第1章 传感器概述

1.1 引言

在高度发展的现代社会中，科学技术的突飞猛进和生产过程的高度自动化已成为人所共知的必然趋势，而它们的共同要求是必须建立在不断发展与提高的信息工业基础上。人们从外界获取大量准确、可靠的信息后，经过一系列的科学分析、处理与判断，进而认识和掌握自然界和科学技术中的各种现象及其相关的变化规律。工业生产过程现代化面临的第一个问题是必须采用各种传感器（Sensor）来检测、监视和控制各种静态、动态参数，使设备或系统能正常运行并处于最佳状态，从而保证生产的高效率、高质量；可见，进行信息采集的传感器技术是重要基础，此后才有后期的信息分析、处理、加工和控制等技术问题。

人们通过自身感觉器官与外界保持接触，获得的信息有意义但却有限。例如，人耳能感受到音频段的声波，却听不到超低频段或超高频段的声音。又如，人的眼睛能分辨出自然光或白光中主要光波的颜色，但却无法辨别出红外光或紫外光。为了克服人体感官的局限性，人们不仅研究出具备人体感觉器官感觉功能的检测元件（传感器），还进一步完善了传感器的功能，使其更灵活，功能更完备。

近30年来快速发展的IC技术与电子计算机技术，为传感器的快速发展提供了非常良好与可靠的科学技术基础，同时也提出了更高的要求。所以，在近20年中，世界各国都将传感器技术列为尖端技术，尤其是在经济发达的美、英、德、俄、日等国，对传感器及其技术的发展更是倍加重视。现代信息技术的三大基础是信息采集、传输和处理技术（即传感器技术）、通信技术与计算机技术，这些技术分别构成了信息技术系统的“感官”、“神经”和“大脑”。信息采集系统的最前端是传感器。人们常说：“征服了传感器，就等于征服了科学技术”。美国把20世纪80年代称为传感器的时代；日本把十大技术之首定位于传感器技术；俄罗斯国防发展中的“军事航天”计划把传感器技术列为重点；英、德、法等国拨出专款来发展传感器技术；中国在“八五”规划中也把传感器技术列为重点发展技术和21世纪发展的高科技项目之一。传感器是探索、测量自然界各种参数必不可少的检测元件。国际标准协会ISO和日本工业标准“JIS-Z130”将传感器定义为“对应于被测量，能给出易于处理的输出信号的变换器”。实际上，能够完成两种量（光、热、电、力学量和机械量等）之间的变换或转换关系，都符合传感器的定义范围。从目前实际应用情况看，由于电学及其器件与系统的高度发展，传感器配测量电路后，输出量往往都是电学量，所以在一些资料与参考书中，把电量作为输出量的传感器称为电子传感器。

严格地说，传感器是一种接收或激励被测信号，并以电信号作为输出的器件；而换能器（Transducer）则是将一种类型的能量转换成另一种类型的能量的转换器。在实际应用中，这两个术语常常混用。