盧 穎

（山西科泰航天防務(wù)技術(shù)股份有限公司， 山西 太原 030006）

引言

傳感器是電器中的必需元件，隨著傳感器在應(yīng)用過(guò)程中的技術(shù)不斷完善，以及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器逐漸向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和復(fù)合化等方向發(fā)展，日常生活中應(yīng)用到不同類(lèi)型的傳感器，為現(xiàn)實(shí)生活帶來(lái)更多的便利。這既推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也使人們的日常生活更加智能化。

1 電子傳感器的定義與類(lèi)別

1.1 電子傳感器概述

傳感器是電器中的特殊元件，是將各種非電學(xué)物理量利用對(duì)其具備高敏感性的元件轉(zhuǎn)換為常規(guī)電信號(hào)，日常家用電器中大多包含這一類(lèi)特殊的元件。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，傳感器可以根據(jù)測(cè)量物理指標(biāo)的變化或是接收輸入信息的方式來(lái)轉(zhuǎn)換電信號(hào)并輸出，從而滿(mǎn)足對(duì)信息的輸出、處理、顯示、記錄、儲(chǔ)存和控制等要求。傳感器被視為當(dāng)代信息領(lǐng)域中的重要技術(shù)之一，本質(zhì)上可以代替并延伸人類(lèi)的感官，在控制功能和自動(dòng)檢查方面有著優(yōu)越的效果[1]。從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，電子傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源等4 個(gè)部分組成。其中，敏感元件的主要功能就是感知被測(cè)量的指標(biāo)，并及時(shí)輸出與測(cè)量指標(biāo)相關(guān)的物理量信號(hào)。轉(zhuǎn)換元件則是對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將其由物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。變換電路則是在電信號(hào)接收的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理并輸出。而輔助電源則是主要為工作開(kāi)展提供相應(yīng)的電力支持，保證電子傳感器可以正常應(yīng)用。

針對(duì)傳感器技術(shù)在國(guó)內(nèi)的專(zhuān)利申請(qǐng)狀況，結(jié)合關(guān)鍵詞檢索、IPC 檢索和邏輯表達(dá)式檢索等方式，檢索了2018 年12 月31 日前公開(kāi)的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)據(jù)。對(duì)我國(guó)傳感器技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)、技術(shù)產(chǎn)出區(qū)域分布和主要申請(qǐng)人進(jìn)行分析。

中國(guó)傳感器專(zhuān)利歷年申請(qǐng)量如圖1 所示。由圖1可知，中國(guó)開(kāi)始進(jìn)行傳感器研究的時(shí)間并不晚，1991年已有1 件相關(guān)申請(qǐng)。從歷年趨勢(shì)來(lái)看，中國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)集中在1999 年以后，在經(jīng)歷了2005—2007 年的平穩(wěn)期后，申請(qǐng)量繼續(xù)增長(zhǎng)，并在2016 年達(dá)到了頂峰，2017 年和2018 年專(zhuān)利申請(qǐng)的下降，則是由于專(zhuān)利公開(kāi)的滯后性所導(dǎo)致。

1.2 電子傳感器類(lèi)型

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子傳感器的類(lèi)型也逐漸趨于多樣化，尤其是人工智能的出現(xiàn)，更是推動(dòng)了電子傳感器的發(fā)展。不同類(lèi)型的傳感器工作原理也不同，所適用的對(duì)象也存在一定的差異。根據(jù)使用對(duì)象及用途，可以將電子傳感器分為速度與加速度傳感器、位置傳感器、液位傳感器、壓力敏傳感器和熱敏傳感器等，而根據(jù)工作原理，又可以將其劃分為振動(dòng)傳感器、生物傳感器、真空傳感器和氣敏傳感器等多種類(lèi)型[2]。類(lèi)型豐富的電子傳感器能夠更好地滿(mǎn)足人們的需求，并通過(guò)相關(guān)設(shè)備將人類(lèi)的感官展示出來(lái)，進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制。

2 日常生活中電子傳感器的應(yīng)用與發(fā)展

2.1 應(yīng)用于手機(jī)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，人們的生活逐漸趨于智能化，尤其是在通訊領(lǐng)域，幾乎每個(gè)人都擁有一部智能手機(jī)，而在智能手機(jī)的使用及體驗(yàn)中，傳感器發(fā)揮著非常重要的作用。每部手機(jī)聽(tīng)筒位置附近都有距離傳感器，人們?cè)趽艽蚝徒勇?tīng)電話(huà)的時(shí)候，頭部會(huì)與手機(jī)貼合在一起，如果不小心觸碰就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤操作，而傳感器起到的是監(jiān)控作用，當(dāng)頭部挨近屏幕時(shí)，傳感器就能直接檢測(cè)到物理量的變化，控制屏幕自動(dòng)熄滅，以免誤碰而產(chǎn)生不必要的麻煩。當(dāng)頭部遠(yuǎn)離屏幕后，屏幕則會(huì)再次點(diǎn)亮，以方便人們進(jìn)行下一步操作。又如，手機(jī)屏幕保持同一亮度，則會(huì)在光線變化時(shí)讓人產(chǎn)生不適感。而電子傳感器的運(yùn)用能夠?qū)ζ聊涣炼冗M(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，并根據(jù)光線的明暗調(diào)整到適當(dāng)?shù)牧炼?，從而保護(hù)人們的眼睛。這一功能的實(shí)現(xiàn)依靠與手機(jī)屏幕上方的光線傳感器。除此之外，手機(jī)中應(yīng)用的傳感器還有很多類(lèi)型，如重力傳感器、光學(xué)傳感器等，可以說(shuō)傳感器的運(yùn)用讓手機(jī)更加智能，也為人們帶來(lái)了更多便利、實(shí)用的功能。

2.2 應(yīng)用于家用電器

電子傳感器也被廣泛應(yīng)用于家用電器方面，隨著人工智能的發(fā)展，家居也逐漸向智能化方向發(fā)展，為人們的生活帶來(lái)了更多的便利，原理圖如圖2 所示。

例如，廚房中常見(jiàn)的電飯煲，就使用了溫度傳感器。當(dāng)電飯煲達(dá)到一定溫度后，就會(huì)自動(dòng)斷電并跳閘，避免電飯煲內(nèi)部構(gòu)件持續(xù)工作，溫度一直上升而損壞主板或是埋下安全隱患?？照{(diào)中也應(yīng)用了溫度控制傳感器，使用時(shí)預(yù)設(shè)好溫度值，空調(diào)在工作中可以通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)溫度，當(dāng)溫度低于或高于所設(shè)溫度值時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，使室內(nèi)溫度更加舒適。此外，隨著家居智能化發(fā)展，逐漸普及的消毒洗碗機(jī)中也使用了電子傳感器，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)水溫和出水量，并在清洗工作完成后排水并自動(dòng)烘干。由此可見(jiàn)，電子傳感器應(yīng)用于家用電器，能夠?yàn)槿藗兊纳顜?lái)更大的便利，減輕家務(wù)勞動(dòng)，提高人們生活的幸福感。

2.3 應(yīng)用于汽車(chē)

人們當(dāng)前的出行方式多樣化，其中汽車(chē)是出行的主要方式之一，而傳感器也被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)中。例如，為了增強(qiáng)汽車(chē)行駛中的安全性，幾乎所有的汽車(chē)中都裝有安全氣囊，它在本質(zhì)上是兩種傳感器的綜合體，分別是加速傳感器及壓力傳感器。當(dāng)汽車(chē)在行駛中突然遭受撞擊時(shí)，氣囊中的傳感器就會(huì)檢測(cè)到壓力及外力引起的加速度，將命令傳達(dá)給車(chē)輛的控制系統(tǒng)，使安全氣囊順利彈出，保護(hù)車(chē)上人員的安全。此外，汽車(chē)的電子設(shè)備系統(tǒng)中也同樣應(yīng)用了傳感設(shè)備，并成為其中的關(guān)鍵組成部分，有助于完成信息收集。但在汽車(chē)領(lǐng)域中使用傳感器時(shí)，要結(jié)合具體情況靈活運(yùn)用，可以使用單一的傳感器，也可以通過(guò)設(shè)備組合多種傳感器，在優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)功能最佳。

超聲波技術(shù)是現(xiàn)代較為先進(jìn)的技術(shù)手段之一，指的是聲音頻率超過(guò)20 kHz，人類(lèi)無(wú)法正常聽(tīng)到的聲音。超聲頻率更高，波長(zhǎng)更短，正是由于其具備這些特點(diǎn)，使其傳播過(guò)程中能夠在相應(yīng)距離內(nèi)保持良好的方向性，很難因受到外界的影響而發(fā)生改變。車(chē)輛的自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)，通過(guò)發(fā)射超聲波，對(duì)前方直線進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)超聲波遇到物體后，則將這一信息傳回，得到車(chē)輛與物體之間的距離，原理如圖3 所示。

2.4 應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

隨著醫(yī)學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展，智能仿生傳感器被逐漸投入使用，將電子傳感器與人工智能相結(jié)合，能夠讓其更具人性化，同時(shí)擁有生物才能具有的功能。例如，器官捐獻(xiàn)一直處于緊缺的狀態(tài)，受到傳統(tǒng)思想、身體健康等多方面因素的影響，很少有人愿意主動(dòng)捐獻(xiàn)器官，而基于電子傳感器設(shè)計(jì)智能仿生人工器官，則能夠?yàn)槟切┯行枰娜藥?lái)福音，是醫(yī)學(xué)史上的重要里程碑。

2.5 電子傳感器未來(lái)發(fā)展方向

隨著人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，對(duì)傳感器技術(shù)的需求不斷提高，希望能夠?qū)崿F(xiàn)更快速、更高效、更精準(zhǔn)的測(cè)量要求，這為傳感器未來(lái)的發(fā)展指明了方向。社會(huì)數(shù)字化發(fā)展對(duì)生產(chǎn)成本、質(zhì)量、方式等產(chǎn)生了積極的影響，為更高質(zhì)量的傳感器元件生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。而在人工智能浪潮的推動(dòng)下，人們對(duì)智能傳感器的需求也在不斷增長(zhǎng)，因此，未來(lái)發(fā)展中傳感器必將更加智能，檢測(cè)準(zhǔn)確性也能得到顯著的提高[3]。傳感器技術(shù)的應(yīng)用安全性將得到進(jìn)一步提高，對(duì)事物的安全檢測(cè)也會(huì)更加敏銳，能夠更快地發(fā)現(xiàn)不安全的情況。如今，傳感器在使用過(guò)程中需要定期維護(hù)和保養(yǎng)，而在未來(lái)的發(fā)展中，傳感器技術(shù)將不斷革新，并在使用壽命內(nèi)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，不必再繼續(xù)維護(hù)、修改或校準(zhǔn)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和革新，芯片級(jí)的新技術(shù)正在興起，所組成的印刷電路板外形也越來(lái)越小，為傳感器的融合提供了更多的可能性。

3 結(jié)語(yǔ)

電子傳感器在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛，對(duì)人們的生活與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。在以往的生活中，人們往往是依靠感覺(jué)器官來(lái)獲取信息、收集信息，但受到客觀條件的限制，在研究某些規(guī)律時(shí)可能會(huì)存在困難，電子傳感器的應(yīng)用能夠有效解決這一問(wèn)題。而且在不久的將來(lái)，隨著傳感器技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，將營(yíng)造加更智能化的環(huán)境，讓人們享受智能化生活。