再說傳感器

之前栗子君為大家簡介了傳感器，有同學(xué)來信說非常感興趣，希望能做更多了解。好，本期咱們就來——

在智能化浪潮幾乎席卷一切領(lǐng)域的今天，傳感器應(yīng)用之廣超出了大多數(shù)人的想象。許多我們司空見慣的設(shè)備、習(xí)以為常的功能，如果沒了傳感器，根本無法使用。

看看下面幾例，是不是你曾用過但卻從未意識到它是傳感器？

◎觸摸屏 手機、平板電腦等智能設(shè)備不可缺少的觸摸屏，本質(zhì)上就是一種傳感器，它由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成。觸摸檢測部件安裝在屏幕前面，用于檢測用戶觸摸的位置，并將信息傳給觸摸屏控制器;觸摸屏控制器則負責(zé)將信息轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)傳送給CPU，同時接收和執(zhí)行CPU發(fā)來的命令。

觸摸屏有紅外線式、電阻式、電容式和表面聲波式等類型。

紅外線式觸摸屏四周布有一一對應(yīng)的紅外線發(fā)射管和接收管，形成橫豎交叉的矩陣。手指觸摸屏幕時，橫豎兩條紅外線被擋住，就得到觸點的縱橫坐標(biāo)。

電阻式觸摸屏利用壓感進行工作，其表層一般是塑膠，底層是玻璃。手指按壓表層，使其與底層接觸，接觸點的電阻發(fā)生變化，從而發(fā)出電信號。

電容式觸摸屏利用的是人體的電流感應(yīng)。屏幕玻璃表面貼有一層特殊的透明導(dǎo)電物質(zhì)，手指觸碰時會改變觸點的電容，從而探測出所觸摸的位置。

表面聲波式觸摸屏角上裝有發(fā)射器，發(fā)射高能聲波覆蓋整個屏幕。當(dāng)手指觸屏?xí)r，觸點上的聲波被阻止，由此來確定坐標(biāo)。

◎接近傳感器 這個名詞乍聽很陌生，但說到它的用途你一定恍然大悟——用智能手機接聽電話時，若太靠近臉，屏幕會自動熄滅，遠離后又自動亮起，這個防止臉頰、耳朵等誤觸手機屏幕發(fā)生誤操作的“防觸碰模式”，用到的就是接近傳感器。

最常見的接近傳感器采用光電式設(shè)計，即它會發(fā)射紅外光脈沖，若聽筒周圍沒有遮擋物，傳感器就不會收到反射信號;而一旦有物體遮擋，脈沖信號就會被反射回來被傳感器捕獲。它還可以通過測算信號反射回來的時間，計算出距離的具體數(shù)值。

◎加速度傳感器 同樣是大家“不知其名”但實際上非常熟悉的傳感器——手機屏幕自動旋轉(zhuǎn)的重力感應(yīng)功能、“拍照狂人”最愛的防手抖功能、跟小伙伴PK行走步數(shù)的計步功能等，都要靠它來實現(xiàn)。

加速度傳感器通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等組成，根據(jù)敏感元件的不同又可分為電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等，但基本原理都是通過測量質(zhì)量塊的受力情況，再利用牛頓第二定律計算出加速度值。

拓展鏈接

接近傳感器和加速度傳感器非常有用，以上功能不過是“雕蟲小技”。愛動腦的你不妨找一找，它們在生活中還有哪些應(yīng)用;再想一想，你能用它們實現(xiàn)什么好玩的功能。

◎光學(xué)心率傳感器 幾乎是每款智能手表、運動手環(huán)的標(biāo)配，用于監(jiān)測人體健康的重要指標(biāo)——心率。

心臟跳動時形成的壓力波會沿著血管傳遞，光學(xué)心率傳感器通過監(jiān)測這個波，來實現(xiàn)對心率的監(jiān)測。具體方法是：使用LED發(fā)射光線照射手腕，光線透過皮膚組織后反射回來，根據(jù)反射信號的不同數(shù)值，傳感器即可識別出壓力波并進行計數(shù)，從而得知心率。

這一方法也可用來監(jiān)測人體的血氧飽和度，因為含氧量不同的血液顏色不同，對光線的反射率自然也就不同。

◎生物電阻抗傳感器 是一種更先進、準確性更高的綜合性生物傳感器，可通過肌體自身阻抗來監(jiān)測血液流動，并轉(zhuǎn)化為具體的心率、呼吸率及皮電反應(yīng)指數(shù)。因為人體各組織、器官之間存在較大的阻抗差異，即使同一組織、器官，在不同生理狀態(tài)下、在健康和病變時，電阻抗也大不相同。

看過了這么多傳感器，想必大家對這個神通廣大的小玩意有了更清晰的概念。當(dāng)然，百聞不如一“用”，什么都比不上親手用它創(chuàng)作幾款智能設(shè)備來得過癮。那么，面對眾多的傳感器產(chǎn)品該如何挑選呢？應(yīng)該考慮哪些因素？

首先，根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器類型。

即使是測量同一種量，也會有多種原理、多種方法，因而就有多種設(shè)計類型的傳感器。每種類型自然各有優(yōu)缺點。

比如上文說的幾種觸摸屏：紅外線式觸摸屏不受電流、電壓和靜電影響，響應(yīng)速度快，可用于各種檔次的計算機，但缺點是分辨率低;電阻式觸摸屏不怕灰塵和溫度、濕度變化，但外層屏幕容易被刮花，且一般只支持單點觸控，不能多點觸控;電容式觸摸屏不怕塵埃、水和污垢，耐刮擦，對輕微和快速觸摸感應(yīng)良好，但易受溫度、濕度變化和電場干擾，分辨率也低;表面聲波式觸摸屏不怕溫度、濕度變化和刮擦，分辨率高，但塵埃、水和污垢卻會嚴重影響其性能。

不同的工作原理和設(shè)計，還會影響傳感器的量程范圍、體積大小、測量方式（接觸式或非接觸式）、信號傳輸方式（有線或無線）等。總之，要根據(jù)具體使用場合來選擇傳感器。

其次，考慮具體的性能指標(biāo)，如靈敏度、精度、頻率響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性等。

◇靈敏度 一般來說，靈敏度是越高越好;但靈敏度高，傳感器就易受干擾，測量范圍窄，穩(wěn)定性也往往更差。

而且，靈敏度是有方向性的。如果被測的量是單向量，且方向性要求高，那其他方向上靈敏度就要低;如果被測的量是多維向量，則交叉靈敏度越低越好。

◇精度 精度越高越好嗎？未必。因為精度高的傳感器價格也高。故從經(jīng)濟上考慮，精度只要能滿足整個測量系統(tǒng)的要求即可。

◇頻率響應(yīng)特性 傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，頻率響應(yīng)越高，可測的信號頻率范圍就越寬。在允許的頻率范圍內(nèi)應(yīng)做到不失真，但實際上傳感器的響應(yīng)總有一定的延遲，自然，延遲時間應(yīng)越短越好。

◇線性范圍 指信號輸出與輸入成正比的范圍。我們知道，正比例函數(shù)是一條直線。理論上，傳感器測量目標(biāo)物體所獲得的數(shù)值和它輸出的數(shù)值應(yīng)該成正比。但實際上任何儀器都有誤差，故任何傳感器都做不到絕對的線性，只能在一定范圍內(nèi)保證輸出與輸入的信號是正比例函數(shù)關(guān)系，在這個范圍內(nèi)靈敏度才能保持定值。

傳感器的線性范圍越寬，意味著其量程越大，且能保證一定的測量精度。

◇穩(wěn)定性 指傳感器使用一段時間后，其性能保持不變的能力。

影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素，除了其自身的設(shè)計、結(jié)構(gòu)，主要就是工作環(huán)境。因此，在一些特殊的環(huán)境里，需要選用特殊的傳感器或添加保護措施，如以下幾類環(huán)境：

·高溫 會使傳感器涂覆材料熔化、焊點開化、彈性體內(nèi)應(yīng)力發(fā)生結(jié)構(gòu)變化等。

高溫環(huán)境下需選用耐高溫傳感器，并外加隔熱、水冷或氣冷等裝置。

·粉塵、潮濕 會造成傳感器短路。

這類環(huán)境下應(yīng)選用密閉性高的傳感器。從密封效果來看，焊接、抽真空充氮密封兩種方式最佳，橡膠墊機械緊固密封其次，充填或涂覆密封膠方式最差。

·高腐蝕 潮濕、酸性等高腐蝕環(huán)境會使傳感器彈性體受損或發(fā)生短路。

這種環(huán)境下應(yīng)選用外表面有噴塑或不銹鋼罩、抗腐蝕性和密閉性好的傳感器。

·電磁 會造成輸出信號紊亂。

要用電磁屏蔽材料或裝置來進行保護。

·易燃易爆

在這種環(huán)境中必須選用防爆傳感器。防爆傳感器的密封外罩不僅要密閉性良好，還要有一定防爆強度;其電纜線引出頭也要有足夠的防水、防潮、防爆性能。

最后，如果市面上的傳感器無法滿足你的需求，你還可以自行設(shè)計制造——畢竟，你是一名“創(chuàng)客”嘛！