传感器知识知多少

  所有传感器通用的基本功能是转换：传感器（或“探测器”）探查并测量同专门设计的被称为RFID芯片上的电子识别码一样种类非常之多的实物或数量（其中RFID代表射频识别）；物体、液体或人体的热量；电子监控视野监测到的物体、人体或动物的运动；或物体正在进行的诸如自由落体运动或旋转运动等加速运动类型。测量时，传感器将其接收到的数据转换为信号或视频显示，该信号或视频显示又可由人主体或另一电子设备有意地做出解析。换言之，传感器也始终是一个转换器，即可将一种形式的能量或刺激因素转化为另一形式的设备。

  在我们电子介导的文明中，传感器为保证浩如烟海的各种机器、装置、车辆及制造流程正确运行，发挥着中枢作用。多数人可能完全没意识到，很多他们都以为稀松平常的事物背后其实隐藏着各种传感器，如在手机或平板电脑无论怎样移动或旋转时确保其显示内容始终顶部朝上的加速计，或帮助汽车和飞机安全运作的各种传感器。它们大范围的应用于医疗设施、航空航天工程、数不胜数的制造流程及机器人技术，其应用不胜枚举。

  传感器的灵敏度决定了其大部分用途。如果某一传感器对于媒介物相对较大的变化却在其探测物质及相应输出结果中反应出较小变化，那么该传感器显示的敏感度不高。可有时我们应该传感器测量细微变化，此时要求其表现出高度敏感性，即在测量时对媒介物的细微变化反应显著。通常此类传感器的线性特征限于严格的界定范围内，超过此范围其反应的精确度将严重下降。

  传感器制造商不得不考虑传感器对其探查或测量的一切对象将造成何种影响：例如，将一支水银玻璃温度计插入一杯热茶，由于浸入时其将吸收媒介物热量，因此其本身可能使液体变凉。多数情况下传感器都会不可避免地造成某些特定的程度的影响，但深思熟虑加上独出心裁的设计却可确保影响尽可能地小。尽可能降低影响的方法之一是力争传感器设计尽量小型化：传感器形体越小，媒介物受到的物理影响就越小。目前，微电子机械系统技术为传感器制造带来了变革，使真正显微水平的微量探测器制造成为可能。这些传感器较之同类，反应时间通常更短且灵敏度大幅提高。

  所有传感器通用的核心技术要素是：应当显示线性（从而对其所监测媒介物的真实变化提供对应的精确度量），应当通过校准符合经认可并确立的测量标度，且不应用于设计的精确测量容差范围之外的任何一侧（否则其线性度和灵敏度将会失真）。其对所测媒介物的影响应当被降至最低：例如，将水银玻璃温度计的玻璃泡置入烧杯或热水中时，将由于其冷却作用使温度计待测媒介物受到影响。

  传感器已被工程师们以最富想象力和节约劳动力的方式投入到正常的使用中。例如，射频识别传感器不仅整合入智能手机中用于创造无纸化账单支付系统，还通过为必要射频识别芯片携带者提供自动大门及入口开关系统从而大幅简化保安程序，并且射频识别传感器还为物流运输及交叉转运程序带来了彻底的变革。

  加速度传感器不仅无所不在地应用于数码相机“自动旋转”显示器，还广泛地应用于现代航空航天设备的导航系统。

  同时，当前红外线传感器还频繁地被整合至重型机械和电气设备中，其在发生不正常的情况或潜在温度威胁的情况下触发安全停机。

  运动传感器在有线接入停机开关时发挥类似功能。此时运动传感器用于探测潜在运动威胁或其他故障，如果不立马停止运动就会造成巨大经济损失。运动传感器还广泛部署于国家或商业保安系统用以探测入侵者。

  温差热偶形式的温度传感器常见于化工厂，其因耐高温并可监测细微热变化而用于指示化学反应。纳米温度计作为一个新领域，可测量微粒之间小于一个测量级的温度差异。

  射频识别传感器使用无线电波，以无线方式读取电子加密后输入特定设计射频识别芯片的编码数据，而无需通过物理接触或视线接触。射频识别传感器可探测近程信息（如兽医学中宠物或牲畜皮下植入的识别芯片）或远程信息，例如仓库或货运途中的产品识别。

  温度传感器从水银玻璃温度计，到恒温调节器，再到温差热偶，都能精确测量人体或液体的热能变化，并将测量结果转换为开氏度、摄氏度或华氏度等设定温标。不同设计的温度传感器只对特定的量程敏感，高于或低于此量程测量都会造成读数不准或失真。

  加速计通常依靠压电晶体的电阻变化或电敏感显微结构之间的电容变化，来检测物体的旋转变化或重力相关的速度变化。

  红外线传感器探测红色光谱不可见谱段相关的热辐射。最常用的红外线传感器是‘被动式’，因其仅接收侵入特定区域内带温体的热辐射而得名。红外线传感器大范围的使用在国家保安系统或商业保安系统，以及热敏摄像机。

  运动传感器也大范围的使用在保安系统和制造流程，其中所有运动传感器的设计目的都是探测（诸如移动机器部件或车辆的）物体或侵入特定视野范围或监控区域人体的运动。某些运动传感器发出信号然后通过接收到的反射波变化“读取”入侵行为，另一些则获取入侵者天然发出的信号，如红外辐射。运动传感器无所不在地部署于全世界的安保系统，但也可并入安全开关以在其探测到不正常的情况及潜在危险或破坏性运动时关闭机器（由北京海洋兴业科技股份有限公司提供）。