第四节　传感器的应用领域

信息化的21世纪,离不开传感器。传感器的应用领域非常广泛,例如电子计算机、生产自动化、现代信息、军事、交通、化学、环保、能源、海洋开发、遥感、宇航等。

一、传感器在工业检测和自动控制系统中的应用

在石油、化工、电力、钢铁、机械等工业生产中需要及时检测各种工艺参数,通过电子计算机或控制器对生产过程进行自动化控制,如图1⁃4所示。传感器是任何一个自动控制系统必不可少的环节。

二、传感器在家用电器中的应用

现代家用电器中普遍应用传感器。传感器在电子炉灶、自动电饭锅、吸尘器、空调器、电子热水器、热风取暖器、风干器、报警器、电熨斗、电风扇、游戏机、电子驱蚊器、洗衣机、洗碗机、照相机、电冰箱、彩色及平板电视机、录像机、录音机、收音机、影碟机及家庭影院等方面得到了广泛的应用。

随着人们生活水平的不断提高,对提高家用电器产品的功能及自动化程度的要求越来越强烈。为满足这些要求,首先要使用能检测模拟量的高精度传感器,以获取正确的控制信息,再由微型计算机进行控制,使用家用电器更加方便、安全、可靠,并减少能源消耗,为更多的家庭创造一个舒适的生活环境。

目前,家庭自动化的蓝图正在设计之中,未来的家庭将由中央控制装置的微型计算机,通过各种传感器代替人监视家庭的各种状态,并通过控制设备进行着各种控制。家庭自动化的主要内容包括:安全监视与报警、空调及照明控制、耗能控制、太阳光自动跟踪、家务劳动自动化及人身健康管理等。家庭自动化的实现,可使人们有更多的时间用于学习、教育或休息娱乐。

三、传感器在医学中的应用

随着医用电子学的发展,仅凭医生的经验进行诊断的时代将会结束。现在,应用医用传感器可以对人体的表面和内部温度、血压、血液及呼吸流量、血液、脉波及心音、心脑电波等进行高难度的分析与诊断。显然,传感器对促进医疗技术的高度发展起着非常重要的作用。

为提高全国人民的健康水平,我国医疗制度的改革,将把医疗服务对象扩大到全民。以往的医疗工作仅局限于以治疗疾病为中心,今后,医疗工作将在疾病的早期诊断、早期治疗、远距离诊断及人工器官的研制等广泛的范围内发挥作用,而传感器在这些方面将会得到越来越多的应用。

四、传感器在环境保护中的应用

“绿水青山就是金山银山。”党的十八大以来,以习近平同志为核心的党中央高瞻远瞩,大力推进生态文明建设,引领中华民族在永续发展的征途上奋勇前行。

目前,地球的大气污染、水质污浊及噪声已严重地破坏了地球的生态平衡和我们赖以生存的环境,这一现状已引起了世界各国的重视。为保护环境,利用传感器制成的各种环境监测仪器正在发挥着积极的作用。比如说PM2.5等超标,这些都是通过传感器检测出来的。

五、传感器在遥感技术中的应用

卫星遥感(satellite remote sensing)是航天遥感的组成部分,以人造地球卫星作为遥感平台,主要利用卫星对地球和低层大气进行光学和电子观测。即从远离地面的不同工作平台上(如高塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等)通过传感器对地球表面的电磁波(辐射)信息进行探测,并经信息的传输、处理和判读分析,对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。

在飞机及航天飞行器上使用的传感器是近紫外线、可见光、远红外线及微波等传感器。在船舶上向水下观测时多采用超声波传感器。例如,要探测一些矿产资源埋藏的地区,就可以利用人造卫星上的红外接收传感器对从地面发出的红外线进行测量,然后由人造卫星通过微波再发送到地面站,经地面站计算机处理,便可根据红外线分布的差异判断出埋有矿藏的地区。

六、传感器在军事方面的应用

现在的战场也是高度的信息化,而信息化是绝对离不开传感器的。军事专家认为:一个国家军用传感器制造技术水平的高低,体现了该国武器制造水平的高低,体现了该国武器自动化程度的高低,最终体现了该国武器性能的优劣。当今,传感器在军事上的应用极为广泛,可以说无时不用、无处不用。大到星体、两弹、飞机、舰船、坦克、火炮等装备系统,小到单兵作战武器;从参战的武器系统到后勤保障;从军事科学试验到军事装备工程;从战场作战到战略、战术指挥;从战争准备、战略决策到战争实施。传感器的应用遍及整个作战系统及战争的全过程,而且必将在未来的高技术战争中促使作战的时域、空域和频域更加扩大,更加影响和改变作战的方式和效率,大幅度提高武器的威力和作战指挥及战场管理能力。

七、传感器在机器人上的应用

目前,在劳动强度大或危险作业的场所,已逐步使用机器人取代人的工作。一些高速度、高精度的工作,由机器人来承担也是非常合适的。但这些机器人多数是用来进行加工、组装、检验等工作,属于生产用的自动机械式的单能机器人。在这些机器人身上仅采用了检测臂的位置和角度的传感器。

要使机器人和人的功能更为接近,以便从事更高级的工作,要求机器人能有判断能力,这就要给机器人安装传感器,特别是视觉传感器和触觉传感器,使机器人通过视觉对物体进行识别和检测,通过触觉对物体产生压觉、力觉、滑动感觉和重量感觉。这类机器人被称为智能机器人,它不仅可以从事特殊的作业,而且一般的生产、事务和家务,全部可由智能机器人去处理,这是现在发展机器人的主要研究对象之一。

八、传感器与物联网

物联网是指通过信息传感设备,按约定的协议,将任何物体与网络相连接,物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。

简单地讲,物联网是物与物、人与物之间的信息传递与控制,在物联网应用中有三项关键技术,其中就包括传感器技术。

传感器好比人的眼耳口鼻,但又不仅仅只是人的感官那么简单,它甚至能够采集到更多的有用信息。传感器是整个物联网系统工作的基础,正是因为有了传感器,物联网系统才有内容传递给“大脑”。