科普 | 无处不在的传感器人们为了从外界获取信息

作者：三秦都市报王嘉

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。那么机器怎么感知获取外界信息呢，这就需要传感器，有人说传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。说到传感器可能很多人都会觉得不熟悉，但它已经融入到人们生活的方方面面，并提供了诸多的便利。

被称为电五官的传感器

传统的传感器定义是“把物理量变成可测量的电信号的装置”，电信号可以是连续量和开关量。例如，工业自动化领域常用的压力传感器，温度传感器。随着科技的进一步发展，传感器的定义从单一的“物理量”扩展到“化学量和生物量”。例如：各种气体传感器，pH传感器以及食品新鲜度传感器等。单一的传感器在某些特定领域无法完成特定条件下的数据采集要求，因此出现了多种传感器集成在一起的所谓“集成”或“复合”传感器，例如环境测量中的“环境传感器”。近年来，随着物联网技术的发展，“传感器”的概念又进一步扩大。可以定义为感知自然界的某些数据并把它变成可用信息传递出去的装置。

简单地说，传感器就像是人类的神经末梢把感受到的感觉转化为神经冲动传输给神经系统一样，传感器可以把物质世界转化为数字，通过这个过程让人类更容易清楚地了解事情。

传感技术是人工智能发展的推动力

传感器与计算机、通信被称为信息系统的三大支柱，传感器技术优劣成为衡量一个国家科技水平和是否处在国际战略竞争制高点的重要标志，是发达国家高度重视和争相发展的核心基础技术。传感器广泛应用于冶金、石油、化工、电力、交通、水利、新能源、电子、环保、家电、航天、航空、军工武器装备等国民经济及国防、科研等各个领域，关乎并影响技术创新以及国防、经济和社会安全，对于当前产业结构调整与转型升级发挥着重要作用，对于占领战略型新兴产业的制高点具有十分重要的战略意义。

传感器是工业互联网中不可或缺的组成部分，温度、湿度传感器可用于环境条件的监测，加速度计可以用来监测工业设备的震动和旋转速度，高精度加速度传感器、陀螺仪为工业机器人导航和转动提供精确位置信息。比如，将传感器安装在飞机发动机叶片上，实时将发动机运行参数发回检测中心，通过对发动机状态实时监控，提供及时检查、维护和维修。

人工智能、智能制造、大数据均需先进传感技术的支撑。先进传感技术是大数据直接来源，是人工智能感知物理世界的“眼睛”、“耳朵”和“鼻子”。比如，无人驾驶汽车，没有方向盘，没有加速踏板和刹车踏板，也没有后视镜，而是通过很多传感器和车载电脑来控制汽车。

传感器在物联网中的应用

物联网就是物物相连的互联网，通过信息传感设备让物品与网络连接，进行信息交换和通信。物联网技术与民生领域的结合更接地气,将为人们的生活带来更多便利。随着物联网的发展，与之相适用的传感器也逐渐多了起来。比如，“物联网环境专用传感器”，可以同时监测温湿度、大气压、空气质量、光照度、风力风向等参数；“无线车位传感器”可以监测室内外停车位的停车状态，为智慧交通提供基础数据；“井盖异动智能监测传感器”监测街道上井盖异动及破坏情况，保障路上车辆和行人的安全，为智慧城市打下基础；随着中国老龄化社会的到来，为解决科技养老、科技护老，有“智能跌倒报警器”，可以自动检测老人状况，老人位置，还具有一键拨号等功能；“无线振动传感器”可以用于机器远程故障预警，提高产品的智能化水平。

比如，自助饮品机带来的便利。只需要扫描二维码，选择所需要的饮品，比如咖啡、奶茶等。自助饮品机增加了传感器模块并与网络相连，让传统咖啡机实现手机控制，对管理者来说，每台机器可以通过物联网远程管理。类似这样的传感器应用有很多，医院、学校、交通、影院、酒店、车站、景点等多个领域。如手机控制自助售水机，通过扫码支付替代了刷卡取水，方便了用户取水，也方便了经营方办卡管理。自助洗车机，车主通过手机搜索附近的洗车点，到达之后手机扫码支付，使用洗车设备自助洗车，大大节约了洗车费用。

城市井盖缺失往往会威胁到人们的生命安全，而传感技术的应用则能帮助监测城市井盖缺失情况并对整个地下管廊的情况进行监测。将传感器安装在井盖下面，如果发生缺失，传感器采集到传感数据，便可以通过一个监测终端将数据传输至云端，就能够及时得知井盖的缺失情况。这是利用传感技术研发的城市下水井监测设备，可以对井盖以及井内的压力，液位，流量，流速，温度，雨量，水质等进行监测。

传感器在生活中有哪些应用

当您走进餐厅时，自动旋转的门就应用了传感器，利用人体的红外微波来开关门。烟雾报警器，利用烟敏电阻来测量烟雾浓度，从而达到报警目的。电子秤，利用力学传感器来测量物体对应变片的压力，从而达到测量重量目的。水位报警，温度报警，湿度报警，光学报警等都是传感器，是一种检测装置，是实现自动检测和自动控制的首要环节，为人们的生活带来了巨大的改变。

传感器在我们最常用的手机中使用，应用距离传感器，当用户在接听或拨打电话时，将手机靠近头部，距离传感器可以测出之间的距离，到了一定程度后便通知屏幕背景灯熄灭，拿开时再度点亮背景灯。

楼道里的照明，夜晚漆黑的楼道，只需发出一点声音或者用力跺一下脚，楼道里的灯就会如约亮起，这就是光敏和声敏元件协同合作的结果。电饭锅是生活中必不可少的电器之一，应用了温度传感器，当温度达到设定温度时，开关跳起提醒使用者饭做好了。

大气污染、水质污浊以及噪声等破坏地球生态平衡和人们赖以生存的环境，为保护环境，利用传感器制成的各种环境监测仪器正在发挥着积极的作用。如用生物传感器监测水质，排污监控系统中排污量的监测，污水成分的鉴定等，都使用传感器来监测。

目前，在劳动强度大或危险作业的场所，已逐步使用机器人取代人的工作。一些高速度、高精度的工作，由机器人来承担也是非常合适的。但这些机器人多数是用来进行加工、组装、检验等工作，属于生产用的自动机械式的单能机器人。在这些机器人身上仅采用了检测臂的位置和角度的传感器。要使机器人和人的功能更为接近，以便从事更高级的工作，要求机器人能有判断能力，这就要给机器人安装物体传感器，特别是视觉传感器和触觉传感器，使机器人通过视觉对物体进行识别和检测，通过触觉对物体产生压觉、力觉、滑动感觉和重量感觉。这类机器人被称为智能机器人，它不仅可以从事特殊的作业，而且一般的生产、事务和家务，全部可由智能机器人去处理。

延伸阅读：

《MEMS产业现状-2017版》

《汽车MEMS和传感器市场及技术趋势-2017版》