解密物聯(lián)網(wǎng)背后的功臣

在萬物互聯(lián)的時代，傳感器是其中最關(guān)鍵的組件之一。按照一般的劃分，物聯(lián)網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個部分。其中感知層作為網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)源頭、應(yīng)用層計算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，更是起到了至關(guān)重要的作用。而構(gòu)成感知層的重要組件就是各種各樣的傳感器。

按照不同的劃分方式，傳感器可以被分為不同的類別。例如按照被測的非電物理量劃分，可以分為壓力傳感器和溫度傳感器等。按照將非電物理量轉(zhuǎn)換為電物理量時的工作方式劃分，可以分為能量轉(zhuǎn)換型和能量控制型等。此外還可以按照制造工藝，分為陶瓷傳感器和集成傳感器等。

離傳感器

距離傳感器根據(jù)測距時發(fā)出的脈沖信號不同，可以分為光學和超聲波兩種。二者的原理類似，都是通過向被測物體發(fā)送脈沖信號，接收反射，然后根據(jù)時差、角度差和脈沖速度計算出被測物體的距離。距離傳感器被廣泛應(yīng)用于手機和各種智能燈具中，產(chǎn)品可以根據(jù)用戶在使用過程中的不同距離產(chǎn)生不同的變化。

光離傳感器

光傳感器的工作原理就是利用光電效應(yīng)，通過光敏材料將環(huán)境光線的強弱轉(zhuǎn)換為電量信號。根據(jù)不同材質(zhì)的光敏材料，光傳感器又會有各種不同的劃分和敏感度。光傳感器主要應(yīng)用在電子產(chǎn)品的環(huán)境光強監(jiān)測上。數(shù)據(jù)顯示在一般的電子產(chǎn)品中，顯示器的電量消耗高達總電量消耗的3成以上，因此隨著環(huán)境光強的變化改變顯示屏的亮度就成了最關(guān)鍵的節(jié)能手段。另外也能智能地讓顯示效果更加柔和舒適。

溫度傳感器

溫度傳感器從使用的角度大致可以分為接觸式和非接觸式兩類，前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，通過溫敏元件感知被測物體溫度的變化。而后者是使溫度傳感器與待測物體保持一定的距離，檢測從待測物體放射出的紅外線強弱，從而計算出溫度的高低。溫度傳感器的主要應(yīng)用在智能保溫和環(huán)境溫度檢測等和溫度緊密相關(guān)的領(lǐng)域。

煙霧傳感器

煙霧傳感器根據(jù)探測原理的不同，常用的有化學探測和光學探測兩種。前者利用了放射性镅241元素，在電離狀態(tài)下產(chǎn)生的正、負離子在電場作用下定向運動產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓和電流。一旦有煙霧進入傳感器，影響了正、負離子的正常運動，使電壓和電流產(chǎn)生了相應(yīng)變化，通過計算就能判斷煙霧的強弱。

后者通過光敏材料，正常情況下光線能完全照射在光敏材料上，產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓和電流。而一旦有煙霧進入傳感器，則會影響光線的正常照射，從而產(chǎn)生波動的電壓和電流，通過計算也能判斷出煙霧的強弱。煙霧傳感器主要應(yīng)用在火情報警和安全探測等領(lǐng)域。

心率傳感器

常用的心律傳感器主要利用特定波長的紅外線對血液變化的敏感性原理。由于心臟的周期性跳動，引起被測血管中的血液在流速和容積上的規(guī)律性變化，經(jīng)過信號的降噪和放大處理，計算出當前的心跳次數(shù)。值得一提的是，根據(jù)不同人的膚色深淺不同，同一款心律傳感器發(fā)出的紅外線穿透皮膚和經(jīng)皮膚反射的強弱也不同，這造成了測量結(jié)果方面一定的誤差。目前心律傳感器主要應(yīng)用在各種可穿戴設(shè)備和智能醫(yī)療器械上。

角速度傳感器

角速度傳感器有時也稱陀螺儀，它基于角動量守恒的原理設(shè)計。一般的角速度傳感器由一個位于軸心且可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成，通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和角動量的改變反映物體的運動方向和相對位置信息。

單軸的角速度傳感器只能測量單一方向的改變，因此一般的系統(tǒng)要測量 X、Y、Z 軸三個方向的改變，就需要三個單軸的角速度傳感器。目前通用的一個 3 軸角速度傳感器就能替代三個單軸的，而且還有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好等諸多優(yōu)點，因此各種形態(tài)的 3 軸角速度傳感器是目前主要的發(fā)展趨勢。

最常見的角速度傳感器使用場景就是手機，如極品飛車等著名手游主要就是通過角速度傳感器的作用產(chǎn)生汽車左右搖擺的交互模式。除了手機，角速度傳感器目前還被廣泛應(yīng)用在導航定位以及 AR/VR 等領(lǐng)域。

除了上述提到的傳感器，物聯(lián)網(wǎng)中常見的還有氣壓傳感器、加速度傳感器、濕度傳感器、指紋傳感器以及指紋傳感器等。它們的工作原理雖然各有不同，但最基本的原理都是上述提到的，即通過光、聲、材料以及化學原理將待測量轉(zhuǎn)化為電學量，只不過大多都根據(jù)特定的領(lǐng)域在一般原理的基礎(chǔ)上做了特定的升級和擴展。

自從工業(yè)時代被發(fā)明以來，傳感器就在生產(chǎn)控制和探測計量等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。正如人的眼睛和耳朵一樣，作為物聯(lián)網(wǎng)中一個從外界接收信息的載體，重要的感知層前端，傳感器未來將隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及迎來一個高速的發(fā)展期。斷某件物品是否合適，以及決定是否購買這個產(chǎn)品。