传感器:物联网的神经元

责任编辑:程琳琳 2021.12.30 14:20 来源:通信世界全媒体

物联⽹需要对物体具有全⾯感知的能⼒,对信息具有互连互通的能⼒,并对系统具有智慧运⾏的能⼒,从⽽形成⼀个连接⼈与物体的信息⽹络。传感器技术、通信技术和计算机技术并称为信息技术的三⼤⽀柱,它们构成了信息系统的“感官”“神经”和“⼤脑”。

楼梯间的红外线感应灯、手机上的指纹识别等在我们的生活中越来越常⻅,这些智能产品都采⽤了⼀种叫作传感器的硬件。

以智能⼿机为例。⼿机发展到今天,⼈们都感受到了智能⼿机带来的便利,但很少有⼈去思考智能⼿机为什么智能。因为⼿机中安装有各种各样的传感器,⽽这些传感器可以感知到⽤户使⽤⼿机的动作,并帮助⽤户更轻松地使⽤⼿机。这⾥所说的⼿机传感器,并不是指⼿机中单⼀的电器元件,⽽是指⼿机中多种传感器集合在⼀起的传感器群。

⼿机中究竟有哪些类型的传感器呢?它们的功能⼜是什么呢?具体来说,智能⼿机的传感器种类繁多,包括重⼒/加速度传感器、⽅向传感器、陀螺仪、GPS、距离传感器、光线传感器、图像传感器、指纹识别传感器、⽓压传感器、湿度传感器、温度传感器、声⾳传感器、磁场传感器、紫外线传感器、⼼率传感器、⾎氧传感器等,如图1所示。

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图1 形形色色的手机传感器

说了那么多,⼤家不难发现,智能⼿机之所以智能,背后的功⾂就是⼿机中的这些传感器。传感器来⾃于“感觉”⼀词。人用眼睛看,可以感觉到物体的形状、⼤⼩和颜⾊;用耳朵听,可以感觉到声⾳的尖细和强弱;用鼻子嗅,可以感觉到⽓味的芳⾹;用舌头尝,可以感觉到酸、甜、苦、辣;用身体触,可以感觉到物体的软硬和冷热。眼睛、耳朵、鼻子、舌头和身体是⼈类赖以生存⽽感受外界刺激所必须具备的感官。

⼈的五官能够接受外界光线、温度、声音等刺激,并将它们转化为相应的⽣物物理、⽣物化学的信号,通过神经系统传输到⼤脑。传感器可以工作于人类无法忍受的高温、高压、辐射等恶劣环境,还可以检测出人类无法感知的微弱磁离子、射线等信息。如果把计算机⽐作⼈类的⼤脑,执⾏器⽐作⼈类的⼿臂,则传感器是⼈类五官的延伸,俗称为“电五官”,如图2所示。传感器与⼈类五⼤感觉器官的⽐较如表1所示。

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图2 人与机器的关系

表1 传感器与人类五大感觉器官的比较

传感器

人类感觉器官

压敏   /温敏 /流体传感器

触觉

敏传感器

嗅觉

光敏传感器

视觉

声敏传感器

听觉

化学传感器

味觉

GB/T 7665-2005《传感器通用术语》规定:“传感器指的是能感受被测量并按照⼀定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。”

传感器是把⾮电学物理量(如位移、速度、压⼒、温度、湿度、流量、声强、光照度等)转换成易于测量、传输、处理的电学量(如电压、电流、电容等)的⼀种元件。传感器的构成如图3所示,由敏感元件、转换元件和测量电路3部分组成,有时还需要加上辅助电源。传感器在生活中的应用越来越多,也为我们的生活提供了很多便利。

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图3 传感器的构成


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