紅外傳感器

　　紅外技術發展到現在，已經為大家所熟知，這種技術已經在現代科技、國防和工農業等領域獲得了廣泛的應用。紅外傳感系統是用紅外線為介質的測量系統，按照功能能夠分成五類：（1）輻射計，用于輻射和光譜測量；（2）搜索和跟蹤系統，用于搜索和跟蹤紅外目標，確定其空間位置并對它的運動進行跟蹤；（3）熱成像系統，可產生整個目標紅外輻射的分布圖象；（4）紅外測距和通信系統；（5）混合系統，是指以上各類系統中的兩個或者多個的組合。

　　紅外系統的核心是紅外探測器，按照探測的機理的不同，可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。下面以熱探測器為例子來分析探測器的原理。

　　熱探測器是利用輻射熱效應，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進而使探測器中依賴于溫度的性能發生變化。檢測其中某一性能的變化，便可探測出輻射。多數情況下是通過熱電變化來探測輻射的。當元件接收輻射，引起非電量的物理變化時，可以通過適當的變換后測量相應的電量變化。

　　電磁傳感器

　　磁傳感器是最古老的傳感器，指南針是磁傳感器的最早的一種應用。但是作為現代的傳感器，為了便于信號處理，需要磁傳感器能將磁信號轉化成為電信號輸出。應用最早的是根據電磁感應原理制造的磁電式的傳感器。這種磁電式傳感器曾在工業控制領域作出了杰出的貢獻，但是到今天已經被以高性能磁敏感材料為主的新型磁傳感器所替代。

　　在今天所用的電磁效應的傳感器中，磁旋轉傳感器是重要的一種。磁旋轉傳感器主要由半導體磁阻元件、永久磁鐵、固定器、外殼等幾個部分組成。典型結構是將一對磁阻元件安裝在一個永磁體的刺激上，元件的輸入輸出端子接到固定器上，然后安裝在金屬盒中，再用工程塑料密封，形成密閉結構，這個結構就具有良好的可靠性。磁旋轉傳感器有許多半導體磁阻元件無法比擬一款電磁傳感器的外形的優點。除了具備很高的靈敏度和很大的輸出信號外，而且有很強的轉速檢測范圍，這是由于電子技術發展的結果。另外，這種傳感器還能夠應用在很大的溫度范圍中，有很長的工作壽命、抗灰塵、水和油污的能力強，因此耐受各種環境條件及外部噪聲。所以，這種傳感器在工業應用中受到廣泛的重視。

　　磁旋轉傳感器在工廠自動化系統中有廣泛的應用，因為這種傳感器有著令人滿意的特性，同時不需要維護。其主要應用在機床伺服電機的轉動檢測、工廠自動化的機器人臂的定位、液壓沖程的檢測、工廠自動化相關設備的位置檢測、旋轉編碼器的檢測單元和各種旋轉的檢測單元等。

　　現代的磁旋轉傳感器主要包括有四相傳感器和單相傳感器。在工作過程中，四相差動旋轉傳感器用一對檢測單元實現差動檢測，另一對實現倒差動檢測。這樣，四相傳感器的檢測能力是單元件的四倍。而二元件的單相旋轉傳感器也有自己的優點，也就是小巧可靠的特點，并且輸出信號大，能檢測低速運動，抗環境影響和抗噪聲能力強，成本低。因此單相傳感器也將有很好的市場。

　　磁旋轉傳感器在家用電器中也有大的應用潛力。在盒式錄音機的換向機構中，可用磁阻元件來檢測磁帶的終點。家用錄像機中大多數有變速與高速重放功能，這也可用磁旋轉傳感器檢測主軸速度并進行控制，獲得高畫面的質量。洗衣機中的電機的正反轉和高低速旋轉功能都可以通過伺服旋轉傳感器來實現檢測和控制。

　　這種開關可以感應到進入自己檢驗區域的金屬物體，控制自己內部電路的開或關。開關自己產生磁場，當有金屬物體進入到磁場會引起磁場的變化。這種變化通過開關內部電路可以變成電信號。

　　更加突出電磁傳感器是一門應用很廣的高新技術，國內、國外都投入了一定的科研力量在進行研究，這種傳感器的應用正在滲透入國民經濟、國防建設和人們日常生活的各個領域，隨著信息社會的到來，其地位和作用必將。

　　磁光效應傳感器

　　現代電測技術日趨成熟，由于具有精度高、便于微機相連實現自動實時處理等優點，已經廣泛應用在電氣量和非電氣量的測量中。然而電測法容易受到干擾，在交流測量時，頻響不夠寬及對耐壓、絕緣方面有一定要求，在激光技術迅速發展的今天，已經能夠解決上述的問題。

　　磁光效應傳感器就是利用激光技術發展而成的高性能傳感器。激光，是本世紀六十年代初迅速發展起來的又一新技術，它的出現標志著人們掌握和利用光波進入了一個新的階段。由于以往普通光源單色度低，故很多重要的應用受到限制，而激光的出現，使無線電技術和光學技術突飛猛進、相互滲透、相互補充。現在，利用激光已經制成了許多傳感器，解決了許多以前不能解決的技術難題，使它適用于煤礦、石油、天然氣貯存等危險、易燃的場所。

　　比如說用激光制成的光導纖維傳感器，能測量原油噴射、石油大罐龜裂的情況參數。在實測地點，不必電源供電，這對于安全防爆措施要求很嚴格的石油化工設備群尤為適用，也可用來在大型鋼鐵廠的某些環節實現光學方法的遙測化學技術。

　　磁光效應傳感器的原理主要是利用光的偏振狀態來實現傳感器的功能。當一束偏振光通過介質時，若在光束傳播方向存在著一個外磁場，那么光通過偏振面將旋轉一個角度，這就是磁光效應。也就是可以通過旋轉的角度來測量外加的磁場。在特定的試驗裝置下，偏轉的角度和輸出的光強成正比，通過輸出光照射激光二極管 LD，就可以獲得數字化的光強，用來測量特定的物理量。

　　自六十年代末開始，RCLecraw提出有關磁光效應的研究報告后，引起大家的重視。日本，蘇聯等國家均開展了研究，國內也有學者進行探索。磁光效應的傳感器具有優良的電絕緣性能和抗干擾、頻響寬、響應快、安全防爆等特性，因此對一些特殊場合電磁參數的測量，有獨特的功效，尤其在電力系統中高壓大電流的測量方面、更顯示它潛在的優勢。同時通過開發處理系統的軟件和硬件，也可以實現電焊機和機器人控制系統的自動實時測量。在磁光效應傳感器的使用中，最重要的是選擇磁光介質和激光器，不同的器件在靈敏度、工作范圍方面都有不同的能力。隨著近幾十年來的高性能激光器和新型的磁光介質的出現，磁光效應傳感器的性能越來越強，應用也越來越廣泛。

　　磁光效應傳感器做為一種特定用途的傳感器，能夠在特定的環境中發揮自己的功能，也是一種非常重要的工業傳感器。

　　壓力傳感器

　　壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。

　　我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質，當沿著一定方向受到機械力作用發生變形時，就產生了極化效應；當機械力撤掉之后，又會重新回到不帶電的狀態，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產生出電的效應，這就是所謂的極化效應。科學家就是根據這個效應研制出了壓力傳感器。

　　壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。

　　在現在壓電效應也應用在多晶體上，比如現在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

　　壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態測量，因為經過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態的應力。

　　壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別壓電傳感器的外形是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器心乂

　　也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。

　　壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛。

　　除了壓電傳感器之外，還有利用壓阻效應制造出來的壓阻傳感器，利用應變效應的應變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應和不同的材料，在不同的場合能夠發揮它們獨特的用途。