2、传感器知识与应用全解析

传感器知识与应用全解析

1. 传感器概述

传感器是一种将物理量转换为电信号的设备，它可以提供电压、电流，或者使自身电阻发生变化。更广泛地说，传感器的阻抗（包括电容性和电感性传感器）也可能改变。我们的任务就是测量这些电信号。

在市场上，传感器种类繁多，我们可以通过在互联网上搜索想要测量的物理量和“传感器”这个关键词，来了解可用的传感器类型。一旦确定了传感器，仔细阅读其数据手册以了解如何进行接口连接是必不可少的。

2. 模拟传感器 - 电阻式传感器

2.1 光敏电阻（LDR）

光敏电阻，如图 2.1 左侧所示，其电阻会根据光照强度而变化，电阻范围通常从几百欧姆到兆欧姆不等。

从微观物理角度来看，其工作原理基于材料导带中电子的可用性。在导体（如金属线）或电阻器中，电子会部分填充导带中的可用状态，直至达到费米能级；而在绝缘体中，费米能级位于完全填充的价带和导带之间，导带中没有可用电子。半导体的价带和导带之间的带隙较小，通常在电子伏特（eV）量级。

常见的光敏电阻基底材料是硫化镉（CdS），其带隙约为 2.4 eV，相当于波长约 500 nm 的绿光光子能量。因此，绿光光子可以将电子从价带提升到导带，形成电子 - 空穴对，从而增加材料的导电性。

在黑暗条件下，光敏电阻的导带中只有极少数热激发电子，导电性很低，因此会有较大的电压降，测量到的电压接近电池提供的全电压。而当光敏电阻被光照时，光子将电子从价带提升到导带，导电性增加，电压降减小，测量电压也随之降低，如图 2.2 所示。

连接光敏电阻时，可以将其与一个电阻 R0（通常为 10 kΩ）串联，形成一个电压分压器。