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    手握物聯網“半條命”,傳感器為啥不拼顏值拼技術?

    2018-10-17 11:45| 發布者: admin| 查看: 908| 評論: 0

    物聯網世界是一個感知的世界,主要包括感知層、傳輸層、平臺層和應用層。俗話說,好的開始是成功了一半,而感知作為物聯網的“排頭兵”,其作用自然不必質疑,特別是在智能化、物聯網的今天,傳感器賦予物體“生命”。

    在物聯網行業,我們經常將傳感器比作人類的五官,但它并不負責貌美如花,它負責感知,試想沒有五官的我們除了一個“丑”字形容外,生活還能有顏色、聲音嗎?

    而今我們身處的這個世界里,什么東西都能“人化”。繼互聯網之后,物聯網上演了一出“萬物成精”的好戲,西游記、義妖傳、封神榜中的情景于現在社會就要成真了。

    白龍馬被迫下崗,達到L4/L5級別之后的電動小汽車開起來節能環保還不吃草,更是能自己隨心所欲的跑;路見不平一聲吼,聲控路燈亮一宿;哪里有壓迫,哪里就有壓力傳感器……

    而之所以會有單方面撕毀“建國后不準成精”協議的舉動出現,很大一部分責任應該歸咎于物聯網,而物聯網中,傳感器又是其命門,也就是它讓汽車、家居、路燈、甚至手機等等這些新時代下的物件兒一一成精,化身成有鼻子有眼,能聽會說的“妖精”。

    近年來,我國傳感器市場持續快速增長,年均增長速度超過20%,2011年傳感器市場規模為480億元,到2016年達到1126億元,2017年增長至1300億元,同比增長15.45%。物聯網作為下一波科技浪潮,萬億連接數背后意味著傳感器出貨量也將迎來一個爆發,傳感器的產業規模和效益增長空間可想而知,多么撩人。

    屆時,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、椅子、電燈泡,摩托、汽車、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,咱不妨先認識認識各位“大仙”。

    傳感器是個啥子?用它作甚?

    首先,傳感器是個啥?傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。其特點是微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化。

    說完這些,大家一起懵,到底是個啥?

    這么說吧,英國主教喬治·貝克萊說,存在即被感知。如果把主體換成物件兒呢?比方說,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);但如自動駕駛的汽車呢?它本身是沒有眼睛的,拋去車身上的攝像頭,它依然可以感知外物,那么這就是傳感器的功勞了。(簡直將唯心主義放在地上摩擦)

    溫度傳感器

    在這些五花八門的傳感器中,有眼、有鼻、有耳、有神經……根據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。

    傳感器一般由敏感元件、轉換元件、變換電路和輔助電源四部分組成:

    敏感元件直接感受被測量,并輸出與被測量有確定關系的物理量信號;轉換元件將敏感元件輸出的物理量信號轉換為電信號;變換電路負責對轉換元件輸出的電信號進行放大調制;轉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法達到的(注:分類按照傳感器功能,將其與人五官比擬):

    光敏傳感器——視覺

    光敏傳感器是對外界光信號或光輻射有響應或轉換功能的敏感裝置。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。

    光敏傳感器結構

    光敏傳感器的主要應用領域也十分常見,像太陽能路燈、聲光開關、攝像頭等等,當然,還有我們手機的亮度自動調節功能模式以及未來可預見的自動駕駛汽車。

    在其不可思議創造中,還有依靠攝像機來“聽”顏色的。上圖這哥們兒從出生時就患上了色盲癥。想象一下來到世界的第一天,自己看到與別人看到的是不同的環境?赡荛L大之后才從別人嘴里得知,原來因為自己色盲,竟被這個花花世界欺騙了十幾年,原來世界不只有黑白,還有赤橙黃綠青藍紫……

    不過,好在他并沒有放棄看看世界的念頭,最終排除萬難在頭上裝上了這根類似天線寶寶的天線。這根天線上面安裝了可識別多達360種顏色的數碼相機,識別出的顏色通過一臺筆記本電腦將聲波傳到后方的晶片,再經由骨傳導來聽見眼前的色彩頻率。

    看似神奇的物件兒,其實現過程并不算復雜(以光電傳感器為例),把它可分為三部分:發送器、接收器和檢測電路。

    發送器,發射光束所用,其光源一般來自半導體光源、發光二極管,也就是通常所說的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。

    發光二極管

    發送器對準目標發射光束,光束不間斷地發射或者改變脈沖寬度。在接收器的前面,還裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路,它是最終濾出有效信號和應用該信號的“出口”。

    聲敏傳感器——聽覺

    聲敏傳感器是一種用于流量檢測的傳感器,該傳感器接線時可帶電設定,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 波動的高頻信號。低靈敏度量程應用于在28db到68db波動的高頻信號,基本從低聲絮語到喧囂嘈雜它都可以發揮作用。

    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——電阻值變化。

    按其功能我們將其再次分類為:接觸阻抗性和阻抗變換性。前者是接觸式測量聲波且通過阻值變化來檢測(典型代表為碳粒式送話器)。后者是由電阻絲應變片或半導體應變片粘貼在膜片上構成。聲壓作用于膜片上,膜片變形使應變片的阻抗發生作用,檢測電路再將電壓信號完成,由此達到聲-電轉換。

    碳粒式送話器

    2.壓電聲敏傳感器

    原理:壓電效應

    當聲壓作用于膜片上,膜片振動帶動壓電晶體產生機械振動,壓電晶體在機械應力的作用下產生隨聲壓變化而變化的電壓,由此完成聲-電轉換。

    3.電容式聲敏傳感器

    原理:音頻振動——膜片變形——電容量變化

    膜片振動下,膜片與固定電極間的距離會發生變化,以此可以引起電容量的變化。

    4.動圈式話筒

    動圈式話筒,是利用電磁感應原理做成的,利用線圈在磁場中,切割磁感線,將聲音信號轉化為電信號。

    常見的就是我們所使用的話筒

    在應用領域中,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中聽腳步聲辯人的無恥想法)、醫療(核磁共振)、安防等領域皆有重大的應用。

    氣敏傳感器——嗅覺

    氣敏傳感器是用來檢測氣體濃度和成分的傳感器,它在環境保護和安全監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,由于檢測現場溫度、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,而且氣體對傳感元件的材料會產生化學反應物,附著在元件表面,往往會使其性能變差。

    氣敏電阻的工作原理:半導體材料表面的電導減小使器件處于高阻狀態,當元件與被測氣體發生接觸時,與之產生化學反應,氧氣中的電子被釋放出來,敏感膜表面的電導增加,元件電阻會隨之減小,以此來檢測反應氣體的濃度。

    誰在電梯里放了個屁?

    正如上述定義所述,這種傳感器因為具有高度的氣體和成分敏感性,所以它的工作環境當然也可以預見。前段時間鬧得沸沸揚揚的自如甲醛案,這家伙正好就派上用場了。

    化學傳感器——味覺

    化學傳感器(Chemical Sensor)是對各種化學物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的儀器。類比于人的感覺器官,化學傳感器大體對應于人的嗅覺和味覺器官。

    按照化學傳感器的種類及工作原理可分為四類:

    1.電化學式化學傳感器

    2.光學式化學傳感器

    3.熱學式化學傳感器

    4.質量式化學傳感器

    盡管它與氣敏傳感器在某些領域做著相同的事情,但其實兩者之間還是有相當大的差別。它以化學中的反應和物理中的現象,甚至還有生物中的理論為基礎,來達到檢測氣體和液體中的化學成分,并將其轉化為可檢知的電流和電壓信號。

    壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺

    說完眼耳口鼻,就要說到觸覺。觸覺傳感器是在機器人中用于模仿觸覺功能的傳感器。用近年最火熱的仿生機器人來說明,要做到仿生,自然除了樣子相似之外,還要有感覺。暢想一下,在未來醫療環境下,因為事故、災害及其他原因造成身體上不可彌補的傷害,這時只需要安裝一個仿生肢體,通過觸覺傳感器又可以像正常人一樣生活,豈不是美哉?

    傳感世界

    物聯網世界是一個感知的世界,主要包括感知層、傳輸層、平臺層和應用層。俗話說,好的開始是成功了一半,而感知作為物聯網的“排頭兵”,其作用自然不必質疑,特別是在智能化、物聯網的今天,傳感器賦予物體“生命”。智慧城市、智慧醫療、智慧交通、智慧物流、智慧安防、智慧農業、智慧水利……這些無不需要傳感器來賦能才能得以實現。

    物聯網概念的產生由來已久,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。物聯網的未來已來,傳感器的爆發期也將到來。

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