传感器在生活中的应用

传感器在生活中的应用班级：09电信2班学号：00 姓名：夏善来传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

“传感器”在新韦式大词典中定义为：“从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。

根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。

功能常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉气敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉压敏、温敏、流体传感器——触觉而随着科学技术的飞速发展，特别是微电子加工技术、计算机技术及信息处理技术的发展，人们对信息资源的需要日益增长，于是，作为提供信息的传感技术及传感器就越来越引起人们的重视。

而综合各种先进技术的传感器技术也进入到一个飞速发展的阶段。

动车追尾事件发生后，传感器作为各种机械、设备装置中的一个不起眼小小原器件，成为了人们议论的热点话题，引起了人们的重点关注。

传感器除了在交通、国防、科技和工农业生产中应用外，传感器还贴进了我们的日常生活的方方面面，下面就来介绍在我们生活周围的一些关于传感器方面的应用。

一. 传感器在自动门中的应用：当人们接近门的时候，传感器识别人体的红外微波传递给驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭。

传感器是自动门控制系统的眼睛，通过传感器感应天线到行人或活动物体。

将此信号转换成无源干触点短路信号传输给自动门控制器，从而实现自动门开启。

传感器具有准确、灵敏、耐久的特点，实现自动检测和自己控制自动门的首要环节，因而广泛应用在自动门中。

传感器有以下5种类型：1、垫式传感器。

安装在自动门前的地上，有橡胶垫式和铝格栅垫式。

工做原理：当人或物压在垫上，垫子产生机械变形而发出信号。

优点：检测范围清晰、信号准确、工作稳定。

缺点：耐久性受垫子寿命影响稍差。

注意：使用时要防止受力超重，需防火。

2、有源红外传感器。

能发射出不可见红外光束。

工作原理：当光束射到人体等移动物体时，光束产生变量信号，通过将信号放大、整形、指令驱动电机工作。

特点：检测准确、抗干扰能力强、耐久性好、受温度变化影响小，但要防雨雪。

3、无源红外传感器。

属热感应传感器，利用温差光电阻效应。

工作原理：当检测区有目标时，红外检测元件就能接受从目标热物体发出的固定波长的远红外线，进而输出一电信号，指令自动门的门扇开启关闭。

优点：检测范围清晰、检测面积大、耐使用。

缺点：只适用于检测有温度的目标，对无温度类物体无作用。

4、声波传感器。

有超声波、雷达和微波等几种型式，他们能发射超声波或微波型号。

工作原理：当信号遇到障碍时，声波的波长或频率发生变化而产生信号，控制电机的开关。

优点：受环境温度影响小，耐久性好。

缺点：抗干扰能力差，检测范围不是十分清晰，有一定的使用范围。

5、电眼。

利用人或物进入检测区遮挡住光线，使接收器无法接收到光线，通过光线变化进行检测并发出信号，主要用于平滑自动门两活动门扇间用于防夹安全保护传感器。

二．传感器在报警器中的应用：烟雾报警器：利用烟敏电阻（传感器）来测量烟雾浓度，从而达到报警目的（另还有水位报警，温度报警，湿度报警等）。

烟雾报警器是令人惊奇的众多发明之一，它每年能挽救数千条生命，而且价格低廉。

其实，它的构成很简单，因为所有的烟雾报警器都由2部分组成：一台用来检测烟雾的感应传感器和一只声音非常响亮的电子扬声器，一旦发生危险可以及时警醒人们。

当今，世界上使用得最为普遍的烟雾报警器当属光电式烟雾报警器和电离式烟雾报警器。

烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。

它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。

在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。

一旦有烟雾窜逃外电离室。

干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。

烟雾传感器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、燃气输配等众多领域。

离子烟雾报警器是通过测量空气中的正负电荷的平衡来工作的。

这种报警器的传感器是一个离子室。

内部，有一小片放射性物质（离子源），这种物质能在感应室内流动的空气中产生一股微小的电流。

当烟雾粒子进入到感应室后，就会扰乱那里的正负电荷的平衡，同时也会使这股电流发生变化。

当烟雾逐渐加重，正负电荷的不平衡性就会加强。

当这种平衡性达到一定的限度，就会进入报警状态。

通过气敏探头对可燃气体的检测，输出低电平送到单片机实现报警的功能，灵敏度高，可控范围大，且能正确识别现场气温。

采用有较稳定输出的气敏探头GS-1，低电压5V对其供电，用其输出及时通过发光二极管进行显示，很直接的把火警信号传输给人们，本项目中很多信号的控制均采用可调式，既满足用户的需求，也能根据用户的需求来调节器输出功率，来改变其用电量，并设置节电可控显示，在安全情况下，除探头外所有电路均工作在待机状态，一旦有火警，立即启动报警。

三. 传感器在手机/数码相机的照相机中的应用：利用光学传感器来捕获图像，从而实现拍照的功能。

灵敏相机是机器视觉系统的眼睛，而相机的心脏是图像传感器。

传感器的选择决定分辨率、采集能力、度和机器视觉系统成本，因此必须充分考虑应用需求。

对传感器关键属性的基本理解将有助于开发者迅速缩小寻找正确传感器的范围。

机器视觉系统的大多数用户知道相机是系统的关键部件，而且经常将其认为是视觉系统的传感器。

但是相机本身就是一个复杂的系统包括镜头、信号处理、通讯接口，还有处于核心位置的将像元转化为电子的设备，即图像传感器。

尽管镜头和其它部件都在扩展相机的能力，但最终是传感器决定着相机的最大性能。

在这个工业中大多讨论集中在装配技术问题，争论CMOS传感器和CCD传感器的优缺点。

但是这个讨论的大部分与系统终端用户无关。

技术都会有优缺点，因此传感器有不同的属性。

但是用户关心不是传感器怎样，而是在最终应用中的性能。

应用需求而非技术推动着传感器选择。

在给定应用中选择传感器时要考虑三个关键特征：动态范围、速度和灵敏度。

动态范围决定图像质量，它以明暗的微小变化呈现，这是系统能够获取的。

传感器速度测量每秒能产生多少张图像，并设置系统能够完成的图像采集量。

相应度测量在将像元转化为电子过程中的传感器效率，并决定系统需要采集一张有用图像的亮度级别。

传感器技术和设计在这些特征中相互影响，因此系统开发者必须在选择一款传感器时要权衡考虑。

详细地讲解这些特征将有助于做折衷选择。

理解动态范围图像传感器的动态范围特征有两个方面：曝光动态范围和数字化动态范围。

这两者是有关联的。

曝光动态范围是传感器能有效获取图像信息的最大曝光(流明×时间)最小曝光之间的差值。

数字化动态范围是将图像信息数字化的级别数，以比特位表示。

数字化过程既可以在传感器设备内部(比如典型的CMOS传感器)，也可以是在传感器设备外部(比如常见的CCD传感器)。

如果在外部，设计者就需要用评价一个数组传感器同样的方法来评价视觉系统的A/D转换器。

曝光动态范围刻画了代表传感器功能的亮度级别。

当光子撞击一个图像传感器的活动像素区域时，它们产生出传感器为读出获取和存储的电子。

撞击活动区域的光子越多，生成的电子就越多。

在读出间的连续过程越长，存储的电子就越多。

定义传感器的曝光动态范围的参数之一是填充存储井的曝光。

创立传感器的半导体铸造过程和传感器的电路设计决定存储井的容量或深度。

电子噪声设置最小曝光是传感器所具有的功能。

即使没有任何光子撞击活动像素区域，一个图像传感器也能生成电子最终完成发射。

为了生成可识别的信号，需要足够多的光子撞击活动像素区域以至于在存储井的电子数比单独在暗噪声下生成的电子数多。

这个时候传感器的最小曝光就是有用的，它能够制造至少跟光电子一样多的噪声电子。

仅仅在上面的操作上这个噪声相当的曝光就是传感器产生的有用信息。

虽然传感器的曝光动态范围是它的物理学和电路设计的作用，但它的数字化动态范围只是电路设计的作用。

一个图像传感器的数字化动态范围简单地描述了数字传感器(或者使用一个模拟传感器，模数转换器)能在视觉系统中呈现出来的曝光值的不同个数。

一个8位的传感器有256个级别，一个10位的传感器有1024个级别等等。

在范围中的比特位数不能反映出传感器能反映的最大曝光，但是它们通常有一个相应。

量化步骤是比传感器的暗噪声级别小，它不能提供有用的信息。

类似地，一个比代表传感器的最大信号级别大的数字化值没有携带附加信息。

在实际中，传感器设计要求一个量化步骤与暗噪声信号级别相同，在范围中有足够的步骤来达到饱和曝光信号级别。

设计这种方法，传感器的数字动态范围和它的曝光动态范围描述相同的东西：饱和等价曝光对噪声等价曝光的比率。

相互作用需要平衡传感器的动态范围部分地决定着机器视觉系统所要求的图像质量。

比特位数越大，系统能区分的图像变化就越细微。

达到低暗噪声和高精度量化的同时也使得传感器变得更昂贵，但是并不是所有应用都需要精细的图像。

结果，传感器设计目标有着不同动态范围。

举个例子，比如在邮件分类或电子制造检测这样的应用中，在8比特动态范围下就能行。

另一方面，在医学图像处理和航空侦测这样的应用就需要高达14比特的动态范围。

应用需求也需要看第二个关键的传感器特征：速度。

速度是比动态范围更容易理解的直接特征，因为它只是简单地测量传感器能多快捕获和传输一幅图像到系统。

传感器速度也有两个方面，一个是帧率，或者是传感器将捕获的像素数据传递到系统所需要的时间。

另一个是曝光时间，它是传感器为了捕获一幅有用图像所需求的。

帧率永远没有曝光时间快，因此帧率是卖方用于描述他们的传感器的公制说法。

在一个制造检测应用中，传感器速度决定着系统的生成能力。

举个例子，如果一幅图像包含一个检测的零件，系统每秒钟能够检测的零件个数不会多于传感器每秒钟能传输的图像帧数。

在一些应用中高采集速度是重要的，比如采集运动中的图像感兴趣对象，就能避免运动产生的模糊。