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(yīng)用，以及其工作原理。

【關(guān)鍵詞】傳感器；應(yīng)用；工作原理

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)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?nèi)粘Ｉ町?dāng)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?nèi)祟惖母杏X器官，他所具有的作用就是收集信息。

日常生活當(dāng)中“傳感器”無處不在，比如家庭中所使用的冰箱、空調(diào)、電熱水器、風(fēng)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(fā)生顯著的變化，通常可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻三類，這種“傳感器”實現(xiàn)對溫度變化的信息收集，與其他的裝置一起就可以實現(xiàn)冰箱壓縮機的啟動、停機，空調(diào)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(fā)出聲音，照明燈都不會亮，只有到了夜晚，樓道中有人通過，發(fā)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(dǎo)管，是一種均質(zhì)半導(dǎo)體光電元件，這種光敏電阻具有對光線的感應(yīng)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(yīng)特性，它能將聲音信號轉(zhuǎn)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(zhì)。壓電陶瓷片內(nèi)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(nèi)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(xiàn)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(dāng)蹲位上無人蹲時，一體化光電“傳感器”發(fā)光器發(fā)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(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)蹲位上有人蹲時，一體化光電“傳感器”發(fā)光器發(fā)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?nèi)ャy行存取人民幣時，當(dāng)我們離銀行大門比較遠(yuǎn)時，銀行大門是關(guān)閉的，當(dāng)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(jié)構(gòu)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(dāng)紅外線照射熱釋電元件時，其內(nèi)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(shù)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(jié)型場效應(yīng)晶體管和電阻等封裝在避光的殼體內(nèi)，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(fā)出來的紅外熱源有高的透過性，其光譜響應(yīng)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(dāng)人體離銀行大門比較遠(yuǎn)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(dāng)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?nèi)メt(yī)院檢查身體，當(dāng)要檢查腹部內(nèi)部情況時，醫(yī)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(nèi)部情況呢？原來“B超”其實就是一種超聲波“傳感器”， “B超”發(fā)出的超聲波在人體內(nèi)傳播，由于人體各種組織有聲學(xué)的特性差異，超聲波在兩種不同組織界面處產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射、衰減以及聲源與接收器相對運動產(chǎn)生多普勒頻移等物理特性，應(yīng)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(tài)，結(jié)合病理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)，觀察、分析、總結(jié)不同的反射規(guī)律，而對病變部位、性質(zhì)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(guān)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(dāng)前“B超”診斷技術(shù)主要用于體內(nèi)液性、實質(zhì)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(jié)構(gòu)，所以應(yīng)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(wǎng)膜及球后病變。對心臟的先天性心臟病、風(fēng)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(dǎo)管檢查?！癇超”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?！癇超”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(shù)量、體積及對各種管腔內(nèi)結(jié)石的檢出等相當(dāng)準(zhǔn)確，“B超”已成為現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)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?nèi)粘Ｉ町?dāng)中無處不在，他們發(fā)揮著越來越重要的作用，我們?nèi)祟愒絹碓诫x不開神奇的“傳感器”了。

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