導(dǎo)讀

物聯(lián)網(wǎng)世界是一個(gè)感知的世界，主要包括感知層、傳輸層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。俗話說(shuō)，好的開(kāi)始是成功了一半，而感知作為物聯(lián)網(wǎng)的“排頭兵”，其作用自然不必質(zhì)疑，特別是在智能化、物聯(lián)網(wǎng)的今天，傳感器賦予物體“生命”。

在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，我們經(jīng)常將傳感器比作人類(lèi)的五官，但它并不負(fù)責(zé)貌美如花，它負(fù)責(zé)感知，試想沒(méi)有五官的我們除了一個(gè)“丑”字形容外，生活還能有顏色、聲音嗎?

而今我們身處的這個(gè)世界里，什么東西都能“人化”。繼互聯(lián)網(wǎng)之后，物聯(lián)網(wǎng)上演了一出“萬(wàn)物成精”的好戲，西游記、義妖傳、封神榜中的情景于現(xiàn)在社會(huì)就要成真了。

白龍馬被迫下崗，達(dá)到L4/L5級(jí)別之后的電動(dòng)小汽車(chē)開(kāi)起來(lái)節(jié)能環(huán)保還不吃草，更是能自己隨心所欲的跑;路見(jiàn)不平一聲吼，聲控路燈亮一宿;哪里有壓迫，哪里就有壓力傳感器……

而之所以會(huì)有單方面撕毀“建國(guó)后不準(zhǔn)成精”協(xié)議的舉動(dòng)出現(xiàn)，很大一部分責(zé)任應(yīng)該歸咎于物聯(lián)網(wǎng)，而物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器又是其命門(mén)，也就是它讓汽車(chē)、家居、路燈、甚至手機(jī)等等這些新時(shí)代下的物件兒一一成精，化身成有鼻子有眼，能聽(tīng)會(huì)說(shuō)的“妖精”。

近年來(lái)，我國(guó)傳感器市場(chǎng)持續(xù)快速增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)速度超過(guò)20%，2011年傳感器市場(chǎng)規(guī)模為480億元，到2016年達(dá)到1126億元，2017年增長(zhǎng)至1300億元，同比增長(zhǎng)15.45%。物聯(lián)網(wǎng)作為下一波科技浪潮，萬(wàn)億連接數(shù)背后意味著傳感器出貨量也將迎來(lái)一個(gè)爆發(fā)，傳感器的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和效益增長(zhǎng)空間可想而知，多么撩人。

屆時(shí)，傳感器裝備到各種各樣的物件兒上，滿地跑得可都是比人的感官還要靈敏的“妖精”了!

在傳感器的加持之下，房門(mén)、椅子、電燈泡，摩托、汽車(chē)、紅綠燈，天上飛的、地上跑的、海里漂，水下游的，各式各樣的東西皆顯神通。為防以后不曉得，咱不妨先認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)各位“大仙”。

傳感器是個(gè)啥子?用它作甚?

首先，傳感器是個(gè)啥?傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。其特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。

說(shuō)完這些，大家一起懵，到底是個(gè)啥?

這么說(shuō)吧，英國(guó)主教喬治·貝克萊說(shuō)，存在即被感知。如果把主體換成物件兒呢?比方說(shuō)，人眼看到的東西即是存在的，但閉上眼睛之后，它就是不存在的(在貝克萊看來(lái));但如自動(dòng)駕駛的汽車(chē)呢?它本身是沒(méi)有眼睛的，拋去車(chē)身上的攝像頭，它依然可以感知外物，那么這就是傳感器的功勞了。(簡(jiǎn)直將唯心主義放在地上摩擦)

溫度傳感器

在這些五花八門(mén)的傳感器中，有眼、有鼻、有耳、有神經(jīng)……根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(lèi)。

傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成：

敏感元件直接感受被測(cè)量，并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào);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);變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制;轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。

五官齊全卻不帥的傳感器

這些有鼻子有眼，能嗅會(huì)嘗的器件兒，雖然造型各異，可它們的靈敏度可是人的感知所無(wú)法達(dá)到的(注：分類(lèi)按照傳感器功能，將其與人五官比擬)：

光敏傳感器——視覺(jué)

光敏傳感器是對(duì)外界光信號(hào)或光輻射有響應(yīng)或轉(zhuǎn)換功能的敏感裝置。主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽(yáng)能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。

光敏傳感器結(jié)構(gòu)

光敏傳感器的主要應(yīng)用領(lǐng)域也十分常見(jiàn)，像太陽(yáng)能路燈、聲光開(kāi)關(guān)、攝像頭等等，當(dāng)然，還有我們手機(jī)的亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能模式以及未來(lái)可預(yù)見(jiàn)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)。

在其不可思議創(chuàng)造中，還有依靠攝像機(jī)來(lái)“聽(tīng)”顏色的。上圖這哥們兒從出生時(shí)就患上了色盲癥。想象一下來(lái)到世界的第一天，自己看到與別人看到的是不同的環(huán)境。可能長(zhǎng)大之后才從別人嘴里得知，原來(lái)因?yàn)樽约荷ぃ贡贿@個(gè)花花世界欺騙了十幾年，原來(lái)世界不只有黑白，還有赤橙黃綠青藍(lán)紫……

不過(guò)，好在他并沒(méi)有放棄看看世界的念頭，最終排除萬(wàn)難在頭上裝上了這根類(lèi)似天線寶寶的天線。這根天線上面安裝了可識(shí)別多達(dá)360種顏色的數(shù)碼相機(jī)，識(shí)別出的顏色通過(guò)一臺(tái)筆記本電腦將聲波傳到后方的晶片，再經(jīng)由骨傳導(dǎo)來(lái)聽(tīng)見(jiàn)眼前的色彩頻率。

看似神奇的物件兒，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程并不算復(fù)雜(以光電傳感器為例)，把它可分為三部分：發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。

發(fā)送器，發(fā)射光束所用，其光源一般來(lái)自半導(dǎo)體光源、發(fā)光二極管，也就是通常所說(shuō)的LED，還有激光二極管和紅外線二極管。

接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。

發(fā)光二極管

發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，光束不間斷地發(fā)射或者改變脈沖寬度。在接收器的前面，還裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，它是最終濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)的“出口”。

聲敏傳感器——聽(tīng)覺(jué)

聲敏傳感器是一種用于流量檢測(cè)的傳感器，該傳感器接線時(shí)可帶電設(shè)定，在高/低靈敏度的量程模式下操作。高靈敏度量程適用于在40db 波動(dòng)的高頻信號(hào)。低靈敏度量程應(yīng)用于在28db到68db波動(dòng)的高頻信號(hào)，基本從低聲絮語(yǔ)到喧囂嘈雜它都可以發(fā)揮作用。

聲敏傳感器一般分為四種：

1.電阻變換型聲敏傳感器

原理：音頻振動(dòng)——電阻值變化。

按其功能我們將其再次分類(lèi)為：接觸阻抗性和阻抗變換性。前者是接觸式測(cè)量聲波且通過(guò)阻值變化來(lái)檢測(cè)(典型代表為碳粒式送話器)。后者是由電阻絲應(yīng)變片或半導(dǎo)體應(yīng)變片粘貼在膜片上構(gòu)成。聲壓作用于膜片上，膜片變形使應(yīng)變片的阻抗發(fā)生作用，檢測(cè)電路再將電壓信號(hào)完成，由此達(dá)到聲-電轉(zhuǎn)換。

碳粒式送話器

2.壓電聲敏傳感器

原理：壓電效應(yīng)

當(dāng)聲壓作用于膜片上，膜片振動(dòng)帶動(dòng)壓電晶體產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，壓電晶體在機(jī)械應(yīng)力的作用下產(chǎn)生隨聲壓變化而變化的電壓，由此完成聲-電轉(zhuǎn)換。

3.電容式聲敏傳感器

原理：音頻振動(dòng)——膜片變形——電容量變化

膜片振動(dòng)下，膜片與固定電極間的距離會(huì)發(fā)生變化，以此可以引起電容量的變化。

4.動(dòng)圈式話筒

動(dòng)圈式話筒，是利用電磁感應(yīng)原理做成的，利用線圈在磁場(chǎng)中，切割磁感線，將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

常見(jiàn)的就是我們所使用的話筒

在應(yīng)用領(lǐng)域中，除了用于傳聲器、話筒之外，聲敏傳感器還在軍事方面(停止腦袋里，在CS中聽(tīng)腳步聲辯人的無(wú)恥想法)、醫(yī)療(核磁共振)、安防等領(lǐng)域皆有重大的應(yīng)用。

氣敏傳感器——嗅覺(jué)

氣敏傳感器是用來(lái)檢測(cè)氣體濃度和成分的傳感器，它在環(huán)境保護(hù)和安全監(jiān)督方面起著極為重要的作用。氣敏傳感器是暴露在各種成分的氣體中使用的，由于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度的變化很大， 又存在大量粉塵和油霧等，所以其工作條件較惡劣，而且氣體對(duì)傳感元件的材料會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)物，附著在元件表面，往往會(huì)使其性能變差。

氣敏電阻的工作原理：半導(dǎo)體材料表面的電導(dǎo)減小使器件處于高阻狀態(tài)，當(dāng)元件與被測(cè)氣體發(fā)生接觸時(shí)，與之產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，氧氣中的電子被釋放出來(lái)，敏感膜表面的電導(dǎo)增加，元件電阻會(huì)隨之減小，以此來(lái)檢測(cè)反應(yīng)氣體的濃度。

正如上述定義所述，這種傳感器因?yàn)榫哂懈叨鹊臍怏w和成分敏感性，所以它的工作環(huán)境當(dāng)然也可以預(yù)見(jiàn)。前段時(shí)間鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的自如甲醛案，這家伙正好就派上用場(chǎng)了。

化學(xué)傳感器——味覺(jué)

化學(xué)傳感器(Chemical Sensor)是對(duì)各種化學(xué)物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的儀器。類(lèi)比于人的感覺(jué)器官，化學(xué)傳感器大體對(duì)應(yīng)于人的嗅覺(jué)和味覺(jué)器官。

按照化學(xué)傳感器的種類(lèi)及工作原理可分為四類(lèi)：

1. 電化學(xué)式化學(xué)傳感器
2. 光學(xué)式化學(xué)傳感器
3. 熱學(xué)式化學(xué)傳感器
4. 質(zhì)量式化學(xué)傳感器

盡管它與氣敏傳感器在某些領(lǐng)域做著相同的事情，但其實(shí)兩者之間還是有相當(dāng)大的差別。它以化學(xué)中的反應(yīng)和物理中的現(xiàn)象，甚至還有生物中的理論為基礎(chǔ)，來(lái)達(dá)到檢測(cè)氣體和液體中的化學(xué)成分，并將其轉(zhuǎn)化為可檢知的電流和電壓信號(hào)。

壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺(jué)

說(shuō)完眼耳口鼻，就要說(shuō)到觸覺(jué)。觸覺(jué)傳感器是在機(jī)器人中用于模仿觸覺(jué)功能的傳感器。用近年最火熱的仿生機(jī)器人來(lái)說(shuō)明，要做到仿生，自然除了樣子相似之外，還要有感覺(jué)。暢想一下，在未來(lái)醫(yī)療環(huán)境下，因?yàn)槭鹿省?zāi)害及其他原因造成身體上不可彌補(bǔ)的傷害，這時(shí)只需要安裝一個(gè)仿生肢體，通過(guò)觸覺(jué)傳感器又可以像正常人一樣生活，豈不是美哉?

傳感世界

物聯(lián)網(wǎng)世界是一個(gè)感知的世界，主要包括感知層、傳輸層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。俗話說(shuō)，好的開(kāi)始是成功了一半，而感知作為物聯(lián)網(wǎng)的“排頭兵”，其作用自然不必質(zhì)疑，特別是在智能化、物聯(lián)網(wǎng)的今天，傳感器賦予物體“生命”。智慧城市、智慧醫(yī)療、智慧交通、智慧物流、智慧安防、智慧農(nóng)業(yè)、智慧水利……這些無(wú)不需要傳感器來(lái)賦能才能得以實(shí)現(xiàn)。

物聯(lián)網(wǎng)概念的產(chǎn)生由來(lái)已久，但在大連接背后的物理層上，源頭傳感器的部署還有待提升。物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)已來(lái)，傳感器的爆發(fā)期也將到來(lái)。