傳感器是一種可以將特定物理量（如光、聲音、壓力、溫度、振動、濕度、速度、加速度、特定化學(xué)成分或氣體的存在、運動、灰塵顆粒的存在等）轉(zhuǎn)換為電信號來檢測、測量或指示它們的裝置。當(dāng)傳感器感知并發(fā)送信息時，執(zhí)行器被激活并開始運作。執(zhí)行器接收信號并設(shè)置其所需的動作，以便能在環(huán)境中采取行動。

　　智能傳感器是指能夠?qū)ν饨绛h(huán)境信息進(jìn)行感知、采集并自主判斷、分析和處理的智能化傳感器件。智能傳感器具有信息采集、處理、交換、存儲和傳輸功能的多元件集成電路，是集傳感器、通信模塊、微處理器、驅(qū)動與接口，以及軟件算法于一體的系統(tǒng)級器件，具有自學(xué)習(xí)、自診斷和自補(bǔ)償能力，以及感知融合和靈活的通信能力。

　　與一般傳感器相比，智能傳感器具有如下優(yōu)點：

　　自檢、自校準(zhǔn)和自診斷：自診斷功能在接通電源時進(jìn)行自檢，并通過診斷測試來確定組件是否出現(xiàn)故障。此外，還可以根據(jù)使用時間在線修正，微處理器利用存儲的測量特性數(shù)據(jù)進(jìn)行比對驗證。

　　感應(yīng)融合：智能傳感器可同時測量多個物理量和化學(xué)量，給出能更全面反映物質(zhì)運動規(guī)律的信息。例如，融合液體傳感器可以同時測量介質(zhì)的溫度、流量、壓力和密度。如何機(jī)械傳感器可以同時測量物體某一點的三維振動加速度、速度、位移等。

　　精度高：智能傳感器具有信息處理功能，不僅可以通過軟件校正各種確定性系統(tǒng)誤差，還可以適當(dāng)補(bǔ)償隨機(jī)誤差、降低噪聲，從而大大提高傳感器精度。

　　可靠性高：集成的傳感器系統(tǒng)消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些不可靠因素，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾性能。同時還具有診斷、校準(zhǔn)和數(shù)據(jù)存儲功能，穩(wěn)定性好。

　　性價比高：在同等精度要求下，多功能智能傳感器的性價比明顯高于功能單一的普通傳感器，尤其是在集成更便宜的微控制器之后。

　　功能多樣化：智能傳感器可實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)綜合測量，通過編程擴(kuò)大測量和使用范圍；具有一定的自適應(yīng)能力，可根據(jù)檢測對象或條件的變化，相應(yīng)地改變輸出數(shù)據(jù)的范圍形式；具有數(shù)字通訊接口功能，可直接發(fā)送到遠(yuǎn)程計算機(jī)進(jìn)行處理；具有多種數(shù)據(jù)輸出形式，適用于各種應(yīng)用系統(tǒng)。

　　信號歸一化：傳感器的模擬信號通過放大器歸一化，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。微處理器又以串行、并行、頻率、相位和脈沖等多種數(shù)字傳輸形式進(jìn)行數(shù)字歸一化。

　　智能傳感器的需求增長驅(qū)動力主要包括：

　　物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的日益普及

　　汽車電動化和智能化趨勢

　　可穿戴消費電子產(chǎn)品的流行

　　傳感器技術(shù)和MEMS制造工藝的進(jìn)步

　　智能手機(jī)中各種傳感器的用量越來越多（比如CMOS圖像傳感器）

　　工業(yè)自動化和智能制造的強(qiáng)勁需求

　　智慧城市、交通和樓宇的智能化

　　根據(jù)Allied Market Research報告，從2020到2027年，全球智能傳感器市場將以18.6%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長，2027年將達(dá)到1436.5億美元。其中汽車行業(yè)是全球智能傳感器最大的應(yīng)用市場，約占四分之一。在2020-2027年的預(yù)測期內(nèi)，汽車智能傳感器市場增長率預(yù)計將達(dá)到21.7%。此外，可穿戴設(shè)備和健康醫(yī)療應(yīng)用將為智能傳感器帶來短期的增長機(jī)遇。

　　從技術(shù)角度看，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）占據(jù)了超過50%的市場份額。在預(yù)測期內(nèi)，納米機(jī)電系統(tǒng)（NEMS）有望成為增長最快的產(chǎn)品類型，但是MEMS技術(shù)仍將保持主導(dǎo)地位。阻礙市場增長的因素之一是，設(shè)備中的集成智能傳感器會縮短這些設(shè)備的使用壽命。

　　物聯(lián)網(wǎng)的快速增長和普及帶動了智能傳感器的強(qiáng)勁需求，下面我們列出10大物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，來探討一下智能傳感器在每個應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)趨勢。

　　智能可穿戴

　　智能家居

　　智慧城市

　　智能交通

　　智能電網(wǎng)

　　智能樓宇

　　智慧農(nóng)業(yè)

　　智慧醫(yī)療

　　環(huán)境監(jiān)測

　　智能制造

　　在很多可穿戴設(shè)備中，傳感器都是核心器件，也是設(shè)備的主要價值訴求。例如，智能手表和智能手環(huán)是圍繞提供人體健康追蹤和運動數(shù)據(jù)而構(gòu)建的產(chǎn)品，并逐漸朝著與醫(yī)療保健相關(guān)的方向發(fā)展。虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實和混合現(xiàn)實（VR/AR/MR）設(shè)備依靠一整套傳感器（包括RGB攝像頭、慣導(dǎo)、3D攝像頭、力度/壓力傳感器等組合），使得用戶能夠與周圍環(huán)境及虛擬內(nèi)容進(jìn)行交互。其它可穿戴產(chǎn)品類別（例如電子皮膚貼片、TWS耳機(jī)、智能服裝等）也都相似，需要一套核心傳感器實現(xiàn)人與環(huán)境交互。

　　智能可穿戴設(shè)備包括五大模塊：處理器和存儲器、電源、無線通信、傳感器、執(zhí)行器。其中，傳感器是五大模塊的創(chuàng)新要素，是人與物溝通的“芯”。得益于傳感器技術(shù)的進(jìn)步，可穿戴設(shè)備現(xiàn)在可以實現(xiàn)更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測。

　　可穿戴設(shè)備中集成了很多種傳感器，其中主要包括：

　　運動型傳感器：包括陀螺儀、加速度計、壓力傳感器和磁力計等。它們主要用在手環(huán)等設(shè)備中，主要功能是在智能設(shè)備中完成運動監(jiān)測、導(dǎo)航和人機(jī)交互。通過運動型傳感器隨時記錄和分析人體活動情況，用戶就可以知道自己跑步的步數(shù)、騎車的距離、睡眠時間和能量的消耗等運動和身體數(shù)據(jù)。

　　生物型傳感器：包括血糖傳感器、血壓傳感器、心電傳感器、體溫傳感器、腦電波傳感器、肌電傳感器等。主要用于醫(yī)療電子設(shè)備中，例如血壓計等。這里設(shè)備利用生物傳感器采集人體信號，經(jīng)過信號處理來完成健康預(yù)警和病情的監(jiān)控功能。

　　環(huán)境傳感器：包括溫濕度傳感器、紫外線傳感器、顆粒物傳感器、氣體傳感器、pH傳感器、氣壓傳感器等，可用于PM2.5便攜式檢測儀、口罩、便攜式個人綜合環(huán)境監(jiān)測終端等設(shè)備中，通過測試環(huán)境數(shù)據(jù)完成環(huán)境監(jiān)測、天氣預(yù)報和健康提醒。

　　智能家居（Smart Home）是以住宅為載體，將安防監(jiān)控、家電控制、燈光控制、背景音樂、語音聲控融為一體，通過綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、安全防范、自動控制和音視頻等技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備智能地聯(lián)系起來，以集中管理，從而提供更具便捷性、舒適性、安全性、節(jié)能性的家庭生活環(huán)境。

　　這些智能家居設(shè)備都離不開一個重要的配件，就是傳感器。智能家居系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行器、控制中樞、通信網(wǎng)絡(luò)等部分組成，通過各種類型的傳感器獲取室內(nèi)環(huán)境的各種數(shù)據(jù)，目前在家庭中使用比較多的傳感器有以下幾種：

　　溫度傳感器：在智能家居中可以保證室溫的恒定。溫度傳感器可以根據(jù)季節(jié)的變化或者用戶的需求來調(diào)整溫度。通過溫度傳感器可以采集溫度信息，將溫度的信息傳遞給計算機(jī)系統(tǒng)，繼而通過中央控制體系傳輸給空調(diào)，實現(xiàn)智能家居的溫度控制。

　　圖像傳感器：在智能家居系統(tǒng)中，通過PC端的監(jiān)控，可以將信息發(fā)送給用戶的手機(jī)或者電腦，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。在智能監(jiān)控中，利用圖像傳感器可以進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。攝像頭主要由CCD或CMOS傳感器組成，實現(xiàn)對智能家居的全面控制。

　　光電傳感器：通過光電傳感器可以實現(xiàn)對智能家居的全面控制。利用光阻可以設(shè)計自動照明燈，通過紅外線感應(yīng)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對居家的便利化照明，不需要人為進(jìn)行控制。另外，在光電傳感器的運用中，通過紅外線傳感器可以實現(xiàn)對水龍頭、溫度計濕度等多種條件的控制，這樣可以節(jié)約相應(yīng)的資源，且會提升用戶的享受。

　　空氣傳感器：空氣傳感器則可以為用戶實時監(jiān)測監(jiān)控的環(huán)境，一旦超出安全指標(biāo)即可觸發(fā)家中的空氣凈化設(shè)備來凈化空氣，為家人營造健康的空氣環(huán)境?？諝鈧鞲衅骺汕度敫鞣N與空氣中懸浮顆粒物濃度相關(guān)的儀器儀表或環(huán)境改善設(shè)備，實時監(jiān)測空氣質(zhì)量。

　　智慧城市是指使用信息和通信技術(shù)（ICT）框架來改善城市管理并鼓勵經(jīng)濟(jì)增長的城市。ICT與連接的網(wǎng)絡(luò)（IoT）進(jìn)行交互，它可以接收，分析和傳輸有關(guān)當(dāng)前狀況和事件的數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)包括可城市更高效或更易訪問的任何設(shè)備，包括手機(jī)、智能車輛、安全攝像機(jī)，以及嵌入在道路中的傳感器等。

　　智慧城市的三個主要特征是：物理和技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境監(jiān)測和響應(yīng)能力，以及為公民提供的智慧服務(wù)。一個智慧的城市由三個層次構(gòu)成。首先是技術(shù)基礎(chǔ)，其中包括大量的智能手機(jī)和通過高速通信網(wǎng)絡(luò)連接的傳感器；第二層由特定應(yīng)用組成，要將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為警報、洞察和行動都需要適當(dāng)?shù)墓ぞ?；第三層是城市、企業(yè)和公眾的利用情況。許多應(yīng)用只有在被廣泛采用并設(shè)法改變行為的情況下才能成功，比如引導(dǎo)人們在下班時間使用公共交通、改變路線、減少能源和水的消耗，或在一天中的不同時間段使用，以及通過預(yù)防性自我保健減少醫(yī)療保健系統(tǒng)的壓力等。

　　麥肯錫全球分析機(jī)構(gòu)提出的智慧城市三個層次

　　在智慧城市中，傳感器、攝像頭、無線設(shè)備和數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了關(guān)鍵的基礎(chǔ)架構(gòu)。其中傳感是智能基礎(chǔ)架構(gòu)的核心，傳感器是城市景觀中隱藏但無處不在的組成部分，是任何智能控制系統(tǒng)的重要組成部分。

　　傳感器網(wǎng)絡(luò)包括聲學(xué)、激光雷達(dá)、雷達(dá)、3D攝像頭傳感器、環(huán)境傳感器、流量傳感器、氣體傳感器以及濕度和溫度傳感器等。集成的傳感器系統(tǒng)有助于與應(yīng)用和集中式平臺建立無縫互連的網(wǎng)絡(luò)。為特定目的而建立的傳感器網(wǎng)絡(luò)（例如路燈）可以啟用其他幾個連接的應(yīng)用，例如環(huán)境監(jiān)控、公共安全，這種集中式網(wǎng)絡(luò)將有助于減少重復(fù)的投資成本，并且不需要多個單獨的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

　　未來智慧城市主要利用四大傳感器技術(shù)來擴(kuò)展其智慧功能——電子傳感器、紅外傳感器、熱傳感器以及接近傳感器和激光雷達(dá)傳感器。

　　電子傳感器：電子傳感器部署在環(huán)境監(jiān)視傳感器和速度計傳感器中，這些傳感器通常部署在智慧城市網(wǎng)絡(luò)中以執(zhí)行各種任務(wù)，例如監(jiān)視電源和電流水平以進(jìn)行故障檢測。

　　紅外傳感器：紅外傳感器有助于在動態(tài)和不穩(wěn)定的環(huán)境中無偏見地生成數(shù)據(jù)，從而有助于智慧城市中的決策。

　　雷達(dá)傳感器可利用復(fù)雜的計算機(jī)數(shù)據(jù)來分析重要的現(xiàn)場信息。

　　熱傳感器：熱傳感器對能量分布進(jìn)行精確跟蹤，而其他智能傳感器則可以管理需求側(cè)能量。因此，智能電網(wǎng)傳感器有助于提高能源效率。

　　接近傳感器和激光雷達(dá)傳感器：幫助開發(fā)自動車輛系統(tǒng)，這對于使城市完全智能化至關(guān)重要。

　　智能交通就是利用各種智能技術(shù)和裝備，推動交通的數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化和智能化。其中，網(wǎng)聯(lián)化對于智能交通的發(fā)展至關(guān)重要。利用物聯(lián)網(wǎng)，可以讓交通各環(huán)節(jié)和各方面成功聯(lián)網(wǎng)，不僅能有效增強(qiáng)交通監(jiān)管、升級交通服務(wù)，同時還能進(jìn)一步完善現(xiàn)有交通業(yè)態(tài)。

　　智能交通系統(tǒng)(ITS)應(yīng)用在城市交通中主要體現(xiàn)在微觀的交通信息采集、交通控制和誘導(dǎo)等方面，通過提高對交通信息的有效使用和管理來提高交通系統(tǒng)的效 率，主要是由信息采集輸入、策略控制、輸出執(zhí)行、各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸與通信等子系統(tǒng)組成。信息采集子系統(tǒng)通過傳感器采集車輛和路面信息，策略控制子系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)(如通行量最大、或平均候車時間最短等)運用計算方法(例如模糊控制、遺傳算法等)計算出最佳方案，并輸出控制信號給執(zhí)行子系統(tǒng)(一般是交通信號控制器)，以引導(dǎo)和控制車輛的通行，達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)。

　　在智能交通系統(tǒng)里，傳感器就如同人的五官一樣，發(fā)揮著不可替代的重要作用，并且在交通運輸?shù)母鱾€領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，由無線傳感器構(gòu)成的傳感網(wǎng)絡(luò)具備優(yōu)良特性，可以為智能交通系統(tǒng)的信息采集提供一種有效手段，而且可以檢測路口各個方向上的車輛，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，改進(jìn)簡化、改進(jìn)信號控制算法并提高交通效率。此外，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還可以應(yīng)用于執(zhí)行子系統(tǒng)中的控制子系統(tǒng)和引導(dǎo)子系統(tǒng)等方面，如改進(jìn)信號控制器，實現(xiàn)智能交通系統(tǒng)的公交優(yōu)先功能。而位置傳感器能夠有助實現(xiàn)節(jié)能、減排等功能。

　　傳感器除了能幫助追蹤高速公路實時路況之外，還能提供駕駛行駛時間的預(yù)測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會以動態(tài)消息標(biāo)志(DMS)陳列在高速公路的上方供駕駛參考。大量數(shù)據(jù)亦有助于交通規(guī)劃，為未來的高速公路改善計劃與決策提供更多有利信息，助力智能交通行業(yè)的建設(shè)。

　　智能電網(wǎng)是通過信息化手段實現(xiàn)能源資源開發(fā)、轉(zhuǎn)換（發(fā)電）、輸電、配電、供電、售電及用電的電網(wǎng)系統(tǒng)，通過智能管理可以實現(xiàn)精確供電、互補(bǔ)供電、提高能源利用率、供電安全，以及節(jié)省用電的目標(biāo)。智能電網(wǎng)的好處在于減少二氧化碳排放、節(jié)約能源和減少停電，而建立智能電網(wǎng)所需的主要投入都花費在終端電力分布系統(tǒng)上，以及電力設(shè)施上的終端信息系統(tǒng)，其中很大一部分投資在傳感器網(wǎng)絡(luò)上面。

　　IHS報告顯示，智能電網(wǎng)相關(guān)傳感器的市場從2014年到2021年增長近10倍，達(dá)到3.5億美元。傳感器網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是智能電網(wǎng)改造的重要組成部分，關(guān)鍵是傳感器引入各級網(wǎng)格的層次結(jié)構(gòu)。WSN（無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層是智能電網(wǎng)構(gòu)成的三個層面。其中，感知層包括二維碼標(biāo)簽和識讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、各種傳感器、傳感器網(wǎng)絡(luò)（指由大量各類傳感器節(jié)點組成的自治網(wǎng)絡(luò)，具有自組織、自愈合的特點），WSN感知層的主要作用是感知和識別物體，采集并捕獲信息。

　　智能樓宇不同于智能家居，專指辦公大樓、購物中心和酒店等非住宅建筑。這些建筑物中的設(shè)備都連有傳感器，可以提供能源消耗信息，并自動做出優(yōu)化運營的決策。一系列聯(lián)網(wǎng)傳感器可收集環(huán)境信息，以及與樓宇運行和使用情況有關(guān)的數(shù)據(jù)。這些信息既可在邊緣（邊緣計算）處進(jìn)行處理，也可發(fā)送到到本地或云端運行的中央BMS系統(tǒng)。這些信息再被用于觸發(fā)自動操作，以便對建筑物內(nèi)的HVAC系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、百葉窗和許多其他設(shè)備做出調(diào)整。

　　利用傳感器、執(zhí)行器和控制器在不同子系統(tǒng)之間建立交叉互聯(lián)，建筑物即可實現(xiàn)“智能化”。如果把互聯(lián)比作智能樓宇的骨架，那么實際設(shè)備和控制裝置則相當(dāng)于建筑物的肌肉和大腦。智能組件之間的這種交互，能夠根據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量（IAQ）和室內(nèi)二氧化碳濃度來控制通風(fēng)系統(tǒng)。照明系統(tǒng)也可根據(jù)是否有人存在及室內(nèi)亮度等附加因素予以自動調(diào)整，這樣可以顯著降低能源消耗，同時提高使用者的舒適度和幸福感。

　　傳感器在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中起著決定性的作用。安裝在設(shè)備內(nèi)部或外部的傳感器，可以收集反映設(shè)備運行狀況的各種參數(shù)的數(shù)據(jù)。例如，在HVAC設(shè)備中使用氣壓傳感器進(jìn)行氣流監(jiān)測，在電機(jī)驅(qū)動器中使用電流傳感器進(jìn)行電流測量，或者使用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）麥克風(fēng)進(jìn)行聲音異常和振動測量。這些傳感器可以實時地檢測出偏離預(yù)定最佳狀態(tài)的狀況。

　　HVAC設(shè)備只是作為一個例子來說明傳感器如何能夠幫助實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)，從而為樓宇經(jīng)營者、租戶和設(shè)備制造商發(fā)掘更多附加價值。對于電梯、閥門和照明等其他關(guān)鍵的子系統(tǒng)而言，相關(guān)半導(dǎo)體解決方案和先進(jìn)的軟件智能可解決維護(hù)問題并提供深入洞見。

　　智能傳感在制造過程中的典型應(yīng)用之一，體現(xiàn)在機(jī)械制造行業(yè)廣泛采用的數(shù)控機(jī)床中?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床在檢測位移、位置、速度、壓力等方面均部署了高性能傳感器，能夠?qū)庸顟B(tài)、刀具狀態(tài)、磨損情況以及能耗等過程進(jìn)行實時監(jiān)控，以實現(xiàn)靈活的誤差補(bǔ)償與自校正，實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床智能化的發(fā)展趨勢。此外，基于視覺傳感器的可視化監(jiān)控技術(shù)的采用，使得數(shù)控機(jī)床的智能監(jiān)控變得更加便捷。

　　汽車車門檢測（圖片來源：e-works）

　　汽車制造行業(yè)應(yīng)用智能傳感也較多。以基于光學(xué)傳感的機(jī)器視覺為例，在工業(yè)領(lǐng)域的三大主要應(yīng)用有視覺測量、視覺引導(dǎo)和視覺檢測。在汽車制造行業(yè)，視覺測量技術(shù)通過測量產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸、表面質(zhì)量、裝配效果等，可以確保出廠產(chǎn)品合格；視覺引導(dǎo)技術(shù)通過引導(dǎo)機(jī)器完成自動化搬運、最佳匹配裝配、精確制孔等，可以顯著提升制造效率和車身裝配質(zhì)量；視覺檢測技術(shù)可以監(jiān)控車身制造工藝的穩(wěn)定性，同時也可以用于保證產(chǎn)品的完整性和可追溯性，有利于降低制造成本。

　　高端裝備行業(yè)的傳感器多應(yīng)用在設(shè)備運維與健康管理環(huán)節(jié)。如航空發(fā)動機(jī)裝備的智能傳感器，使控制系統(tǒng)具備故障自診斷、故障處理能力，提高了系統(tǒng)應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境和精確控制的能力?；谥悄軅鞲屑夹g(shù)，綜合多領(lǐng)域建模技術(shù)和新型信息技術(shù)，可以構(gòu)建出可精確模擬物理實體的數(shù)字孿生體，該模型能反應(yīng)系統(tǒng)的物理特性和應(yīng)對環(huán)境的多變特性，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的性能評估、故障診斷、壽命預(yù)測等，同時基于全生命周期多維反饋數(shù)據(jù)源，在行為狀態(tài)空間迅速學(xué)習(xí)和自主模擬，預(yù)測對安全事件的響應(yīng)，并通過物理實體與數(shù)字實體的交互數(shù)據(jù)對比，及時發(fā)現(xiàn)問題，激活自修復(fù)機(jī)制，減輕損傷和退化，有效避免具有致命損傷的系統(tǒng)行為。

　　在工業(yè)電子領(lǐng)域，生產(chǎn)、搬運、檢測和維護(hù)等方面均涉及智能傳感器，如機(jī)械臂、AGV導(dǎo)航車、AOI檢測等裝備。在消費電子和醫(yī)療電子產(chǎn)品領(lǐng)域，智能傳感器的應(yīng)用更具多樣化。如智能手機(jī)中比較常見的智能傳感器有距離傳感器、光線傳感器、重力傳感器、圖像傳感器、三軸陀螺儀和電子羅盤等?？纱┐髟O(shè)備最基本的功能就是通過傳感器實現(xiàn)運動傳感，通常內(nèi)置MEMS加速度計、心率傳感器、脈搏傳感器、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng)等多種傳感器。智能家居（如掃地機(jī)器人、洗衣機(jī)等）涉及位置傳感器、接近傳感器、液位傳感器、流量和速度控制、環(huán)境監(jiān)測、安防感應(yīng)等傳感器等技術(shù)。

　　智慧農(nóng)業(yè)也稱為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，可以使用最少的資源（例如水、肥料和種子）來實現(xiàn)最大化產(chǎn)量。通過部署傳感器和測繪田地，農(nóng)業(yè)工作者開始從微觀角度了解農(nóng)作物生長過程、科學(xué)地節(jié)約資源并減少對環(huán)境的影響。

　　精確農(nóng)業(yè)中使用了許多傳感技術(shù)，它們提供的數(shù)據(jù)可幫助監(jiān)測和優(yōu)化農(nóng)作物，并適應(yīng)不斷變化的環(huán)境因素，其中包括：

　　位置傳感器：使用來自GPS衛(wèi)星的信號來確定緯度、經(jīng)度和高度。三角定位至少需要三顆衛(wèi)星。精確定位是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基石。

　　光學(xué)傳感器：使用光來測量土壤特性。傳感器在近紅外、中紅外和偏振光譜中測量不同頻率的光反射率，可以放置在諸如無人機(jī)甚至衛(wèi)星之類的車輛或高空平臺上來測量下方的土壤。土壤反射率和植物顏色數(shù)據(jù)只是光學(xué)傳感器的兩個變量，可以進(jìn)行匯總和處理。目前已經(jīng)開發(fā)出光學(xué)傳感器來確定土壤中的粘土，有機(jī)物和水分含量。

　　電化學(xué)傳感器：可提供精密農(nóng)業(yè)所需的關(guān)鍵信息，比如pH值和土壤養(yǎng)分水平。傳感器電極通過檢測土壤中的特定離子來工作。當(dāng)前，安裝在專門設(shè)計的“滑板”上的傳感器可幫助收集，處理和繪制土壤化學(xué)數(shù)據(jù)。

　　機(jī)械傳感器：可測量土壤壓實度或“機(jī)械阻力”。傳感器使用一個探頭，該探頭可穿透土壤并通過稱重傳感器或應(yīng)變儀記錄電阻。這種技術(shù)的類似形式用于大型拖拉機(jī)，以預(yù)測地面接合設(shè)備的牽引要求。像霍尼韋爾 FSG15N1A這樣的張力計可檢測根系在吸水過程中所使用的力，這對于灌溉干預(yù)非常有用。

　　土壤濕度傳感器：通過測量土壤中的介電常數(shù)（電特性隨存在的水分含量而變化）來評估水分含量。

　　氣流傳感器：測量土壤的透氣性。測量可以在單個位置進(jìn)行，也可以在運動時動態(tài)進(jìn)行。期望的輸出是將預(yù)定量的空氣以預(yù)定深度推入地面所需的壓力。各種類型的土壤特性，包括壓實度，結(jié)構(gòu)，土壤類型和濕度，都會產(chǎn)生獨特的識別特征。

　　醫(yī)療傳感器經(jīng)常被用于造價高昂的醫(yī)療器械，因此醫(yī)療電子傳感器是具有高價值的一類傳感器。醫(yī)用傳感器主要按工作原理和應(yīng)用形式進(jìn)行分類。按照工作原理，主要分為：物理傳感器、 化學(xué)傳感器、生物傳感器，以及生物電極傳感器。按照應(yīng)用形式，主要分為：植入式傳感器、暫時植入式傳感器、體外傳感器、用于外部設(shè)備傳感器、可食用傳感器。

　　隨著材料技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，柔性基質(zhì)材料以其柔韌、可彎曲、延展、可穿戴等優(yōu)勢逐步進(jìn)入醫(yī)療市場。柔性傳感器兼具柔性基質(zhì)材料的優(yōu)點與人體相適應(yīng)，不論是可穿戴設(shè)備還是植入設(shè)備都有著非常好的適應(yīng)性。柔性傳感器可用于智能創(chuàng)可貼、智能繃帶、柔性血氧計，以及柔性可穿戴離子型濕度傳感器等。

　　可植入傳感器是近年來出現(xiàn)的新型傳感器，具有體積小、重量輕、生物相容性強(qiáng)等特征?？芍踩雮鞲衅饕话阕约汗╇姴⒗脽o線技術(shù)傳輸。與可消化傳感器不同的是，可植入傳感器通常植入皮下或器官中，獲取用戶的電生理或化學(xué)信號進(jìn)行傳輸，重要用途在于精準(zhǔn)監(jiān)控生理信號有助于實現(xiàn)個性化醫(yī)療。傳統(tǒng)的可植入傳感器的難點是傳感器本身不可降解長期存在體內(nèi)損害體內(nèi)周圍組織或細(xì)胞造成二次感染，手術(shù)取出也會造成二次傷害，近年來生物降解的可植入傳感器也開始被采用。

　　傳感器技術(shù)在環(huán)境檢測中的應(yīng)用體現(xiàn)在兩個方面：與檢測物質(zhì)中的污染物發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，判斷檢測物質(zhì)中是否存在污染物；把化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號。傳感器技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提升了環(huán)境檢測結(jié)果的可信度。根據(jù)檢測方式的不同，可將傳感器技術(shù)分為光學(xué)傳感器和電化學(xué)傳感器；根據(jù)反應(yīng)機(jī)理的不同，可分為生物傳感器和免疫傳感器；根據(jù)檢測對象的不同，可分為液體傳感器和氣體傳感器。

　　生物傳感器的基本原理是將功能基因、抗體等生物材料作為敏感材料，利用信號采集裝置采集生物化學(xué)信息，分析轉(zhuǎn)化為電信號的生物化學(xué)信息。隨著生物傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，敏感材料和傳感器元件越來越多，有助于準(zhǔn)確識別環(huán)境中更多的污染物質(zhì)。

　　與常規(guī)傳感器相比，生物傳感器具有更強(qiáng)的選擇性，操作也更加便捷，測試速度更加快速，結(jié)果也更為準(zhǔn)確。生物傳感器技術(shù)大多應(yīng)用在大氣環(huán)境檢測中，包括：

　　二氧化硫檢測。利用氧電極與含有亞硫酸鹽氧化酶的肝微粒體構(gòu)筑生物傳感器，以雨水為對象，通過測定亞硫酸鹽濃度檢測大氣環(huán)境中二氧化硫的含量。傳感器中設(shè)置的微粒體能夠氧化亞硫酸鹽，消耗一定的氧氣后，可降低低氧電極周圍的溶解氧濃度，帶動傳感器內(nèi)電流的波動，以間接方式反映亞硫酸鹽濃度，該方法在重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性方面有明顯優(yōu)勢。

　　二氧化氮檢測。多孔氣體滲透膜與固定消化細(xì)菌和氧電極配合構(gòu)建生物傳感器，硝化細(xì)菌對亞硝酸鹽進(jìn)行硝化，使生物傳感器具備呼吸活性，保證了檢測效果的可靠性和準(zhǔn)確性。

　　水體環(huán)境的檢測是通過液體傳感器技術(shù)實現(xiàn)的，液體傳感器技術(shù)能夠檢測水體中的各種污染物。目前來看，水環(huán)境污染的主要污染物有兩種：有機(jī)物污染和無機(jī)物污染。這些污染物絕大多數(shù)是人類生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的，污染物排放超出環(huán)境承受能力，引起水體污染。液體傳感器技術(shù)在水環(huán)境檢測中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

　　重金屬離子檢測：水環(huán)境污染中重金屬污染問題尤其突出，比較常見的重金屬物污染物有鉛、汞等，這些污染物對人體危害巨大，且無法完全去除，一旦進(jìn)入水體，將會引起嚴(yán)重后果。

　　農(nóng)藥殘留物檢測：農(nóng)藥中有多種有害化學(xué)成分，發(fā)生殘留后，會通過食物進(jìn)入到人體，對人體產(chǎn)生嚴(yán)重影響。液體傳感器技術(shù)通過鈷-苯二甲藍(lán)染料同三嗪類除草劑的化學(xué)反應(yīng)，檢測水體中是否存在農(nóng)藥。

　　氣體傳感器能夠檢測大氣環(huán)境中的氮氧化物以及含硫氧化物，該方法操作簡單，檢測效果良好。氣體傳感器的基本原理：氣體通過傳感器探頭時，探頭收集和分析氣體的相關(guān)信息，將獲得的氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為電信號，通過分析判斷是否存在污染物質(zhì)。

　　以氮氧化物為例，利用氣體傳感器技術(shù)檢測氮氧化物時，通常利用金屬氧化物半導(dǎo)體對其進(jìn)行檢測，目前研究人員又提出了更為先進(jìn)的技術(shù)，例如傳感器將鉑作為電極，離子轉(zhuǎn)換器采用的是氧化釔和氧化鋯，檢測廢氣時，只需將其放在排放口位置，待數(shù)據(jù)收集后，便可準(zhǔn)確檢測出氮氧化物的含量。

　　參考來源：

　　1. Allied Market Research

　　2. 傳感器專家網(wǎng)

　　3. Techbriefs