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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(chēng)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(gè)國家信息化程度的重要標志,作為第二屆杭州物聯(lián)網(wǎng)暨傳感技術(shù)應用高峰論壇,推進(jìn)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(jìn)行處理(變換)和識別的一門(mén)多學(xué)科交叉的現代科學(xué)與工程技術(shù),它涉及傳感器(又稱(chēng)換能器)、信息處理和識別的規劃設計、開(kāi)發(fā)、建造、測試、應用及評價(jià)改進(jìn)等活動(dòng)。
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?chē)h(huán)境或者特殊物質(zhì),比如氣體感知、光線(xiàn)感知、溫濕度感知、人體感知等等,把模擬信號轉化成數字信號,給中央處理器處理。最終結果形成氣體濃度參數、光線(xiàn)強度參數、范圍內是否有人探測、溫度濕度數據等等,顯示出來(lái)。
獲取信息靠各類(lèi)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)系統的構造第一個(gè)關(guān)鍵。
02
傳感器在行業(yè)中的應用
1.傳感器在航空航天領(lǐng)域中的應用
宇宙飛船除使用傳感器進(jìn)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)及內部設備的監控也都要通過(guò)傳感器進(jìn)行檢測,還有飛船內部環(huán)境(如濕度、溫度、空氣成份等)都要通過(guò)傳感器進(jìn)行檢測。
另外,從飛機、人造衛星、宇宙飛船及船舶上對遠距離的廣大區域的被測物體及其狀態(tài)進(jìn)行大規模探測應用的就是遙感技術(shù)。
2.傳感器在機器人中的應用
在勞動(dòng)強度大或危險作業(yè)的場(chǎng)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(jué)傳感器和觸覺(jué)傳感器,使機器人通過(guò)視覺(jué)對物體進(jìn)行識別和檢測,通過(guò)觸覺(jué)對物體產(chǎn)生壓覺(jué)、力覺(jué)、滑動(dòng)感覺(jué)和重量感覺(jué)。
3.傳感器在工業(yè)自動(dòng)控制系統中的應用
傳感器是自動(dòng)檢測與自動(dòng)控制的首要環(huán)節,如果沒(méi)有傳感器對原始信息(信號或參數)進(jìn)行精確、可靠的測量,就無(wú)法實(shí)現從信號的提取、轉換、處理到生產(chǎn)或控制過(guò)程的自動(dòng)化??梢?jiàn),傳感器在自動(dòng)控制系統中是必不可少的。
4.傳感器在環(huán)境保護中的應用
環(huán)球的大氣污染、水質(zhì)污濁及噪聲已嚴重地破壞了地球的生態(tài)平衡和我們賴(lài)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)境監測儀器正在發(fā)揮著(zhù)積極的作用。如用生物傳感器監測水質(zhì),排污監控系統中排污量的檢測、污水成分的鑒定等,都使用傳感器來(lái)監測。
5.傳感器在醫學(xué)上的應用
傳感器在醫學(xué)上可以用來(lái)對人體的表面和內部溫度、血壓、腔內壓力、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(jìn)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發(fā)揮作用。
6.傳感器在交通運輸中的應用
傳感器在交通運輸中應用也非常廣泛,在車(chē)輛運輸中使用傳感器檢測車(chē)軸數、軸距、車(chē)速監控、車(chē)型分類(lèi)、動(dòng)態(tài)稱(chēng)重、收費站地磅、闖紅燈拍照、停車(chē)區域監控、交通信息采集(道路監控)及機場(chǎng)滑行道。在車(chē)輛中也已不只局限于對行駛速度、行駛距離和發(fā)動(dòng)機旋轉速度的監控,還用于安全監控,如汽車(chē)安全氣囊系統、防盜裝置、防滑控制系統、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(chē)黑匣子等都得到了實(shí)際應用。
7.傳感器在日常生活中的應用
傳感器在我們的日常生活中隨處可見(jiàn),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(chē)中燃料計和速度計等等。
03
視覺(jué)傳感器:從技術(shù)載體到產(chǎn)品特色
視覺(jué)傳感器,也稱(chēng)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(lèi)圖像信息。作為視覺(jué)技術(shù)的載體,視覺(jué)傳感器一直是推動(dòng)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)步的重要部分。根據圖像數據的特點(diǎn),視覺(jué)傳感器可大體分為傳統單目視覺(jué)傳感器和三維立體視覺(jué)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(píng)果公司在iPhone4配置了后置單顆500萬(wàn)像素攝像頭;在iPhone13 Pro中,美國蘋(píng)果公司在超廣角、廣角、長(cháng)焦三顆攝像頭組合的基礎上,再次升級引入了LiDAR技術(shù)鏡頭,可實(shí)現精準測距及三維掃描,拓展了該手機的娛樂(lè )及交互體驗,進(jìn)一步提升了產(chǎn)品的競爭力,創(chuàng )造了新的智能產(chǎn)品賣(mài)點(diǎn)。
04
冬奧會(huì )中的高科技——光電傳感器
1.雪橇
由于冬奧會(huì )雪橇選手會(huì )以高達90英里的時(shí)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(shí)精確至千分之一秒,且計時(shí)設備能夠承受零下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用在便攜的智能設備中,目前這一應用已經(jīng)得到普及,隨著(zhù)全民運動(dòng)的開(kāi)展,這一巨大的應用市場(chǎng)將發(fā)展更加迅速。
2.心率
檢測心率則由檢測動(dòng)脈脈搏相關(guān)信號的傳感器,通過(guò)反射或對射式的方式,將血管在脈搏跳動(dòng)過(guò)程中透光率的變化轉換為電信號輸出。
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?;趧?dòng)脈血液對光的吸收量隨動(dòng)脈搏動(dòng)而變化的原理,使用波長(cháng)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(guò)組織床的光傳導強度,來(lái)計算血紅蛋白濃度及血氧飽和度。