日前，深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)披露了《深圳市科技創(chuàng)新"十四五"規(guī)劃》相關(guān)內(nèi)容。規(guī)劃中明確了“20+8”技術(shù)主攻方向，即圍繞深圳七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)以及20個(gè)產(chǎn)業(yè)集群和八大未來(lái)產(chǎn)業(yè)開展技術(shù)攻關(guān)。其中，七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)就提到要在新型傳感器領(lǐng)域開展技術(shù)攻關(guān)。

《深圳市科技創(chuàng)新"十四五"規(guī)劃》節(jié)選

作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，傳感器需要精確地獲取數(shù)據(jù)，它就像是產(chǎn)品的“神經(jīng)末梢”，感受來(lái)自外界的刺激，對(duì)參數(shù)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)。而智能傳感器則給它帶來(lái)了更多元的功能，也獲得了更大的發(fā)展空間。根據(jù)最近的Allied Market Research報(bào)告，到2027年（從2020年起），全球智能傳感器市場(chǎng)將以18.6%的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）增長(zhǎng)，即1436.5億美元。

而近幾年興起的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)，又對(duì)傳感器也提出了更高的要求。

無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)，本質(zhì)上是終端節(jié)點(diǎn)無(wú)源，它們不帶電源線、沒(méi)有內(nèi)置電池，而是從環(huán)境中獲取能源。為了達(dá)到“無(wú)源”，進(jìn)而對(duì)上游端提出了要求，這也催生了無(wú)源傳感器的出現(xiàn)。

什么是無(wú)源傳感器？

無(wú)源傳感器也稱為能量轉(zhuǎn)換型傳感器，同無(wú)緣物聯(lián)網(wǎng)一樣，它不需要外部電源，即它是一種不需要使用外來(lái)接電源的傳感器，而且還可以通過(guò)外部獲取到能源的感應(yīng)傳感器。

我們都知道傳感器根據(jù)感知和檢測(cè)的物理量不同，可分為觸摸傳感器、圖像傳感器、溫度傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、位置傳感器、氣體傳感器、光線傳感器和壓力傳感器等。對(duì)于無(wú)源傳感器而言，傳感器所檢測(cè)的光能、電磁輻射、溫度、人體運(yùn)動(dòng)能量、振動(dòng)源等都是其潛在的能量來(lái)源。

據(jù)了解，無(wú)源傳感器主要可分為以下三大類：光纖無(wú)源傳感器、聲表面波無(wú)源傳感器和基于能源材料的無(wú)源傳感器。

1、光纖無(wú)源傳感器

光纖傳感器是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)的一種基于光導(dǎo)纖維的一些特性組成的傳感器。它是一種把被測(cè)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的裝置。由光源、敏感元件、光探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路以及光纖構(gòu)成。

光纖傳感器具有高靈敏度、抗電磁干擾性強(qiáng)、電絕緣性好、環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測(cè)量、功耗低等特點(diǎn)，在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用日益成熟。例如光纖水聽器就是把光纖作為敏感元件的一種聲傳感器，還有光纖溫度傳感器等。

2、聲表面波無(wú)源傳感器

聲表面波（ surface acoustic wave，SAW） 傳感器是一種用聲表面波器件作為傳感元件，將被測(cè)量的信息通過(guò)聲表面波器件中聲表面波的速度或頻率的變化反映出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的傳感器。它是傳感器中復(fù)雜，涉及面較廣的傳感器類型。主要包括聲表面波壓力傳感器、聲表面波溫度傳感器、聲表面波生物基因傳感器、聲表面波化學(xué)氣相傳感器以及智能傳感器等多種類型。

除了具備光纖無(wú)源傳感器的高靈敏度、可遠(yuǎn)距離測(cè)量、功耗低的特點(diǎn)外，聲表面波無(wú)源傳感器利用振茴頻率變化猜測(cè)出傳播速度的變化，所以對(duì)外界檢測(cè)量的變化測(cè)量能非常精確，同時(shí)它體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn)可讓它獲得良好的熱性能和機(jī)械性能，也開創(chuàng)了無(wú)線、小型傳感器的新紀(jì)元。在變電站、列車、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用較多。

3、基于能源材料的無(wú)源傳感器

基于能源材料的無(wú)源傳感器，顧名思義即利用生活中的常見(jiàn)能源來(lái)進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換，例如光能、熱能、機(jī)械能等。基于能源材料的無(wú)源傳感器具有寬頻帶、抗干擾能力強(qiáng)、 對(duì)被測(cè)對(duì)象擾動(dòng)極小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在高電壓、雷電、強(qiáng)輻射區(qū)場(chǎng)強(qiáng)、高功率微波等電磁測(cè)量領(lǐng)域應(yīng)用較廣。

無(wú)源傳感器與其他技術(shù)的結(jié)合

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，無(wú)源傳感器的應(yīng)用也越來(lái)越廣，各類無(wú)源傳感器也相繼面世。例如誕生了與NFC、RFID甚至wifi、藍(lán)牙、UWB、5G等無(wú)線技術(shù)相結(jié)合的傳感器。

在無(wú)源模式下，傳感器通過(guò)天線從環(huán)境中的無(wú)線電信號(hào)中獲取能量，傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，在不供電時(shí)得以保留。

還有基于RFID技術(shù)的無(wú)線無(wú)源紡織應(yīng)變傳感器，它將RFID技術(shù)與紡織材料結(jié)合,形成具有應(yīng)變傳感功能的設(shè)備,RFID紡織應(yīng)變傳感器采用無(wú)源UHF RFID標(biāo)簽技術(shù)的通信及感應(yīng)方式,依靠電磁能工作,具備小型化和柔性化潛力,成為可穿戴設(shè)備的潛在選擇。

結(jié)尾

無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向，作為無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的一環(huán)，對(duì)傳感器的要求已經(jīng)不再僅限于微型與低功耗，無(wú)源也將是一個(gè)值得深耕的發(fā)展方向。隨著無(wú)源傳感器技術(shù)不斷成熟與創(chuàng)新，傳感器無(wú)源技術(shù)的應(yīng)用也將更加廣泛。

參考資料：

智能電網(wǎng)：《無(wú)源傳感器的研究與應(yīng)用進(jìn)展》

絲綢雜志：《基于RFID技術(shù)的無(wú)線無(wú)源紡織應(yīng)變傳感器研究進(jìn)展》