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傳感器的前世今生-模仿人體五官
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2014/12/5

  數(shù)年前,當(dāng)喬布斯拿著蘋果手機(jī)“晃一晃”就可以讓它有所反應(yīng)的時候,手機(jī)的智能化時代真正開始了。幾年后,手機(jī)從一種通訊工具變成了一個人們離不開的伙伴。

   讓手機(jī)具備這樣“魔力”的,是觸摸屏、陀螺儀、加速度計(jì)等各式各樣的傳感器
——觸摸屏是一種電容觸摸傳感器。用于感受手機(jī)位置和運(yùn)動的,是陀螺儀和加速感應(yīng)器。當(dāng)你接電話把耳朵貼到屏幕上時,讓屏幕變暗并關(guān)閉觸摸屏的是紅外線接近傳感器。根據(jù)環(huán)境光線強(qiáng)弱自動調(diào)節(jié)屏幕亮度的,是環(huán)境光傳感器。當(dāng)然,還有用于導(dǎo)航的“指南針”——磁阻傳感器,以及用光電傳感器制作的攝像頭。

  在9月9日的發(fā)布會上,最大的亮點(diǎn)還是蘋果在傳感器運(yùn)用上的突破。iPhone 6手機(jī)增加了集合多種傳感器的動作協(xié)感應(yīng)器,可以用來測量海拔高度的氣壓傳感器,可以實(shí)現(xiàn)指紋支付的近場通訊模塊和指紋傳感器。iWatch背后的四個環(huán)狀傳感器,原理是通過LED光照射到皮膚上形成反射,以此判斷血管的運(yùn)動、檢測佩戴者的脈搏。

  不僅僅是手機(jī),在汽車、家用電器、可穿戴設(shè)備上,以及工業(yè)自動化領(lǐng)域,越來越多的傳感器成為機(jī)器的“耳目”。

  普通公眾了解甚少的是,即將給人們生活方式帶來更大變化的物聯(lián)網(wǎng),其最核心的基礎(chǔ)技術(shù)也是傳感器。有科學(xué)家預(yù)言,傳感器將像“人體的五官”一樣,在未來充滿各個領(lǐng)域和空間。

  當(dāng)下,隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的開啟,各式各樣的傳感器正成為無處不在的神經(jīng)元,全球?qū)τ趥鞲衅鞯男枨笠查_始呈現(xiàn)爆發(fā)性的增長。但是,在這一次盛宴開啟的前夜,業(yè)界又遺憾地發(fā)現(xiàn),中國似乎又落伍了。

  在傳感器巨頭享受它們“厚積薄發(fā)”帶來的收益時,中國企業(yè)如何從中分一杯羹?

  模仿人體五官

  “傳感器就好像是人的五官。”中科院微系統(tǒng)所傳感技術(shù)聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李昕欣對財新記者說,人類在計(jì)算機(jī)的時代,解決了大腦的模擬問題,相當(dāng)于用0和1實(shí)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(jì)算機(jī)時代,開始模擬五官。

  傳感器(transducer、sensor)往往又被稱為換能器,功用是把其他信息轉(zhuǎn)換為電信號。它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,能將檢測感受到的信息,按一定規(guī)律變換成為電信號輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。可以說,是傳感器讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官,讓物體慢慢變得活了起來。

  傳感器的發(fā)展,最早是來自工業(yè)自動化的推動。

  出于提高效率的目的,工業(yè)生產(chǎn)開始由中央控制室控制各個生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)上的參量,包括流量、物位、溫度和壓力四大參數(shù),催生了傳感器的發(fā)展。這個趨勢從上世紀(jì)70年代開始,到現(xiàn)在也是傳感器應(yīng)用最多的一種形式。

  清華大學(xué)精密儀器系教授董永貴告訴財新記者,在傳感器這一概念“出現(xiàn)”之前,早期的測量儀器中其實(shí)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(shí)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(dú)立出來,單獨(dú)作為一個功能器件進(jìn)行研究、生產(chǎn)、銷售。

  根據(jù)傳感器工作原理,可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類。物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng),將被測信號量的微小變化轉(zhuǎn)換成電信號,諸如壓電效應(yīng),磁致伸縮現(xiàn)象,離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。

  化學(xué)傳感器則是以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器。近年來,出現(xiàn)了利用各種生物特性做成的生物型傳感器,用以檢測與識別生物體內(nèi)化學(xué)成分。

  在董永貴看來,嚴(yán)格來說傳感器不算是一個單純的學(xué)科方向,因?yàn)楦鱾學(xué)科都有研究傳感器的。依據(jù)新發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象、化學(xué)效應(yīng)制造的新的傳感器,實(shí)際上是對別的專業(yè)基礎(chǔ)研究成果的二次開發(fā)。

  他說,伴隨電子電路技術(shù)的飛速發(fā)展,越來越多的測量問題集中到了傳感器這一環(huán)節(jié)上。最終,傳感器的性能決定了整套測量儀器的性能。“這是傳感器發(fā)展最重要的推動力。”

  “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(shí)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(rèn)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(jī)理比較復(fù)雜,遠(yuǎn)未達(dá)到技術(shù)成熟的階段。”他說。

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