El sensor és un dispositiu de detecció que pot sentir la informació mesurada i pot transformar la informació sentida en un senyal elèctric o una altra forma necessària de sortida d'informació segons una determinada llei per complir els requisits de transmissió, processament, emmagatzematge, visualització, enregistrament i control.
L'existència i desenvolupament de sensors, perquè l'objecte tingui el sentit del tacte, el gust i l'olfacte, de manera que l'objecte es faci viu, el sensor és l'extensió de les característiques humanes.
El sensor té les característiques de miniaturització, digitalització, intel·ligència, multifunció, sistematització, xarxa, etc. És l'enllaç principal per realitzar la detecció automàtica i el control automàtic.
El nou sensor de nitrur d'alumini pot funcionar a altes temperatures de fins a 900 graus C.
L'estàndard nacional GB7665-87 defineix un sensor com: "Un dispositiu o dispositiu que pot sentir el mesurat especificat i convertit en un senyal utilitzable d'acord amb una llei determinada (regla de la funció matemàtica), que normalment consisteix en un element sensible i un element de conversió".
La Xina Internet of Things School-Enterprise Alliance creu que l'existència i el desenvolupament de sensors fan que els objectes tinguin sentits com el tacte, el gust i l'olfacte, i fan que els objectes prenguin vida lentament".
"Sensor" es defineix com "rebre energia d'un sistema, generalment d'una altra forma, a un dispositiu en un segon sistema".
Classificació principal
Per propòsit
Sensors de pressió i força, sensors de posició, sensors de nivell de líquid, sensors de consum d'energia, sensors de velocitat, sensors d'acceleració, sensors de radiació, sensors tèrmics.
En principi
Sensor de vibració, sensor d'humitat, sensor magnètic, sensor de gas, sensor de buit, sensor biològic, etc.
Per sortida
Sensor digital: converteix la magnitud no elèctrica mesurada en un senyal de sortida digital (incloent la conversió directa i indirecta).
Pseudosensor digital: la sortida del semàfor mesurat en un senyal de freqüència o un senyal de període curt (inclosa la conversió directa o indirecta).
Sensor de commutació: quan un senyal mesurat arriba a un determinat llindar, el sensor emet un senyal de nivell baix o alt establert en conseqüència.
Segons el seu procés de fabricació
Els sensors integrats es fabriquen utilitzant tècniques de procés estàndard per a la producció de circuits integrats de semiconductors basats en silici. Normalment, part del circuit utilitzat per al processament inicial del senyal a prova també s'integra al mateix xip.
Els sensors de pel·lícula prima es formen dipositant una pel·lícula fina del material sensible corresponent sobre un substrat dielèctric (substrat). Quan s'utilitza el procés híbrid, també es pot fabricar part del circuit sobre aquest substrat.
El sensor de pel·lícula gruixuda està fet d'un purí del material corresponent recobert sobre un substrat ceràmic, que normalment està fet d'Al2O3, i després es tracta tèrmicament per formar la pel·lícula gruixuda.
Els sensors de ceràmica es produeixen mitjançant processos ceràmics estàndard o alguna variant d'ells (sol, gel, etc.).
Un cop completada l'operació preparatòria adequada, els components formats es sintereixen a altes temperatures. Hi ha moltes característiques comunes entre els dos processos de pel·lícula gruixuda i sensor de ceràmica, i en alguns aspectes, el procés de pel·lícula gruixuda es pot considerar com una variant del procés ceràmic.
Cada tecnologia de procés té els seus propis avantatges i desavantatges. A causa de la poca inversió de capital necessària per a la investigació, desenvolupament i producció, així com l'alta estabilitat dels paràmetres del sensor, l'ús de sensors de ceràmica i pel·lícula gruixuda és més raonable.
Per mesura
Els sensors físics es fabriquen utilitzant les propietats de determinades propietats físiques de la substància que es mesura per canviar significativament.
Els sensors químics estan fets d'elements sensibles que poden convertir quantitats químiques com ara la composició i la concentració de substàncies químiques en magnituds elèctriques.
Els biosensors són sensors que utilitzen les característiques de diversos organismes o substàncies biològiques per detectar i identificar components químics en organismes.
En la seva composició
Sensor bàsic: és el dispositiu de conversió única més bàsic.
Sensor combinat: és un sensor format per diferents dispositius de conversió individuals.
Sensor d'aplicació: És un sensor format per un sensor bàsic o un sensor combinat i altres mecanismes.
En forma d'acció
Segons la forma d'acció es pot dividir en sensors actius i passius.
El sensor actiu té un tipus d'acció i un tipus de reacció, que poden emetre un determinat senyal de detecció a l'objecte provat i pot detectar el canvi del senyal de detecció a l'objecte provat, o el senyal està format pel senyal de detecció a l'objecte provat. objecte. La manera de detectar el canvi del senyal de detecció s'anomena tipus d'acció, i la manera de detectar la resposta i formar el senyal s'anomena tipus de reacció. Els detectors de radar i rang de radiofreqüències són exemples d'acció, mentre que els dispositius d'anàlisi d'efectes fotoacústics i els analitzadors làser són exemples de reacció.
Els sensors passius només reben senyals generats pel propi objecte mesurat, com ara termòmetres de radiació infraroja i dispositius de càmera infraroja.
Característiques principals
Sensor estàtic
1. Linealitat: fa referència al grau en què la corba de relació real entre la sortida i l'entrada del sensor es desvia de la línia recta ajustada. Definit com la relació de la desviació màxima entre la corba característica real i la línia ajustada en l'interval d'escala completa i el valor de sortida de l'escala completa.
2. Sensibilitat: La sensibilitat és un indicador important de les característiques estàtiques del sensor. Es defineix com la relació entre l'increment de la quantitat de sortida i l'increment corresponent de la quantitat d'entrada que provoca l'increment. La sensibilitat es denota per S.
3. Histèresi: Quan el volum d'entrada del sensor canvia de petit a gran (cor positiu) i el volum d'entrada canvia de gran a petit (cor invers), el fenomen de no coincidència de les corbes característiques d'entrada i sortida es converteix en histèresi. Per a la mateixa mida del senyal d'entrada, el senyal de sortida del traç positiu i negatiu del sensor no és igual, i aquesta diferència s'anomena valor d'histèresi.
4. Repetibilitat: La repetibilitat es refereix al grau d'incoherència de la corba característica obtinguda quan la quantitat d'entrada del sensor canvia contínuament en tot el rang en la mateixa direcció.
5. Deriva: La deriva del sensor significa que la sortida del sensor canvia amb el temps quan l'entrada no canvia, cosa que s'anomena deriva. Hi ha dues raons per a la deriva: una són els paràmetres estructurals del propi sensor; El segon és l'entorn que l'envolta (com la temperatura, la humitat, etc.).
6. Resolució: Quan l'entrada del sensor augmenta lentament des d'un valor diferent de zero, la sortida canvia observable després de superar un determinat increment, l'increment d'entrada s'anomena resolució del sensor, és a dir, l'increment d'entrada mínim.
7. Valor llindar: Quan l'entrada del sensor augmenta lentament des de zero, la sortida canvia observable després d'arribar a un determinat valor, que s'anomena tensió llindar del sensor.
Dinàmica del sensor
Les anomenades característiques dinàmiques fan referència a les característiques de la sortida del sensor quan l'entrada canvia. A la pràctica, les característiques dinàmiques d'un sensor s'expressen sovint per la seva resposta a alguns senyals d'entrada estàndard. Això es deu al fet que la resposta del sensor al senyal d'entrada estàndard és fàcil d'obtenir mitjançant mètodes experimentals, i hi ha una certa relació entre la seva resposta al senyal d'entrada estàndard i la seva resposta a qualsevol senyal d'entrada, sovint sabent que el primer pot inferir. l'últim. Els senyals d'entrada estàndard més utilitzats són els senyals de pas i els senyals sinusoïdals, de manera que les característiques dinàmiques del sensor també s'expressen habitualment per la resposta de pas i la resposta de freqüència.
linealitat
En circumstàncies normals, la sortida característica estàtica real del sensor és una corba en lloc d'una línia recta. En el treball pràctic, per tal que l'instrument tingui una lectura d'escala uniforme, s'utilitza habitualment una línia d'ajust per aproximar la corba característica real, la linealitat (error no lineal) és un índex de rendiment d'aquesta aproximació.
Hi ha moltes maneres de triar la línia d'ajust. Per exemple, la línia teòrica que connecta els punts d'entrada zero i de sortida a escala completa s'utilitza com a línia d'ajust; O la línia teòrica amb la més petita desviació de la suma de quadrats de cada punt de la corba característica es pren com a línia d'ajust, que s'anomena línia d'ajust de mínims quadrats.
Sensibilitat
La sensibilitat es refereix a la relació entre el canvi de sortida △y i el canvi d'entrada △x en funcionament en estat estacionari del sensor.
És el pendent de la corba característica de sortida - entrada. Si hi ha una relació lineal entre la sortida i l'entrada del sensor, aleshores la sensibilitat S és una constant. En cas contrari, canviarà amb la quantitat d'entrada.
La dimensió de sensibilitat és la relació entre les dimensions de les quantitats de sortida i d'entrada. Per exemple, un sensor de desplaçament, quan el desplaçament canvia en 1 mm, la tensió de sortida canvia en 200 mV, llavors la seva sensibilitat s'ha d'expressar com a 200 mV/mm.
Quan les dimensions de sortida i entrada del sensor són les mateixes, la sensibilitat es pot entendre com l'ampliació.
Es pot obtenir una major precisió de mesura augmentant la sensibilitat. Tanmateix, com més gran sigui la sensibilitat, més estret serà el rang de mesura i pitjor serà l'estabilitat.
Resolució
La resolució es refereix a la capacitat del sensor per detectar els canvis més petits que es mesuren. És a dir, si la quantitat d'entrada canvia lentament des d'algun valor diferent de zero. Quan el valor de canvi d'entrada no supera un determinat valor, la sortida del sensor no canviarà, és a dir, el sensor no pot distingir el canvi de la quantitat d'entrada. La sortida només canvia quan el volum d'entrada canvia més que la resolució.
En general, la resolució de cada punt del rang d'escala completa del sensor no és la mateixa, de manera que el valor de canvi màxim de l'entrada que pot fer que el pas de sortida canviï a escala completa s'utilitza sovint com a indicador per mesurar la resolució. Si l'indicador anterior s'expressa com a percentatge de l'escala completa, s'anomena resolució. La resolució està negativament correlacionada amb l'estabilitat del sensor.