传感器实验结论 科技革命就靠它？你不知道的六大传感器

科技革命就靠它？你不知道的六大传感器

指纹识别，光线感应，测量步数、脉搏、体温.......越来越多的功能在手机、平板、笔记本等移动终端上体验。我们使用这些功能，体会着被科技怀抱的感觉。你可曾想过，在这些功能的背后，隐藏着多少科技以及故事。移动平台六大传感器，你造吗？

开篇简单说两句：

一个传感器加上使用它的创意能够获得什么？答案是一个革命性的产品。2007年，苹果发布iPhone。它重新定义了传统手机的使用方式。通过两手指的开合，便可以将屏幕上的图片放大缩小，这在当时就像魔法一样吸引着全世界的人去体验。而实现这一功能的，便是iPhone上的多点触摸传感器。

如今大热的智能穿戴设备，能够全天候的监测我们的步数、睡眠等信息。这些功能靠什么实现？各种传感器。

如今很多厂商意识到，搭载创新的传感器，能为产品带来或新颖或便捷或安全的功能，但想要发明一个创新的传感器却并不是一件容易的事情，需要耗费巨大的研发成本。所以很多研发实力相对较弱的厂商都是等到某款传感器上市并达到一定产量之后，才将其配备到自家产品上。这也是为什么指纹识别技术刚刚在手机上普及开来的原因。

如今困扰科技厂商的问题并不仅仅在于自己弄不到创新的传感器，而是就算产品搭载了这些传感器，但却无法实现他们想要的功能。

我们知道传感器本身，只是一个检测装置，它能够感受到被测量的信息，并将这些信息传递给设备进行处理，从而得出相应的结论或者给出应对措施。而这个处理的过程是需要设备制造商通过反复测量试验，最终写入程序中的。如果写入机身内的程序不准确，轻则影响产品体验，重则导致这项功能成为鸡肋，增加了产品成本，却遭到用户诟病。

指纹识别传感器：不止安全

代表设备： iPhone 6/6 Plus，iPad Air 2，Galaxy S5，魅族MX4 Pro等。

随着iPhone以及iPad搭载Touch ID指纹识别传感器，拉动了越来越多厂商将指纹识别技术应用于自家产品上。这一功能已经不仅仅局限于解锁屏幕了，我们还可以用它进行掌上支付，令移动终端成为你的钱包。

对于指纹识别传感器，我们必须明白：

1.滑动式传感器因为每一次都会扫描较大面积指纹，所以安全性和识别率更高，但也牺牲了识别速度。

2.滑动式传感器相比按压式更节省空间。

3.按压式传感器拥有比滑动式相对较快的识别速度。

4.按压式传感器不管手指从哪个方向按压都能够识别，随意性更高。滑动式则只能上下滑动识别。

人的指纹有50亿分之一的重复概率，奠定了指纹识别技术极高的安全性。以前，这一技术仅仅应用于刑事侦查案件中，而如今普通大众也可使用搭载指纹识别技术的终端。 目前，应用于移动终端的指纹识别技术共有两大类，分别是滑动式与按压式，代表机型有三星S5和iPhone 6。滑动式需要用手指在传感器上滑动才能识别，而按压试只要手指放在传感器上便可以识别。

皮电传感器：知你性情

代表设备： 测谎仪，微软手环等。

相信不少朋友都有这样的经历，当你要从事一项非常重要的任务之前，你会觉得紧张、焦虑以至于手脚冒汗。这种心理反应转化成生理反应的过程，我们是可以通过皮电传感器探测出来。

对于皮电传感器，我们必须明白：

1.人体皮电反应受温度，人体活动以及心理反应三个因素影响，皮电传感器因此会收到影响，准确性有待检验。

2.人们一天会拥有众多情绪，每一天所产生情绪的时间、情绪类别皆不同，就算我们准确测量出皮电反应情况，归类整理这些数据并给出科学的建议依然是厂商最头痛的问题。

3.目前微软手环已经搭载该传感器，该项技术很快便会走入我们的生活中。

皮电传感器并不能测试出用户的喜怒哀乐，只能感受到用户心理状态是否变化，而通过这种变化，我们可以得到一些结论。例如通过测谎仪的皮电传感器感应被测者说话时的心理变化，从而断定是否说谎。

此外，如果通过皮电传感器检测我们几天的人体皮电反应水平，通过皮电波形高低，我们就可以得知自己每天哪一个时段的工作效率最高了。以此依据来安排我们的工作在状态最佳的时段。

光线传感器：贴心调节

代表设备： iPhone，iPad，MacBook Air，三星S系列等配备大屏的移动终端。

光线传感器是一种光敏元件，通过感受机身环境光的强度以及变化，从而调整机器屏幕的亮度，键盘背景灯亮度以及其它拓展功能。

对于光线传感器，我们必须明白 ：

1.它可以控制屏幕的亮度，令你在户外可以看清屏幕，室内也不会因为觉得刺眼。

2.如果你的移动终端有键盘，那么它还可以控制键盘背景灯的开关以及亮度

3.差的光线传感器降低移动终端的使用体验，例如会出现在黑暗的环境下，屏幕依然很亮；在光线条件变化较大的户外，屏幕亮度变化较为迟钝等现象。

4.光线传感器一般设计在机身顶部手不宜覆盖的部位，以防影响测量的准确性。

光线传感器早在十年前便已经应用于移动产品身上。它尽管功能相对单一，仅仅用于根据不同环境光线，调整屏幕亮度以及键盘背景灯开关，但由于功能实用，所以成为目前大屏手机以及平板电脑的必备元件。

心率传感器：告诉你心跳背后的秘密

代表设备： 微软手环，松拓 VECTOR HR运动腕表，三星Galaxy S5手机等。

心率监测是目前十分热门的功能。三星Galaxy S5，微软手环以及明年春季将会推出的苹果手表都具备这一功能。

对于心率传感器，我们必须明白：

1.单纯给出心率数值对你并没有太大意义，如果能够持续测量，并通过一段时间的心率数据给出睡眠质量／休息时间等健康建议则会对用户有很大帮助。

2.目前绝大部分移动终端用的都是光电心率传感器，相比电极式心率传感器误差几率较大。

3.电极式心率传感器目前还无法应用于较小的穿戴设备上，但目前已经有厂商在为此而努力了。相信未来会成为高端设备的标志配件。

作为个人健康设备的超级武器，该功能可以通过监测心率来追踪运动强度，不同的运动训练模式等，并可以针对这一数据推算睡眠周期等与之关联的健康行动数据。

目前心率传感器有两种，一种是通过光反射测量的光电心率传感器以及利用人体不同部位电势测量的电极式心率传感器。前者尽管测量准确度欠佳，但优势在于体积小，所以目前所有的移动终端都用该种方式测量。后者在医院中测量心电图的时候我们经常会看到，通过测量人体不同点的电势变化，从而测量出心率变化，该方法测量精准，但必须同时监测人体的两个部位，而我们平时用手机和手表的时候都是单手接触产品，所以无法做到持续监测。

气压计：感知你的高度

代表设备： LG G Watch R，iPhone 6／plus，三星Galaxy S3，Galaxy note 2等。

气压计是一个被埋没但非常实用的小东西。很久以前便已经有手机搭载，例如三星Galaxy S3，Galaxy note 2，而目前iPhone 6/plus也将其纳入怀中，为机器提供气压数据。气压计虽然仅能够测量气压数据，但通过该数据我们可以精确得知机器的海拔高度。如果监测一段时间内的气压变化，还能获得机器高度变化数据，从而为进一步的数据处理做准备。

对于气压计，我们必须明白：

1.既然是测量气压的元件，那么气压变化异常也势必会影响用户得到信息的有效性。例如在飞机飞行的时候，为了乘客舒适都会为机舱加压，此时飞机内部的气压值与外部不同，我们也就无法得到正确的高度信息了。

2.目前气压计已经广泛应用于移动终端中，但由于缺乏应用软件支持，它们经常被用户冷落。

3.气压计是非常实用的元件，我们登山时可以利用搭载它的设备读取海拔高度信息。

气压计到底通过测量出来的高度数据，能给用户带来什么好处呢？户外运动员可以直观的了解自己所在的高度；未来导航地图不仅可以知道我们所在的平面位置，甚至还能知道我们所在的楼层，而这绝对是未来导航发展的必然趋势。

图像传感器：像素太高未必好

代表设备： 目前市面上几乎所有手机，平板，笔电皆有配备，三星智能腕表

图像传感器是摄像头内部用于接收光学信号的元件。配合镜片组以及图像处理器（ISP）可以实现拍摄照片的功能。这三者共同决定成像质量的好坏。

对于图像传感器，我们必须明白：

1.并非像素越高越好。因为手机体积决定图像传感器不能设计过大，所以如果像素过高，单个像素面积便会减小。

2.除了像素，镜头同样可以影响画质，有些镜头带有镀膜，可以阻挡红外线干扰，降低炫光以及紫边等现象。

3.光学防抖可以通过延长曝光时间的方式提升暗光环境的拍摄能力，以及防止拍摄视频时抖动。

图像传感器上面拥有众多接收光线信号的像素点，它们将自己接收到的光线信号转换成电信号，并通过ISP转化成我们在屏幕中看到的照片。所以这些“小家伙”才是决定图像效果最重要的因素。如果图像传感器中集成了很多像素点，那么它拍出的照片将会存留更多信息，细节会更好。如果像素越大，那么每个像素接收光线的能力就越强，最大的好处就是降低了曝光时间，增加暗光环境拍摄成功率，色彩也会更丰富锐利。

不难发现，移动终端对传感器的应用已经达到难舍难分的地步，在如今配置流，价格战，拼外观已经无法再赚足眼球的年代，传感器成为厂商增加产品卖点的大救兵，而消费者则享受在它们悉心敏感的“关照”中。

但我们也必须意识到，决定传感器发展的壁垒并不在于传感器本身，而是如何用程序去分析传感器积累的数据，并为人所用。很多厂商都是花费数年研究才有所建树。

放眼未来，伴随着越来越多创新的传感器植入移动终端设备中，我们可以轻松掌握身体的状态，情绪以及能量消耗，这些数据将会助力我们的身体健康，调整情绪以及工作效率提升，如此设备难道不能称为科技革命吗？

浅谈传感器与检测技术的学习心得

通过学习，我们了解到传感器对于信息技术十分关键，在生活各个方面占有着不可或缺的地位，能够测量不同的物理量（如力、速度，气体、液体、温度等），也就是说传感器在生活中应用极其广泛，通过对传感器的学习，让我了解到了传感器的基本知识以及应用。

通过传感器这门课程，让我知道了什么是传感器，它能够用来干什么，以及它的基本原理和构成。传感器，顾名思义就是通过感测被测量，将被测量转换成可以用的输出信号的器件。其中传感器主要由三大部分组成，一般是敏感元件、转换元件、转换电路构成，当然转换电路和转换元件需要辅助电源时，也可将辅助电源当作组成部分之一。

一、传感器的基本概念

（一）基本特性

通过学习，我们能够知道敏感元件一般能够感测非电量，转换元件则将非电量转换成电参量，而转换电路则是将电参量转换成电量后输出，其基本特性可以分为两类，一类静态特性，另一类动态特性。其中静态有八大参数，而动态则有两种表示方法。

静态特性指在稳态工作时，输出增量与被测量的比值，主要有灵敏度、分辨力、线性度、稳定性、迟滞、重复性、电磁兼容性、可靠性等，其中给我印象最深的便是电磁兼容性，用老师的话来讲，便是不干扰别人也不被别人干扰的能力。

而动态特性常用阶跃响应和频率响应来表示，主要参数有时间常数、上升时间、响应时间、超调量、振动次数及稳态误差等，两者主要是传感器输出特性不同。

（二）测量电路

通常将对输出信号进行加工处理的电子电路称为传感器的测量电路，具有微弱、易衰减、非线性及易受干扰等特点。能够将弱信号放大、滤波、校正传感器的非线性等等。根据其作用常见的电路便有电桥电路、谐振电路、调频电路等。基本类型便是模拟电路、开关型电路、数字式测量电路。

其中我觉得最为重要的便是噪声及抗干扰技术，噪声是与被测量无关的随机信号，会造成测量的误差，通过噪声组成要素：噪声源、通道、接受电路来针对性的进行消除或衰减。

主要便是静电屏蔽、磁屏蔽、接地、浮置、光电耦合、滤波技术。给我印象最深的便是接地，接地的目的不外乎提供安全和基准电压，当然在其他方面也会用到接地保护，比如防止漏电等情况。

二、常见的传感器类型及基本原理

（一）电阻式传感器

电阻式传感器的基本原理主要是将被测信号的变化转换成电阻值的变化，能够进行位移、形变、力矩、加速度等物理量的测量。电阻应变片就是基于导体或半导体在外力作用下产生机械形变，其电阻值发生变化的现象所制成。

而金属应变片主要由敏感栅、基片、覆盖层和引线组成，其中最为重要的便是敏感栅，当然除了金属类的应变片，还有半导体的应变片，其作用原理基本相同。除了工作原理的学习，我们还学到了几个名词，如蠕变和零漂，蠕变是在施加恒定应变温度一定时，指示值随时间变化的变化量，而零漂则是在无机械应变时的变化量。至于应变片的制作工艺流程，用老师的话来说就像是贴手机膜，先表面处理、定位、粘贴、固化处理、引出线的固定与保护、粘贴质量检测等。当然气敏、湿敏、热电阻、热敏电阻传感器的作用原理基本相同，都是将被测量变化，转变成电阻值等电量变化。

（二）电容式传感器

电容式传感器是将被测非电量转换成电容量变化的传感器件，根据C=εA/d的公式，设计了变面积型、变极距型、变介电常数型三种电容式传感器。其中在变极距型中差分式传感器灵敏度比非差分式提高一倍，线性误差也大大降低。

（三）电感式传感器

电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量变化来实现信号测量的。由此自感式传感器可分为变间隙式、变截面积式和螺线管式三种，三者组成最大不同便是螺线管式没有铁芯，其余组成则相同。

其中差分式传感器工作原理同变压器，由两个或多个带铁芯的电感线圈组成，一、二次绕组之间的耦合，随衔铁或两个绕组之间的相对位移而改变，也就是说被测件的微小位移使衔铁在差分线圈中移动，线圈的电感值就会发生变化，将被测位移量转换成电压输出，其中两个二次绕组反向串接，此时差分输出电压为零，于此同时通过输出我们就可以知道衔铁位移的大小和方向，并由此可判断出被测物体的移动方向和位移量大小。

（四）压电式传感器

以压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷，实现非电量电测的目的，可以测量力、压力和加速度等，但不能用于静态参数的测量。在施加外力时产生变形，内部发生极化，产生相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，就是压电效应。当电能转化成机械能就是逆压电效应，机械能转换成电能则是正压电效应。

而压电材料是压电式传感器的敏感材料，同时压电材料的温度达到某一值时，便失去压电特性，就是称为居里点。石英的居里点温度就是575℃。压电传感器可以等效为一个电压源与电容相串联的电压等效电路；也可以等效为一个电荷源与电容并联的电荷等效电路。

压电并联输出特性为输出电荷、电容为单片的两倍，输出电压与单片相同，而串联特性的输出电压为单片的两倍，电容为单片的1/2。

（五）霍尔式传感器

霍尔式传感器是基于霍尔效应原理而将被测量转换成电动势输出的一种传感器，工作原理便是金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种电势就是霍尔电势，霍尔电势大小与导体厚度成反比。

霍尔式位移传感器其工作原理为将磁场强度相同的两块永久磁铁，同极性相对的放置，霍尔元件处在两块磁铁之间，此时霍尔电势为零，位移为零，若霍尔元件发生相对位移，霍尔元件感受的磁感应强度也会改变，此时霍尔电势的大小反映出霍尔元件与磁铁间的相对位置的变化，就能够求出位移量大小，适合测量微位移及振动的测量。

（六）热电偶传感器

其工作原理主要是根据热电效应将不同导体结合成闭合电路，两者接触点温度不同，产生电势并形成回路电流。热电偶回路中总的热电势为两个接触点热电势的代数和。其中产生热电势最主要的条件便是材料不同、温度不同，同时也就产生了三大定律，均质导体定律、中间回路定律、中间导通定律。因为需保证冷端温度恒定为0℃，所以便有了冷端温度补偿法，补偿导线法、0℃恒温器、冷端温度校正法（热电势温度修正法、温度修正法、冷端温度自动补偿法）。

（七）光电式传感器

光电势传感器就是将光量的变化转换成电量变化的传感器属于发电式传感器，由光源、光学通路、光学元件三大部分组成。其原理是根据光经过光学通路照射到接受元件上产生电的变化所制成，其光电效应分为外、内光电效应。

由不同的光电效应变制成了不同的光电器件，如外光电效应制成了光电管、光电倍增管，内光电效应制成了光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管、光电池等器件。

三、总结

通过学习我们能够知道对于不同精度和不同被测对象，所选择的测量传感器都不尽相同。因此，我们学习传感器一定要先学会其基本工作原理，找到不同传感器相通的地方，针对性地学习，这样才能提高对传感器知识点的掌握。

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