6大常用感測器，它們的原理你知道嗎？

------ 【導讀】 ------

現實世界就是一個模擬信號的世界，人通過視覺、觸覺等方式來感知世界。在物聯網時代，感測器肩負起了「五官」的使命感知萬物，萬物互聯賦予人類生活無邊的想象。

可以說，當前感測器發展處於多領域全面開花狀態。其細分產品之多，之繁雜，就連全部羅列出來都不是件容易的事。今天就來說說，在消費領域常用的6款感測器。

溫度感測器使用範圍廣，數量多，居各種感測器之首。溫度感測器的發展大致經歷了以下三個階段，分別是傳統的分立式、模擬集成及新型的智能溫度感測器。新型溫度感測器正向智能化及網路化的方向發展。

溫度感測器按感測器與被測介質的接觸方式可分為兩大類：一類是接觸式溫度感測器，一類是非接觸式溫度感測器。

傳統溫度計原理

接觸式溫度感測器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導及對流原理達到熱平衡，這時的示值即為被測對象的溫度。這種測溫方法精度比較高，並可測量物體內部的溫度分佈。但對於運動的、熱容量比較小的及對感溫元件有腐蝕作用的對象，這種方法將會產生很大的誤差。

非接觸測溫的測溫元件與被測對象互不接觸。常用的是輻射熱交換原理。 此種測溫方法的主要特點是可測量運動狀態的小目標及熱容量小或變化迅速的對象，也可測溫度場的溫度分佈，但受環境的影響比較大。

舊蘋果加裝溫度感測器

凡是需要對溫度進行持續監控、達到一定要求的地方都需要溫度感測器。在消費領域，溫度感測器常用於探測室內溫度變化。它能感受溫度並轉換成可用輸出信號。當溫度高時，空調開端製冷，當溫度低時，空調開端制熱。

好基友：實際使用過程中，使用到溫度感測器的地方也經常會使用到濕度感測器，同時裝2個很不方便也很佔地方，所以兩者經常集成在一起，形成溫濕度感測器。

脈搏感測器，指的是用來檢測類似心率的機器，一般常見的類型主要是以光電為主，有分立式和一體式兩種，發射部份有採用可見光和紅外光。

常用的脈搏感測器主要利用特定波長的紅外線對血液變化的敏感性原理。由於心臟的周期性跳動，引起被測血管中的血液在流速和容積上的規律性變化，經過信號的降噪和放大處理，計算出當前的心跳次數。

值得一提的是，根據不同人的膚色深淺不同，同一款心律感測器發出的紅外線穿透皮膚和經皮膚反射的強弱也不同，這造成了測量結果方面一定的誤差。通常情況下一個人的膚色越深，則紅外線就越難從血管反射回來，從而對測量誤差的影響就越大。

所以大多數手環和手錶測出的心率基本都不是完全準確的，但基本能正確地反映出心率變化趨勢，對於普通人的運動心率監測來說已經夠用。

脈搏感測器主要應用在各種可穿戴設備和智能醫療器械上。典型應用是iWatch。

煙霧感測器就是通過監測煙霧的濃度來實現火災防範的，是一種技術先進，工作穩定可靠的感測器，被成熟運用到各種消防報警系統中。

煙霧感測器根據探測原理的不同，常用的有化學探測和光學探測兩種。前者利用了放射性鎇241元素，在電離狀態下產生的正、負離子在電場作用下定向運動產生穩定的電壓和電流。一旦有煙霧進入感測器，影響了正、負離子的正常運動，使電壓和電流產生了相應變化，通過計算就能判斷煙霧的強弱。

後者通過光敏材料，正常情況下光線能完全照射在光敏材料上，產生穩定的電壓和電流。而一旦有煙霧進入感測器，則會影響光線的正常照射，從而產生波動的電壓和電流，通過計算也能判斷出煙霧的強弱。

光電煙霧感測器原理

煙霧感測器廣泛應用在火情報警和安全探測等領域。主要與弱電控制系統配合使用，也是智能家居和安防主機的最佳配備產品。比如小米推出的煙霧感測器就是一個單品。

對於角速度感測器，很多人可能會比較陌生，不過，如果提到它的另一個名字——陀螺儀，相信有不少人知道。

陀螺儀，是一種用來感測與維持方向的裝置，基於角動量不滅的理論設計出來的。陀螺儀一旦開始旋轉，由於輪子的角動量，陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。

角速度感測器的原理通俗地說，一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。大家如果玩過陀螺就會知道，旋轉的陀螺遇到外力時，它的軸的方向是不會隨著外力的方向發生改變的。我們騎腳踏車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量

三軸陀螺儀動態展示圖

人們根據這個道理，用它來保持方向，製造出來的東西就叫做陀螺儀，然後再用多種方法讀取軸所指示的方向，並自動將數據信號傳給控制系統。

單軸的角速度感測器只能測量單一方向的改變，因此一般的系統要測量 X、Y、Z 軸三個方向的改變，就需要三個單軸的角速度感測器。目前通用的一個 3 軸角速度感測器就能替代三個單軸的，而且還有體積小、重量輕、結構簡單、可靠性好等諸多優點，因此各種形態的 3 軸角速度感測器是目前主要的發展趨勢。

最常見的角速度感測器使用場景就是手機，如賽車類手游就是通過角速度感測器的作用產生汽車左右搖擺的交互模式。除了手機，角速度感測器還被廣泛應用在 AR／VR 以及無人機領域。

如果說溫濕度是一對好基友，那麼角速度跟加速度就是同胞兄弟。加速度感測器有兩種：一種是角加速度感測器，是由陀螺儀（角速度感測器）的改進的。另一種是線加速度感測器。在要求相對不高的場合，一個基於陀螺儀的感測器，可以做到既能測量傾角，也可以測量加速度。

距離感測器有多種結構原理，即使用途相同的距離感測器也有多種不同的構造和原理。常用的測量方法叫做飛行時間法。

飛行時間（flying time）原理

通過發射並測量特定的能量波束從發射到被物體反射回來的時間，並由這個時間間隔來推算與物體之間的距離。這個特定的能量波束可以是超聲波，激光，紅外光、雷達等。這種感測器的測量精度很高，可以精確測量距離。

距離感測器自投放使用以來，在社會各個應用方面都得到普及，從防盜安防產品到工業物位料位檢測，汽車防追尾預警、霧天防撞，機場空中飛鳥探測驅趕、智能化控制等。

將紅外距離感測器技術應用在監控攝像機上，可以實現各種檢測功能，如入侵檢測，通過視頻分析還可以實現無數的其他應用程序，如違規停車，機動巡邏對象，圍欄攀爬，交行，走錯了方向等。

氣壓感測器是一種能夠測量絕對大氣壓強的元件，主要是通過將敏感元件大氣壓轉換可被電路處理的電量值。大氣層就如同裹在地球表面上的「被子」，大氣壓是由空氣的重力產生的，在不同的海拔高度時，大氣壓強也會隨之發生變化。氣壓感測器除了直接測量氣壓的大小外，另外一個作用就是間接地對海拔高度進行測量。

空氣壓縮機的氣壓感測器主要的感測元件是一個對氣壓感測器內的強弱敏感的薄膜和一個頂針開控制，電路方面它連接了一個柔性電阻器。當被測氣體的壓力降低或升高時，這個薄膜變形帶動頂針，同時該電阻器的阻值將會改變。電阻器的阻值發生變化。從感測元件取得0-5V的信號電壓，經過A/D轉換由數據採集器接受，然後數據採集器以適當的形式把結果傳送給計算機。

擴散硅式壓力感測器

很多空氣的氣壓感測器的主要部件為變容式硅膜盒。當該變容硅膜盒外界大氣壓力發生變化時頂針動作，單晶硅膜盒隨著發生彈性變形，從而引起硅膜盒平行板電容器電容量的變化來控制氣壓感測器。

在應用方面，氣壓感測器不論是在室內還是室外環境中能夠使無人機、智能手機、可穿戴設備以及其他移動設備精準地識別高度變化。

另外，氣壓感測器內部集成了一些高度演算法可以做高度計算。最典型的應用是在三維GPS導航裡面。現在很多城市都有高架，那你在高架上還是高架下，氣壓感測器精度在30cm內很容易解決這個問題。

結語

正如開頭所說，除了上述提到的感測器還有很多。它們的工作原理雖然各有不同，但最基本的原理都是上述提到的，即通過光、聲、化學等原理將待測量轉化為電學量，只不過大多都根據特定的領域在一般原理的基礎上做了升級和擴展。

自從工業時代被發明以來，感測器就在生產控制和探測計量等領域發揮著至關重要的作用。在物聯網的帶動下，感測器正迎來它的第三個春天。

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