展寬。通常情況下，氣體分子自然線寬會因為激發態的分子自然壽命、躍遷時間受到影響，而寬度微小，通常可以忽略。
圖3-4氣體分子的典型吸收線
圖3-4中     表示波長的吸收系數；表示對應的吸收峰；表示帶阻尼的電偶極振子的衰減速率。由上圖可知影響氣體的吸收線寬的因素不僅包括壓力因素還包括溫度因素。但只考慮到碰撞展寬時，溫度因素對大局無影響可忽略。因此我們可以從上圖中得出結論：當外界壓力保持恒定時，待測氣體的譜線形狀和寬度可在理論認為其是保持穩定不變的。
3.5 光纖氣體傳感器耦合
3.5.1光源與探測器的耦合
理論上，光源發射光功率從多地匯入到傳輸的光纖，屬于光纖和光源耦合的問題。通常情況下，采取藕合效率對耦合程度進行表示，公式表示如下；
(3.5)
表示為耦合輸出功率，表示為光源總功率
3.5.2 氣室的耦合
在氣體傳感器中存在一個敏感元件為氣室。穩定的氣室能幫我們只需簡單的更換光源就可以完成對不同氣體的濃度檢測。氣室組成部分包含輸出與輸入兩組透鏡。光纖射出光經輸入透鏡變成平行光，經氣室耦合至輸出的透鏡，下面給出了三類氣室設計的模型圖。
圖3-5氣室設計圖
上面三組設計圖分別是(a)投射式氣室；（b）反射式氣室；（c）漸變折射式氣室。
3.6本章小結
本章主要介紹了氣體傳感器的特性概述，首先簡單介紹了氣體分子光譜理論，然后粗略的介紹了光譜吸收定律和氣體分子的吸收線，最后描述了一下氣體傳感器耦合問題為下一章節介紹總體設計做好鋪墊。
4. 系統總體設計
4.1引言
在光纖氣體傳感系統當中，總是會存在很多影響測試結果的不利因素，比如光源光功
率的波動、氣室對光路的干擾、PIN管的噪聲等等，我們可以通過利用差分吸收檢測方法
和波長調制諧波檢測方法來減弱不利因素對結果的影響來保證測試的準確性
4.2諧波檢測原理
當電路上施加了正弦波的電壓時，所通過的電流將會變成非正弦波形式，非正弦波電流在電網阻抗上將會產生壓降，使得電壓波形也變為非正弦波形式。非正弦波可分解為傅里葉級數，頻率與工頻相同的分量稱為基波，頻率大于基波的分量稱為諧波;如變頻器、電磁爐、電動機、整流器、電子用品等都會產生諧波。諧波檢測方法最開始提出來的時候是作為一種檢測微弱信號的方法。在電子光譜，聲光光譜以及Zeeman及Stark光譜的研究中均有涉及。諧波檢測的基本原理是把一個高頻調制過的信號(依賴于某頻率)，使其“檢索”待測的特征信號[ix]。之后在信號處理過程中，通過調制頻率或調制頻率的倍頻以此依據來作為參考信號，用鎖相放大器記錄下所有已得到的特征信息，這里得到的特征信息便是由調制信號產生的諧波信息。如果調制出來的諧波信號不滿足規律的數學關系比例就會導致出現極大的偏差。雖然存在一定的弊端，但是諧波檢測技術仍適用于上述各種光譜的微弱信號檢測。
圖4-2諧波檢測原理圖
在圖4-2 (a)中，發射器的波長被正弦信號的調制，輸出的光信號是含有一次和二次諧波的強度信號。如圖4-2（b）所示通過把發射器固定在光譜氣體吸收峰上，或者讓照射光掃過氣體的吸收譜，最后用鎖相放大器檢測二次諧波的最大值，就可測量氣體的濃度。
4.3差分吸收原理
由Lambert －Beer定律我們可知：
（式4-3）
在4-3式中，和分別是初始和入射光強; 是某波長下的單位濃度、單
位長度介質的吸收系數; 是米氏散射系數; 是瑞利散射系數；是表征氣
體密度波動造成的吸收和散射總的變化量;0是待測氣體與光相互作用的長度;c是
待測氣體的濃度。
如圖4-3所示寬帶光源LED的譜寬比氣體吸收線寬大的多，使用不
同中心波長的干涉光柵濾光片就可以提取需要的波長和。為測量氣體的吸收譜線
中心波長，為偏離吸收譜線某一氣體的波長的吸收谷，通過上圖結構我們可以依次
實現差分吸收法。
4.4系統理論設計
圖4-4為本文設計的光纖氣體傳感系統結構，光源LED與傳輸光纖藕合進入氣室，再由氣室由藕合器通過光纖到達法布里-珀羅干涉腔。頻率調節后進入光檢測器PIN由光信號轉化為電信號。經電壓調制方式，繼而調控布里-珀羅干涉腔長，繼而有效控制光波長。經由電腦模擬軟件處理后，就可以檢測出待測氣體的濃度。
圖4-4光纖傳感器系統

固態傳感器有哪些：這20種傳感器，工控人你都見過嗎？沒見過的來漲知識了

電子技術正在迅速發展。最讓我興奮的一件事是：我們周圍許多的電子設備都是在沒有人值班的狀態下工作的。
隨著科技的發展，我們創造出了很多可以感知周圍的事物的傳感器。
傳感器在監測和檢測人類的活動時起著不可或缺的作用，并能夠將這些信息提供給其他電子設備作為控制參考。
接下來我們從基礎知識開始。
以下是今天我們聊的內容的目錄
什么是傳感器？
什么是不同類型的傳感器？
1、溫度傳感器2、壓力傳感器3、觸摸傳感器4、圖像傳感器5、運動傳感器6、光傳感器7、振動傳感器8、濕度傳感器9、接近傳感器10、顏色傳感器11、輻射傳感器12、液位傳感器13、位置傳感器14、煙霧或氣體傳感器15、火焰傳感器16、泄漏傳感器17、加速度計18、傾斜傳感器19、標記傳感器20、流量傳感器或浮子傳感器
首先什么是傳感器？
通常，傳感器基本定義是探測器；傳感器是一種電子設備，用于檢測各種類別的信號，并將信號傳遞給其他電氣控制設備。
換一種說法，傳感器是一種能將能量從一種形式轉換到另一種形式的電子裝置。所以，它被稱為傳感器。
傳感器主要是通過距離、溫度、濕度度等來識別氣體的物理量、熱量等。
它以電信號的形式向連接的控制系統提供輸出。
例如，在自動化系統中，傳感器是向可編程邏輯控制器（plc）傳遞信號，從而參與控制。
在日常生活應用、商業和工業設備、教育工程中，不同類型的傳感器都有著特定的作用。
什么是不同類型的傳感器？
傳感器分為以下四大類：
1、模擬傳感器
2、數字傳感器
3、有源傳感器
4、無源傳感器
每個類別又都有如下不同類型的傳感器。
一、溫度傳感器
溫度傳感器用于檢測溫度和熱能并將其轉換為電信號（以電壓或電流的形式進行傳遞)。
我們實際上有以下幾種類型的溫度傳感器使用。
1、溫度計
2、熱電偶
3、電阻式溫度檢測器
4、熱敏電阻溫度傳感器
5、半導體溫度傳感器
6、振弦式溫度傳感器
溫度傳感器現在我們常見的就是被應用于計算機、冰箱、汽車、醫療器械、炊具等設備中。
二、壓力傳感器
壓力傳感器還可以被稱為壓力變送器或壓力計。
壓力傳感器檢測空氣、氣體、水的壓力，并向控制器提供電信號。
根據不同的用途和更多的特點，它分為不同的類別：
1、真空壓力傳感器
2、絕對壓力傳感器
3、表壓傳感器
4、壓差傳感器
壓力傳感器用于許多系統，常見的是氣動、液壓、真空系統等。
三、觸摸傳感器
觸摸傳感器稱為觸覺傳感器。它是一種電子傳感器，用于檢測和記錄人類的觸摸。
電容式觸摸傳感器、電阻式觸摸傳感器是觸摸傳感器現在用的最多的。
它在工業中用的多的比如：開關燈、空調（AC）遙控、門開/關操作、電梯、機器人、智能手機等。
實際上有個冷門知識：血氧飽和度計是觸摸式傳感器檢測人體內氧含量的最好例子之一。
這次疫情中，血氧儀的需求量實際上是很大的。它比較容易操作，即使在家里。你可以很容易地能夠在網上買到血氧儀。
四、圖像傳感器
圖像傳感器是用于檢測圖像像素并向顯示設備提供信息的電子設備。
圖像傳感器有模擬型和數字型。一般來說，電子圖像傳感器分為兩種主要類型。
1、電荷耦合器件
2、有源像素傳感器
對于數碼相機、閉路電視（CCTV）、醫療成像設備、熱成像設備、雷達、聲納等，都使用圖像傳感器。
五、運動傳感器
運動傳感器測量并記錄身體活動或運動。它分為以下幾種類型。
1、主動式運動傳感器
2、被動運動傳感器
3、斷層運動傳感器
4、手勢運動傳感器
運動傳感器應用于家庭安全、自動門操作、微波、機器人、超聲波、手勢檢測等領域。
六、光傳感器
光傳感器是光電器件，這種傳感器檢測并將光或光子的亮度或發光轉換為電信號。
現在用的多的主要有三種類型的光傳感器。
1、光敏電阻或光敏電阻（LDR）
2、光電二極管
3、光電晶體管
它被廣泛應用于太陽系汽車、農業部門（自動噴水滅火系統）和電子項目設備如Arduino。
七、振動傳感器
振動傳感器有可能大家聽得不多，實際上振動傳感器又被稱為壓電傳感器。
振動傳感器能夠檢測并記錄任何運動或活動。它向連接的機器或系統提供數據或信號。
如果存在任何危險活動，該傳感器有助于發送確認信息。
在我們的石油天然氣、食品飲料、采礦、金屬加工、造紙、風力發電、發電等工業領域，都需要振動傳感器。
八、濕度傳感器
濕度傳感器也稱為濕度計；
對于檢測空氣和土壤中的水分，濕度傳感器是非常必要的。主要被用于空調系統。
九、接近傳感器
接近傳感器可以很容易地檢測到附近的物體，而無需任何直接接觸。它分為不同的類型：
1、電容式接近傳感器
2、感應式接近傳感器
它廣泛應用于智能手機、平板電腦、機器、機器人系統、過山車等。
十、顏色傳感器
顏色傳感器其實就是光電傳感器。
它能有助于感知物體的顏色并識別顏色標記。這種傳感器使用RGB（紅、綠、藍）色標。
在我們的彩繪和印刷、化妝品、紡織、醫療診斷、計算機彩色監視器和過程控制中，大量地使用了顏色傳感器。
十一、輻射傳感器
輻射傳感器是一種電子儀器，可以感應和測量諸如α、β、γ、中子、X射線等輻射粒子。
此外，它還可以感應電磁輻射，如波、宇宙輻射（陽光）。
輻射傳感器包括三種不同類型。
1、充氣輻射傳感器
2、閃爍輻射傳感器
3、固態輻射傳感器
這種傳感器用于核能、醫學成像模式和環境放射性監測，所以一般我們生活中能直接見到這種傳感器的機會并不多，但是實際上卻息息相關。
十二、液位傳感器
液位傳感器的主要作用是測量固體、液體和氣體等不同材料的液位或高度。
它分為以下幾種：
1、激光液位傳感器
2、浮子傳感器
3、電容式液位傳感器
4、電阻式液位傳感器
5、超聲波液位傳感器
6、靜液壓液位傳感器
7、光學物位傳感器
8、電磁液位傳感器
液位傳感器被廣泛應用于船舶，集裝箱，水箱燃油箱箱等，用于水位檢查。
十三、位置傳感器
位置傳感器決定位移和位置（如線性和旋轉）。
基本上，位置傳感器分為以下幾種。
1、光學位置傳感器
2、線性位置傳感器
3、旋轉位置傳感器
4、感應式位置傳感器
5、電容式位置傳感器
6、光纖位置傳感器
7、超聲波位置傳感器
例如，電位計包含旋轉位置傳感器，該傳感器可隨角度移動而變化，
位置傳感器在家庭和工業應用實際上很多，如門關閉/打開、閥門監控、電機控制、用于控制發動機燃料或動力流量的節流閥。
十四、煙霧或氣體傳感器
氣體傳感器用于檢測不同類型的氣體，有毒或爆炸性氣體，空氣中的煙霧。其中一些傳感器還能夠測量氣體濃度。
氣體或煙霧傳感器可以分為三大類：
1、光學式煙霧傳感器
2、電離式煙霧傳感器
3、激光式煙霧傳感器
煙霧傳感器應用于工廠、工業、建筑、船舶、飛機等。
十五、火焰傳感器
火焰傳感器可以很容易地檢測到火災或附近材料的火焰。這些檢測到的信號被傳送到連接的控制設備。
它用于工業區的報警系統、天然氣廠、滅火系統和基于Arduino的設計火災探測器項目。
十六、泄漏傳感器
泄漏傳感器用于密閉容器或真空室中，用于檢測水泄漏、液體泄漏、空氣泄漏等。
按工作角色分為兩大部分：
1、點泄漏傳感器
2、流量泄漏傳感器
十七、加速度計
加速度計是測量運動加速度或速度的儀器。
它廣泛應用于手勢控制的機器人、飛機和導彈導航系統、過程控制系統、車輛加速以及其他旋轉電子設備，如渦輪機、滾筒、風扇、壓縮機、泵等。
十八、傾斜傳感器
傾斜傳感器檢測基準面的角運動、角坡度、角運動、軸并隨其變化。
主要用于手機、平板電腦、手持式游戲機、船只、車輛、飛機等的角度和自動旋轉操作的監控。
十九、標記傳感器
標記傳感器作為光電式傳感器工作。它用來感覺物體上的色標。
標記傳感器廣泛應用于印刷和包裝行業。
二十、流量傳感器或浮子傳感器
流量傳感器測量和檢測幾乎所有的工藝流體。檢測到的數據將提供給控制器系統。
用于工業領域、發電儀表、發電廠等。
這次，我介紹了20種不同類型的傳感器及其用途。每個傳感器都有自己的特點和功能。它們可以用于特定的項目中，像現在越來越火的手持或無線電氣電子工程，都使用各種類型的無線傳感器。
此外，傳感器還用于PLC項目，機器人系統，物聯網等項目。
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