傳感器，英文稱 Sensor 或是 Transducer，在新韋式大詞典中定義為：“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個(gè)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(lái)稱謂“傳感器－Sensor”。

傳感器就是一種檢測(cè)裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，可以測(cè)量信息，也可以讓用戶感知到信息。通過(guò)變換方式，讓傳感器中的數(shù)據(jù)或價(jià)值信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他所需形式的輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、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(tái)恒溫器正式上市，一個(gè)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(dāng)時(shí)看來(lái)，是非常厲害的一項(xiàng)技術(shù)。

20 世紀(jì) 40 年代末，第一款紅外傳感器問(wèn)世。隨后，許許多多的傳感器不斷被催生出來(lái)，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(shuō)，現(xiàn)在是傳感器和傳感技術(shù)最為火熱的一個(gè)時(shí)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(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)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(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。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(cè)。而后眾多 MEMS 傳感器被廣泛研發(fā)，用在手機(jī)、電燈、水溫檢測(cè)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(lái)感受和轉(zhuǎn)化信號(hào)。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(shí)電阻的變化來(lái)轉(zhuǎn)化電信號(hào)的。

第二階段：1969年后的20年左右

70年代開始發(fā)展起來(lái)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(jì)算機(jī)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(diǎn)。

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

第三階段：一般指20世紀(jì)末至今

所謂智能傳感器是指其對(duì)外界信息具有一定檢測(cè)、自診斷、數(shù)據(jù)處理以及自適應(yīng)能力，是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測(cè)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(shí)的智能化測(cè)量主要以微處理器為核心，把傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)電路、微計(jì)算機(jī)、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(cè)量技術(shù)有了進(jìn)一步的提高，在傳感器一級(jí)水平實(shí)現(xiàn)智能化，使其具有自診斷功能、記憶功能、多參量測(cè)量功能以及聯(lián)網(wǎng)通信功能等。

03、傳感器的類型

目前國(guó)際上缺乏制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)則與規(guī)范，尚未制定出權(quán)威性的傳感器標(biāo)準(zhǔn)類型。只能劃分為簡(jiǎn)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(guò)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(yán)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(cè)信息來(lái)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(wú)源傳感器。

（4）按其輸出信號(hào)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(jī)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(jī)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(wàn)余種，我國(guó)已經(jīng)擁有約1.4萬(wàn)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(jué)器官相比擬：

光敏傳感器——視覺(jué)

聲敏傳感器——聽覺(jué)

氣敏傳感器——嗅覺(jué)

化學(xué)傳感器——味覺(jué)

壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺(jué)

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(shí)別功能。

人類在計(jì)算機(jī)的時(shí)代，解決了大腦的模擬問(wèn)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(wèn)題；現(xiàn)在是后計(jì)算機(jī)時(shí)代，開始模擬五官。

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

視覺(jué)、聽覺(jué)可認(rèn)為是物理量，相對(duì)好一些，觸覺(jué)就比較差一些，至于嗅覺(jué)及味覺(jué)，由于涉及到生物化學(xué)量的測(cè)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。

傳感器的市場(chǎng)，其實(shí)是由應(yīng)用推動(dòng)的。比如，化學(xué)工業(yè)中，壓力、流量傳感器市場(chǎng)相當(dāng)大;汽車工業(yè)中，轉(zhuǎn)速、加速度等傳感器市場(chǎng)非常大?；谖㈦娮訖C(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的加速度傳感器現(xiàn)在技術(shù)較為成熟，對(duì)汽車工業(yè)的需求拉動(dòng)功不可沒(méi)。

在傳感器這一概念“出現(xiàn)”之前，早期的測(cè)量?jī)x器中其實(shí)就有傳感器，只不過(guò)是以整套儀器中一個(gè)部件的形式出現(xiàn)。所以，中國(guó)在1980年以前，介紹傳感器的教科書叫做“非電量的電測(cè)量”。

傳感器概念的出現(xiàn)其實(shí)是測(cè)量?jī)x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(lái)，單獨(dú)作為一個(gè)功能器件進(jìn)行研究、生產(chǎn)、銷售。

05、傳感器常用專業(yè)術(shù)語(yǔ)

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

1、量程 :測(cè)量范圍上限值和下限值的代數(shù)差。

2、精確度 :被測(cè)量的測(cè)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?jìng)鞲衅髦心苤苯樱ɑ蝽憫?yīng)）被測(cè)量的部分。

轉(zhuǎn)換元件指?jìng)鞲衅髦心茌^敏感元件感受（或響應(yīng)）的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成是與傳輸和（或）測(cè)量的電信號(hào)部分。

當(dāng)輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，則稱為變送器。

4、測(cè)量范圍 :在允許誤差限內(nèi)被測(cè)量值的范圍。

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

相同測(cè)量方、相同觀測(cè)者、相同測(cè)量?jī)x器、相同地點(diǎn)、相同使用條件、在短時(shí)期內(nèi)的重復(fù)。

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

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

8、零位 :使輸出的絕對(duì)值為最小的狀態(tài)，例如平衡狀態(tài)。

9、線性度 :校準(zhǔn)曲線與某一規(guī)定只限一致的程度。

10、非線性度 :校準(zhǔn)曲線與某一規(guī)定直線偏離的程度。

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

12、固有頻率 :在無(wú)阻力時(shí)，傳感器的自由（不加外力）振蕩頻率。

13、響應(yīng) :輸出時(shí)被測(cè)量變化的特性。

14、補(bǔ)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(bǔ)償?shù)臏囟确秶?/p>

15、蠕變：當(dāng)被測(cè)量機(jī)器多有環(huán)境條件保持恒定時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)輸出量的變化。

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

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

19、輸入阻抗 :在輸出端短路時(shí)，傳感器輸入的端測(cè)得的阻抗。

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

21、輸出阻抗 :在輸入端短路時(shí)，傳感器輸出端測(cè)得的阻抗。

22、零點(diǎn)輸出 :在市內(nèi)條件下，所加被測(cè)量為零時(shí)傳感器的輸出。

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

24、遲后 :輸出信號(hào)變化相對(duì)于輸入信號(hào)變化的時(shí)間延遲。

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

26、零點(diǎn)漂移 :在規(guī)定的時(shí)間間隔及室內(nèi)條件下零點(diǎn)輸出時(shí)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(zhǔn)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(diǎn)漂移 :由于周圍溫度變化而引起的零點(diǎn)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(cè)裝置，應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、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(cè)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(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。

①工業(yè)控制：工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人技術(shù)、檢測(cè)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(jī)械、專用設(shè)備以及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備等等的各種測(cè)量工藝變量(如溫度、液位、壓力、流量等)、測(cè)量電子特性(電流、電壓等)和物理量(運(yùn)動(dòng)、速度、負(fù)載以及強(qiáng)度)的以及傳統(tǒng)的接近/定位傳感器發(fā)展迅速。

同時(shí)，智能傳感器通過(guò)將人機(jī)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(yùn)行方式。在工業(yè)4.0的愿景中，通過(guò)端到端傳感器解決方案和服務(wù)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)興。它促進(jìn)了更明智的決策，提高了運(yùn)營(yíng)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(jī)效。

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

傳感器在電子產(chǎn)品中應(yīng)用多見(jiàn)于智能穿戴、3C 電子，手機(jī)在應(yīng)用領(lǐng)域占比最大。手機(jī)產(chǎn)量的大幅增長(zhǎng)及手機(jī)新功能的不斷增加給傳感器市場(chǎng)帶來(lái)機(jī)遇與挑戰(zhàn)，彩屏手機(jī)和攝像手機(jī)市場(chǎng)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(tuán)電話和無(wú)繩電話的超聲波傳感器、用于磁存儲(chǔ)介質(zhì)的磁場(chǎng)傳感器等都將出現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)增長(zhǎng)。

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(shí)上，為了幫助人們衡量活動(dòng)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(gè)傳感器。根據(jù)價(jià)格的不同，有些商品的數(shù)量可能會(huì)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(yáng)聲器等）以及功能強(qiáng)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(kuò)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(duì)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(shí)，由于起飛速度非常高（超過(guò)4馬赫或3000 mph），空氣會(huì)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(lái)監(jiān)控這些作用力，以確保它們保持在箭身的設(shè)計(jì)限制范圍內(nèi)。起飛時(shí)，壓力傳感器會(huì)暴露于從火箭表面流過(guò)的空氣中，從而測(cè)出數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)還用于指導(dǎo)未來(lái)的箭身設(shè)計(jì)，以使其更可靠、緊固和安全。此外，如果出現(xiàn)什么錯(cuò)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(jī)裝配中，傳感器可確保非接觸式鉚釘孔測(cè)量，還有可用于測(cè)量飛機(jī)任務(wù)的起落架，機(jī)翼組件，機(jī)身和發(fā)動(dòng)機(jī)的位移和位置傳感器，可以提供可靠精準(zhǔn)的確定測(cè)量值。

④家居生活：智能家居、家用電器等

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及，促進(jìn)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(jī)向多種家電設(shè)備擴(kuò)展，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)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(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。

在家電中嵌入傳感器結(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程遙控，也可以通過(guò)圖像傳感設(shè)備隨時(shí)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(cè)兒童的早期教育環(huán)境，以及跟蹤兒童的活動(dòng)軌跡。

⑤交通管理：交通運(yùn)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(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面狀況、積水狀況以及公路的噪音、粉塵、氣體等參數(shù)，達(dá)到道路保護(hù)、環(huán)境保護(hù)和行人健康保護(hù)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(lái)的新型交通系統(tǒng)，它將信息、通信、控制和計(jì)算機(jī)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(jī)地結(jié)合在一起。在現(xiàn)有的交通設(shè)施中增加一種無(wú)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(wèn)題，同時(shí)還可以提高交通工作效率。

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

在環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)方面，無(wú)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(wú)線土壤生態(tài)學(xué)、大面積的地表監(jiān)測(cè)等，可用于行星探測(cè)、氣象和地理研究、洪水監(jiān)測(cè)等?；跓o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)數(shù)種傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)降雨量、河水水位和土壤水分，并依此預(yù)測(cè)山洪爆發(fā)描述生態(tài)多樣性，從而進(jìn)行動(dòng)物棲息地生態(tài)監(jiān)測(cè)。還可以通過(guò)跟蹤鳥類、小型動(dòng)物和昆蟲進(jìn)行種群復(fù)雜度的研究等。

隨著人類對(duì)環(huán)境質(zhì)量的重視和關(guān)注, 在實(shí)際的環(huán)境檢測(cè)過(guò)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(cè)物持續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(jìn)行大氣監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，氮化物，硫化物等都是嚴(yán)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(cè)出SO2的含量，但是方法復(fù)雜而且不夠準(zhǔn)確。最近研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)特定傳感器能夠?qū)喠蛩猁}進(jìn)行氧化，在進(jìn)行氧化的過(guò)程中會(huì)消耗一部分的氧氣，這就會(huì)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(duì)氮化物，可用氮氧化物傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)。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(xì)菌，通過(guò)計(jì)算溶解氧濃度的變化來(lái)計(jì)算出氮氧化物的含量。因?yàn)樯傻募?xì)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(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中具有唯一性不會(huì)因?yàn)槠渌镔|(zhì)的干擾而受到影響。國(guó)外一些研究學(xué)者利用膜的原理進(jìn)行了更加深入的研究，從而間接的測(cè)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(hù)理等

國(guó)內(nèi)外眾多醫(yī)療研究機(jī)構(gòu)，包括國(guó)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(jìn)展。

如美國(guó)佐治亞理工學(xué)院正在開發(fā)具備壓力傳感器和無(wú)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(cè)出壓力的變化，發(fā)揮完作用之后就會(huì)溶解于體液中。

近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護(hù)理方面已有很多應(yīng)用，例如，監(jiān)測(cè)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(dòng)，以及醫(yī)院的藥物管理等。

⑧消防安全：大型車間、倉(cāng)庫(kù)管理，機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭、大型工業(yè)園區(qū)的安全監(jiān)測(cè)等

由于建筑物不斷進(jìn)行修補(bǔ)，可能會(huì)存在一些安全隱患。雖然地殼偶爾的小震動(dòng)可能不會(huì)帶來(lái)看得見(jiàn)的損壞，但是也許會(huì)在支柱上產(chǎn)生潛在的裂縫，這個(gè)裂縫可能會(huì)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(dòng)按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行一系列自我修復(fù)工作?！?/p>

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，安全生產(chǎn)的概念已經(jīng)深入人心，人們對(duì)安全生產(chǎn)的要求也越來(lái)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(cái)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用的另一個(gè)重要領(lǐng)域。

如“西北優(yōu)勢(shì)農(nóng)作物生產(chǎn)精準(zhǔn)管理系統(tǒng)”實(shí)施以來(lái)，主要針對(duì)西部地區(qū)優(yōu)勢(shì)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(diǎn)開展專項(xiàng)技術(shù)研究、系統(tǒng)集成與典型應(yīng)用示范，成功將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成功應(yīng)用于精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。這個(gè)實(shí)時(shí)采集作物生長(zhǎng)環(huán)境的傳感網(wǎng)先進(jìn)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(jī)械監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)等

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前信息領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn)之一，可用于特殊環(huán)境實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、處理和發(fā)送；無(wú)線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)以PIC單片機(jī)為核心，利用集成濕度傳感器和數(shù)字溫度傳感器設(shè)計(jì)出溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件電路，并通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊與控制中心通信，使之系統(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)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(cè)。

07、國(guó)內(nèi)傳感器市場(chǎng)規(guī)模

我國(guó)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(shí)，傳感器越來(lái)越多地被應(yīng)用到社會(huì)發(fā)展及人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。如工業(yè)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、航天技術(shù)、軍事工程、機(jī)器人技術(shù)、資源開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全保衛(wèi)、醫(yī)療診斷、交通運(yùn)輸、家用電器等。

三大傳感器生產(chǎn)基地建立

目前，國(guó)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(jì);陜西省敏感技術(shù)產(chǎn)業(yè)集團(tuán)公司，主要是建立電壓敏、熱敏、汽車電子規(guī)模經(jīng)濟(jì)為主要目標(biāo);黑龍江基地主要建立氣、濕敏規(guī)模經(jīng)濟(jì)為主要目標(biāo)。

傳感器產(chǎn)業(yè)地域格局

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

長(zhǎng)三角區(qū)域：以上海、無(wú)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(yáng)、長(zhǎng)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(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。北京已建立微米/納米國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shì)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(jì)技巧

1、先從總線工具開始

第一步，工程師應(yīng)當(dāng)采取首次介接到傳感器時(shí)，是透過(guò)一個(gè)總線工具的方式以限制未知。一個(gè)總線工具連接一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC），然后到傳感器的I2C、SPI或其他可讓傳感器可以“說(shuō)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(gè)已知與工作來(lái)源用以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，且不是未知、未經(jīng)認(rèn)證的嵌入式微控制器（MCU）驅(qū)動(dòng)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(yùn)作的理解，在試圖于嵌入式等級(jí)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(yǔ)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(gè)方法已在應(yīng)用程序中測(cè)試傳感器，這個(gè)方式并未如同在嵌入式環(huán)境測(cè)試的復(fù)雜。擁有高層級(jí)的代碼，將使非嵌入式工程師易于挖掘傳感器的腳本及測(cè)試，而不需要一個(gè)嵌入式軟件工程師的照看。

3、以Micro Python測(cè)試傳感器

在Python寫下第一段應(yīng)用程序代碼的其中一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，透過(guò)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(jìn)行更換。Micro Python運(yùn)作在實(shí)時(shí)嵌入式軟件內(nèi)，其中有許多傳感器可供工程師來(lái)了解其價(jià)值，Micro Python運(yùn)作在一個(gè)Cortex-M4處理器，且其是一個(gè)很好的環(huán)境，以從中為應(yīng)用程序代碼除錯(cuò)。不僅是簡(jiǎn)單的，這里也不需要去寫I2C或SPI驅(qū)動(dòng)程序，因?yàn)樗鼈円驯缓w在Micro Python的函式庫(kù)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(zhǎng)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(jì)的專家，因此不要期待可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)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(yùn)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(duì)其傳感器如何運(yùn)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(shí)間。

5、使用一個(gè)傳感器融合函式庫(kù)

機(jī)會(huì)是，傳感器的傳輸接口并不是太新，且先前沒(méi)有人這么做過(guò)。已知的所有函式庫(kù)，如由許多芯片制造商提供的“傳感器融合函式庫(kù)”，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(dòng)程序順利被開發(fā)，若處理得當(dāng)，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(kù)，并學(xué)習(xí)它們的優(yōu)點(diǎn)和短處。

09、傳感器主要技術(shù)指標(biāo)解讀

1、分辨力與分辨率：

定義：分辨力（Resolution）是指?jìng)鞲衅髂軌驒z測(cè)出的被測(cè)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(biāo)，它表征了傳感器對(duì)被測(cè)量的分辨能力。傳感器的其他技術(shù)指標(biāo)都是以分辨力作為最小單位來(lái)描述的。

對(duì)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(cè)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(gè)具有單位的絕對(duì)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(duì)被測(cè)量的分辨能力。

二者主要區(qū)別在于：分辨率是以百分?jǐn)?shù)的形式表示傳感器的分辨能力，它是相對(duì)數(shù)，沒(méi)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(duì)同一被測(cè)量、沿著同一方向進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，測(cè)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(cè)量結(jié)果之間的差異程度。如果測(cè)量條件發(fā)生變化，測(cè)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(cè)量結(jié)果的分散性和隨機(jī)性。而產(chǎn)生這種分散性和隨機(jī)性的原因，是因?yàn)閭鞲衅鲀?nèi)部和外部不可避免地存在各種各樣的隨機(jī)干擾，導(dǎo)致傳感器的最終測(cè)量結(jié)果表現(xiàn)為隨機(jī)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(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差。

解讀4：對(duì)于多次重復(fù)測(cè)量情形而言，如果以全部測(cè)量結(jié)果的平均值作為最終測(cè)量結(jié)果，則可以得到更高的測(cè)量精度。因?yàn)槠骄档臉?biāo)準(zhǔn)差顯著小于每個(gè)測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差。

3、線性度：

定義：線性度（Linearity）是指?jìng)鞲衅鬏斎胼敵銮€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(shí)際上的傳感器或多或少都存在各種各樣的誤差，導(dǎo)致實(shí)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(shí)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(cè)量情況下傳感器實(shí)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(gè)相對(duì)量。

解讀3：由于對(duì)于一般測(cè)量場(chǎng)合而言，傳感器的理想直線是未知的，無(wú)從獲取。為此，常常采用折中的辦法，即直接利用傳感器的測(cè)量結(jié)果計(jì)算出與理想直線較為接近的擬合直線。具體計(jì)算方法包括端點(diǎn)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?jìng)鞲衅髟谝欢螘r(shí)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(shí)間范圍內(nèi)是否穩(wěn)定工作的主要指標(biāo)。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(bǔ)償、增加時(shí)效處理等措施，對(duì)提高穩(wěn)定性是有幫助的。

解讀2：根據(jù)時(shí)間段的長(zhǎng)短不同，穩(wěn)定性可以分為短期穩(wěn)定性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。當(dāng)考察時(shí)間過(guò)短時(shí)，穩(wěn)定性與重復(fù)性相接近。因此，穩(wěn)定性指標(biāo)主要考察長(zhǎng)期穩(wěn)定性。具體時(shí)間的長(zhǎng)短，依據(jù)使用環(huán)境和要求來(lái)確定。

解讀3：穩(wěn)定性指標(biāo)的定量表示方法，既可以采用絕對(duì)誤差，也可以使用相對(duì)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?jìng)鞲衅髟趩挝粫r(shí)間內(nèi)可以采樣的測(cè)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(dòng)態(tài)特性指標(biāo)中最重要的一個(gè)。對(duì)于被測(cè)量快速變化的場(chǎng)合，采樣頻率是必須要充分考慮的技術(shù)指標(biāo)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(cè)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(biāo)也相應(yīng)有所變化。一般而言，采樣頻率越高，測(cè)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(cè)量結(jié)果。因此，在傳感器選型時(shí)必須兼顧精度與速度兩個(gè)指標(biāo)。