蔣雙燕

（蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇蘇州，221500）

1 傳感器的基本定義及工作原理

傳感器即是能夠把化學(xué)量或物理量轉(zhuǎn)化成更加便于利用和觀察電信號(hào)的電學(xué)器件的總稱。傳感器結(jié)構(gòu)的基本原理是在某段特殊彈性軸上貼上一種專門由側(cè)扭應(yīng)片構(gòu)成的變橋，這就組成了最基本簡易的扭矩傳感器，彈性軸上需要固定初級(jí)線圈組成的環(huán)形信號(hào)變壓器，同時(shí)在軸上再印刷一個(gè)電路板，其中由多種電路，放大電路和穩(wěn)壓電路等；能源的環(huán)變形設(shè)備次級(jí)線圈。電子傳感設(shè)備的外部：信號(hào)的環(huán)變壓設(shè)備線圈，環(huán)能源環(huán)的變壓設(shè)備初級(jí)線圈，信號(hào)處理線路。電子傳感器設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電子傳感器設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2 傳感器基本構(gòu)成及其類型

2.1 傳感器的基本構(gòu)成

實(shí)際應(yīng)用中，傳感器主要由軟件元件、敏感元件、輔助電源以及變換線路等部分組成。各組成部分有著不同的作用，卻又息息相關(guān)，通過協(xié)調(diào)合作傳感流程。敏感元件用于接受各種外界信息，然后將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)向轉(zhuǎn)換元件傳輸，經(jīng)轉(zhuǎn)換元件放大、整理，輔助電源則提供變化電路和轉(zhuǎn)換元件所需的電能，進(jìn)而傳感器的一個(gè)工作流程完成。傳感器的主要作用是外界信息的獲取、轉(zhuǎn)換與輸出。獲得的信息經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后再由控制器處理，經(jīng)執(zhí)行器輸出。其工作流程如圖2所示。

圖2 流程圖

2.2 常見電子傳感儀器類型

2.2.1 光電傳感儀器

光電管或者光敏電阻是組成光電傳感儀器的部件。在自動(dòng)化的設(shè)備中光電管的應(yīng)用比較廣泛。比如自動(dòng)化控制的路燈就是其中的一種。例如街燈光電管的控制應(yīng)用，模擬電路中，光電管A,電磁繼電設(shè)備B，照明電源C，路燈D。關(guān)閉開關(guān)，白天在日光照射下，逸出電子，電子逸出后通過加速至陽極，接通電路，銜鐵被強(qiáng)電流吸下，電路斷開，燈泡熄滅。夜間，沒有電子逸出現(xiàn)象，斷開電路，在彈簧拉力作用下銜鐵上拉，接通電路，從而實(shí)現(xiàn)白天路燈熄滅，晚上路燈亮的目的。

2.2.2 力電傳感儀器

力電傳感設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)主要是將加速度、速度、位移等力學(xué)信號(hào)通過敏感元件、變組設(shè)備轉(zhuǎn)換成電學(xué)信號(hào)。其中，包括角速度計(jì)、加速度計(jì)、位移傳感儀器、聲電傳感儀器、電磁脈沖式傳感儀器等。例如，M物體沿著軌道做平行移動(dòng)，在其帶動(dòng)下電阻器滑竿發(fā)生位移，位移大小由電壓表以數(shù)據(jù)的形式反映出來。其工作原理如圖3所示。

圖3 工作原理圖

2.2.3 電容傳感儀器

電容傳感儀器工作原理為電容與電極板距離成反比關(guān)系，與正對面積和介電常數(shù)為正比例關(guān)系，主要用于測量小麥、砂石等大容器填料。例如，電容傳感設(shè)備應(yīng)用到液面高度測量。將絕緣物質(zhì)涂抹在金屬芯外部，然后放置在導(dǎo)電液體內(nèi)，從而構(gòu)成電容器。

2.2.4 電熱傳感儀器

熱敏電阻是電熱傳感儀器的重要部件，其工作原理是隨著溫度的改變熱敏電阻阻值發(fā)生變化。日常家用電器溫控系統(tǒng)勻應(yīng)用到電熱傳感儀器，比如空調(diào)、熱水器、電飯煲等溫控系統(tǒng)。例如，電飯煲溫控系統(tǒng)。保溫指示燈為黃燈，加熱指示燈為紅燈，R1、R2為限流電阻。限溫開關(guān)S1，通過手動(dòng)方式將其閉合，自動(dòng)斷開溫度為100°。溫控開關(guān)S2，在溫度不超過60°時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉；溫度超過70°時(shí)斷開。

圖4 工作原理圖

3 傳感技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用

3.1 家電領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著人們生活水平的不斷提高，家電中電器傳感技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，通過傳感設(shè)備，智能化家電逐漸走入了人們的生活，生活質(zhì)量發(fā)生了巨大變革。溫控傳感設(shè)備在日常生活應(yīng)用較多，例如，空調(diào)制造中通過溫度傳感設(shè)備，接收、監(jiān)測環(huán)境溫度，然后將溫度自動(dòng)調(diào)控到所需范圍，為人們營造舒適的生活環(huán)境；另外還有空氣凈化設(shè)備，利用傳感器進(jìn)行風(fēng)力的自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過檢測室內(nèi)空氣，自動(dòng)進(jìn)行加濕、負(fù)離子、除菌、凈化等工作；同時(shí)，溫度傳感設(shè)備的應(yīng)用也比較普遍。在溫度傳感設(shè)備的作用下，電路溫度會(huì)根據(jù)使用需求得到相應(yīng)調(diào)節(jié)，確保電器運(yùn)行正常；此外，傳感儀器也是空調(diào)系統(tǒng)的重要構(gòu)件，通過傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)控。洗碗機(jī)內(nèi)裝置傳感設(shè)備，可適當(dāng)調(diào)節(jié)水的溫度，同時(shí)達(dá)到合理使用水源的目的。日常生活中，電子傳感設(shè)備的應(yīng)用，不僅為人們帶來了極大便利，同時(shí)也使水電資源得到有效節(jié)約，有力促進(jìn)人類社會(huì)能源節(jié)約的健康發(fā)展。家電傳感器控制系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 家電傳感器控制系統(tǒng)圖

3.2 智能汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)代社會(huì)發(fā)展迅速，日常生活中已經(jīng)出現(xiàn)了自動(dòng)駕駛汽車，此項(xiàng)技術(shù)是傳感器在智能汽車領(lǐng)域應(yīng)用的典例，雖然該技術(shù)還不夠完善，并不能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，只能在安全路段自動(dòng)駕駛，并不能在繁華地段的人潮中穿行， 那這也足以體現(xiàn)傳感器在智能汽車領(lǐng)域應(yīng)用的獨(dú)特優(yōu)勢。其中傳感器主要設(shè)置在車身控制系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和底盤控制系統(tǒng)，其主要作用是檢測周圍環(huán)境的距離情況，保證汽車在符合安全距離的條件下發(fā)動(dòng)，例如在倒車時(shí)，汽車尾部的傳感器會(huì)自動(dòng)檢測與障礙物的距離，適時(shí)發(fā)出防撞警報(bào)。當(dāng)今人們生活水平逐步提高，對出行的要求也更加嚴(yán)格，因此，汽車安全性，舒適性，高效率等條件必不可少，而在此過程中，傳感器即相當(dāng)于汽車的觸覺和感官，主動(dòng)采集周圍環(huán)境情況數(shù)據(jù)信息，以便完善汽車車自動(dòng)化程度。同時(shí)，由于汽車的正常運(yùn)行，氣缸、發(fā)電機(jī)、循環(huán)液等均需要適當(dāng)?shù)臏囟拳h(huán)境，這就離不開溫度傳感設(shè)備對溫度進(jìn)行精密調(diào)控。其中熱敏、線繞、熱偶等類型的電阻傳感設(shè)備的適當(dāng)應(yīng)用，可將車內(nèi)溫度控制在安全范圍內(nèi)。

3.3 智能手機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，手機(jī)成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚耐ㄓ嵐ぞ?，其功能的?shí)現(xiàn)離不開電子傳感設(shè)備。就通話功能而言，在手機(jī)前置話筒位置設(shè)置一個(gè)具有距離傳感功能的傳感設(shè)備，電話接打時(shí)確保通話正常。通話過程中，頭部會(huì)接觸到手機(jī)屏幕，手機(jī)會(huì)接收錯(cuò)誤指令，通話質(zhì)量受到影響。而距離傳感設(shè)備的使用可有效避免該種現(xiàn)象的發(fā)生，當(dāng)頭部皮膚同手機(jī)屏幕發(fā)生接觸時(shí)，傳感設(shè)備接收到觸碰信號(hào)后，自動(dòng)熄滅手機(jī)屏幕，當(dāng)傳感設(shè)備接收到頭部離開手機(jī)或者通話結(jié)束的信號(hào)時(shí)，自動(dòng)控制手機(jī)使其屏幕亮起，方便繼續(xù)使用手機(jī)；就手機(jī)顯示功能而言，手機(jī)通過光敏傳感設(shè)備結(jié)合使用環(huán)境光線的強(qiáng)度，對其亮度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，確保手機(jī)的使用不受光線轉(zhuǎn)變的影響。此外，光敏傳感設(shè)備在手機(jī)拍照上也發(fā)揮了應(yīng)有的功能，通過傳感設(shè)備檢測外界光線，調(diào)控至最佳成像的亮度，取得清晰的成像效果；重力傳感設(shè)備的功能在手機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)圖像顯示橫豎屏的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。同時(shí)該種傳感設(shè)備還在手機(jī)的一些其他功能上發(fā)揮著重要作用，例如，類似搖一搖等娛樂小程序或者小游戲等等。在傳感設(shè)備的作用下，大大豐富了手機(jī)的使用功能，為人們的生活增添了更多的便利和趣味。

3.4 醫(yī)學(xué)和人體健康監(jiān)測方面的應(yīng)用

隨著生活水平日益提高，人類對個(gè)人身體健康也更加重視，在全民養(yǎng)生健身的大背景下，智能手環(huán)等電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生，其中手環(huán)測心率和體脂的功能便應(yīng)用到了傳感器技術(shù)，傳感器主要是通過檢測人在運(yùn)動(dòng)時(shí)手腕脈搏處的汗液多少來檢測實(shí)時(shí)心率，這種檢測方法方便快捷，因此智能手環(huán)擁有廣大市場。另一種更為精密的傳感器，則運(yùn)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用于檢測生命體征和信息，例如在臨床醫(yī)學(xué)檢測，化學(xué)檢測，生命體征數(shù)據(jù)的監(jiān)控，神經(jīng)心血管等疾病的防控與治療方面，運(yùn)用到的都是更加精密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膫鞲衅?。?dāng)今社會(huì)，傳感器技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用已經(jīng)十分廣泛。

3.5 工業(yè)生產(chǎn)和控制領(lǐng)域的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)能力是推動(dòng)國家發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ弧Ｔ谖覈?，相較于南方，北方工業(yè)基地的發(fā)展更為發(fā)達(dá)，因此，公益領(lǐng)域傳感器技術(shù)的應(yīng)用也主要以北方工業(yè)基地為切入點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際過程中，若使用人工操作，則很容易產(chǎn)生操作誤差，從而導(dǎo)致不堪設(shè)想的后果，因此在此情況下，若使用傳感器來進(jìn)行精密的工業(yè)操作，控制機(jī)器精準(zhǔn)度，則會(huì)大幅度減少生產(chǎn)誤差，在工業(yè)生產(chǎn)方面具有獨(dú)到的優(yōu)越性。除此之外還有智能安裝系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床等工業(yè)領(lǐng)域都運(yùn)用到傳感器技術(shù)，傳感器在工業(yè)生產(chǎn)方面應(yīng)用十分廣泛，其大幅度提高了工業(yè)監(jiān)測的準(zhǔn)確性和自動(dòng)化水平。

4 日常生活中傳感器技術(shù)的未來發(fā)展前景

傳感器這一科技產(chǎn)物實(shí)用且能夠走進(jìn)大眾日常生活中，很大程度上改善了人類的生活水平，極具應(yīng)用價(jià)值。雖然如今常感激技術(shù)正在逐步走向成熟和完善，但對于傳感器領(lǐng)域的研究仍需不斷深入。隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，科技水平的不斷提升，傳感器正朝向多功能，高智能，高效率，高精度的方向發(fā)展，其在家庭日常生活中所占有的地位也會(huì)愈加重要，如智能家具的應(yīng)用，建筑材料的感應(yīng)技術(shù)等，都將大量運(yùn)用到家庭日常生活中，傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步使人類生活自動(dòng)化得以實(shí)現(xiàn)，為我們的生活增添色彩。由此觀之，電子傳感器的應(yīng)用也將具有美好的發(fā)展前景。

5 結(jié)束語

在新時(shí)代中國特色社會(huì)主義的大背景下，結(jié)合我國基本國情，智能化產(chǎn)品的發(fā)展將會(huì)是一種潮流趨勢，人類對智能化產(chǎn)品的需求也會(huì)不斷增加。在智能產(chǎn)品引領(lǐng)生活的未來，其背后是傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，電子傳感器技術(shù)將會(huì)使我們的生活更加便捷。讓我們跟隨傳感器技術(shù)變革的步伐，走向更加美好的智能時(shí)代。