傳感器，英文稱 Sensor 或是 Transducer，在新韋式大詞典中定義為：“從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器－Transducer”來稱謂“傳感器－Sensor”。

傳感器就是一種檢測裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，可以測量信息，也可以讓用戶感知到信息。通過變換方式，讓傳感器中的數(shù)據(jù)或價值信息轉(zhuǎn)換成電信號或其他所需形式的輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

01、傳感器發(fā)展歷史

1883 年，全球首臺恒溫器正式上市，一個名為 Warren S. Johnson 的發(fā)明者創(chuàng)造了它。這款恒溫器能夠?qū)囟缺３衷谝欢ǔ潭鹊木_度，就是利用了傳感器和傳感技術(shù)，在當時看來，是非常厲害的一項技術(shù)。

20 世紀 40 年代末，第一款紅外傳感器問世。隨后，許許多多的傳感器不斷被催生出來，直到現(xiàn)在，全球大概有 35000 種以上的傳感器，數(shù)量和用途上非常繁雜，可以說，現(xiàn)在是傳感器和傳感技術(shù)最為火熱的一個時期。

1987 年，ADI（亞德諾半導(dǎo)體）開始投入全新的傳感器研發(fā)，這種傳感器與其他不太一樣，名叫 MEMS 傳感器，是采用微電子和微機械加工技術(shù)制造出來的新型傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實現(xiàn)智能化的特點。而 ADI 是業(yè)界最早做 MEMS 研發(fā)的公司。

1991 年，ADI 發(fā)布了業(yè)界第一顆 High-g MEMS 器件，主要用于汽車安全氣囊碰撞監(jiān)測。而后眾多 MEMS 傳感器被廣泛研發(fā)，用在手機、電燈、水溫檢測等精密儀器上，截止到 2010 年，全世界有大約 600 余家單位從事 MEMS 的研制和生產(chǎn)工作。

02、傳感器技術(shù)發(fā)展三階段

第一階段：1969年之前

主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)型傳感器。結(jié)構(gòu)傳感器利用結(jié)構(gòu)參量變化來感受和轉(zhuǎn)化信號。例如：電阻應(yīng)變式傳感器，它是利用金屬材料發(fā)生彈性形變時電阻的變化來轉(zhuǎn)化電信號的。

第二階段：1969年后的20年左右

70年代開始發(fā)展起來的固態(tài)傳感器，由半導(dǎo)體、電介質(zhì)、磁性材料等固體元件構(gòu)成，是利用材料某些特性制成的。如：利用熱電效應(yīng)、霍爾效應(yīng)、光敏效應(yīng)，分別制成熱電偶傳感器、霍爾傳感器、光敏傳感器等。

70年代后期，隨著集成技術(shù)、分子合成技術(shù)、微電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展， 出現(xiàn)集成傳感器。

集成傳感器包括2種類型：傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化。這類傳感器主要具有成本低、可靠性高、性能好、接口靈活等特點。

集成傳感器發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已占傳感器市場的2/3 左右，它正向著低價格、多功能和系列化方向發(fā)展。

第三階段：一般指20世紀末至今

所謂智能傳感器是指其對外界信息具有一定檢測、自診斷、數(shù)據(jù)處理以及自適應(yīng)能力，是微型計算機技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

80年代智能傳感器剛剛開始發(fā)展，此時的智能化測量主要以微處理器為核心，把傳感器信號調(diào)節(jié)電路、微計算機、存貯器及接口集成到一塊芯片上，使傳感器具有一定的人工智能。

90年代智能化測量技術(shù)有了進一步的提高，在傳感器一級水平實現(xiàn)智能化，使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測量功能以及聯(lián)網(wǎng)通信功能等。

03、傳感器的類型

目前國際上缺乏制定國際標準的準則與規(guī)范，尚未制定出權(quán)威性的傳感器標準類型。只能劃分為簡單的物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器等大的類別。

例如，物理傳感器有：聲、力、光、磁、溫、濕、電、射線等等；化學(xué)傳感器有：各種氣敏、酸堿PH值、離子化、極化、化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象等等；生物傳感器有：酶電極和介體生物電等等。在產(chǎn)品用途和形成過程中的因果關(guān)系互相咬合，既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類，難以嚴格劃分。

用傳感器分類和命名方式，主要有以下幾種類型：

（1）按轉(zhuǎn)換原理可分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器。

（2）按傳感器的檢測信息來分可分為聲敏、光敏、熱敏、力敏、磁敏、氣敏、濕敏、壓敏、離子敏和射線敏等傳感器。

（3）按照供電方式可分為有源或無源傳感器。

（4）按其輸出信號可分為模擬量輸出、數(shù)字量輸出和開關(guān)量傳感器。

（5）按傳感器使用的材料可分為：半導(dǎo)體材料；晶體材料；陶瓷材料；有機復(fù)合材料；金屬材料；高分子材料；超導(dǎo)材料；光纖材料；納米材料等傳感器。

（6）按能量轉(zhuǎn)換可分為能量轉(zhuǎn)換型傳感器和能量控制型傳感器。

（7）按照其制造工藝，可分為機械加工工藝；復(fù)合與集成工藝；薄膜、厚膜工藝；陶瓷燒結(jié)工藝；MEMS工藝；電化學(xué)工藝等傳感器。

全球產(chǎn)品化的傳感器種類約有2.6萬余種，我國已經(jīng)擁有約1.4萬多種，大多為常規(guī)類型和品種；7000多種可產(chǎn)品化，而在醫(yī)療、科研、微生物、化學(xué)分析等特殊品種上仍有短缺和空白，存在著較大的技術(shù)創(chuàng)新空間。

04、傳感器的功能

通常將傳感器的功能與人類的五大感覺器官相比擬：

光敏傳感器——視覺

聲敏傳感器——聽覺

氣敏傳感器——嗅覺

化學(xué)傳感器——味覺

壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺

①物理類：基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)；

②化學(xué)類：基于化學(xué)反應(yīng)的原理；

③生物類：基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。

人類在計算機的時代，解決了大腦的模擬問題，相當于用0和1實現(xiàn)了信息的數(shù)字化，利用布爾邏輯解決問題；現(xiàn)在是后計算機時代，開始模擬五官。

但模擬人的五官，只是傳感器的一個比較形象的說法。傳感器技術(shù)發(fā)展相對成熟的，還是工業(yè)測量中經(jīng)常用到的如力、加速度、壓力、溫度等物理量。對于真實人的感覺，包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺，從傳感器的角度來看，大部分不是很成熟。

視覺、聽覺可認為是物理量，相對好一些，觸覺就比較差一些，至于嗅覺及味覺，由于涉及到生物化學(xué)量的測量，工作機理比較復(fù)雜，遠未達到技術(shù)成熟的階段。

傳感器的市場，其實是由應(yīng)用推動的。比如，化學(xué)工業(yè)中，壓力、流量傳感器市場相當大;汽車工業(yè)中，轉(zhuǎn)速、加速度等傳感器市場非常大。基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的加速度傳感器現(xiàn)在技術(shù)較為成熟，對汽車工業(yè)的需求拉動功不可沒。

在傳感器這一概念“出現(xiàn)”之前，早期的測量儀器中其實就有傳感器，只不過是以整套儀器中一個部件的形式出現(xiàn)。所以，中國在1980年以前，介紹傳感器的教科書叫做“非電量的電測量”。

傳感器概念的出現(xiàn)其實是測量儀器逐步走向模塊化的結(jié)果。此后，傳感器從整套儀器系統(tǒng)中獨立出來，單獨作為一個功能器件進行研究、生產(chǎn)、銷售。

05、傳感器常用專業(yè)術(shù)語

傳感器在不斷壯大發(fā)展的今天，我們對它的了解越來越深，其常用術(shù)語總結(jié)為以下30個：

1、量程 :測量范圍上限值和下限值的代數(shù)差。

2、精確度 :被測量的測量結(jié)果與真值間的一致程度。

3、通常有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成：

敏感元件是指傳感器中能直接（或響應(yīng)）被測量的部分。

轉(zhuǎn)換元件指傳感器中能較敏感元件感受（或響應(yīng)）的被測量轉(zhuǎn)換成是與傳輸和（或）測量的電信號部分。

當輸出為規(guī)定的標準信號時，則稱為變送器。

4、測量范圍 :在允許誤差限內(nèi)被測量值的范圍。

5、重復(fù)性 :在所有下述條件下，對同一被測的量進行多次連續(xù)測量所得結(jié)果之間的符合程度：

相同測量方、相同觀測者、相同測量儀器、相同地點、相同使用條件、在短時期內(nèi)的重復(fù)。

6、分辨力 :傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)可能檢測出的被測量的最小變化量。

7、閾值 :能使傳感器輸出端產(chǎn)生可測變化量的被測量的最小變化量。

8、零位 :使輸出的絕對值為最小的狀態(tài)，例如平衡狀態(tài)。

9、線性度 :校準曲線與某一規(guī)定只限一致的程度。

10、非線性度 :校準曲線與某一規(guī)定直線偏離的程度。

11、長期穩(wěn)定性 :傳感器在規(guī)定的時間內(nèi)仍能保持不超過允許誤差的能力。

12、固有頻率 :在無阻力時，傳感器的自由（不加外力）振蕩頻率。

13、響應(yīng) :輸出時被測量變化的特性。

14、補償溫度范圍 :使傳感器保持量程和規(guī)定極限內(nèi)的零平衡所補償?shù)臏囟确秶?/p>

15、蠕變：當被測量機器多有環(huán)境條件保持恒定時，在規(guī)定時間內(nèi)輸出量的變化。

16、絕緣電阻 :如無其他規(guī)定，指在室溫條件下施加規(guī)定的直流電壓時，從傳感器規(guī)定絕緣部分之間測得的電阻值。

17、激勵 :為使傳感器正常工作而施加的外部能量（電壓或電流）。

18、最大激勵 :在室內(nèi)條件下，能夠施加到傳感器上的激勵電壓或電流的最大值。

19、輸入阻抗 :在輸出端短路時，傳感器輸入的端測得的阻抗。

20、輸出 :有傳感器產(chǎn)生的與外加被測量成函數(shù)關(guān)系的電量。

21、輸出阻抗 :在輸入端短路時，傳感器輸出端測得的阻抗。

22、零點輸出 :在市內(nèi)條件下，所加被測量為零時傳感器的輸出。

23、滯后 :在規(guī)定的范圍內(nèi)，當被測量值增加和減少時，輸出中出現(xiàn)的最大差值。

24、遲后 :輸出信號變化相對于輸入信號變化的時間延遲。

25、漂移 :在一定的時間間隔內(nèi)，傳感器輸出終于被測量無關(guān)的不需要的變化量。

26、零點漂移 :在規(guī)定的時間間隔及室內(nèi)條件下零點輸出時的變化。

27、靈敏度 :傳感器輸出量的增量與相應(yīng)的輸入量增量之比。

28、靈敏度漂移 :由于靈敏度的變化而引起的校準曲線斜率的變化。

29、熱靈敏度漂移 :由于靈敏度的變化而引起的靈敏度漂移。

30、熱零點漂移 :由于周圍溫度變化而引起的零點漂移。

06、傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域

傳感器是一種應(yīng)用非常廣泛的檢測裝置，應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、交通管理、醫(yī)療健康、農(nóng)畜牧業(yè)、消防安全、生產(chǎn)制造、航空航天、電子產(chǎn)品、其他領(lǐng)域等。它能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

①工業(yè)控制：工業(yè)自動化、機器人技術(shù)、檢測儀器、汽車工業(yè)、造船業(yè)等

工業(yè)控制應(yīng)用的傳感器較為廣泛，如使用于汽車制造、產(chǎn)品工藝控制、工業(yè)機械、專用設(shè)備以及自動化生產(chǎn)設(shè)備等等的各種測量工藝變量(如溫度、液位、壓力、流量等)、測量電子特性(電流、電壓等)和物理量(運動、速度、負載以及強度)的以及傳統(tǒng)的接近/定位傳感器發(fā)展迅速。

同時，智能傳感器通過將人機連接，并結(jié)合軟件和大數(shù)據(jù)分析，可以突破物理和材料科學(xué)的限制，并將改變世界的運行方式。在工業(yè)4.0的愿景中，通過端到端傳感器解決方案和服務(wù)在生產(chǎn)現(xiàn)場復(fù)興。它促進了更明智的決策，提高了運營效率，提高了產(chǎn)量，提高了工程效率并極大地提高了業(yè)務(wù)績效。

②電子產(chǎn)品：智能穿戴、通信電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品等

傳感器在電子產(chǎn)品中應(yīng)用多見于智能穿戴、3C 電子，手機在應(yīng)用領(lǐng)域占比最大。手機產(chǎn)量的大幅增長及手機新功能的不斷增加給傳感器市場帶來機遇與挑戰(zhàn)，彩屏手機和攝像手機市場份額不斷上升增加了傳感器在該領(lǐng)域的應(yīng)用比例。

此外，應(yīng)用于集團電話和無繩電話的超聲波傳感器、用于磁存儲介質(zhì)的磁場傳感器等都將出現(xiàn)強勢增長。

在可穿戴式應(yīng)用領(lǐng)域方面，傳感器是必不可少的元器件。

比如健身追蹤器和智能手表正逐漸成為一種日常生活方式設(shè)備，可幫助我們跟蹤自己的活躍程度以及基本的健康參數(shù)。事實上，為了幫助人們衡量活動水平和心臟健康，戴在手腕上的那些微型設(shè)備中有很多技術(shù)。

任何典型的健身手環(huán)或智能手表都內(nèi)置約16個傳感器。根據(jù)價格的不同，有些商品的數(shù)量可能會有所增加。這些傳感器與其他硬件組件（如電池，麥克風(fēng)，顯示器，揚聲器等）以及功能強大的高端軟件一起構(gòu)成健身追蹤器或智能手表。

如今可穿戴設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域正從外置的手表、眼鏡、鞋子等向更廣闊的領(lǐng)域擴展，如電子肌膚等。

③航空軍事：航天技術(shù)、軍事工程、空間探索等

在航空領(lǐng)域，對安裝組件的安全性和可靠性要求極高。這尤其適用于在不同地方使用的傳感器。

例如，火箭在起飛時，由于起飛速度非常高（超過4馬赫或3000 mph），空氣會在火箭表面和箭身上產(chǎn)生巨大的壓力和作用力，形成極其苛刻的環(huán)境。因此需要壓力傳感器來監(jiān)控這些作用力，以確保它們保持在箭身的設(shè)計限制范圍內(nèi)。起飛時，壓力傳感器會暴露于從火箭表面流過的空氣中，從而測出數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)還用于指導(dǎo)未來的箭身設(shè)計，以使其更可靠、緊固和安全。此外，如果出現(xiàn)什么錯誤，壓力傳感器的數(shù)據(jù)還將成為極其重要的分析工具。

再比如，在飛機裝配中，傳感器可確保非接觸式鉚釘孔測量，還有可用于測量飛機任務(wù)的起落架，機翼組件，機身和發(fā)動機的位移和位置傳感器，可以提供可靠精準的確定測量值。

④家居生活：智能家居、家用電器等

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及，促進了信息家電、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備已由單一機向多種家電設(shè)備擴展，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點為家庭內(nèi)、外部網(wǎng)絡(luò)的連接及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間信息家電和設(shè)備的連接提供了一個基礎(chǔ)平臺。

在家電中嵌入傳感器結(jié)點，通過無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，將為人們提供更加舒適、方便和更人性化的智能家居環(huán)境。利用遠程監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對家電的遠程遙控，也可以通過圖像傳感設(shè)備隨時監(jiān)控家庭安全情況。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可以建立智能幼兒園，監(jiān)測兒童的早期教育環(huán)境，以及跟蹤兒童的活動軌跡。

⑤交通管理：交通運輸、城市交通、智慧物流等

在交通管理中利用安裝在道路兩側(cè)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測路面狀況、積水狀況以及公路的噪音、粉塵、氣體等參數(shù)，達到道路保護、環(huán)境保護和行人健康保護的目的。

智能交通系統(tǒng)( ITS )是在傳統(tǒng)的交通體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型交通系統(tǒng)，它將信息、通信、控制和計算機技術(shù)以及其他現(xiàn)代通信技術(shù)綜合應(yīng)用于交通領(lǐng)域，并將“人-車-路-環(huán)境”有機地結(jié)合在一起。在現(xiàn)有的交通設(shè)施中增加一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將能夠從根本上緩解困擾現(xiàn)代交通的安全、通暢、節(jié)能和環(huán)保等問題，同時還可以提高交通工作效率。

⑥環(huán)境監(jiān)測：環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、天氣測試、水文測試、能源環(huán)保、地震測試等

在環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可用于監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣情況、家畜和家禽的環(huán)境和遷移狀況、無線土壤生態(tài)學(xué)、大面積的地表監(jiān)測等，可用于行星探測、氣象和地理研究、洪水監(jiān)測等。基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以通過數(shù)種傳感器來監(jiān)測降雨量、河水水位和土壤水分，并依此預(yù)測山洪爆發(fā)描述生態(tài)多樣性，從而進行動物棲息地生態(tài)監(jiān)測。還可以通過跟蹤鳥類、小型動物和昆蟲進行種群復(fù)雜度的研究等。

隨著人類對環(huán)境質(zhì)量的重視和關(guān)注, 在實際的環(huán)境檢測過程中, 人們往往需要既可以方便攜帶, 又能夠?qū)崿F(xiàn)多種待測物持續(xù)動態(tài)監(jiān)測的分析設(shè)備和儀器。借助新型的傳感器技術(shù), 能夠滿足上述需求。

比如，在進行大氣監(jiān)測的過程中，氮化物，硫化物等都是嚴重影響人們生產(chǎn)生活的污染物。

在氮氧化物中SO2，是酸雨以及酸霧形成的主要原因，而且傳統(tǒng)的方法雖然可以測出SO2的含量，但是方法復(fù)雜而且不夠準確。最近研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)特定傳感器能夠?qū)喠蛩猁}進行氧化，在進行氧化的過程中會消耗一部分的氧氣，這就會使電極溶解氧下降從而生成電流效應(yīng)。利用傳感器可以有效的得到亞硫酸鹽的含量值，不但速度快而且可靠度高。

而針對氮化物，可用氮氧化物傳感器來監(jiān)測。氮氧化物傳感器的原理就是利用氧電極生成一種特定的消耗亞硝酸鹽的細菌，通過計算溶解氧濃度的變化來計算出氮氧化物的含量。因為生成的細菌是以硝酸鹽作為能源，而且只是以這種硝酸鹽作為能源，因此，在實際的應(yīng)用過程中具有唯一性不會因為其他物質(zhì)的干擾而受到影響。國外一些研究學(xué)者利用膜的原理進行了更加深入的研究，從而間接的測出了空氣中含量非常低的NO2的濃度。

⑦醫(yī)療健康：醫(yī)療診斷、醫(yī)療大健康、健康護理等

國內(nèi)外眾多醫(yī)療研究機構(gòu)，包括國際著名的醫(yī)療行業(yè)巨頭在傳感器技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域方面已取得重要進展。

如美國佐治亞理工學(xué)院正在開發(fā)具備壓力傳感器和無線通信電路等的體內(nèi)嵌入式傳感器，該器件由導(dǎo)電金屬和絕緣薄膜構(gòu)成，能夠根據(jù)構(gòu)成的共振電路的頻率變化檢測出壓力的變化，發(fā)揮完作用之后就會溶解于體液中。

近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護理方面已有很多應(yīng)用，例如，監(jiān)測人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院中醫(yī)生和患者的行動，以及醫(yī)院的藥物管理等。

⑧消防安全：大型車間、倉庫管理，機場、車站、碼頭、大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測等

由于建筑物不斷進行修補，可能會存在一些安全隱患。雖然地殼偶爾的小震動可能不會帶來看得見的損壞，但是也許會在支柱上產(chǎn)生潛在的裂縫，這個裂縫可能會在下一次地震中導(dǎo)致建筑物倒塌。用傳統(tǒng)方法檢查往往需要將大樓關(guān)閉數(shù)月，而安裝傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能建筑可以告訴管理部門它們的狀態(tài)信息，并自動按照優(yōu)先級進行一系列自我修復(fù)工作。　

隨著社會的不斷進步，安全生產(chǎn)的概念已經(jīng)深入人心，人們對安全生產(chǎn)的要求也越來越高。在事故多發(fā)的建筑行業(yè)，如何保證施工人員的人身安全，以及工地的建筑材料、設(shè)備等財產(chǎn)的保全是施工單位關(guān)心的頭等大事。

⑨農(nóng)畜牧業(yè)：農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、畜牧養(yǎng)殖等

農(nóng)業(yè)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用的另一個重要領(lǐng)域。

如“西北優(yōu)勢農(nóng)作物生產(chǎn)精準管理系統(tǒng)”實施以來，主要針對西部地區(qū)優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品蘋果、獼猴桃、丹參和甜瓜、番茄等主要農(nóng)作物，以及西部干旱少雨的生態(tài)環(huán)境特點開展專項技術(shù)研究、系統(tǒng)集成與典型應(yīng)用示范，成功將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成功應(yīng)用于精細農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。這個實時采集作物生長環(huán)境的傳感網(wǎng)先進技術(shù)應(yīng)用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供了新的技術(shù)支撐。

⑩其他領(lǐng)域：復(fù)雜機械監(jiān)控、實驗室監(jiān)測等

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當前信息領(lǐng)域中研究的熱點之一，可用于特殊環(huán)境實現(xiàn)信號的采集、處理和發(fā)送；無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)以PIC單片機為核心，利用集成濕度傳感器和數(shù)字溫度傳感器設(shè)計出溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的硬件電路，并通過無線收發(fā)模塊與控制中心通信，使之系統(tǒng)傳感器節(jié)點的功耗低，數(shù)據(jù)通信可靠，穩(wěn)定性好，通信效率高，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境檢測。

07、國內(nèi)傳感器市場規(guī)模

我國已有1700多家從事傳感器的生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè)，其中從事微系統(tǒng)研制、生產(chǎn)的有50多家。同時，傳感器越來越多地被應(yīng)用到社會發(fā)展及人類生活的各個領(lǐng)域。如工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、航天技術(shù)、軍事工程、機器人技術(shù)、資源開發(fā)、海洋探測、環(huán)境監(jiān)測、安全保衛(wèi)、醫(yī)療診斷、交通運輸、家用電器等。

三大傳感器生產(chǎn)基地建立

目前，國內(nèi)有三大傳感器生產(chǎn)基地，分別為：安徽基地，主要是建立力、光敏規(guī)模經(jīng)濟;陜西省敏感技術(shù)產(chǎn)業(yè)集團公司，主要是建立電壓敏、熱敏、汽車電子規(guī)模經(jīng)濟為主要目標;黑龍江基地主要建立氣、濕敏規(guī)模經(jīng)濟為主要目標。

傳感器產(chǎn)業(yè)地域格局

我國傳感器的生產(chǎn)企業(yè)主要集中在長三角地區(qū)，并逐漸形成以北京、上海、南京、深圳、沈陽和西安等中心城市為主的區(qū)域空間布局。

長三角區(qū)域：以上海、無錫、南京為中心。逐漸形成包括熱敏、磁敏、圖像、稱重、光電、溫度、氣敏等較為完備的傳感器生產(chǎn)體系及產(chǎn)業(yè)配套。

珠三角區(qū)域：以深圳中心城市為主。由附近中小城市的外資企業(yè)組成以熱敏、磁敏、超聲波、稱重為主的傳感器產(chǎn)業(yè)體系。

東北地區(qū)：以沈陽、長春、哈爾濱為主。主要生產(chǎn)MEMS力敏傳感器、氣敏傳感器、濕敏傳感器。

京津區(qū)域：主要以高校為主。從事新型傳感器的研發(fā)，在某些領(lǐng)域填補國內(nèi)空白。北京已建立微米/納米國家重點實驗室。

中部地區(qū)：以鄭州、武漢、太原為主。產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的模式，在PTC/NTC熱敏電阻、感應(yīng)式數(shù)字液位傳感器和氣體傳感器等產(chǎn)業(yè)方面發(fā)展態(tài)勢良好。

此外，傳感器產(chǎn)業(yè)伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，在其他區(qū)域，如陜西、四川和山東等地發(fā)展很快。

08、傳感器5大設(shè)計技巧

1、先從總線工具開始

第一步，工程師應(yīng)當采取首次介接到傳感器時，是透過一個總線工具的方式以限制未知。一個總線工具連接一臺個人計算機（PC），然后到傳感器的I2C、SPI或其他可讓傳感器可以“說話”的協(xié)議。與總線工具相關(guān)的PC應(yīng)用程序，提供了一個已知與工作來源用以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，且不是未知、未經(jīng)認證的嵌入式微控制器（MCU）驅(qū)動程序。在總線工具的工作環(huán)境下，開發(fā)人員可以傳送和接收訊息以得到該部分如何運作的理解，在試圖于嵌入式等級操作之前。

2、在Python編寫傳輸接口碼

一旦開發(fā)者已嘗試使用總線工具的傳感器，下一步就是為傳感器編寫應(yīng)用程序代碼。并非直接跳到微控制器的代碼，而是在Python編寫應(yīng)用程序代碼。許多總線工具在編寫腳本（writing scripts）配置了插件（plug-in）和范例碼，Python通常是隨著.NET中可用的語言之一。在Python編寫應(yīng)用程序是快速且容易的， 其并提供一個方法已在應(yīng)用程序中測試傳感器，這個方式并未如同在嵌入式環(huán)境測試的復(fù)雜。擁有高層級的代碼，將使非嵌入式工程師易于挖掘傳感器的腳本及測試，而不需要一個嵌入式軟件工程師的照看。

3、以Micro Python測試傳感器

在Python寫下第一段應(yīng)用程序代碼的其中一個優(yōu)勢是，透過調(diào)用Micro Python，應(yīng)用程序調(diào)用到總線工具應(yīng)用程序編程接口（API）可易于進行更換。Micro Python運作在實時嵌入式軟件內(nèi)，其中有許多傳感器可供工程師來了解其價值，Micro Python運作在一個Cortex-M4處理器，且其是一個很好的環(huán)境，以從中為應(yīng)用程序代碼除錯。不僅是簡單的，這里也不需要去寫I2C或SPI驅(qū)動程序，因為它們已被涵蓋在Micro Python的函式庫中。

4、利用傳感器供貨商代碼

任何可以從傳感器制造商“搜括”到的范例碼，工程師需要走一段很長的路才能了解傳感器如何工作的原理。不幸的是，許多傳感器供貨商并非嵌入式軟件設(shè)計的專家，因此不要期待可以發(fā)現(xiàn)一個可投入生產(chǎn)的漂亮架構(gòu)和優(yōu)雅的例子。就使用供貨商代碼，學(xué)習(xí)這部分如何運作，之后重構(gòu)的挫折感將出現(xiàn)，直到它可以被干凈利索地整合到嵌入式軟件。它可能如“意大利面條般（spaghetti）”開始，但利用制造商對其傳感器如何運作的理解，在產(chǎn)品推出之前，將有助于減少許多得被毀掉的周末時間。

5、使用一個傳感器融合函式庫

機會是，傳感器的傳輸接口并不是太新，且先前沒有人這么做過。已知的所有函式庫，如由許多芯片制造商提供的“傳感器融合函式庫”，以協(xié)助開發(fā)人員快速掌握、甚至更好，更可避免他們陷入重新開發(fā)或大幅修改產(chǎn)品架構(gòu)的輪回。許多傳感器可以被整合至一般類型或類別，而這些類型或類別將使驅(qū)動程序順利被開發(fā)，若處理得當，幾乎是普遍或是少可重復(fù)使用。尋找這些傳感器融合函式庫，并學(xué)習(xí)它們的優(yōu)點和短處。

09、傳感器主要技術(shù)指標解讀

1、分辨力與分辨率：

定義：分辨力（Resolution）是指傳感器能夠檢測出的被測量的最小變化量。分辨率（Resolution） 是指分辨力與滿量程值之比。

解讀1：分辨力是傳感器的最基本的指標，它表征了傳感器對被測量的分辨能力。傳感器的其他技術(shù)指標都是以分辨力作為最小單位來描述的。

對于具有數(shù)顯功能的傳感器以及儀器儀表，分辨力決定了測量結(jié)果顯示的最小位數(shù)。例如：電子數(shù)顯卡尺的分辨力是0.01mm，其示指誤差為±0.02mm。

解讀2：分辨力是一個具有單位的絕對數(shù)值。例如，某溫度傳感器的分辨力為0.1℃，某加速度傳感器的分辨力是0.1g等。

解讀3：分辨率是與分辨力相關(guān)而且極為相似的概念，都表征了傳感器對被測量的分辨能力。

二者主要區(qū)別在于：分辨率是以百分數(shù)的形式表示傳感器的分辨能力，它是相對數(shù)，沒有量綱。例如上述溫度傳感器的分辨力為0.1℃，滿量程為500℃，則其分辨率為0.1/500=0.02%。

2、重復(fù)性：

定義：傳感器的重復(fù)性（Repeatability）是指在同一條件下、對同一被測量、沿著同一方向進行多次重復(fù)測量時，測量結(jié)果之間的差異程度。也稱重復(fù)誤差、再現(xiàn)誤差等。

解讀1：傳感器的重復(fù)性必須是在相同的條件下得到的多次測量結(jié)果之間的差異程度。如果測量條件發(fā)生變化，測量結(jié)果之間的可比性消失，不能作為考核重復(fù)性的依據(jù)。

解讀2：傳感器的重復(fù)性表征了傳感器測量結(jié)果的分散性和隨機性。而產(chǎn)生這種分散性和隨機性的原因，是因為傳感器內(nèi)部和外部不可避免地存在各種各樣的隨機干擾，導(dǎo)致傳感器的最終測量結(jié)果表現(xiàn)為隨機變量的特性。

解讀3：重復(fù)性的定量表述方法，可以采用隨機變量的標準差。

解讀4：對于多次重復(fù)測量情形而言，如果以全部測量結(jié)果的平均值作為最終測量結(jié)果，則可以得到更高的測量精度。因為平均值的標準差顯著小于每個測量結(jié)果的標準差。

3、線性度：

定義：線性度（Linearity）是指傳感器輸入輸出曲線與理想直線的偏離程度。

解讀1：理想的傳感器輸入輸出關(guān)系應(yīng)該是線性，其輸入輸出曲線應(yīng)該是一條直線。

但是，實際上的傳感器或多或少都存在各種各樣的誤差，導(dǎo)致實際的輸入輸出曲線并非是理想的直線，而是一條曲線。

線性度就是表征了傳感器實際特性曲線與離線直線之間的差異程度，也稱非線性度或非線性誤差。

解讀2：由于在不同大小的被測量情況下傳感器實際特性曲線與理想直線之間的差異是不同的，因此常常以全量程范圍內(nèi)二者差異的最大值與滿量程值之比。顯然，線性度也是一個相對量。

解讀3：由于對于一般測量場合而言，傳感器的理想直線是未知的，無從獲取。為此，常常采用折中的辦法，即直接利用傳感器的測量結(jié)果計算出與理想直線較為接近的擬合直線。具體計算方法包括端點連線法、最佳直線法、最小二乘法等。

4、穩(wěn)定性：

定義：穩(wěn)定性（Stability）是指傳感器在一段時間內(nèi)保持其性能的能力。

解讀1：穩(wěn)定性是考察傳感器在一定時間范圍內(nèi)是否穩(wěn)定工作的主要指標。而導(dǎo)致傳感器不穩(wěn)定的因素，主要包括溫度漂移和內(nèi)部應(yīng)力釋放等因素。因此，增加溫度補償、增加時效處理等措施，對提高穩(wěn)定性是有幫助的。

解讀2：根據(jù)時間段的長短不同，穩(wěn)定性可以分為短期穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性。當考察時間過短時，穩(wěn)定性與重復(fù)性相接近。因此，穩(wěn)定性指標主要考察長期穩(wěn)定性。具體時間的長短，依據(jù)使用環(huán)境和要求來確定。

解讀3：穩(wěn)定性指標的定量表示方法，既可以采用絕對誤差，也可以使用相對誤差。例如，某應(yīng)變式力傳感器的穩(wěn)定性為0.02%/12h。

5、采樣頻率：

定義：采樣頻率（Sample Rate）是指傳感器在單位時間內(nèi)可以采樣的測量結(jié)果的多少。

解讀1：采樣頻率反映了該傳感器的快速反應(yīng)能力，是動態(tài)特性指標中最重要的一個。對于被測量快速變化的場合，采樣頻率是必須要充分考慮的技術(shù)指標之一。依據(jù)香農(nóng)采樣定律，傳感器的采樣頻率應(yīng)不低于被測量變化頻率的2倍。

解讀2：隨著采用頻率的不同，傳感器的精度指標也相應(yīng)有所變化。一般而言，采樣頻率越高，測量精度越低。

而傳感器給出的最高精度往往是在最低采樣速度下甚至是在靜態(tài)條件下得到的測量結(jié)果。因此，在傳感器選型時必須兼顧精度與速度兩個指標。