基于傳感器的知識(shí)小科普

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)將會(huì)呈現(xiàn)出指數(shù)級增長趨勢，并逐步成為數(shù)字時(shí)代的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源和革命性關(guān)鍵要素，而傳感器作為數(shù)據(jù)采集的唯一功能器件，是信息技術(shù)的基礎(chǔ)核心元器件，其重要性不言而喻。

傳感器的組成

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7665-2005對傳感器的定義是：“ 能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成 ”。

傳感器組成框圖

其中，敏感元件是指能直接感受或響應(yīng)被測量的部分，輸出與被測量有確定關(guān)系的物理量信號(hào)，如應(yīng)變式壓力傳感器的彈性膜片就是敏感元件,它將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性膜片的變形。

轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，如應(yīng)變式壓力傳感器中的應(yīng)變片就是轉(zhuǎn)換元件,它將彈性膜片在壓力作用下的變形轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片電阻值的變化。如果敏感元件直接輸出電信號(hào),則這種敏感元件同時(shí)兼為轉(zhuǎn)換元件,如熱電偶將溫度變化直接轉(zhuǎn)換成熱電勢輸出。

由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，因此傳感器輸出的信號(hào)一般需要變換電路進(jìn)行信號(hào)放大調(diào)制，之后才能進(jìn)行顯示和參與控制；轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。

傳感器的分類

傳感器的種類繁多、原理各異，檢測對象幾乎涉及各種參數(shù)，通常一種傳感器可以檢測多種參數(shù)，一種參數(shù)又可以用多種傳感器測量。所以傳感器的分類方法至今尚無統(tǒng)一規(guī)定，主要按 工作原理 、輸入信息和應(yīng)用范圍來分類。

(1)按工作原理分類。 按傳感器的工作原理不同，傳感器大體上可分為物理型、化學(xué)型及生物型三大類。物理型傳感器是利用某些變換元件的物理性質(zhì)以及某些功能材料的特殊物理性能制成的傳感器，如熱電偶制成的溫度傳感器,就是利用金屬導(dǎo)體材料的溫差電動(dòng)勢效應(yīng)和不同金屬導(dǎo)體間的接觸電動(dòng)勢效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對溫度的測量。

化學(xué)傳感器是利用敏感材料與物質(zhì)間的電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機(jī)和有機(jī)化學(xué)成分、濃度等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器，如氣體傳感器、濕度傳感器和離子傳感器等。

生物傳感器是利用材料的生物效應(yīng)構(gòu)成的傳感器，如酶傳感器、微生物傳感器、生理量(血液成分、血壓、心音、血蛋白、激素、筋肉強(qiáng)力等)傳感器、組織傳感器、免疫傳感器等。

(2)按輸入信息分類。 傳感器按輸入量分類有位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、力傳感器、色傳感器、磁傳感器等，以輸入量(被測量)命名。

(3)按應(yīng)用范圍分類。 根據(jù)傳感器的應(yīng)用范圍不同，通?？煞譃?a target="_blank">工業(yè)用、農(nóng)用、民用、科研用、醫(yī)用、軍用、環(huán)保用和家電用傳感器等。若按具體使用場合，還可分為汽車用、艦船用、飛機(jī)用、宇宙飛船用、防災(zāi)用傳感器等。

傳感器的應(yīng)用場景

智能終端

今天的智能終端已經(jīng)離不開傳感器。當(dāng)今智能手機(jī)功能眾多，傳感器功不可沒。在蘋果手機(jī)的劉海屏中就藏有八個(gè)傳感器，分別是紅外鏡頭、泛光感應(yīng)器、距離感應(yīng)器、環(huán)境光感應(yīng)器、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)、攝像頭、點(diǎn)陣投影器。除此之外，智能手機(jī)中還有重力傳感器、加速度傳感器、磁傳感器、陀螺儀、指紋傳感器等。

iPhone的手機(jī)劉海屏的前置鏡頭結(jié)構(gòu)解析

在智能可穿戴設(shè)備中，傳感器作為核心器件，增強(qiáng)了人類“第六感”功能。在谷歌眼鏡中，為了讓開發(fā)者能夠容易的開發(fā)出一些AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)）應(yīng)用可能暫時(shí)隱藏了傳感器中的這些API接口。這些傳感器包括MPL陀螺儀、加速計(jì)、磁力傳感器、線性加速、光感應(yīng)器、定位裝置等十多項(xiàng)傳感器。

智能家居

傳感器是智能家居控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)，隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的傳感器被用到智能家居系統(tǒng)中。如監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境的溫濕度傳感器、氣體監(jiān)測傳感器、光照傳感器等；人物交互的紅外傳感器、智能門窗磁、聲音傳感器等；以及其他漏水檢測器、智能開關(guān)等。

自動(dòng)駕駛

自動(dòng)駕駛技術(shù)的興起，也進(jìn)一步推動(dòng)了MEMS傳感器進(jìn)入汽車領(lǐng)域。自動(dòng)駕駛汽車需要大量的傳感器進(jìn)行感知定位，其中自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的傳感器主要包括攝像頭、紅外傳感器、毫米波雷達(dá)、中短距離毫米波雷達(dá)、長距離毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等。

智慧工業(yè)

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，傳感器應(yīng)用非常廣泛，工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)都需要傳感器進(jìn)行監(jiān)測，并把數(shù)據(jù)反饋給控制中心，以便對出現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)干預(yù)，保證工業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行。在工業(yè)機(jī)器人中，主要應(yīng)用的傳感器有位置傳感器、接近傳感器、速度傳感器、力覺傳感器、觸覺傳感器、視覺傳感器、氣壓傳感器等。

傳感器未來發(fā)展趨勢

隨著萬物互聯(lián)時(shí)代的到來，以及新材料，新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳感器將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。

“智能化” 。傳感器的智能化，主要表現(xiàn)在自主感知、自主決策等方面能力的升級和增強(qiáng)，同時(shí)與人之間的交互也會(huì)更加流暢。

“微型化” 。傳感器本質(zhì)屬于半導(dǎo)體，遵循摩爾定律，微型化是其發(fā)展的必然趨勢之一。微型化的傳感器一方面能夠降低加工生產(chǎn)成本，另一方面微型傳感器的能耗也能夠得到大幅度的降低。

“柔性化” ?！叭嵝詴r(shí)代”已然來臨，成為業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。而作為柔性電子設(shè)備的重要組成部分，柔性傳感器是制造“電子皮膚”的基石，正在從基礎(chǔ)研究向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。

“無線無源化” 。電源及電線的存在對于傳感器的應(yīng)用環(huán)境限制很大。在傳感器集成度越來越高的情況下，無源化可以從根本上解決傳統(tǒng)解決方案的供電問題，無線化可以解決復(fù)雜場景中的布線問題。

“多感知融合化” 。多感知融合傳感系統(tǒng)表現(xiàn)出不同傳感器之間協(xié)同工作，性能互補(bǔ)，同時(shí)感知不同環(huán)境信息，獲取和傳輸多種數(shù)據(jù)，能夠展現(xiàn)出更高的作用和價(jià)值，為用戶提供更豐富的功能。

參考資料：

-《傳感器與傳感器技術(shù)》何道清

-網(wǎng)絡(luò)公開資料收集整理