再说传感器

之前栗子君为大家简介了传感器，有同学来信说非常感兴趣，希望能做更多了解。好，本期咱们就来——

在智能化浪潮几乎席卷一切领域的今天，传感器应用之广超出了大多数人的想象。许多我们司空见惯的设备、习以为常的功能，如果没了传感器，根本无法使用。

看看下面几例，是不是你曾用过但却从未意识到它是传感器？

◎触摸屏 手机、平板电脑等智能设备不可缺少的触摸屏，本质上就是一种传感器，它由触摸检测部件和触摸屏控制器组成。触摸检测部件安装在屏幕前面，用于检测用户触摸的位置，并将信息传给触摸屏控制器;触摸屏控制器则负责将信息转换成触点坐标传送给CPU，同时接收和执行CPU发来的命令。

触摸屏有红外线式、电阻式、电容式和表面声波式等类型。

红外线式触摸屏四周布有一一对应的红外线发射管和接收管，形成横竖交叉的矩阵。手指触摸屏幕时，横竖两条红外线被挡住，就得到触点的纵横坐标。

电阻式触摸屏利用压感进行工作，其表层一般是塑胶，底层是玻璃。手指按压表层，使其与底层接触，接触点的电阻发生变化，从而发出电信号。

电容式触摸屏利用的是人体的电流感应。屏幕玻璃表面贴有一层特殊的透明导电物质，手指触碰时会改变触点的电容，从而探测出所触摸的位置。

表面声波式触摸屏角上装有发射器，发射高能声波覆盖整个屏幕。当手指触屏时，触点上的声波被阻止，由此来确定坐标。

◎接近传感器 这个名词乍听很陌生，但说到它的用途你一定恍然大悟——用智能手机接听电话时，若太靠近脸，屏幕会自动熄灭，远离后又自动亮起，这个防止脸颊、耳朵等误触手机屏幕发生误操作的“防触碰模式”，用到的就是接近传感器。

最常见的接近传感器采用光电式设计，即它会发射红外光脉冲，若听筒周围没有遮挡物，传感器就不会收到反射信号;而一旦有物体遮挡，脉冲信号就会被反射回来被传感器捕获。它还可以通过测算信号反射回来的时间，计算出距离的具体数值。

◎加速度传感器 同样是大家“不知其名”但实际上非常熟悉的传感器——手机屏幕自动旋转的重力感应功能、“拍照狂人”最爱的防手抖功能、跟小伙伴PK行走步数的计步功能等，都要靠它来实现。

加速度传感器通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等组成，根据敏感元件的不同又可分为电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等，但基本原理都是通过测量质量块的受力情况，再利用牛顿第二定律计算出加速度值。

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接近传感器和加速度传感器非常有用，以上功能不过是“雕虫小技”。爱动脑的你不妨找一找，它们在生活中还有哪些应用;再想一想，你能用它们实现什么好玩的功能。

◎光学心率传感器 几乎是每款智能手表、运动手环的标配，用于监测人体健康的重要指标——心率。

心脏跳动时形成的压力波会沿着血管传递，光学心率传感器通过监测这个波，来实现对心率的监测。具体方法是：使用LED发射光线照射手腕，光线透过皮肤组织后反射回来，根据反射信号的不同数值，传感器即可识别出压力波并进行计数，从而得知心率。

这一方法也可用来监测人体的血氧饱和度，因为含氧量不同的血液颜色不同，对光线的反射率自然也就不同。

◎生物电阻抗传感器 是一种更先进、准确性更高的综合性生物传感器，可通过肌体自身阻抗来监测血液流动，并转化为具体的心率、呼吸率及皮电反应指数。因为人体各组织、器官之间存在较大的阻抗差异，即使同一组织、器官，在不同生理状态下、在健康和病变时，电阻抗也大不相同。

看过了这么多传感器，想必大家对这个神通广大的小玩意有了更清晰的概念。当然，百闻不如一“用”，什么都比不上亲手用它创作几款智能设备来得过瘾。那么，面对众多的传感器产品该如何挑选呢？应该考虑哪些因素？

首先，根据测量对象与测量环境确定传感器类型。

即使是测量同一种量，也会有多种原理、多种方法，因而就有多种设计类型的传感器。每种类型自然各有优缺点。

比如上文说的几种触摸屏：红外线式触摸屏不受电流、电压和静电影响，响应速度快，可用于各种档次的计算机，但缺点是分辨率低;电阻式触摸屏不怕灰尘和温度、湿度变化，但外层屏幕容易被刮花，且一般只支持单点触控，不能多点触控;电容式触摸屏不怕尘埃、水和污垢，耐刮擦，对轻微和快速触摸感应良好，但易受温度、湿度变化和电场干扰，分辨率也低;表面声波式触摸屏不怕温度、湿度变化和刮擦，分辨率高，但尘埃、水和污垢却会严重影响其性能。

不同的工作原理和设计，还会影响传感器的量程范围、体积大小、测量方式（接触式或非接触式）、信号传输方式（有线或无线）等。总之，要根据具体使用场合来选择传感器。

其次，考虑具体的性能指标，如灵敏度、精度、频率响应特性、线性范围、稳定性等。

◇灵敏度 一般来说，灵敏度是越高越好;但灵敏度高，传感器就易受干扰，测量范围窄，稳定性也往往更差。

而且，靈敏度是有方向性的。如果被测的量是单向量，且方向性要求高，那其他方向上灵敏度就要低;如果被测的量是多维向量，则交叉灵敏度越低越好。

◇精度 精度越高越好吗？未必。因为精度高的传感器价格也高。故从经济上考虑，精度只要能满足整个测量系统的要求即可。

◇频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，频率响应越高，可测的信号频率范围就越宽。在允许的频率范围内应做到不失真，但实际上传感器的响应总有一定的延迟，自然，延迟时间应越短越好。

◇线性范围 指信号输出与输入成正比的范围。我们知道，正比例函数是一条直线。理论上，传感器测量目标物体所获得的数值和它输出的数值应该成正比。但实际上任何仪器都有误差，故任何传感器都做不到绝对的线性，只能在一定范围内保证输出与输入的信号是正比例函数关系，在这个范围内灵敏度才能保持定值。

传感器的线性范围越宽，意味着其量程越大，且能保证一定的测量精度。

◇稳定性 指传感器使用一段时间后，其性能保持不变的能力。

影响传感器长期稳定性的因素，除了其自身的设计、结构，主要就是工作环境。因此，在一些特殊的环境里，需要选用特殊的传感器或添加保护措施，如以下几类环境：

·高温 会使传感器涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等。

高温环境下需选用耐高温传感器，并外加隔热、水冷或气冷等装置。

·粉尘、潮湿 会造成传感器短路。

这类环境下应选用密闭性高的传感器。从密封效果来看，焊接、抽真空充氮密封两种方式最佳，橡胶垫机械紧固密封其次，充填或涂覆密封胶方式最差。

·高腐蚀 潮湿、酸性等高腐蚀环境会使传感器弹性体受损或发生短路。

这种环境下应选用外表面有喷塑或不锈钢罩、抗腐蚀性和密闭性好的传感器。

·电磁 会造成输出信号紊乱。

要用电磁屏蔽材料或装置来进行保护。

·易燃易爆

在这种环境中必须选用防爆传感器。防爆传感器的密封外罩不仅要密闭性良好，还要有一定防爆强度;其电缆线引出头也要有足够的防水、防潮、防爆性能。

最后，如果市面上的传感器无法满足你的需求，你还可以自行设计制造——毕竟，你是一名“创客”嘛！