传感器
| 感应器 | |
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| 实体技术组件 | |
| 上级分类 | 测量仪器  |
| 所属实体 | 测量仪器 |
| 範例項目 | detector |
| 相关列表 | 感測器列表 |
| 「感測器」的各地常用名稱 | |
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 感測器的組成 | |
| 中國大陸 | 传感器 |
| 臺灣 | 感測器 |
| 港澳 | 感應器 |
传感器（英語：Sensor）是一种检测环境中的事件或变化，并将此信息传送至其他电子设备（如中央处理器）的装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器如被动式红外传感器和触摸传感器已广泛应用于日常物品，如触摸感应的电梯按钮和调光灯，以及温度、压力和流量测量等传统领域之外的无数应用中。[1]随着微机电系统（MEMS）技术的进步，传感器可在微观尺度上批量制造，达到更快的测量速度和更高的灵敏度。[2]一次性传感器的需求也在增长，用于短期监测或单次测量，无需重新校准且避免交叉污染。[3]
分類
[编辑]传感器可按工作原理、测量技术或应用领域进行分类。[4]
- 按工作原理分类
- 按测量技术分类
- 按应用分类
测量误差与特性
[编辑]理想传感器应满足以下条件：只对被测量敏感、不受其他因素影响、本身不改变被测量。实际传感器存在各种误差来源。[4]
静态特性
[编辑]传感器的静态特性通过静态标定获得，主要指标包括：
- 灵敏度：输出变化量与输入变化量之比，。灵敏度误差是指实际灵敏度与标称值的偏差。
- 线性度：实际校准曲线与参考直线之间的最大偏差，以满量程百分比表示。
- 迟滞：正反行程在同一输入下输出不一致的现象，由机械摩擦、间隙、磁滞等引起。
- 分辨力：传感器能检测到的最小输入变化量。数字输出传感器的分辨力通常等于其数字输出的数值分辨率。
- 零漂：输出信号在不受测量影响时随时间缓慢变化的现象，长期漂移由传感器物理变化引起。
动态特性
[编辑]动态响应特性通常通过阶跃响应曲线和幅频特性曲线上的特征值来表示。快速变化的被测量可导致动态误差。当输入信号频率接近采样频率的倍数时，可能产生混叠误差。
噪音是一种随机误差，可通过滤波等信号处理手段降低，但通常以牺牲动态响应为代价。[4]
化学传感器与生物传感器
[编辑]化学传感器是一种独立的分析装置，能够提供关于其环境中液体或气体化学成分的信息。[5]其工作涉及两个主要步骤：识别和转换。在识别步骤中，待测物分子与传感器识别元件中的受体分子选择性相互作用，引起特征物理参数的变化；在转换步骤中，集成的换能器将这种变化转换为可测量的输出信号。
基于生物识别材料的化学传感器称为生物传感器；合成仿生材料（如分子印迹聚合物和适配体）正逐步取代部分生物识别材料。神经形态传感器是另一前沿方向，通过物理模拟生物神经结构实现感知功能，例如事件相机。[6]
半导体传感器
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MOSFET（金属—氧化物—半导体场效应晶体管）于1955至1960年间在贝尔实验室发明，其后的MOS传感器广泛应用于物理、化学、生物和环境参数的测量。[7]早期的MOSFET传感器包括1970年发明的离子敏感场效应晶体管（ISFET），它用离子敏感膜和电解质溶液代替金属栅极，广泛用于DNA杂交检测、血糖测量和pH传感。[8]
图像传感器是MOS传感器最重要的应用之一。电荷耦合器件（CCD）由威拉德·博伊尔和乔治·史密斯于1969年发明；CMOS有源像素传感器由冢本努于1985年开发，后由埃里克·福萨姆在1990年代初期完善。[9]MOS图像传感器已广泛应用于光学鼠标、数码相机和智能手机。
此外，MOS气体传感器用于检测一氧化碳、二氧化硫和氨气等，MEMS传感器（如加速度计和陀螺仪）已成为汽车电子和可穿戴设备的核心组件。
参看
[编辑]- ^ Bennett, S. A History of Control Engineering 1930–1955. Peter Peregrinus Ltd. 1993. ISBN 978-0-86341-280-6 （英语）.
- ^ Jihong Yan. Machinery Prognostics and Prognosis Oriented Maintenance Management. Wiley & Sons. 2015: 107. ISBN 978-1-118-63872-9 （英语）.
- ^ Dincer, Can; Bruch, Richard. Disposable Sensors in Diagnostics, Food, and Environmental Monitoring. Advanced Materials. 2019, 31 (30). doi:10.1002/adma.201806739 （英语）.
- ^ 4.0 4.1 4.2 Fraden, Jacob. Handbook of Modern Sensors 3rd. Springer. 2004. ISBN 0-387-00750-4 （英语）.
- ^ Toniolo, Rosanna. Modified Screen Printed Electrode Suitable for Electrochemical Measurements in Gas Phase. Analytical Chemistry. 2020, 92 (5): 3689–3696. doi:10.1021/acs.analchem.9b04818 （英语）.
- ^ Vanarse, Anup. A Review of Current Neuromorphic Approaches for Vision, Auditory, and Olfactory Sensors. Frontiers in Neuroscience. 2016, 10: 115. doi:10.3389/fnins.2016.00115 （英语）.
- ^ Bergveld, Piet. The impact of MOSFET-based sensors. Sensors and Actuators. 1985, 8 (2): 109–127. doi:10.1016/0250-6874(85)87009-8 （英语）.
- ^ Schöning, Michael J.; Poghossian, Arshak. Recent advances in biologically sensitive field-effect transistors (BioFETs). Analyst. 2002, 127 (9): 1137–1151. doi:10.1039/B204444G （英语）.
- ^ Williams, J. B. The Electronics Revolution: Inventing the Future. Springer. 2017: 245& 249. ISBN 978-3-319-49088-5 （英语）.
