传感器，为啥手握物联网“半条命”？不拼颜值拼技术

  

导  读

物联网世界是一个感知的世界，主要包括感知层、传输层、平台层和应用层。俗话说，好的开始是成功了一半，而感知作为物联网的“排头兵”，其作用自然不必质疑，特别是在智能化、物联网的今天，传感器赋予物体“生命”。

 

 

在物联网行业，我们经常将传感器比作人类的五官，但它并不负责貌美如花，它负责感知，试想没有五官的我们除了一个“丑”字形容外，生活还能有颜色、声音吗？

 

而今我们身处的这个世界里，什么东西都能“人化”。继互联网之后，物联网上演了一出“万物成精”的好戏，西游记、义妖传、封神榜中的情景于现在社会就要成真了。

 

白龙马被迫下岗，达到L4/L5级别之后的电动小汽车开起来节能环保还不吃草，更是能自己随心所欲的跑；路见不平一声吼，声控路灯亮一宿；哪里有压迫，哪里就有压力传感器……

 

 

而之所以会有单方面撕毁“建国后不准成精”协议的举动出现，很大一部分责任应该归咎于物联网，而物联网中，传感器又是其命门，也就是它让汽车、家居、路灯、甚至手机等等这些新时代下的物件儿一一成精，化身成有鼻子有眼，能听会说的“妖精”。

 

 

近年来，我国传感器市场持续快速增长，年均增长速度超过20%，2011年传感器市场规模为480亿元，到2016年达到1126亿元，2017年增长至1300亿元，同比增长15.45%。物联网作为下一波科技浪潮，万亿连接数背后意味着传感器出货量也将迎来一个爆发，传感器的产业规模和效益增长空间可想而知，多么撩人。

 

届时，传感器装备到各种各样的物件儿上，满地跑得可都是比人的感官还要灵敏的“妖精”了！

 

在传感器的加持之下，房门、椅子、电灯泡，摩托、汽车、红绿灯，天上飞的、地上跑的、海里漂，水下游的，各式各样的东西皆显神通。为防以后不晓得，咱不妨先认识认识各位“大仙”。

 

 

传感器是个啥子？用它作甚？

 

 

首先，传感器是个啥？传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。其特点是微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。

 

 

说完这些，大家一起懵，到底是个啥？

 

这么说吧，英国主教乔治·贝克莱说，存在即被感知。如果把主体换成物件儿呢？比方说，人眼看到的东西即是存在的，但闭上眼睛之后，它就是不存在的（在贝克莱看来）；但如自动驾驶的汽车呢？它本身是没有眼睛的，抛去车身上的摄像头，它依然可以感知外物，那么这就是传感器的功劳了。（简直将唯心主义放在地上摩擦）

 

温度传感器

 

在这些五花八门的传感器中，有眼、有鼻、有耳、有神经……根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

 

传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成：

 

 

敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号；转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号；变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制；转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。

 

 

五官齐全却不帅的传感器

 

 

这些有鼻子有眼，能嗅会尝的器件儿，虽然造型各异，可它们的灵敏度可是人的感知所无法达到的（注：分类按照传感器功能，将其与人五官比拟）：

 

光敏传感器——视觉

 

 

光敏传感器是对外界光信号或光辐射有响应或转换功能的敏感装置。主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。

 

光敏传感器结构

 

光敏传感器的主要应用领域也十分常见，像太阳能路灯、声光开关、摄像头等等，当然，还有我们手机的亮度自动调节功能模式以及未来可预见的自动驾驶汽车。

 

 

在其不可思议创造中，还有依靠摄像机来“听”颜色的。上图这哥们儿从出生时就患上了色盲症。想象一下来到世界的第一天，自己看到与别人看到的是不同的环境。可能长大之后才从别人嘴里得知，原来因为自己色盲，竟被这个花花世界欺骗了十几年，原来世界不只有黑白，还有赤橙黄绿青蓝紫……

 

不过，好在他并没有放弃看看世界的念头，最终排除万难在头上装上了这根类似天线宝宝的天线。这根天线上面安装了可识别多达360种颜色的数码相机，识别出的颜色通过一台笔记本电脑将声波传到后方的晶片，再经由骨传导来听见眼前的色彩频率。

 

看似神奇的物件儿，其实现过程并不算复杂（以光电传感器为例），把它可分为三部分：发送器、接收器和检测电路。

 

 

发送器，发射光束所用，其光源一般来自半导体光源、发光二极管，也就是通常所说的LED，还有激光二极管和红外线二极管。

 

接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。

 

发光二极管

 

发送器对准目标发射光束，光束不间断地发射或者改变脉冲宽度。在接收器的前面，还装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它是最终滤出有效信号和应用该信号的“出口”。

 

声敏传感器——听觉

 

 

声敏传感器是一种用于流量检测的传感器，该传感器接线时可带电设定，在高/低灵敏度的量程模式下操作。高灵敏度量程适用于在40db 波动的高频信号。低灵敏度量程应用于在28db到68db波动的高频信号，基本从低声絮语到喧嚣嘈杂它都可以发挥作用。

 

声敏传感器一般分为四种：

 

1.电阻变换型声敏传感器

原理：音频振动——电阻值变化。

按其功能我们将其再次分类为：接触阻抗性和阻抗变换性。前者是接触式测量声波且通过阻值变化来检测（典型代表为碳粒式送话器）。后者是由电阻丝应变片或半导体应变片粘贴在膜片上构成。声压作用于膜片上，膜片变形使应变片的阻抗发生作用，检测电路再将电压信号完成，由此达到声-电转换。

 

碳粒式送话器

 

2.压电声敏传感器

原理:压电效应

当声压作用于膜片上，膜片振动带动压电晶体产生机械振动，压电晶体在机械应力的作用下产生随声压变化而变化的电压，由此完成声-电转换。

 

3.电容式声敏传感器

原理:音频振动——膜片变形——电容量变化

膜片振动下，膜片与固定电极间的距离会发生变化，以此可以引起电容量的变化。

 

4.动圈式话筒

动圈式话筒,是利用电磁感应原理做成的,利用线圈在磁场中,切割磁感线,将声音信号转化为电信号。

 

常见的就是我们所使用的话筒

 

在应用领域中，除了用于传声器、话筒之外，声敏传感器还在军事方面（停止脑袋里，在CS中听脚步声辩人的无耻想法）、医疗（核磁共振）、安防等领域皆有重大的应用。

 

气敏传感器——嗅觉

 

 

气敏传感器是用来检测气体浓度和成分的传感器，它在环境保护和安全监督方面起着极为重要的作用。气敏传感器是暴露在各种成分的气体中使用的，由于检测现场温度、湿度的变化很大， 又存在大量粉尘和油雾等，所以其工作条件较恶劣，而且气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差。

 

气敏电阻的工作原理：半导体材料表面的电导减小使器件处于高阻状态，当元件与被测气体发生接触时，与之产生化学反应，氧气中的电子被释放出来，敏感膜表面的电导增加，元件电阻会随之减小，以此来检测反应气体的浓度。

 

谁在电梯里放了个屁？

 

正如上述定义所述，这种传感器因为具有高度的气体和成分敏感性，所以它的工作环境当然也可以预见。前段时间闹得沸沸扬扬的自如甲醛案，这家伙正好就派上用场了。

 

化学传感器——味觉

 

化学传感器(Chemical Sensor)是对各种化学物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。类比于人的感觉器官，化学传感器大体对应于人的嗅觉和味觉器官。

 

按照化学传感器的种类及工作原理可分为四类：

1.电化学式化学传感器

2.光学式化学传感器

3.热学式化学传感器

4.质量式化学传感器

 

尽管它与气敏传感器在某些领域做着相同的事情，但其实两者之间还是有相当大的差别。它以化学中的反应和物理中的现象，甚至还有生物中的理论为基础，来达到检测气体和液体中的化学成分，并将其转化为可检知的电流和电压信号。

 

压敏、温敏、流体传感器——触觉

 

 

说完眼耳口鼻，就要说到触觉。触觉传感器是在机器人中用于模仿触觉功能的传感器。用近年最火热的仿生机器人来说明，要做到仿生，自然除了样子相似之外，还要有感觉。畅想一下，在未来医疗环境下，因为事故、灾害及其他原因造成身体上不可弥补的伤害，这时只需要安装一个仿生肢体，通过触觉传感器又可以像正常人一样生活，岂不是美哉？

 

 

传感世界

 

 

物联网世界是一个感知的世界，主要包括感知层、传输层、平台层和应用层。俗话说，好的开始是成功了一半，而感知作为物联网的“排头兵”，其作用自然不必质疑，特别是在智能化、物联网的今天，传感器赋予物体“生命”。智慧城市、智慧医疗、智慧交通、智慧物流、智慧安防、智慧农业、智慧水利……这些无不需要传感器来赋能才能得以实现。

 

 

物联网概念的产生由来已久，但在大连接背后的物理层上，源头传感器的部署还有待提升。物联网的未来已来，传感器的爆发期也将到来。