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6大常用傳感器，它們的原理你知道嗎？
現實(shí)世界就是一個(gè)模擬信號的世界，人通過(guò)視覺(jué)、觸覺(jué)等方式來(lái)感知世界。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳感器肩負起了“五官”的使命感知萬(wàn)物，萬(wàn)物互聯(lián)賦予人類(lèi)生活無(wú)邊的想象。
可以說(shuō)，當前傳感器發(fā)展處于多領(lǐng)域全面開(kāi)花狀態(tài)。其細分產(chǎn)品之多，之繁雜，就連全部羅列出來(lái)都不是件容易的事。今天就來(lái)說(shuō)說(shuō)，在消費領(lǐng)域常用的6款傳感器。
1
溫度傳感器
溫度傳感器使用范圍廣，數量多，居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段，分別是傳統的分立式、模擬集成及新型的智能溫度傳感器。新型溫度傳感器正向智能化及網(wǎng)絡(luò )化的方向發(fā)展。
溫度傳感器按傳感器與被測介質(zhì)的接觸方式可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是接觸式溫度傳感器，一類(lèi)是非接觸式溫度傳感器。
傳統溫度計原理
接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過(guò)熱傳導及對流原理達到熱平衡，這時(shí)的示值即為被測對象的溫度。這種測溫方法精度比較高，并可測量物體內部的溫度分布。但對于運動(dòng)的、熱容量比較小的及對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會(huì )產(chǎn)生很大的誤差。
非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。 此種測溫方法的主要特點(diǎn)是可測量運動(dòng)狀態(tài)的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測溫度場(chǎng)的溫度分布，但受環(huán)境的影響比較大。
舊蘋(píng)果加裝溫度傳感器
凡是需要對溫度進(jìn)行持續監控、達到一定要求的地方都需要溫度傳感器。在消費領(lǐng)域，溫度傳感器常用于探測室內溫度變化。它能感受溫度并轉換成可用輸出信號。當溫度高時(shí)，空調開(kāi)端制冷，當溫度低時(shí)，空調開(kāi)端制熱。
好基友：實(shí)際使用過(guò)程中，使用到溫度傳感器的地方也經(jīng)常會(huì )使用到濕度傳感器，同時(shí)裝2個(gè)很不方便也很占地方，所以?xún)烧呓?jīng)常集成在一起，形成溫濕度傳感器。
2
脈搏傳感器
脈搏傳感器，指的是用來(lái)檢測類(lèi)似心率的機器，一般常見(jiàn)的類(lèi)型主要是以光電為主，有分立式和一體式兩種，發(fā)射部份有采用可見(jiàn)光和紅外光。
常用的脈搏傳感器主要利用特定波長(cháng)的紅外線(xiàn)對血液變化的敏感性原理。由于心臟的周期性跳動(dòng)，引起被測血管中的血液在流速和容積上的規律性變化，經(jīng)過(guò)信號的降噪和放大處理，計算出當前的心跳次數。
值得一提的是，根據不同人的膚色深淺不同，同一款心律傳感器發(fā)出的紅外線(xiàn)穿透皮膚和經(jīng)皮膚反射的強弱也不同，這造成了測量結果方面一定的誤差。通常情況下一個(gè)人的膚色越深，則紅外線(xiàn)就越難從血管反射回來(lái)，從而對測量誤差的影響就越大。
所以大多數手環(huán)和手表測出的心率基本都不是完全準確的，但基本能正確地反映出心率變化趨勢，對于普通人的運動(dòng)心率監測來(lái)說(shuō)已經(jīng)夠用。
脈搏傳感器主要應用在各種可穿戴設備和智能醫療器械上。典型應用是iWatch。
3
煙霧傳感器
煙霧傳感器就是通過(guò)監測煙霧的濃度來(lái)實(shí)現火災防范的，是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩定可靠的傳感器，被成熟運用到各種消防報警系統中。
煙霧傳感器根據探測原理的不同，常用的有化學(xué)探測和光學(xué)探測兩種。前者利用了放射性镅241元素，在電離狀態(tài)下產(chǎn)生的正、負離子在電場(chǎng)作用下定向運動(dòng)產(chǎn)生穩定的電壓和電流。一旦有煙霧進(jìn)入傳感器，影響了正、負離子的正常運動(dòng)，使電壓和電流產(chǎn)生了相應變化，通過(guò)計算就能判斷煙霧的強弱。
后者通過(guò)光敏材料，正常情況下光線(xiàn)能完全照射在光敏材料上，產(chǎn)生穩定的電壓和電流。而一旦有煙霧進(jìn)入傳感器，則會(huì )影響光線(xiàn)的正常照射，從而產(chǎn)生波動(dòng)的電壓和電流，通過(guò)計算也能判斷出煙霧的強弱。
光電煙霧傳感器原理
煙霧傳感器廣泛應用在火情報警和安全探測等領(lǐng)域。主要與弱電控制系統配合使用，也是智能家居和安防主機的最佳配備產(chǎn)品。比如小米推出的煙霧傳感器就是一個(gè)單品。
4角速度傳感器
對于角速度傳感器，很多人可能會(huì )比較陌生，不過(guò)，如果提到它的另一個(gè)名字——陀螺儀，相信有不少人知道。
陀螺儀，是一種用來(lái)感測與維持方向的裝置，基于角動(dòng)量不滅的理論設計出來(lái)的。陀螺儀一旦開(kāi)始旋轉，由于輪子的角動(dòng)量，陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。
角速度傳感器的原理通俗地說(shuō)，一個(gè)旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì )改變的。大家如果玩過(guò)陀螺就會(huì )知道，旋轉的陀螺遇到外力時(shí)，它的軸的方向是不會(huì )隨著(zhù)外力的方向發(fā)生改變的。我們騎自行車(chē)其實(shí)也是利用了這個(gè)原理。輪子轉得越快越不容易倒，因為車(chē)軸有一股保持水平的力量
三軸陀螺儀動(dòng)態(tài)展示圖
人們根據這個(gè)道理，用它來(lái)保持方向，制造出來(lái)的東西就叫做陀螺儀，然后再用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動(dòng)將數據信號傳給控制系統。
單軸的角速度傳感器只能測量單一方向的改變，因此一般的系統要測量 X、Y、Z 軸三個(gè)方向的改變，就需要三個(gè)單軸的角速度傳感器。目前通用的一個(gè) 3 軸角速度傳感器就能替代三個(gè)單軸的，而且還有體積小、重量輕、結構簡(jiǎn)單、可靠性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此各種形態(tài)的 3 軸角速度傳感器是目前主要的發(fā)展趨勢。
最常見(jiàn)的角速度傳感器使用場(chǎng)景就是手機，如賽車(chē)類(lèi)手游就是通過(guò)角速度傳感器的作用產(chǎn)生汽車(chē)左右搖擺的交互模式。除了手機，角速度傳感器還被廣泛應用在 AR／VR 以及無(wú)人機領(lǐng)域。
好兄弟：如果說(shuō)溫濕度是一對好基友，那么角速度跟加速度就是同胞兄弟。加速度傳感器有兩種：一種是角加速度傳感器，是由陀螺儀（角速度傳感器）的改進(jìn)的。另一種是線(xiàn)加速度傳感器。在要求相對不高的場(chǎng)合，一個(gè)基于陀螺儀的傳感器，可以做到既能測量?jì)A角，也可以測量加速度。
距離傳感器
距離傳感器有多種結構原理，即使用途相同的距離傳感器也有多種不同的構造和原理。常用的測量方法叫做飛行時(shí)間法。
飛行時(shí)間（flying time）原理
通過(guò)發(fā)射并測量特定的能量波束從發(fā)射到被物體反射回來(lái)的時(shí)間，并由這個(gè)時(shí)間間隔來(lái)推算與物體之間的距離。這個(gè)特定的能量波束可以是超聲波，激光，紅外光、雷達等。這種傳感器的測量精度很高，可以精確測量距離。
距離傳感器自投放使用以來(lái)，在社會(huì )各個(gè)應用方面都得到普及，從防盜安防產(chǎn)品到工業(yè)物位料位檢測，汽車(chē)防追尾預警、霧天防撞，機場(chǎng)空中飛鳥(niǎo)探測驅趕、智能化控制等。
將紅外距離傳感器技術(shù)應用在監控攝像機上，可以實(shí)現各種檢測功能，如入侵檢測，通過(guò)視頻分析還可以實(shí)現無(wú)數的其他應用程序，如違規停車(chē)，機動(dòng)巡邏對象，圍欄攀爬，交行，走錯了方向等。
6
氣壓傳感器
氣壓傳感器是一種能夠測量絕對大氣壓強的元件，主要是通過(guò)將敏感元件大氣壓轉換可被電路處理的電量值。大氣層就如同裹在地球表面上的“被子”，大氣壓是由空氣的重力產(chǎn)生的，在不同的海拔高度時(shí)，大氣壓強也會(huì )隨之發(fā)生變化。氣壓傳感器除了直接測量氣壓的大小外，另外一個(gè)作用就是間接地對海拔高度進(jìn)行測量。
空氣壓縮機的氣壓傳感器主要的傳感元件是一個(gè)對氣壓傳感器內的強弱敏感的薄膜和一個(gè)頂針開(kāi)控制，電路方面它連接了一個(gè)柔性電阻器。當被測氣體的壓力降低或升高時(shí)，這個(gè)薄膜變形帶動(dòng)頂針，同時(shí)該電阻器的阻值將會(huì )改變。電阻器的阻值發(fā)生變化。從傳感元件取得0-5V的信號電壓，經(jīng)過(guò)A/D轉換由數據采集器接受，然后數據采集器以適當的形式把結果傳送給計算機。
擴散硅式壓力傳感器
很多空氣的氣壓傳感器的主要部件為變容式硅膜盒。當該變容硅膜盒外界大氣壓力發(fā)生變化時(shí)頂針動(dòng)作，單晶硅膜盒隨著(zhù)發(fā)生彈性變形，從而引起硅膜盒平行板電容器電容量的變化來(lái)控制氣壓傳感器。
在應用方面，氣壓傳感器不論是在室內還是室外環(huán)境中能夠使無(wú)人機、智能手機、可穿戴設備以及其他移動(dòng)設備精準地識別高度變化。
另外，氣壓傳感器內部集成了一些高度算法可以做高度計算。最典型的應用是在三維GPS導航里面�，F在很多城市都有高架，那你在高架上還是高架下，氣壓傳感器精度在30cm內很容易解決這個(gè)問(wèn)題。
結語(yǔ)
正如開(kāi)頭所說(shuō)，除了上述提到的傳感器還有很多。它們的工作原理雖然各有不同，但最基本的原理都是上述提到的，即通過(guò)光、聲、化學(xué)等原理將待測量轉化為電學(xué)量，只不過(guò)大多都根據特定的領(lǐng)域在一般原理的基礎上做了升級和擴展。
自從工業(yè)時(shí)代被發(fā)明以來(lái)，傳感器就在生產(chǎn)控制和探測計量等領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。在物聯(lián)網(wǎng)的帶動(dòng)下，傳感器正迎來(lái)它的第三個(gè)春天。
——文章來(lái)源： 全球物聯(lián)網(wǎng)觀(guān)察
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