传感器的分类

传感器的分类

传感器的分类体系是理解传感器技术的基础框架。根据不同的分类维度，传感器可以从输入量、输出量、工作原理、基本效应、能量变换关系、技术特征、尺寸大小和存在形式等八个方面进行分类。其中按输入量和工作原理的分类方式应用最为普遍。

八种分类维度

1. 按输入量（被测参数）分类

以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。这种分类方法通常在讨论传感器的用途时使用。

2. 按输出量分类

分为模拟式传感器（输出连续模拟量）和数字式传感器（输出离散数字量）。数字式传感器输出的数字信号便于传输，具有重复性好、可靠性高的优点，是重点发展方向。

3. 按工作原理分类

根据物理定律、物理效应、半导体理论、化学原理等，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、磁敏式传感器、热电式传感器、光电式传感器等。这种分类方法通常在讨论传感器的工作原理时使用。

4. 按基本效应分类

分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三类。

• 物理传感器：依靠敏感元件材料本身的物理特性变化或转换元件的结构参数变化实现信号变换。细分为物性型传感器（材料本身特性变化）和结构型传感器（结构参数变化）。
• 化学传感器：依靠电化学反应实现信号变换，用于检测无机或有机化学物质的成分和含量，如气体传感器、湿度传感器。
• 生物传感器：利用生物活性物质选择性识别实现测量，如酶传感器、免疫传感器。近年发展很快，在医学诊断、环保监测等方面有广泛的应用前景。

5. 按能量变换关系分类

分为能量变换型传感器（有源型）和能量控制型传感器（无源型）。

• 能量变换型：无需外加电源，从被测对象取能转换输出。包括热电偶、光电池、压电式传感器等。对于无人值守的物联网应用，能够自供能量的有源传感器应用前景广阔。
• 能量控制型：需外加电源，被测信号控制输出能量。包括电阻式、电感式、电容式、霍尔式和某些光电式传感器。具有一定能量放大作用。

6. 按技术特征分类

分为普通传感器和新型传感器。新型传感器包括：

• 智能传感器：传感器与微处理器结合，具有数据处理和自检、自校、自补偿功能。
• 模糊传感器：应用模糊数学原理，输出量为非数值符号。
• 微传感器：传感器与MEMS技术结合，具有微小尺寸。
• 网络传感器：结合网络接口芯片、微处理器、嵌入式通信协议，可接入现场总线或组建传感器网络。
• 量子传感器：基于量子信息技术的传感器。
• 感知系统：具有检测功能的系统级传感器。

7. 按尺寸大小分类

分为宏传感器（传统尺寸较大）和微传感器（利用MEMS及微纳加工技术生产的小尺寸传感器）。

8. 按存在形式分类

分为硬传感器和软传感器。

• 硬传感器：以实物（硬件）形式存在的传统传感器，如压力传感器、速度传感器、温度传感器。
• 软传感器：纯软件实现的、具有检测功能的感知系统，以CPU等计算资源为平台、以虚拟形式存在。软传感器在数据融合中特别有用，典型例子为卡尔曼滤波|卡尔曼滤波器。

分类维度的交叉与重叠

不同分类维度之间存在交叉。例如：

• 物理传感器中的物性型传感器与按工作原理分类的电阻式、电容式传感器有重叠。
• 能量控制型传感器与结构型传感器也有重叠。
• 第4类中的"物理传感器"与第8类中的"硬传感器（也称为物理传感器）"使用了相同术语但含义不同，需注意区分。

应用意义

传感器的分类体系有助于根据具体应用需求选择合适的传感器类型。数字式传感器是重点发展方向，能量变换型传感器在物联网中前景广阔，软传感器在数据融合中具有独特价值。新型传感器的出现对传感器与检测技术的发展起到了巨大的推动作用。