生活中的仿生学 这七种生活中常见的传感器，你知道几个？

传感器是一种常见但重要的设备。它是一种装置或设备，可以感应各种特定的测量量，并根据一定的规则将其转换为有用的信号。对于传感器，根据输入的状态，输入可以分为静态量和动态量。我们可以根据每个值在稳态时的输出和输入之间的关系得到传感器的静态特性。

传感器静态特性的主要指标是线性、迟滞、重复性、灵敏度和准确度。传感器的动态特性是指输入变量随时间的响应特性。动态特性通常用传递函数等自动控制模型来描述。通常情况下，传感器接收到的信号都是微弱的低频信号，外部干扰有时会在幅度上超过被测信号，因此消除串行噪声成为传感器的一项关键技术。

我们来看看生活中常用的七种传感器。

1.物理传感器:

物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某种物理效应将被测物理量转化为能量形式的信号的装置，便于处理。输出信号和输入信号之间有一定的关系。主要物理传感器有光电传感器、压电传感器、压阻传感器、电磁传感器、热电传感器、光纤传感器等。举个例子，我们来看看常用的光电换能器。这个传感器把光信号转换成电信号。它可以直接探测来自物体的辐射信息，也可以将其他物理量转换成光信号。

它的主要原理是光电效应:光照射物质时，对物质的电效应发生变化，包括电子发射、电导率和电位电流。显然，能容易产生这种效应的器件成为光电换能器的主要部件，如光敏电阻。这样我们就知道光电传感器的主要工作流程是接收相应的光照射，通过光敏电阻之类的器件将光能转化为电能，然后通过放大去噪得到所需的输出电信号。输出电信号和原始光信号之间存在一定的关系，通常是近似线性的，所以计算原始光信号并不是很复杂。其他物理传感器的原理可以与光电传感器相比。

2.光电传感器:

光电传感器是使用光电元件作为检测元件的传感器。。它首先将测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光路和光电元件组成。

光电传感器一般由处理路径和处理元件组成。其基本原理是基于光电效应将被测变化转化为光信号的变化，然后借助光电元件将非电信号进一步转化为电信号。光电效应是指用光照射物体，可以看作是一系列具有一定能量的光子轰击物体。这时光子能量转移到电子，一个光子的所有能量一次被一个电子吸收。电子得到光子传递的能量后，其状态会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。

光电换能器是一种以光电器件为转换元件的传感器，可用于检测直接引起光量变化的非电量物理量，如光强、光照、辐射测温、气体成分分析等，也可用于检测其他可转换为光量变化的非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体形状和工作状态的识别。光电传感器因其非接触、响应速度快、性能可靠而被广泛应用于工业自动化设备和机器人中。新的光电器件不断涌现，尤其是CCD图像传感器的诞生，为光电传感器的进一步应用打开了新的一页。

3.仿生传感器:

仿生传感器是基于新检测原理的新型传感器。它利用固定化细胞、酶或其他生物活性物质与换能器合作形成传感器。这种传感器是近年来生物医学、电子学和工程学相互渗透发展起来的一种新的信息技术。该传感器具有功能强、使用寿命长的特点。在仿生传感器中，常用的有生物模拟的传感器。

仿生传感器可分为酶传感器、微生物传感器、细胞器传感器、组织传感器等。从图中可以看出，仿生传感器与生物理论的各个方面密切相关，这是生物理论发展的直接结果。在用于生物模拟的传感器中，尿素传感器是最近开发的传感器。

目前，虽然已经成功开发了许多仿生传感器，但仿生传感器的稳定性、重现性和批量生产性明显不足，因此仿生传感器技术仍处于起步阶段。因此，除了继续开发新系列仿生传感器和完善现有系列之外，生物活性膜的固定化技术和仿生传感器的固态化也值得进一步研究。

4.水质酸碱度传感器:

水质PH传感器通常由化学部分和信号传输部分组成。用于检测被测物体中氢离子浓度并将其转换成相应的可用输出信号的传感器。酸碱度传感器可以测量大型反应罐或工艺管道中的酸碱度。高温杀菌，CIP清洗；电极长度可选120、150、220、250、450 mm，美国sensorex公司的水质pH传感器-S290C用于废水、电镀废水、高温、发酵、高压等多种场合的PH测量。

5.电磁传感器:

磁传感器是最古老的传感器，指南针是磁传感器最早的应用。然而，作为现代传感器，为了便于信号处理，需要磁传感器将磁信号转换成电信号输出。最早的应用是根据电磁感应原理制造的磁电传感器。这种磁电传感器在工业控制领域做出了突出的贡献，但已经被高性能磁敏材料的新型磁传感器所取代。

在当今使用的电磁效应传感器中，磁旋转传感器是一种重要的传感器。磁旋转传感器主要由半导体磁阻元件、永磁体、固定器、外壳等组成。典型的结构是在永磁体的激励下安装一对磁阻元件，元件的输入输出端连接到固定器上，然后安装在金属盒中，再用工程塑料密封形成封闭结构，可靠性好。与电磁传感器的形状相比，磁旋转传感器具有许多优点。除了灵敏度高、输出信号大外，它还有很强的速度检测范围，这是电子技术发展的结果。此外，该传感器还可以在较大的温度范围内使用，工作寿命长，抗灰尘、水污染和油污能力强，能够承受各种环境条件和外部噪声。因此，这种传感器在工业应用中受到了广泛的关注。

磁旋转传感器因其具有令人满意的特性且无需维护而被广泛应用于工厂自动化系统中。主要用于机床伺服电机的旋转检测、工厂自动化中机械臂的定位、液压行程的检测、工厂自动化中相关设备的位置检测、旋转编码器的检测单元以及各种旋转检测单元等。现代磁旋转传感器主要包括四相传感器和单相传感器。在工作过程中，四相差动旋转传感器使用一对检测单元实现差动检测，另一对实现反差动检测。这样，四相传感器的检测能力是单个单元的四倍。二元单相旋转传感器也有自己的优点，即体积小、可靠，输出信号大，可以检测低速运动，抗环境冲击和抗噪声能力强，成本低。所以单相传感器也会有很好的市场。

6.磁光效应传感器；

现代电气测量技术越来越成熟。由于它具有精度高、与微机连接方便、可实现自动实时处理等优点，已被广泛应用于电气量和非电气量的测量。但电学测量方法易受干扰，交流测量频响不够宽，在耐压和绝缘方面有一定要求。在激光技术飞速发展的今天，上述问题已经得到了解决。

磁光效应传感器是利用激光技术发展起来的高性能传感器。激光是20世纪60年代初迅速发展起来的新技术，标志着人们掌握和利用光波的新阶段。由于过去普通光源的单色性低，许多重要的应用受到限制。激光的出现使得无线电技术和光学技术突飞猛进，相互渗透，相互补充。现在，许多传感器都是用激光制造的，解决了许多以前无法解决的技术问题，使其适用于煤矿、石油和天然气储存等危险易燃的场所。

例如，由激光制成的光纤传感器可以测量原油注入和油罐破裂的参数。在被测场所，不需要电源，特别适合安全防爆措施严格的石化设备群，也可用于大型钢铁厂部分环节实现光学遥测化学技术。

在磁光效应传感器的应用中，最重要的是选择磁光介质和激光。不同的设备在灵敏度和工作范围上有不同的能力。近几十年来，随着高性能激光器和新型磁光介质的出现，磁光效应传感器的功能越来越强大，应用越来越广泛。磁光效应传感器作为一种专用传感器，可以在特定的环境下发挥自身的功能，也是一种非常重要的工业传感器。

7.压力传感器:

压力传感器是工业实践中最常用的传感器之一，我们通常使用的压力传感器主要由压电效应制成，也称为压电传感器。

我们知道，晶体是各向异性的，非晶晶体是各向同性的。一些晶体介质在某一方向受机械力变形时会产生极化效应。当机械力去除后，会再次回到不带电荷的状态，也就是说，当受到压力时，一些晶体可能会产生电效应，这就是所谓的极化效应。根据这种效应，科学家们开发了压力传感器。

压电效应是压电传感器的主要工作原理。压电传感器不能用于静态测量，因为只有当回路具有无穷大的输入阻抗时，才会节省外力后的电荷。实际情况并非如此，因此决定压电传感器只能测量动应力。

压电传感器主要用于测量加速度、压力和力。压电加速度计是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长的优点。压电加速度传感器已广泛应用于飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑物的振动和冲击测量，特别是压电传感器在航空空和航天领域有着特殊的地位。也可用于测量发动机的内燃压力和真空度。也可用于军事工业，如测量膛内枪、子弹发射瞬间膛压和炮口冲击波压力的变化。

它可以用来测量大压力和小压力。压电传感器也广泛应用于生物医学测量。例如，心室导管麦克风由压电传感器制成。由于动态压力测量如此普遍，压电传感器被广泛使用。除了压电传感器，还有压阻效应制造的压阻传感器，利用应变效应的应变传感器等。这些不同的压力传感器通过使用不同的效果和不同的材料，可以在不同的场合发挥其独特的作用。

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