各類傳感器的應(yīng)用

　　感知層由傳感器和部分與傳感器連成一體的傳感網(wǎng)（無(wú)源傳感器）組成，處于三層架構(gòu)的zui底層，這也是物聯(lián)網(wǎng)zui基礎(chǔ)的聯(lián)接和管理對(duì)象。zui廣義來(lái)說(shuō)，傳感器是把各種非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置，非電量可以是物理量、化學(xué)量、生物量等等。

　　一說(shuō)到傳感器，可能大家就會(huì)往小的方面想，如上幾期提到的“電子塵埃”。在物聯(lián)網(wǎng)的大概念下，一個(gè)泛在的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，隨著參照物的不同，傳感器可以是一個(gè)“大”的“智能物件”，它可以是一個(gè)機(jī)器人、一臺(tái)機(jī)床、一列火車，甚至是一個(gè)衛(wèi)星或太空探測(cè)器。這也是為什么在DCM劃分中用“Device”（設(shè)備或裝置）來(lái)描述物聯(lián)網(wǎng)底層的原因，筆者認(rèn)為，這樣描述更符合物聯(lián)網(wǎng)目前的戰(zhàn)略地位。

　　傳統(tǒng)的、狹義的傳感器種類已有很多，而且有多種分類方法，例如，可分為有源和無(wú)源兩大類。有源傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電能量，無(wú)源程序傳感器不起能量轉(zhuǎn)換作用，只是將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的量。每一類傳感器又可做進(jìn)一步細(xì)分，如圖1所示的生物傳感器、納米傳感器的細(xì)分。物聯(lián)網(wǎng)關(guān)注傳感器的實(shí)際應(yīng)用，下面是我們按應(yīng)用方式進(jìn)行的分類。

　　形形色色的傳感器

　  電子地磅傳感器: 是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置，用于稱重。（分為數(shù)字式與模似式傳感器）

　　生物傳感器: 對(duì)生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，涉及的是生物物質(zhì)，主要用于臨床診斷檢查、治療時(shí)實(shí)施監(jiān)控、發(fā)酵工業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境和機(jī)器人等。

　　汽車傳感器: 它把汽車運(yùn)行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸給計(jì)算機(jī)，測(cè)量溫度、壓力、流量、位置、氣體濃度、速度、光亮度、干濕度、距離等。

　　液位傳感器: 利用流體靜力學(xué)原理測(cè)量液位，是壓力傳感器的一項(xiàng)重要應(yīng)用，適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測(cè)量。

　　速度傳感器: 是一種將非電量（如速度、壓力）的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔兓膫鞲衅?，適應(yīng)于速度監(jiān)測(cè)。

　　加速度傳感器: 是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備，可應(yīng)用在控制、手柄振動(dòng)和搖晃、儀器儀表、汽車制動(dòng)啟動(dòng)檢測(cè)、地震檢測(cè)、報(bào)警系統(tǒng)、玩具、結(jié)構(gòu)物、環(huán)境監(jiān)視、工程測(cè)振、地質(zhì)勘探、鐵路、橋梁、大壩的振動(dòng)測(cè)試與分析，以及鼠標(biāo)，高層建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性和安全保衛(wèi)振動(dòng)偵察上。

　　核輻射傳感器: 利用放射性同位素來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器，適用于核輻射監(jiān)測(cè)。

　　振動(dòng)傳感器: 是一種目前廣泛應(yīng)用的報(bào)警檢測(cè)傳感器，它內(nèi)部用壓電陶瓷片加彈簧重錘結(jié)構(gòu)檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，用于機(jī)動(dòng)車、保險(xiǎn)柜、庫(kù)房門窗等場(chǎng)合的防盜裝置中。

　　濕度傳感器: 分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜?？諝庵械乃羝接诟袧癫牧虾螅淖杩?、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件，適用于濕度監(jiān)測(cè)。

　　磁敏傳感器: 利用磁場(chǎng)作為媒介可以檢測(cè)很多物理量的傳感器，測(cè)量位移、振動(dòng)、力、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、電流、電功率等。

　　氣敏傳感器: 是一種檢測(cè)特定氣體的傳感器，適用于一氧化碳?xì)怏w、瓦斯氣體、煤氣、氟利昂（R11、R12）、呼氣中乙醇、人體口腔口臭的檢測(cè)等。

　　力敏傳感器: 是用來(lái)檢測(cè)氣體、固體、液體等物質(zhì)間相互作用力的傳感器，適用于力度監(jiān)測(cè)。

　　位置傳感器: 用來(lái)測(cè)量機(jī)器人自身位置的傳感器，適用于機(jī)器人控制系統(tǒng)。

　　光敏傳感器: 是利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，適用于對(duì)光的探測(cè); 還可以作為探測(cè)元件組成其他傳感器，對(duì)許多非電量進(jìn)行檢測(cè)。

　　光纖傳感器: 是將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測(cè)參數(shù)，適用于對(duì)磁、聲、壓力、溫度、加速度、陀螺、位移、液面、轉(zhuǎn)矩、光聲、電流和應(yīng)變等物理量的測(cè)量。

　　納米傳感器: 運(yùn)用納米技術(shù)制造的傳感器，應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樯?、化學(xué)、機(jī)械、軍事等。

　　壓力傳感器: 是工業(yè)實(shí)踐中zui為常用的一種傳感器，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。

　　位移傳感器: 又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、光電式位移傳感器、超聲波式位移傳感器、霍爾式位移傳感器，主要應(yīng)用在自動(dòng)化裝備生產(chǎn)線對(duì)模擬量的智能控制。

　　激光傳感器: 利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器，廣泛應(yīng)用于國(guó)防、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測(cè)量等。

　　MEMS傳感器: 包含硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器，兩者都是在硅片上生成的微機(jī)械電子傳感器，廣泛應(yīng)用于國(guó)防、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測(cè)量等。

　　半導(dǎo)體傳感器: 利用半導(dǎo)體材料的各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器，適用于工業(yè)自動(dòng)化、遙測(cè)、工業(yè)機(jī)器人、家用電器、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健、醫(yī)藥工程和生物工程。

　　氣壓傳感器: 用于測(cè)量氣體的壓強(qiáng)，適用于與氣體壓強(qiáng)相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)，也可以在生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)中測(cè)量干燥、無(wú)腐蝕性的氣體壓強(qiáng)。

　　紅外線傳感器: 利用紅外線的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器，常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量、氣體成分分析和無(wú)損探傷，應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等。

　　超聲波傳感器: 是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等。

　　遙感傳感器: 是測(cè)量和記錄被探測(cè)物體的電磁波特性的工具，用在地表物質(zhì)探測(cè)、遙感飛機(jī)上或是人造衛(wèi)星上。

　　高度傳感器: 其原理是測(cè)得滑臂與基準(zhǔn)線夾角的大小來(lái)?yè)Q算出相應(yīng)的熨平板高度，用于高度測(cè)量。

　　　圖像傳感器: 是利用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功能，將其感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例關(guān)系的電信號(hào)“圖像”的一種功能器件，廣泛用于自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量，尤其是適用于圖像識(shí)別技術(shù)。

　　厚度傳感器: 測(cè)量材料及其表面鍍層厚度的傳感器，用于厚度測(cè)量。

　　微波傳感器: 是利用微波特性來(lái)檢測(cè)一些物理量的器件，廣泛用于工業(yè)，交通及民用裝置中。

　　視覺(jué)傳感器: 能從一整幅圖像捕獲光線數(shù)以千計(jì)的像素，工業(yè)應(yīng)用包括檢驗(yàn)、計(jì)量、測(cè)量、定向、瑕疵檢測(cè)和分撿。

　　空氣流量傳感器: 是測(cè)定吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量的傳感器，適用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　化學(xué)傳感器: 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，適用于礦產(chǎn)資源的探測(cè)、氣象觀測(cè)和遙測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)學(xué)上遠(yuǎn)距離診斷和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)上生鮮保存和魚群探測(cè)、防盜、安全報(bào)警和節(jié)能等。

　　傳感器核心

　　在于聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

　　2011年中國(guó)傳感器市場(chǎng)研究報(bào)告指出，據(jù)不*統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)已有1688家企事業(yè)單位從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，其中從事MEMS（因?yàn)樵趇Phone（手機(jī)上網(wǎng)）和Wii等產(chǎn)品中的成功使用而受到廣泛關(guān)注和大力發(fā)展）研制生產(chǎn)的企業(yè)已經(jīng)有50多家。我國(guó)的傳感器同國(guó)外水平相比，新品研制仍落后水平5～10年，而規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)則落后10～15年。

　　傳感器解決的是“上行”的感知和監(jiān)測(cè)問(wèn)題，要實(shí)現(xiàn)控制，還需要“下行”的執(zhí)行器（如閥門等）來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的“管控一體化”。 執(zhí)行器也是目前物聯(lián)網(wǎng)討論中往往被忽視的一環(huán)，它的原理和分類和傳感器基本類似，這里不再細(xì)述。

　　傳統(tǒng)的傳感器（包括執(zhí)行器）是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)，但筆者認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)的核心還是“聯(lián)網(wǎng)”和應(yīng)用，傳感器是“點(diǎn)”的問(wèn)題，不是“面”的問(wèn)題，我們?cè)趥鹘y(tǒng)傳感器領(lǐng)域的落后狀況對(duì)我國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域力爭(zhēng)世界產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)的努力不會(huì)起決定性的制約作用。