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智能家居主流傳感器盤點及應用分類

隨著傳感器技術的日臻發展,越來越多的傳感器開始應用于智能家居領域,并在系統中發揮著日益重要的控制判斷作用。溫濕度、光照度、人體紅外、門窗磁、水浸、煙霧、氣體等各類傳感器設備的有機整合構建起智能家居的集成感知網絡,在智能家居系統中以數據體現。在可以想象的空間中,未來智能家居能夠實現的人性化應用中,傳感器的采集能力一定將超越于人類本身所能感知的一切。本站特別推出傳感器應用專題,從傳感器技術與應用功能角度帶來詳細解讀。

什么是傳感器?

傳感器其實就是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將感受到的信息按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器門類繁多,從原理上可以分為物理量、化學量、生物量三大門類,每一個門類中又有著很多小類。而目前工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷、生物工程、甚至文物保護等眾多領域都需要用到傳感器,可以說,幾乎每一個現代化項目中,都缺少不了傳感器。

MEMS傳感器

傳感器發展到現在,小型化、智能化、集成化已經成為了一種趨勢。MEMS全稱是微型電子機械系統,微機電系統是指可批量制作的,將微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等集成于一塊或多塊芯片上的微型器件或系統。

應用領域

MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型傳感器。用MEMS工藝制造傳感器、執行器或者微結構,具有微型化、集成化、智能化、成本低、效能高、可大批量生產、產能高、良品率高等特點。MEMS傳感器作為國際競爭戰略的重要標志性產業,以其技術含量高、市場前景廣闊等特點在世界各國廣泛應用。近十年來,中國MEMS傳感器產業生態系統也正逐步完善,從研發、設計、代工、封測到應用,完整產業鏈已基本形成。

傳感器分類

傳感器通常據其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。而與人類感覺器官相似,傳感器也可以分為:

·觸覺——壓敏、溫敏、流體傳感器

·嗅覺——氣敏傳感器

·視覺——光敏傳感器

·聽覺——聲敏傳感器

·味覺——化學傳感器

按被測物理量分為:力、壓力、位移、溫度、角度傳感器等。

按照傳感器的工作原理分為:應變式傳感器、壓電式傳感器、壓阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、光電式傳感器等。

壓力傳感器

按照傳感器轉換能量的方式分為:

·能量轉換型:壓電式、熱電偶、光電式傳感器等;

·能量控制型:電阻式、電感式、霍爾式等傳感器以及熱敏電阻、光敏電阻、濕敏電阻等。

·按照傳感器工作機理分為:

·結構型:電感式、電容式傳感器等;

·物性型:壓電式、光電式、各種半導體式傳感器等。

·按照傳感器輸出信號的形式分為:

·模擬式:傳感器輸出為模擬電壓量;

·數字式:傳感器輸出為數字量,如編碼器式傳感器。

根據能量轉換原理可分為:

·有源傳感器:有源傳感器將非電量轉換為電能量,如電動勢、電荷式傳感器等;

·無源傳感器:無源程序傳感器不起能量轉換作用,只是將被測非電量轉換為電參數的量,如電阻式、電感式及電容光煥發式傳感器等。

智能家居主流傳感器應用分類

在智能家居應用中,傳統的與總線相連的傳感器價格昂貴,傳感器組網的開銷成本巨大,在一些區域布線困難,且不同類型的傳感器和控制系統的軟硬件之間協議不兼容。因此,隨著無線傳感器網絡技術的發展與成熟,無線傳感器網絡產品開始憑借自身獨特的優勢,開始逐步替代傳統有線傳感器產品,并滲入到智能家居領域的各個環節。

溫濕度傳感器

溫度傳感器主要用于探測室內、室外環境溫度。家庭環境中應用最多的是熱敏電阻。熱敏電阻器是敏感元件的一類,按照溫度系數不同分為正溫度系數熱敏電阻器(PTC)和負溫度系數熱敏電阻器(NTC)。熱敏電阻器的典型特點是對溫度敏感,不同的溫度下表現出不同的電阻值。正溫度系數熱敏電阻器(PTC)在溫度越高時電阻值越大,負溫度系數熱敏電阻器(NTC)在溫度越高時電阻值越低,它們同屬于半導體器件。

濕度傳感器主要用于探測室內、室外環境濕度。濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜,當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時,元件的電阻率和電阻值都發生變化,利用這一特性即可測量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環境濕度發生改變時,濕敏電容的介電常數發生變化,使其電容量也發生變化,其電容變化量與相對濕度成正比。

紅外傳感器

存在于自然界的物體,如人體、火焰、冰塊等物都會發射紅外線,但波長各不相同。人體溫度為36~37攝氏度,所發射的紅外線波長為9~10微米,屬遠紅外區;400~700攝氏度的發熱體,所放射出的紅外線波長為3~5微米,屬中紅外區。熱釋電紅外傳感器不受白天黑夜的影響,可晝夜不停地用于監測,廣泛地用于防盜報警。

紅外傳感器

高熱電系數的材料,常見的有鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等。熱釋電人體紅外傳感器一般都采用差動平衡結構,由敏感元件、場效應管、高值電阻等組成。

煙霧傳感器

煙霧探測器是主要響應燃燒或熱解產生的固體、液體、微粒、即煙霧粒子的探測器,主要用來探測可見或不可見的燃燒產物及起火速度緩慢的初期火災??煞譃殡x子型、光電型、激光型和紅外線束型四種。

PM2.5粉塵傳感器

粉塵傳感器一般采用光學方式進行測量,其工作原理是光照射粒子時,不同尺寸和濃度的粒子會有不同的散射圖像,通過散射光分布的檢測就能測量粉塵濃度的具體情況。

可見光傳感器

可見光傳感器主要用于測量室內可見光的亮度,用于調整室內亮度。傳感器將光信號轉化為電信號輸出。通過傳感器的檢測和驅動控制可實現:室內光亮充裕時,預設燈具開關主動閉合;而室內光度不足時,預設燈具開關可主動開啟。

熱釋電紅外傳感器

它可把波長10微米左右的紅外信號轉化為電信號,當沒有人體移動時,感應器檢測到的只是場所的背景溫度,如果有人體進入探測區,通過菲涅爾透鏡,感應器探測到的是人體溫度和背景溫度的差異值。熱釋電紅外傳感器可廣泛用于自動報警裝置、感應水龍頭、自動沖水馬桶、自動照明和自動窗簾等。

熱釋電紅外傳感器

氣敏傳感器

現如今,空氣質量越來越成為人們關心的問題,因此無線氣體傳感器吸引了越來越多廠商的興趣。氣敏傳感器可以檢測空氣中特殊氣體的成分含量,傳感器利用聲表面波速和頻率與外界環境變化有正相關特性原理制作,即當氣敏膜與待測氣體相互作用,使氣敏膜膜層質量與導電率發生變動,引發壓電晶體聲表面的波頻率產生漂移;氣體濃度變化,膜層質量和導電率變化大小也發生變化。通過探測聲表面波頻率改變就可以準確的反應氣體濃度的變化。

聲音傳感器

聲音傳感器,主要用于測試室內聲音,達到聲控的效果。具體的說就是用一個小彈片來感應聲音并通過一個繼電器把聲音信號轉換成電信號,在聲音足夠大的時候電信號也足夠大,這時候的電信號就傳到開關的觸頭上,來使電路接通或者斷開。


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