什么是传感器？

2026/06/15

什么是传感器？资深技术人员通俗易懂地讲解作为设备“感觉器官”的传感器种类及应用实例！

什么是传感器？

传感器有哪些种类？

传感器在哪些领域发挥着作用？

传感器的定义

小滨：桥本老师！在学习工业机器人、协作机器人以及AGV/AMR的过程中，我注意到其中都使用了“传感器”。这次我想了解传感器的种类、工作原理以及它们被应用在哪些领域！

桥本老师：你观察得很仔细呢。传感器在机器人、AGV、智能手机和无人机等设备中都发挥着重要作用。首先，让我们从传感器的定义开始学习吧。根据《日本工业标准》JIS-Z8103-2000，传感器（sensor）的定义如下：

・直接受被测量影响的仪表或测量装置中的环节。备注：有时与“检测器”同义。【参考】JIS 标准 https://kikakurui.com/z8/Z8103-2000-01.html

桥本老师：传感器是指将声音、光、温度、压力等物理或化学现象转换为电信号或数据并输出的设备或装置。传感器在我们的日常生活中无处不在。例如，房间里的空调就配备了用于测量温度和湿度的温湿度传感器。智能手机中则搭载了用于确认当前位置的GPS、检测倾斜和运动的加速度传感器，以及测量距离的距离传感器和摄像头等。

身近なものに使われているセンサ例、スマホ、エアコン

传感器承担着什么样的作用呢？

小滨：原来传感器有这么多种类啊。请详细介绍一下它们各自的作用吧。

桥本老师：人拥有“看”、“听”、“闻”、“触”、“尝”等以“五感”为代表的各种“感觉器官”。这就是人类所拥有的“传感器”。我制作了一张对照表，将人体所具备的“感觉器官”与设备中“传感器的作用”进行了对应。

人の身体に備わっている「感覚器官」と装置における「センサの役割」を対応させた表を作ってみたよ

关节

测量角度和转速		用于检测机器人等旋转关节部位的角度，从而掌握其姿势的传感器
关节	电位计	在特定轴上，测量角度变化在一定范围内的情况
	旋转编码器	用于测量特定轴上旋转物体的角度及转数
	倾斜传感器	测量传感器所在位置的倾斜度
平衡	加速度传感器	测量1秒内速度的变化量
平衡	陀螺仪（角速度计）	测量角速度在1秒内的变化量
测量力和力矩		利用施加在物体上的力变化量来测量力和力矩的传感器
力与触觉	应变片	通过应变片测量弹性体的位移和变形，从而测量力和力矩
	电容传感器	利用电容检测物体的变化
	压电元件	通过向介电体（如压电材料）施加力所产生的电压，检测力或压力等
	6轴力觉传感器	通过应变或电容的变化测量力和力矩
测量物体的形状、颜色、位置及运动		利用摄像头获取人类视觉信息的传感器用于机器人或AGV探测并避开障碍物，测量目标物距离的传感器
视觉	图像传感器（摄像头）	通过摄像头捕捉的图像，计算出目标物的面积、重心、长度、位置等，并输出数据或判定结果
	立体视觉	利用两台平行放置的摄像头拍摄图像，精确测量至物体的距离
	超声波传感器	利用超声波测量到目标物体的距离
	红外线距离传感器	利用红外线测量至目标物体的距离
	激光雷达	利用光测量远处物体的距离和方向

传感器有哪些种类？

小滨：原来人类的五感在设备中也是通过各种传感器来实现的啊！我想进一步了解这些传感器！

桥本老师：那么，我将从刚才介绍的传感器中，重点详细讲解其中6种主要的传感器。

特に主要な6つを詳しく解説していくよ

编码器

用于编码（encode）旋转角度或线性位移的传感器。检测旋转的称为旋转编码器，检测直线位移的称为线性编码器。旋转编码器内部装有开有等间距狭缝的圆盘，一侧发出光线，另一侧检测并测量通过的光线闪烁情况，从而测定轴的旋转角度、转数及转速。该装置多用于伺服电机等设备中。

加速度传感器

一种用于检测单位时间内速度变化量的传感器。虽然种类繁多，但结构简单的类型通常由弹簧及其末端连接的砝码组成。利用加速或减速时产生的惯性力，将弹簧伸缩的变化量转换为电信号，从而测量加速度。近年来，借助MEMS技术，小型且廉价的传感器已在各种领域得到广泛应用。

■什么是MEMS？

MEMS（微机电系统）的缩写。这是一种利用半导体技术制造的微型结构体，集成了传感器、执行器和电子电路。由于是在半导体制造工艺中生产的，因此单个IC尺寸约为1厘米见方，具有体积小、价格低廉且功能集成的特点。目前已被广泛应用于智能手机、个人电脑、游戏机以及汽车传感器等领域。

超声波传感器

这是一种通过测量从发射到接收的“时间”来检测目标物距离的传感器。常用于距离测量的TOF（Time of flight）技术，顾名思义即“飞行时间”，是一种测量信号从发射到被目标物反射返回所需时间的方法。其典型代表是光和超声波。传感器会从传感器头发射超声波，并接收从目标物反射回来的超声波。

LiDAR（光检测与测距）

指用于测量至目标物体的距离或识别目标物体性质的光传感器技术。该技术通过扫描方式将激光照射至目标物体，并观测其散射光或反射光。在测量过程中也采用了ToF技术。（ToF：飞行时间）“隼鸟”号探测器的距离测量同样采用了LiDAR技术，其着陆精度高达1米。此外，该技术还被应用于汽车和智能手机等领域。

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应变片

一种将应变转换为电信号进行检测的传感器。当施加外力使其伸缩时，其电阻值也会随之增减。因此，若将其粘贴在会产生应变的被测物体上，应变片就会随着被测物体的伸缩而伸缩，从而导致电阻值发生变化。通过检测弹性体位移和变形的变化，即可测量力或力矩。 ※所谓应变，是指材料在受到外力作用时，其伸长或收缩的变形量，该量与外力成正比。

图像传感器

一种传感器，通过处理摄像头拍摄的数据，输出物体的位置、角度、形状、尺寸、数量等信息，并与注册数据进行比对以判定合格与否。该传感器采用将光转换为电信号的半导体元件，相当于人眼的视网膜。它由多层结构组成，通过在微透镜与光电二极管之间设置彩色滤光片（RGB），从而能够获取彩色图像信号。

传感器在哪些领域发挥着作用？

小滨：传感器在我们的日常生活中确实发挥着多方面的作用呢！

桥本老师：还有很多在日常生活中派上用场的例子呢。比如玄关的对讲机里装有图像传感器和声音传感器，晚上自动亮起的户外灯则是通过光传感器来检测的。此外，智能手机里还有用于定位的GPS和防抖的陀螺仪传感器等等，我想介绍的例子可多了！

小滨：我打算在生活中有意识地留意传感器被应用在哪些地方！请问有没有在设备或机械零部件中采用传感器的案例呢？

桥本老师：当然有！我来介绍两个三木皮带轮的案例。

扭矩传感器×联轴器

这是一种用于检测设备旋转时产生的扭矩的传感器。电容式扭矩传感器通过将电容器内两片金属板的位移量转换为扭矩并进行显示。电容器由两片金属板及其夹在中间的绝缘体构成，是一种通过电容来储存或释放电荷的常见被动元件。

三木皮带轮公司正在开发内置电容式扭矩传感器的联轴器。该产品不仅能传递旋转动力，还能同时检测施加在联轴器上的扭矩。通过内置电容式扭矩传感器，可直接检测旋转时的负载扭矩，从而准确掌握设备的运行状态。与以扭矩计为核心的系统相比，该设计大幅减少了零部件数量，实现了结构的简化。

磁传感器×线性执行器（线性轴驱动）

磁传感器可检测磁铁、电流产生的磁场以及地磁场的强度和方向。三木普利（Miki Pulley）的线性执行器（线性轴驱动）采用霍尔元件来检测位置信息。由于能够利用轴产生的磁通量进行位置检测，因此无需外置位置传感器即可运行。此外，由于内置的位置传感器可直接检测磁极位置，因此无需准备外置磁极检测器等设备，启动后即可立即产生推力。驱动器内置了定位运行功能等，因此即使不准备外部控制器，也能实现相对复杂的定位运行。