神奇的“傳感器”

馬銘澤

【摘 要】文章介紹了傳感器的作用，重點介紹了傳感器在日常生活中的應用，以及其工作原理。

【關鍵詞】傳感器；應用；工作原理

隨著科學技術的迅猛發展和人民生活水平的日益提高，“傳感器”也越來越多地走進了我們日常生活當中。

那么“傳感器”是什么呢？就象人類對外界的感受有觸覺、視覺、聽覺、嗅覺和味覺，這就是我們平常所說的五種感覺器官，我們可以把“傳感器”簡單比作人類的五種感覺器官，因此我們可以這樣說“傳感器”就象是我們人類的感覺器官，他所具有的作用就是收集信息。

日常生活當中“傳感器”無處不在，比如家庭中所使用的冰箱、空調、電熱水器、風扇等就使用了一種溫度“傳感器”，具體來說，這種溫度“傳感器”是一種熱敏電阻溫度傳感器，它的工作原理是隨著溫度的變化，熱敏電阻電阻值也發生顯著的變化，通常可分為正溫度系數熱敏電阻、負溫度系數熱敏電阻和臨界溫度系數熱敏電阻三類，這種“傳感器”實現對溫度變化的信息收集，與其他的裝置一起就可以實現冰箱壓縮機的啟動、停機，空調啟動、停機，電熱水器加熱還是停止加熱等；比如樓道中使用的照明燈，白天即便有人發出聲音，照明燈都不會亮，只有到了夜晚，樓道中有人通過，發出了聲音，照明燈才會亮，為人的行進照亮樓道，為什么會是這樣呢？原來是樓道中使用的照明燈裝置中分別使用了光線“傳感器”和聲音“傳感器”， 光線“傳感器”其實就是一種光敏電阻亦稱光導管，是一種均質半導體光電元件，這種光敏電阻具有對光線的感應特性，即光線強時，光敏電阻電阻值很小，光線弱時，光敏電阻電阻值很大，按光譜特性及最佳工作波長范圍分類，可分為紫外光、可見光及紅外光光敏電阻。而聲音“傳感器” 其實就是一種壓電陶瓷片，這種壓電陶瓷片具有對聲音的感應特性，它能將聲音信號轉換為電信號，壓電陶瓷片是人工制造的多晶體壓電材料，屬于鐵電體一類的物質。壓電陶瓷片內部的晶體有一定的極化方向，從而存在一定電場。在無外電場作用時，原始的壓電陶瓷片內極化強度為零，呈電中性，不具有壓電特性。這兩種“傳感器”相互配合，實現對光線變化、聲音的信息收集，通過控制裝置控制樓道中使用的照明燈亮滅，因為白天光線較強，樓道較亮，人在樓道中行走不需要照明，夜晚光線很弱，樓道較黑暗，人在樓道中行走特別需要照明；比如我們到條件比較好的一些公廁，只要我們一起身離開蹲位，沖水閥自動打開，將排泄物沖走，那么沖水閥為什么會自動打開呢？原來是蹲位后面的墻上安裝了一體化光電“傳感器”，當蹲位上無人蹲時，一體化光電“傳感器”發光器發出的光線沒有被一體化光電“傳感器”接光器接收，沖水閥處于關閉狀態，當蹲位上有人蹲時，一體化光電“傳感器”發光器發出的光線通過蹲位上人體的反射，反射光被一體化光電“傳感器”接光器接收，此時只要蹲位上的人站起并離開蹲位時，沖水閥通過其他的控制裝置會被自動打開；比如我們去銀行存取人民幣時，當我們離銀行大門比較遠時，銀行大門是關閉的，當我們離銀行大門比較近時，銀行大門會被自動打開，我們不需推門直接便可進入銀行，原因就是在銀行大門上方安裝了一個熱釋電紅外線“傳感器”， 熱釋電紅外線“傳感器”是一種檢測物體輻射的紅外能量的“傳感器”，它是利用PZT等晶體結構的表面電荷極化隨溫度變化而改變這種特性的“傳感器”。圖1為熱釋電紅外線“傳感器”的原理圖，這里示出表面電荷隨溫度變化的移動情況。圖1（a）表示電荷不移動的情況，圖1（b）表示在紅外能量照射下電荷移動情況。當紅外線照射熱釋電元件時，其內部極化作用有很大變化，其變化部分作為電荷釋放出，從外部取出該電荷就變成傳感器的輸出電壓。熱釋電紅外線“傳感器”常用的是熱電系數高的鋯鈦酸鉛（PZT）系、鉭酸鋰（ LiTa03） ，硫酸三甘鈦（TGS）等。將這種熱釋電元件、結型場效應晶體管和電阻等封裝在避光的殼體內，并配以濾光片透光窗口，便組成熱釋電紅外線“傳感器”，其中濾光片透光窗口對于太陽和熒光燈的短波長具有高的反射率，而對人體發出來的紅外熱源有高的透過性，其光譜響應為65μm以上，人體溫度為36.5℃時輻射的紅外線波長為9.365μm， 38℃時紅外線波長為9.325μm。

（a）電荷不移動的情況；（b）在紅外能量照射下電荷移動情況

熱釋電紅外線“傳感器”工作過程為，當人體離銀行大門比較遠時，熱釋電紅外線“傳感器”沒有接收到人體的紅外線熱量信號，銀行大門不會打開，當人體離銀行大門比較近時，熱釋電紅外線“傳感器” 接收到人體的紅外線熱量信號，通過控制裝置將銀行大門自動打開；比如我們去醫院檢查身體，當要檢查腹部內部情況時，醫生常常要求我們做“B超”項目，那么為什么“B超”能夠探測我們腹部內部情況呢？原來“B超”其實就是一種超聲波“傳感器”， “B超”發出的超聲波在人體內傳播，由于人體各種組織有聲學的特性差異，超聲波在兩種不同組織界面處產生反射、折射、散射、繞射、衰減以及聲源與接收器相對運動產生多普勒頻移等物理特性，應用不同類型的超聲診斷儀，采用各種掃查方法，接收這些反射、散射信號，顯示各種組織及其病變的形態，結合病理學、臨床醫學，觀察、分析、總結不同的反射規律，而對病變部位、性質和功能障礙程度作出診斷，例如用于診斷時，超聲波只作為信息的載體，把超聲波射入人體通過它與人體組織之間的相互作用獲取有關生理與病理的信息，一般使用幾十mW/cm2以下的低強度超聲波。當前“B超”診斷技術主要用于體內液性、實質性病變的診斷，由于“B超”可以清晰地顯示各臟器及周圍器官的各種斷面像，且圖像富于實體感，接近于解剖的真實結構，所以應用“B超”可以早期明確診斷。例如眼科診斷非金屬異物時，在玻璃體混濁的情況下，可顯示視網膜及球后病變。對心臟的先天性心臟病、風濕性心臟病、粘液病的非浸入探測有特異性，可代替大部分心導管檢查。“B超”亦可用于小血管的通斷、血流方向、速度的測定，還可清楚地顯示膽囊總膽管、肝管、肝外膽管、胰腺、腎上腺、前列腺等等。“B超”檢查能檢出有否占位性病變，尤其對積液與囊腫的物理定性和數量、體積及對各種管腔內結石的檢出等相當準確，“B超”已成為現代臨床醫學中不可缺少的診斷方法。另外象電飯煲、電磁爐、洗衣機等都有“傳感器”， 可以說 “傳感器” 在我們日常生活當中無處不在，他們發揮著越來越重要的作用，我們人類越來越離不開神奇的“傳感器”了。

[責任編輯：王偉平]