科普传感技术应用
2023-02-06
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引言:传感技术同计算机技术与通信一起被称为信息技术的三大支柱。从物联网角度看,传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志,作为第二届杭州物联网暨传感技术应用高峰论坛,推进我国传感器产业化快速发展。传感技术是关于从自然信源获取信息,并对之进行处理(变换)和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术,它涉及传感器(又称换能器)、信息处理和识别的规划设计、开发、建造、测试、应用及评价改进等活动。

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传感技术是什么

传感技术就是传感器的技术,可以感知周围环境或者特殊物质,比如气体感知、光线感知、温湿度感知、人体感知等等,把模拟信号转化成数字信号,给中央处理器处理。最终结果形成气体浓度参数、光线强度参数、范围内是否有人探测、温度湿度数据等等,显示出来。

获取信息靠各类传感器,它们有各种物理量化学量生物量的传感器。按照信息论的凸性定理,传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量,是高品质传感技术系统的构造第一个关键。

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传感器在行业中的应用

1.传感器在航空航天领域中的应用

宇宙飞船除使用传感器进行速度、加速度和飞行距离的测量外,飞行的方向、飞行姿态、飞行环境、飞行器本身的状态及内部设备的监控也都要通过传感器进行检测,还有飞船内部环境(如湿度、温度、空气成份等)都要通过传感器进行检测。

另外,从飞机、人造卫星、宇宙飞船及船舶上对远距离的广大区域的被测物体及其状态进行大规模探测应用的就是遥感技术

2.传感器在机器人中的应用

在劳动强度大或危险作业的场所和一些高速度、高精度的工作,已逐步使用机器人取代人的工作。但要使机器人和人的功能更为接近,这就要给机器人安装视觉传感器和触觉传感器,使机器人通过视觉对物体进行识别和检测,通过触觉对物体产生压觉、力觉、滑动感觉和重量感觉。

3.传感器在工业自动控制系统中的应用

传感器是自动检测自动控制的首要环节,如果没有传感器对原始信息(信号或参数)进行精确、可靠的测量,就无法实现从信号的提取、转换、处理到生产或控制过程的自动化。可见,传感器在自动控制系统中是必不可少的。

4.传感器在环境保护中的应用

环球的大气污染、水质污浊及噪声已严重地破坏了地球的生态平衡和我们赖以生存的环境,为保护环境,利用传感器制成的各种环境监测仪器正在发挥着积极的作用。如用生物传感器监测水质,排污监控系统中排污量的检测、污水成分的鉴定等,都使用传感器来监测。

5.传感器在医学上的应用

传感器在医学上可以用来对人体的表面和内部温度、血压、腔内压力、血液及呼吸流量、肿瘤、血液的分析、脉搏及心音、心脑电波等进行高难度的诊断。在早期诊断、早期治疗、远距离诊断及人工器官的研制等广泛的范围内发挥作用。

6.传感器在交通运输中的应用

传感器在交通运输中应用也非常广泛,在车辆运输中使用传感器检测车轴数、轴距、车速监控、车型分类、动态称重、收费站地磅、闯红灯拍照、停车区域监控、交通信息采集(道路监控)及机场滑行道。在车辆中也已不只局限于对行驶速度、行驶距离和发动机旋转速度的监控,还用于安全监控,如汽车安全气囊系统、防盗装置、防滑控制系统、防抱死装置、电子变速控制装置、排气循环装置、电子燃料喷射装置及汽车黑匣子等都得到了实际应用。

7.传感器在日常生活中的应用

传感器在我们的日常生活中随处可见,如家用电器中都使用了传感器:电冰箱、电饭煲中的温度传感器,空调中的温度和湿度传感器,洗衣机中的液位传 感器,煤气灶中的煤气泄漏传感器,水表、电表、电视机和影碟机中的红外遥控器,照相机中的光传感器,汽车中燃料计和速度计等等。

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视觉传感器:从技术载体到产品特色

视觉传感器,也称光学传感器,主要由光学元件、成像装置及芯片等组成,以获得环境中的各类图像信息。作为视觉技术的载体,视觉传感器一直是推动视觉技术进步的重要部分。根据图像数据的特点,视觉传感器可大体分为传统单目视觉传感器和三维立体视觉传感器。

以智能手机后置摄像头传感器的发展为例,可以看到:2010年,美国苹果公司在iPhone4配置了后置单颗500万像素摄像头;在iPhone13 Pro中,美国苹果公司在超广角、广角、长焦三颗摄像头组合的基础上,再次升级引入了LiDAR技术镜头,可实现精准测距及三维扫描,拓展了该手机的娱乐及交互体验,进一步提升了产品的竞争力,创造了新的智能产品卖点。

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冬奥会中的高科技——光电传感器

1.雪橇

由于冬奥会雪橇选手会以高达90英里的时速滑行,所以不论是哪位选手,也都是以极其微弱的优势险胜。在光电传感器计时精确至千分之一秒,且计时设备能够承受零下30华氏度低温,高科技也成为比赛不可或缺的重要条件。各种光电传感器大量应用在便携的智能设备中,目前这一应用已经得到普及,随着全民运动的开展,这一巨大的应用市场将发展更加迅速。

2.心率

检测心率则由检测动脉脉搏相关信号的传感器,通过反射或对射式的方式,将血管在脉搏跳动过程中透光率的变化转换为电信号输出。

3.血氧饱和度

血氧饱和度的检测也同样是采用光电传感器。基于动脉血液对光的吸收量随动脉搏动而变化的原理,使用波长660纳米的红光和940纳米的近红外光作为射入光源,测定通过组织床的光传导强度,来计算血红蛋白浓度及血氧饱和度。

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