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引言:傳感技術(shù)同計算機技術(shù)與通信一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱。從物聯(lián)網(wǎng)角度看,傳感技術(shù)是衡量一個國家信息化程度的重要標(biāo)志,作為第二屆杭州物聯(lián)網(wǎng)暨傳感技術(shù)應(yīng)用高峰論壇,推進我國傳感器產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展。傳感技術(shù)是關(guān)于從自然信源獲取信息,并對之進行處理(變換)和識別的一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù),它涉及傳感器(又稱換能器)、信息處理和識別的規(guī)劃設(shè)計、開發(fā)、建造、測試、應(yīng)用及評價改進等活動。
01
傳感技術(shù)是什么
傳感技術(shù)就是傳感器的技術(shù),可以感知周圍環(huán)境或者特殊物質(zhì),比如氣體感知、光線感知、溫濕度感知、人體感知等等,把模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號,給中央處理器處理。最終結(jié)果形成氣體濃度參數(shù)、光線強度參數(shù)、范圍內(nèi)是否有人探測、溫度濕度數(shù)據(jù)等等,顯示出來。
獲取信息靠各類傳感器,它們有各種物理量、化學(xué)量或生物量的傳感器。按照信息論的凸性定理,傳感器的功能與品質(zhì)決定了傳感系統(tǒng)獲取自然信息的信息量和信息質(zhì)量,是高品質(zhì)傳感技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)造第一個關(guān)鍵。
02
傳感器在行業(yè)中的應(yīng)用
1.傳感器在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用
宇宙飛船除使用傳感器進行速度、加速度和飛行距離的測量外,飛行的方向、飛行姿態(tài)、飛行環(huán)境、飛行器本身的狀態(tài)及內(nèi)部設(shè)備的監(jiān)控也都要通過傳感器進行檢測,還有飛船內(nèi)部環(huán)境(如濕度、溫度、空氣成份等)都要通過傳感器進行檢測。
另外,從飛機、人造衛(wèi)星、宇宙飛船及船舶上對遠距離的廣大區(qū)域的被測物體及其狀態(tài)進行大規(guī)模探測應(yīng)用的就是遙感技術(shù)。
2.傳感器在機器人中的應(yīng)用
在勞動強度大或危險作業(yè)的場所和一些高速度、高精度的工作,已逐步使用機器人取代人的工作。但要使機器人和人的功能更為接近,這就要給機器人安裝視覺傳感器和觸覺傳感器,使機器人通過視覺對物體進行識別和檢測,通過觸覺對物體產(chǎn)生壓覺、力覺、滑動感覺和重量感覺。
3.傳感器在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
傳感器是自動檢測與自動控制的首要環(huán)節(jié),如果沒有傳感器對原始信息(信號或參數(shù))進行精確、可靠的測量,就無法實現(xiàn)從信號的提取、轉(zhuǎn)換、處理到生產(chǎn)或控制過程的自動化??梢?,傳感器在自動控制系統(tǒng)中是必不可少的。
4.傳感器在環(huán)境保護中的應(yīng)用
環(huán)球的大氣污染、水質(zhì)污濁及噪聲已嚴(yán)重地破壞了地球的生態(tài)平衡和我們賴以生存的環(huán)境,為保護環(huán)境,利用傳感器制成的各種環(huán)境監(jiān)測儀器正在發(fā)揮著積極的作用。如用生物傳感器監(jiān)測水質(zhì),排污監(jiān)控系統(tǒng)中排污量的檢測、污水成分的鑒定等,都使用傳感器來監(jiān)測。
5.傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
傳感器在醫(yī)學(xué)上可以用來對人體的表面和內(nèi)部溫度、血壓、腔內(nèi)壓力、血液及呼吸流量、腫瘤、血液的分析、脈搏及心音、心腦電波等進行高難度的診斷。在早期診斷、早期治療、遠距離診斷及人工器官的研制等廣泛的范圍內(nèi)發(fā)揮作用。
6.傳感器在交通運輸中的應(yīng)用
傳感器在交通運輸中應(yīng)用也非常廣泛,在車輛運輸中使用傳感器檢測車軸數(shù)、軸距、車速監(jiān)控、車型分類、動態(tài)稱重、收費站地磅、闖紅燈拍照、停車區(qū)域監(jiān)控、交通信息采集(道路監(jiān)控)及機場滑行道。在車輛中也已不只局限于對行駛速度、行駛距離和發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度的監(jiān)控,還用于安全監(jiān)控,如汽車安全氣囊系統(tǒng)、防盜裝置、防滑控制系統(tǒng)、防抱死裝置、電子變速控制裝置、排氣循環(huán)裝置、電子燃料噴射裝置及汽車黑匣子等都得到了實際應(yīng)用。
7.傳感器在日常生活中的應(yīng)用
傳感器在我們的日常生活中隨處可見,如家用電器中都使用了傳感器:電冰箱、電飯煲中的溫度傳感器,空調(diào)中的溫度和濕度傳感器,洗衣機中的液位傳 感器,煤氣灶中的煤氣泄漏傳感器,水表、電表、電視機和影碟機中的紅外遙控器,照相機中的光傳感器,汽車中燃料計和速度計等等。
03
視覺傳感器:從技術(shù)載體到產(chǎn)品特色
視覺傳感器,也稱光學(xué)傳感器,主要由光學(xué)元件、成像裝置及芯片等組成,以獲得環(huán)境中的各類圖像信息。作為視覺技術(shù)的載體,視覺傳感器一直是推動視覺技術(shù)進步的重要部分。根據(jù)圖像數(shù)據(jù)的特點,視覺傳感器可大體分為傳統(tǒng)單目視覺傳感器和三維立體視覺傳感器。
以智能手機后置攝像頭傳感器的發(fā)展為例,可以看到:2010年,美國蘋果公司在iPhone4配置了后置單顆500萬像素攝像頭;在iPhone13 Pro中,美國蘋果公司在超廣角、廣角、長焦三顆攝像頭組合的基礎(chǔ)上,再次升級引入了LiDAR技術(shù)鏡頭,可實現(xiàn)精準(zhǔn)測距及三維掃描,拓展了該手機的娛樂及交互體驗,進一步提升了產(chǎn)品的競爭力,創(chuàng)造了新的智能產(chǎn)品賣點。
04
冬奧會中的高科技——光電傳感器
1.雪橇
由于冬奧會雪橇選手會以高達90英里的時速滑行,所以不論是哪位選手,也都是以極其微弱的優(yōu)勢險勝。在光電傳感器計時精確至千分之一秒,且計時設(shè)備能夠承受零下30華氏度低溫,高科技也成為比賽不可或缺的重要條件。各種光電傳感器大量應(yīng)用在便攜的智能設(shè)備中,目前這一應(yīng)用已經(jīng)得到普及,隨著全民運動的開展,這一巨大的應(yīng)用市場將發(fā)展更加迅速。
2.心率
檢測心率則由檢測動脈脈搏相關(guān)信號的傳感器,通過反射或?qū)ι涫降姆绞?,將血管在脈搏跳動過程中透光率的變化轉(zhuǎn)換為電信號輸出。
3.血氧飽和度
血氧飽和度的檢測也同樣是采用光電傳感器。基于動脈血液對光的吸收量隨動脈搏動而變化的原理,使用波長660納米的紅光和940納米的近紅外光作為射入光源,測定通過組織床的光傳導(dǎo)強度,來計算血紅蛋白濃度及血氧飽和度。