基于传感器的知识小科普

随着5G、物联网、人工智能等新一代信息技术的不断发展，数据将会呈现出指数级增长趋势，并逐步成为数字时代的基础性战略资源和革命性关键要素，而传感器作为数据采集的唯一功能器件，是信息技术的基础核心元器件，其重要性不言而喻。

传感器的组成

国家标准GB/T7665-2005对传感器的定义是：“ 能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成 ”。

传感器组成框图

其中，敏感元件是指能直接感受或响应被测量的部分，输出与被测量有确定关系的物理量信号，如应变式压力传感器的弹性膜片就是敏感元件,它将被测压力转换成弹性膜片的变形。

转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号，如应变式压力传感器中的应变片就是转换元件,它将弹性膜片在压力作用下的变形转换成应变片电阻值的变化。如果敏感元件直接输出电信号,则这种敏感元件同时兼为转换元件,如热电偶将温度变化直接转换成热电势输出。

由于传感器输出信号一般都很微弱，因此传感器输出的信号一般需要变换电路进行信号放大调制，之后才能进行显示和参与控制；转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。

传感器的分类

传感器的种类繁多、原理各异，检测对象几乎涉及各种参数，通常一种传感器可以检测多种参数，一种参数又可以用多种传感器测量。所以传感器的分类方法至今尚无统一规定，主要按 工作原理 、输入信息和应用范围来分类。

(1)按工作原理分类。 按传感器的工作原理不同，传感器大体上可分为物理型、化学型及生物型三大类。物理型传感器是利用某些变换元件的物理性质以及某些功能材料的特殊物理性能制成的传感器，如热电偶制成的温度传感器,就是利用金属导体材料的温差电动势效应和不同金属导体间的接触电动势效应实现对温度的测量。

化学传感器是利用敏感材料与物质间的电化学反应原理，把无机和有机化学成分、浓度等转换成电信号的传感器，如气体传感器、湿度传感器和离子传感器等。

生物传感器是利用材料的生物效应构成的传感器，如酶传感器、微生物传感器、生理量(血液成分、血压、心音、血蛋白、激素、筋肉强力等)传感器、组织传感器、免疫传感器等。

(2)按输入信息分类。 传感器按输入量分类有位移传感器、速度传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器、力传感器、色传感器、磁传感器等，以输入量(被测量)命名。

(3)按应用范围分类。 根据传感器的应用范围不同，通常可分为工业用、农用、民用、科研用、医用、军用、环保用和家电用传感器等。若按具体使用场合，还可分为汽车用、舰船用、飞机用、宇宙飞船用、防灾用传感器等。

传感器的应用场景

智能终端

今天的智能终端已经离不开传感器。当今智能手机功能众多，传感器功不可没。在苹果手机的刘海屏中就藏有八个传感器，分别是红外镜头、泛光感应器、距离感应器、环境光感应器、扬声器、麦克风、摄像头、点阵投影器。除此之外，智能手机中还有重力传感器、加速度传感器、磁传感器、陀螺仪、指纹传感器等。

iPhone的手机刘海屏的前置镜头结构解析

在智能可穿戴设备中，传感器作为核心器件，增强了人类“第六感”功能。在谷歌眼镜中，为了让开发者能够容易的开发出一些AR（增强现实技术）应用可能暂时隐藏了传感器中的这些API接口。这些传感器包括MPL陀螺仪、加速计、磁力传感器、线性加速、光感应器、定位装置等十多项传感器。

智能家居

传感器是智能家居控制系统实现控制的基础，随着技术的发展，越来越多的传感器被用到智能家居系统中。如监测室内环境的温湿度传感器、气体监测传感器、光照传感器等；人物交互的红外传感器、智能门窗磁、声音传感器等；以及其他漏水检测器、智能开关等。

自动驾驶

自动驾驶技术的兴起，也进一步推动了MEMS传感器进入汽车领域。自动驾驶汽车需要大量的传感器进行感知定位，其中自动驾驶系统中的传感器主要包括摄像头、红外传感器、毫米波雷达、中短距离毫米波雷达、长距离毫米波雷达、激光雷达、超声波雷达等。

智慧工业

在工业生产领域，传感器应用非常广泛，工业生产各个环节都需要传感器进行监测，并把数据反馈给控制中心，以便对出现异常节点进行及时干预，保证工业生产正常进行。在工业机器人中，主要应用的传感器有位置传感器、接近传感器、速度传感器、力觉传感器、触觉传感器、视觉传感器、气压传感器等。

传感器未来发展趋势

随着万物互联时代的到来，以及新材料，新技术的广泛应用，传感器将呈现以下发展趋势。

“智能化” 。传感器的智能化，主要表现在自主感知、自主决策等方面能力的升级和增强，同时与人之间的交互也会更加流畅。

“微型化” 。传感器本质属于半导体，遵循摩尔定律，微型化是其发展的必然趋势之一。微型化的传感器一方面能够降低加工生产成本，另一方面微型传感器的能耗也能够得到大幅度的降低。

“柔性化” 。“柔性时代”已然来临，成为业内人士的共识。而作为柔性电子设备的重要组成部分，柔性传感器是制造“电子皮肤”的基石，正在从基础研究向产业化方向发展。

“无线无源化” 。电源及电线的存在对于传感器的应用环境限制很大。在传感器集成度越来越高的情况下，无源化可以从根本上解决传统解决方案的供电问题，无线化可以解决复杂场景中的布线问题。

“多感知融合化” 。多感知融合传感系统表现出不同传感器之间协同工作，性能互补，同时感知不同环境信息，获取和传输多种数据，能够展现出更高的作用和价值，为用户提供更丰富的功能。

参考资料：

-《传感器与传感器技术》何道清

-网络公开资料收集整理