简明了解传感器

传感器是获取信息的工具。

传感器俗称探头，有时亦被称为换能器、变换器、变送器或探测器。

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：

传感器定义：传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。

并不是所有的传感器都必须包括敏感元件和转换元件。

如果敏感元件直接输出的是电量，它就同时兼为转换元件，因此，敏感元件和转换元件两者合一的传感器是很多的。例如：压电晶体、热电偶、热敏电阻、光电器件等都是这种形式的传感器。

1.敏感元件（预变换器）：是指传感器中能直接感受或响应被测量（非电量）并输出与之成确定关系的其他量（非电量）的部分。

（在完成非电量到电量的变换时，并非所有的非电量都能利用现有手段直接变换为电量，往往是将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量，然后再变换为电量。能够完成预变换的器件称为敏感元件）。

2.转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受或响应到的被测量转换成适于传输或测量的可用输出信号（一般为电信号）的部分。

3.信号调理电路：是能把转换元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。

类型视转换元件的分类而定，经常采用的有电桥电路、放大器、振荡器、阻抗变换、补偿及其它特殊电路，如高阻抗输入电路、脉冲调宽电路等。

4. 辅助电路：通常指电源，即交、直流供电系统。

传感器分类：

传感器的一般特性：

一种传感器就是一种系统，一个系统总可以用一个数学方程式或函数来描述。即用某种方程式或函数表征传感器的输出和输入间的关系和特性。

从传感器的静态输入－输出关系建立的数学模型叫静态模型；

从传感器的动态输入－输出关系建立的数学模型叫动态模型。

传感器所测量的非电量一般有两种形式：一种是稳定的，即不随时间变化或变化极其缓慢，称为静态信号；另一种是随时间变化而变化，称为动态信号。

由于输入量的状态不同，传感器所呈现出来的输入－输出特性也不同，因此存在所谓的静态特性和动态特性。

为了降低或消除传感器在测量控制系统中的误差，传感器必须具有良好的静态特性和动态特性，才能使信号(或能量)按规律准确地转换。

传感器的静态特性主要由下列几种性能指标来描述：

1. 线性度（非线性误差）

2. 灵敏度

3. 重复性

4. 迟滞（回差滞环）现象

5. 精确度（精度）

6. 分辨率

7. 稳定性

8. 漂移

IEEE呼吁：传感器也需要标准

本文转载自【半导体行业观察】公众号

传感器传统上用于相机成像，以及传达有关湿度、温度、运动、速度、接近度和环境其他方面的信息。这些设备已成为许多对商业和日常生活至关重要的新技术的关键推动者，从打开电灯开关到管理个人健康。

有几个因素正在推动传感器的发展，包括小型化、增加的功能以及更高水平的电子电路集成。产品和系统中也有更高水平的自动化，例如物联网和工业物联网应用。

传感器的主要用户包括国防、能源、医疗保健和运输行业。全球传感器市场庞大且增长迅速。根据一项估计，预计到 2028 年，其销售额将达到 3460 亿美元，高于 2019 年的 1670 亿美元。

安全可靠的应用

随着传感器行业竞相利用市场机会，确保设备安全可靠运行的需求日益受到关注。

例如，在能源行业，用于石油和天然气勘探的钻机现在配备了传感器，可以以尽可能低的成本实现最佳、安全的性能。传感器必须在恶劣的环境条件下工作。他们的故障可能导致钻机停止服务，从而导致重大且代价高昂的停机时间。

在工业应用中，如果气体传感器无法检测到有毒烟雾的存在，工人的安全就会受到影响。如果半自动车辆中的光探测和测距遥感系统激光雷达出现故障，它们将无法正常工作。激光雷达是高级驾驶辅助系统 (ADAS) 的基础。

由于现在市场上有数千种传感器产品，因此遵守可以提高其性能或加速新应用开发的标准变得越来越重要，对独立一致性和认证协议的需求也变得越来越重要。

鉴于尝试集成来自多个供应商的系统时可能出现的互操作性问题，在复杂的物联网和 IIoT 应用程序中有效部署传感器变得具有挑战性。硬件兼容性、有线和无线连接、安全、软件开发和云计算是关键的互操作性考虑因素以及它们本身的主要问题。

物联网传感器标准

多年来，IEEE 标准协会 (IEEE SA)为用户、学术界人士和传感器制造商的技术专家提供了一个开放平台，共同制定标准。以下是来自合作的 IEEE 标准和项目的一些示例​。

IEEE 2700-2017：传感器性能参数定义的 IEEE 标准。八种常见传感器类型的性能规范术语、单位、条件和限制的通用框架。

IEEE P1451.99：IEEE 物联网设备和系统协调标准。物联网设备和系统​的​当前实现不提供共享数据的方法，也不让此类设备的所有者授权谁有权控制它们或访问设备的数据。该标准将定义一个元数据桥，以促进传感器、执行器和其他设备的物联网协议传输。它将解决安全性、可扩展性和互操作性问题，以节省成本并降低复杂性。该标准将提供一种利用当前工业中使用的仪器和设备的数据共享方法。

IEEE P2020：汽车系统图像质量标准。大多数汽车摄像头系统都是独立开发的，没有用于校准或测量图像质量的标准化参考点。该标准将解决有助于 ADAS 应用图像质量的基本属性；识别与属性相关的现有指标和其他有用信息；定义一套标准化的客观和主观测试方法；并​指定​工具和测试方法，以促进系统集成商和组件供应商之间基于标准的沟通和比较。

IEEE P2520：测试机器嗅觉设备和系统的标准。该标准旨在为电子鼻设备建立一系列性能测量方法和合格评定流程，以更高的准确性和精度模拟人类化学感应反应。

IEEE P2846：安全相关自动车辆行为模型的假设。该标准将描述用于开发作为汽车 ADAS 一部分的安全相关模型的最低限度的合理假设。P2846 将考虑道路规则及其区域和时间依赖性，其中涉及先前行为的影响。

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