越來越多的傳感器廣泛地應用于我們的日常生活中,貫穿到生活中的方方面面,包括吃穿住行。像我們比較熟悉的智能家電,隨著智能化家庭網絡的逐漸普及和發(fā)展,各種各樣的傳感器引入到家電中變得更加迫切。傳感器家電使人們的生活更加舒適度的同時,減少智能家電的耗能和耗水、清洗方便、降低噪聲和振動、提高使用質量、實現綠色環(huán)保。
智能家居給我們的生活帶來了哪些便利?
掃地機器人每天自動清掃地板;出門在外可隨時查看家中情況;家用電器,即便相隔萬里也能輕松遙控……現如今,隨著智能科技發(fā)展,讓人們心生向往的智能生活漸漸變得觸手可及。智能門鎖、智能廚具、智能攝像頭等具有各種各樣功能的智能產品,讓人們在體驗極“智”生活的同時,也能安享舒適和便捷。
傳感器在智能家庭中的作用
1.非接觸式檢測系統(tǒng),例如,用于溫度控制的微加工熱電偶紅外傳感器,它還可以用于炊具、頭發(fā)護理器具和烤面包機中。
2.流量傳感器可用于電扇和真空吸塵器中空氣質量的檢測。
3.加速度和坡度傳感器可用在電奧斗中。
4.智能多氣體傳感器(人造鼻)可用于自動陪烤控制中。
用于加熱和溫度控制方面的傳感器有:溫度傳感器和開關、壓力傳感器和開關、氣體和液體流量傳感器。溫度控制是家電中最早建立且最重要的功能之一。基于先進薄膜纖維技術的鈾電阻溫度傳感器就是一個很好的例子,它常用于廚房的加熱盤和烤箱中。
盤點生活中的傳感器
觸覺感測器
觸控面板是觸覺感測最主要的產品,近期開始走紅的”指紋辨識”技術,也是觸覺感測的一種應用,指紋辨識器一般采用電容式的觸控屏,從前使用在保全系統(tǒng)、犯罪偵防上,後來置入智慧型手機,應用在指紋鎖、個人認證及行動支付方案等。
如果將觸覺進一步衍伸到如皮膚般能感測壓力、溫度、表面紋路,應用到機器人。使得機器人身上將有層仿真皮膚,協(xié)助特定類型的機器人可以利用觸覺工作,例如提升抓取物品的準確性。這種電子皮膚技術也嘗試能使用在原本沒有觸覺的機械義肢、或皮膚移植的可能。觸覺感測器不斷以仿生物特性的角度持續(xù)開發(fā)中。
氣體感測器
氣體感測器應用上常用於酒精偵測、可燃性氣體偵測、環(huán)境氣體偵測等,在環(huán)境空氣檢測上可用於室內空氣品質的偵測,搭配溫、濕度、氣壓計形成智慧空調系統(tǒng),主動調整室內、車內空間的空氣品質,并達到節(jié)能與安全維護的目的。
氣體感測器的制作是利用加熱氧化物後表面吸附氣體,再進行催化產生電阻的變化產生感測訊號。偵測不同氣體所用的元件略有不同,因此目前單一感測器通常僅限特定某類型氣體的偵測,例如可燃性性氣體、二氧化碳、污染型氣體、氫氣等,又稱為”電子鼻”或”嗅覺感測器”。
未來采用半導體制程的嗅覺感覺器,不僅感度好、反應快、穩(wěn)定性佳,且維護上也容易;用於醫(yī)療領域,目前已有利用檢測二氧化碳濃度來檢知病人是否因感染幽門螺旋菌(HelicobacterPylori)而導致胃炎、胃潰瘍的半導體氣體感應器裝置。歐美日等國的研究更發(fā)現,當人體生病時,呼氣中特定成分的氣體濃度會提高。若是此類呼氣嗅覺感應器能夠小型化,整合到手機上,使用者平常就能利用手機來做健康診斷,掌握日常的健康狀態(tài)。
生物感測器
如果是以一般感測技術(光學、壓力等)來辨識生物特徵,稱為生物辨識技術(Biometric),不同於生物感測器(BioSensor),則是直接以相關的生物分子產生化學反應來感測,兩者皆是測量生物量的方法,前者發(fā)展較快且已能置入行動裝置,後者測量出的數據則更為精準,但離商品化還需努力。
生物辨識(Bio-metric)技術,指的是如指紋辨識器、人體特徵分析,如臉部、指紋、虹膜辨識等。主要透過光感測器、電流、磁力或電磁波等方式,來測量心跳、心律、血氧濃度、血壓等基本的生理訊號。
基於在各種非生物感測器的技術進步下,加上程式設計人員透過演算法要測量出各種生理訊號,都有一定程度的可測量性,由其紅外線IR穿透力比可見光稍強,可測量人體表面溫度及血液中細微的變化來進行分析。但大部份的測量如果要能用於醫(yī)療水準,達到更高的準確性作為疾病的預防診斷,還是需要靠生物感測器來達成。
生物感測器(Bio-sensor),即是利用生物分子的交互作用來感測,從測量生理變化,至分析更多生物元素的感測方法。由於在測量的生物體背景值相當復雜(如血液里就有血球、蛋白質、抗體),且生物元素具有高特異性,因此檢測過程通常較為繁瑣,要做成單一設備能夠商品化的感應器更是一大挑戰(zhàn),現有商品化設備的感測模式通常是在感測器前端(探針)加入生物分子,與受測物作用後,再透過轉換元件轉為電子訊號。
生物作用分子的選用相當獨特,一種生物感測器通常只能測幾種特定的生物原素,這個部份跟嗅覺感測器的發(fā)展裝況類似。除了醫(yī)療用途外,在食品的研發(fā)及品管上,也有發(fā)展出食品分析儀、及味覺感測器,味覺感測器能分別將甜、咸、酸、苦、辣等五種基本味覺數值化,食品分析儀可以檢測出食品的成份。
Vessyl推出的智慧水杯,不僅可以馬上認出裝入的是水還是那種飲料,還能透過手機App協(xié)助計算卡路里及健康管理,醫(yī)療方面糖連病患者最需要的血糖測試方法,現在也有采取體液的偵測方式,比起以往需采集血液的方式,對糖尿病患者是一大福音;GoogleX研發(fā)隱形眼鏡,就是以淚液偵測血糖值,生物感測器的微小化、商品化,將會是遠端醫(yī)療、個人健康管理上在未來的發(fā)展方向。
腦波感測器
我們的大腦是由數十億個活躍的神經元組成,如果把神經軸突(Axon)連接在一起,長度大約有十七萬公里,當這些神經元互動時,可以測量到這些化學作用所發(fā)射出的電脈沖。腦波的密碼解讀是相當困難的,因此目前腦波感測器的進展并不大。在未來隨著腦波感測的發(fā)展,也許我們就能用意念來移動物品、打開電視、甚至與寵物溝通。
光感測器
光感測器的原理即是藉由光敏感元件將接收的各種光波轉換成電訊號。光感測也是目前應用最廣的一種感測方式,主要范圍大多集中於肉眼可見光(380nm~780nm)的頻段附近,由於光有反射、折射等特性,感測器可由發(fā)射端射出光線,再經反射由接收端探知波長的變化,稱為主動式光感測。若是只有接收端直接測量外在的光能量,則是被動式光感測。
感測光譜
光感測器大致可以分類為紅外線光感測器、紫外線光感測器、影像感測器、深度感測器。
紅外線光感測器
紅外線是肉眼看不到的安全光線,因此在感測應用上非常廣,在工業(yè)生產鏈上要測量物體的通過或是保全警報系統(tǒng),都可以采用紅外線感測器,利用光的折射與反射特性來完成感測訊號,當有發(fā)射端、與接收端,紅外線也可以作短距離訊號的傳遞,如搖控器、紅外線傳輸介面等。然而一般紅外線的穿透性并不高,主動式紅外線加上光反射原理還可以用在距離的探測上,打在人體皮膚上可以透過微血管變化計算心跳、心律。
在“黑體輻射定律”中,物體溫度高於絕對零度(攝氏-273.15K)就會產生紅外線的輻射光能量;因此對於溫度的感測也常常與紅外線相關,熱視鏡、熱追縱系統(tǒng)、熱感應式監(jiān)視器,就是被動式紅外線感測的應用。這類型感測器也常與我們日常生活息息相關,舉例還有防盜系統(tǒng)、火災警報器、耳溫槍等。
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