幾種新型的傳感器介紹

1、幾種新型的傳感器介紹傳感器是一種檢測裝置，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由，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。傳感器的特點包括微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化等，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。如今感測器已經(jīng)不只是人類用來探索知識的一門工具，更能結(jié)合通訊、物聯(lián)網(wǎng)、云端巨量資料的運(yùn)算，提供生活中更便利的服務(wù)。一、新型傳感器的分類傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至

2、文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域。可以毫不夸張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。觀察目前感測技術(shù)，發(fā)展已經(jīng)成熟的有光應(yīng)用、聲音、動態(tài)、壓力等感測器，尚在開發(fā)階段的是生物細(xì)胞、腦波等感測器。納米科技的進(jìn)步也使感測器更精準(zhǔn)及細(xì)微，從動作、血液流動、到腦波偵測運(yùn)算，就像許多電影情結(jié)，未來電子、機(jī)器設(shè)備不僅能更超越人類的感測范圍，也能更即時分析作由判斷，與人們的生活密切結(jié)合，觸覺、嗅覺、味覺三種感測方式，是目前科學(xué)家研究發(fā)展的重心。由于傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的重要作用，世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展，新型傳感器技術(shù)不斷

3、發(fā)展，下面就來具體梳理一下。二、觸覺感測器觸控面板是觸覺感測最主要的產(chǎn)品，近期開始走紅的“指紋辨識”技術(shù)，也是觸覺感測的一種應(yīng)用，指紋辨識器一般采用電容式的觸控屏，從前使用在保全系統(tǒng)、犯罪偵防上，彳矍來置入智慧型手機(jī)，應(yīng)用在指紋鎖、個人認(rèn)證及行動支付方案等。如果將觸覺進(jìn)一步衍伸到如皮膚般能感測壓力、溫度、表面紋路，應(yīng)用到機(jī)器人。使得機(jī)器人身上將有層仿真皮膚,協(xié)助特定類型的機(jī)器人可以利用觸覺工作，例如提升抓取物品的準(zhǔn)確性。這種電子皮膚技術(shù)也嘗試能使用在原本沒有觸覺的機(jī)械義肢、或皮膚移植的可能。觸覺感測器不斷以仿生物特性的角度持續(xù)開發(fā)中。三、氣體感測器氣體感測器應(yīng)用上常用於酒精偵測、可燃性氣體偵測

4、、環(huán)境氣體偵測等，在環(huán)境空氣檢測上可用於室內(nèi)空氣品質(zhì)的偵測，搭配溫、濕度、氣壓計形成智慧空調(diào)系統(tǒng)，主動調(diào)整室內(nèi)、車內(nèi)空間的空氣品質(zhì)，并達(dá)到節(jié)能與安全維護(hù)的目的。氣體感測器的制作是利用加熱氧化物彳矍表面吸附氣體，再進(jìn)行催化產(chǎn)生電阻的變化產(chǎn)生感測訊號。偵測不同氣體所用的元件略有不同，因此目前單一感測器通常僅限特定某類型氣體的偵測，例如可燃性性氣體、二氧化碳、污染型氣體、氫氣等，又稱為“電子鼻"或"嗅覺感測器”。四、生物感測器如果是以一般感測技術(shù)（光學(xué)、壓力等）來辨識生物特徵,稱為生物辨識技術(shù)，不同於生物感測器，則是直接以相關(guān)的生物分子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)來感測，兩者皆是測量生物量的方法

5、，前者發(fā)展較快且已能置入行動裝置，后者測量由的數(shù)據(jù)則更為精準(zhǔn)，但離商品化還需努力。生物辨識技術(shù)，指的是如指紋辨識器、人體特徵分析，如臉部、指紋、虹膜辨識等。主要透過光感測器、電流、磁力或電磁波等方式，來測量心跳、心律、血氧濃度、血壓等基本的生理訊號?，F(xiàn)有商品化設(shè)備的感測模式通常是在感測器前端（探針）加入生物分子，與受測物作用后，再透過轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)為電子訊號。Vessyl推由的智慧水杯，不僅可以馬上認(rèn)由裝入的是水還是那種飲料，還能透過手機(jī)App協(xié)助計算卡路里及健康管理，醫(yī)療方面糖連病患者最需要的血糖測試方法，現(xiàn)在也有采取體液的偵測方式，比起以往需采集血液的方式，對糖尿病患者是一大福音；Google

6、X研發(fā)隱形眼鏡，就是以淚液偵測血糖值，生物感測器的微小化、商品化，將會是遠(yuǎn)端醫(yī)療、個人健康管理上在未來的發(fā)展方向。五、腦波感測器我們的大腦是由數(shù)十億個活躍的神經(jīng)元組成，如果把神經(jīng)軸突(Axon)連接在一起，長度大約有十七萬公里，當(dāng)這些神經(jīng)元互動時，可以測量到這些化學(xué)作用所發(fā)射由的電脈沖。腦波的密碼解讀是相當(dāng)困難的，因此目前腦波感測器的進(jìn)展并不大。在未來隨著腦波感測的發(fā)展，也許我們就能用意念來移動物品、打開電視、甚至與寵物溝通。六、光感測器光感測器的原理即是藉由光敏感元件將接收的各種光波轉(zhuǎn)換成電訊號。光感測也是目前應(yīng)用最廣的一種感測方式，主要范圍大多集中於肉眼可見光(380nm780nm)的頻段

7、附近，由於光有反射、折射等特性，感測器可由發(fā)射端射由光線，再經(jīng)反射由接收端探知波長的變化，稱為主動式光感測。若是只有接收端直接測量外在的光能量，則是被動式光感測o七、紅外線光感測器紅外線是肉眼看不到的安全光線，因此在感測應(yīng)用上非常廣，在工業(yè)生產(chǎn)鏈上要測量物體的通過或是保全警報系統(tǒng)，都可以采用紅外線感測器，利用光的折射與反射特性來完成感測訊號，當(dāng)有發(fā)射端、與接收端，紅外線也可以作短距離訊號的傳遞，如搖控器、紅外線傳輸介面等。然而一般紅外線的穿透性并不高，主動式紅外線加上光反射原理還可以用在距離的探測上，打在人體皮膚上可以透過微血管變化計算心跳、心律。在“黑體幅射定律”中，物體溫度高於絕對零度（攝

8、氏-273.15K）就會產(chǎn)生紅外線的輻射光能量；因此對於溫度的感測也常常與紅外線相關(guān)，熱視鏡、熱追縱系統(tǒng)、熱感應(yīng)式監(jiān)視器，就是被動式紅外線感測的應(yīng)用。這類型感測器也常與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，舉例還有防盜系統(tǒng)、火災(zāi)警報器、耳溫槍等。八、紫外線光感測器紫外線的波長短、頻率高使穿透力較強(qiáng)，對人體有一定的傷害，當(dāng)木材、化纖織物、紙張、油、塑料、等可燃?xì)怏w燃燒時，都會產(chǎn)生紫外光反應(yīng)，另外太陽光放射由的紫外線能穿透石英、玻離、水和空氣。綜合以上特性，紫外線感測器多被用在與燃燒或陽光相關(guān)的感測應(yīng)用上，如引擎控制、火焰感測器、太陽紫外線監(jiān)測、紫外線天文學(xué)、光源校正系統(tǒng)等，以被動感測為主。主動放射紫外線的應(yīng)用一

9、般在醫(yī)療上使用，紫外線常被用來殺菌消毒。紫外線對人體有一定的破壞性，當(dāng)環(huán)境污染（臭氧層破壞）造成紫外線數(shù)值越來越高，罹患皮膚癌的機(jī)率也相對增加，UV紫外線感測器將被置入到許多運(yùn)動型的穿戴裝置，來提醒使用者目前的紫外線指數(shù)，是紫外線感測器置入行動裝置目前的主要應(yīng)用。九、影像感測器影像感測器是光感測器中制程最復(fù)雜、也是最先進(jìn)的主流產(chǎn)品，感測的輻射光大多集中在可見光附近，配合人眼可辨識成像的應(yīng)用，最廣為人知的例子是取代傳統(tǒng)底片的數(shù)位相機(jī)，靠的就是影像感測器的發(fā)展。影像感測器一般都需要搭配鏡頭使用，模擬人眼對RGB紅綠藍(lán)三原色的反應(yīng)，為了避免紅外線的干擾還會加上一層紅外線濾光片；在CCD、CMOS兩種

10、半導(dǎo)體晶片制作技術(shù)的進(jìn)步下，影像感測器能解讀的畫質(zhì)像素（Pixel）非常細(xì)微，iPhone有一款A(yù)pp是只要將手指壓在鏡頭前用補(bǔ)光燈照射，就能以接收微血管的變化來測量心跳?，F(xiàn)在的影像感測器能夠捕捉靜態(tài)或動態(tài)中的影像，并分析影像作由各種判斷，例如相機(jī)的自動對焦功能、手機(jī)APP的微笑拍照功能、保全系統(tǒng)的人臉辨識。十、深度感測器將感測畫面由平面推向3D立體，是人機(jī)介面中虛擬實境、手勢操控最主要的感測器，未來應(yīng)用非常具有潛力。3D深度感測方案主要系由CMOS影像感測器、演算法、輔助感測效果的外部元件（如主動式光源（紅外光IR）及主處理器所組合而成。紅外線能捕捉人體的熱幅射，使感測時可以聚焦在主控者身上

11、，不被混亂的背景干擾；也能用來作距離的運(yùn)算，與影像感測器配合來實現(xiàn)3D掃描的功能。在應(yīng)用方面，微軟的Kinect產(chǎn)品絕對是代表作，不僅在體感游戲中實現(xiàn)了人體動態(tài)操控，不需穿戴任何搖控設(shè)備，也能被應(yīng)用開發(fā)在許多人機(jī)互動平臺上。卜一、動態(tài)感測器動態(tài)感測器在測量物體的動態(tài)，與3D深度感測器不同的是，動態(tài)感測器是直接在行動者（人、車）身上作感測，所謂感測物體的“動態(tài)”包含了方向、速度（加速度感測器卜角度（陀螺儀卜方位（磁力感測器）、高度（氣壓感測器）幾種。動態(tài)感測的方式通常會需要測量物理量（重力、速度）的變化，因此采機(jī)械的方式制成，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是一種先進(jìn)的工藝技術(shù)，將傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)微小化到類

12、似晶片的大小，也是今天能將動態(tài)感測器放入手機(jī)、手表等許多穿戴裝置的重要科技。十二、加速度感測器又稱重力感測器（G-Sensor）、加速計，用來偵測物體本身的移動及速度；如果要加上方向，一個加速度感測器可以感測一個軸向，兩個可以感測平面移動（X,Y）,三個可以立體全方位感測（X,Y,Z）稱為三軸加速度感測器。加速度感測器目前的許多應(yīng)用，在體感操控上，如游戲機(jī)wii的操控方式只要揮動手上的搖控器。汽車方面安全氣囊的致動元件、隧道內(nèi)的補(bǔ)助導(dǎo)航（因隧道內(nèi)收不到訊號，用加速度感測器計算行駛距離），穿戴裝置在運(yùn)動方面測量行走步數(shù)、距離，計算消耗的卡路里等，未來也能在室內(nèi)導(dǎo)航上，另外還有相機(jī)的防手震功能，也

13、能利用感測器感應(yīng)震動呈度，進(jìn)行影像補(bǔ)償。十三、壓力感測器壓力感測器可以測得水中、或大氣中形成的外部壓力（又稱氣壓感測器），應(yīng)用上如汽車引擎內(nèi)的監(jiān)控管理、胎壓偵測、以及醫(yī)療輔助器材、航太相關(guān)等，近年來置入行動裝置中作為環(huán)境氣壓偵測，判斷即時的天氣變化（又稱晴雨計）外，也能依海拔高度的氣壓變化作為垂直高度的定位系統(tǒng)。氣壓感測器分類上也屬於環(huán)境感測器的一員，環(huán)境的偵測可以協(xié)助我們改善居住品質(zhì)，主要有氣壓、溫度計、濕度計、紫外線感測器、氣體感測器、環(huán)境光感測器幾種。十四、陀螺儀結(jié)構(gòu)類似陀螺般，用來測量裝置本身斜度、角度的變化量，早期多用在軍事、航太導(dǎo)航系統(tǒng)的角度修正，工業(yè)生產(chǎn)上機(jī)械手臂的動態(tài)平衡方案等

14、。與加速感測器不同的是，陀螺儀量測數(shù)據(jù)較偏向斜度、轉(zhuǎn)動等動態(tài)資訊，反而與重力、線性動作的感測較無關(guān)，陀螺儀多在偵測物體水平改變狀態(tài)時較能達(dá)到效用，無法如加速度計對於物體移動或移動動能具較高的感測能力。相反的，加速度計可在偵測物體移動狀態(tài)具較高實用效益，但卻無法感測物體的小幅角度改變。目前應(yīng)用上大多將加速度計與陀螺儀整合，讓動態(tài)感測系統(tǒng)同時具備直向速度與轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)的感測資訊，使偵測方式更全面且完整。將兩者共同封裝於單晶片上，又稱為慣性感測器(InertialSensing),使用在智慧型手機(jī)及平板的螢?zāi)恍D(zhuǎn)操控。十五、磁力感測器(M-Sensor)運(yùn)用磁鐵吸引力的感測器，在行動裝置應(yīng)用上可分為感應(yīng)

15、開關(guān)、與電子羅盤兩種。感應(yīng)開關(guān)如手機(jī)、平板上的螢?zāi)绘i，透過感應(yīng)保護(hù)套上的磁鐵來進(jìn)行開關(guān)動作，若用於工業(yè)生產(chǎn)鏈上也能作為磁力感應(yīng)的近接開關(guān)、轉(zhuǎn)速測量等，電子羅盤又稱地磁感應(yīng)器，運(yùn)用電流通過半導(dǎo)體來感測大自然的磁場（霍爾效應(yīng)），可作方向的指引、協(xié)助GPS導(dǎo)航作進(jìn)一步方位的確認(rèn)。目前大多也將地磁感測器共同整合到"慣性感測器”中，使方向、速度、各種動態(tài)等都能完整被感測記錄使用，且能提供高精細(xì)度的動態(tài)數(shù)據(jù)，未來在體感控制、動態(tài)分析上都能有更棒的體驗。由其發(fā)展“室內(nèi)導(dǎo)航”就是許多大廠共同努力的目標(biāo)；除了慣性感測外，也可能再加入壓力感測器（氣壓感測器），用細(xì)微的氣壓變化來測量目前所高度及所在的樓層。十六、聲音感測器聲波也有不同的頻率、振幅，需透過介質(zhì)傳播，簡單區(qū)分為人耳可聽見的聲音，及無法聽見的超音波；聲波會引起頻率共震、及折射等特性，傳遞的方式即是與大氣中物體（空氣、水）共振造成，由此原理作成相關(guān)的聲音感測器，另外聲波在遇到物體阻檔時也會產(chǎn)生折射的現(xiàn)像，所以也能作為距離的探測。十七、收音麥克風(fēng)最簡單也最實用的聲音感測器，其實就是我們常用的麥克風(fēng)；麥克風(fēng)能夠精準(zhǔn)的收取周遭環(huán)境的音波，科技應(yīng)用上追求的反而是如何將聲音轉(zhuǎn)換成可用的資訊或指令，如語音辨識功能、語音輸入就是目前主要應(yīng)用。但不像人類可以主觀判斷聚焦想聽見