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智能家居主流传感器盘点及应用分类

随着传感器技术的日臻发展,越来越多的传感器开始应用于智能家居领域,并在系统中发挥着日益重要的控制判断作用。温湿度、光照度、人体红外、门窗磁、水浸、烟雾、气体等各类传感器设备的有机整合构建起智能家居的集成感知网络,在智能家居系统中以数据体现。在可以想象的空间中,未来智能家居能够实现的人性化应用中,传感器的采集能力一定将超越于人类本身所能感知的一切。本站特别推出传感器应用专题,从传感器技术与应用功能角度带来详细解读。

什么是传感器?

传感器其实就是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将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。传感器门类繁多,从原理上可以分为物理量、化学量、生物量三大门类,每一个门类中又有着很多小类。而目前工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等众多领域都需要用到传感器,可以说,几乎每一个现代化项目中,都缺少不了传感器。

MEMS传感器

传感器发展到现在,小型化、智能化、集成化已经成为了一种趋势。MEMS全称是微型电子机械系统,微机电系统是指可批量制作的,将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等集成于一块或多块芯片上的微型器件或系统。

应用领域

MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。用MEMS工艺制造传感器、执行器或者微结构,具有微型化、集成化、智能化、成本低、效能高、可大批量生产、产能高、良品率高等特点。MEMS传感器作为国际竞争战略的重要标志性产业,以其技术含量高、市场前景广阔等特点在世界各国广泛应用。近十年来,中国MEMS传感器产业生态系统也正逐步完善,从研发、设计、代工、封测到应用,完整产业链已基本形成。

传感器分类

传感器通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。而与人类感觉器官相似,传感器也可以分为:

·触觉——压敏、温敏、流体传感器

·嗅觉——气敏传感器

·视觉——光敏传感器

·听觉——声敏传感器

·味觉——化学传感器

按被测物理量分为:力、压力、位移、温度、角度传感器等。

按照传感器的工作原理分为:应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等。

压力传感器

按照传感器转换能量的方式分为:

·能量转换型:压电式、热电偶、光电式传感器等;

·能量控制型:电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等。

·按照传感器工作机理分为:

·结构型:电感式、电容式传感器等;

·物性型:压电式、光电式、各种半导体式传感器等。

·按照传感器输出信号的形式分为:

·模拟式:传感器输出为模拟电压量;

·数字式:传感器输出为数字量,如编码器式传感器。

根据能量转换原理可分为:

·有源传感器:有源传感器将非电量转换为电能量,如电动势、电荷式传感器等;

·无源传感器:无源程序传感器不起能量转换作用,只是将被测非电量转换为电参数的量,如电阻式、电感式及电容光焕发式传感器等。

智能家居主流传感器应用分类

在智能家居应用中,传统的与总线相连的传感器价格昂贵,传感器组网的开销成本巨大,在一些区域布线困难,且不同类型的传感器和控制系统的软硬件之间协议不兼容。因此,随着无线传感器网络技术的发展与成熟,无线传感器网络产品开始凭借自身独特的优势,开始逐步替代传统有线传感器产品,并渗入到智能家居领域的各个环节。

温湿度传感器

温度传感器主要用于探测室内、室外环境温度。家庭环境中应用最多的是热敏电阻。热敏电阻器是敏感元件的一类,按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感,不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大,负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低,它们同属于半导体器件。

湿度传感器主要用于探测室内、室外环境湿度。湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜,当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时,元件的电阻率和电阻值都发生变化,利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的,常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时,湿敏电容的介电常数发生变化,使其电容量也发生变化,其电容变化量与相对湿度成正比。

红外传感器

存在于自然界的物体,如人体、火焰、冰块等物都会发射红外线,但波长各不相同。人体温度为36~37摄氏度,所发射的红外线波长为9~10微米,属远红外区;400~700摄氏度的发热体,所放射出的红外线波长为3~5微米,属中红外区。热释电红外传感器不受白天黑夜的影响,可昼夜不停地用于监测,广泛地用于防盗报警。

红外传感器

高热电系数的材料,常见的有锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等。热释电人体红外传感器一般都采用差动平衡结构,由敏感元件、场效应管、高值电阻等组成。

烟雾传感器

烟雾探测器是主要响应燃烧或热解产生的固体、液体、微粒、即烟雾粒子的探测器,主要用来探测可见或不可见的燃烧产物及起火速度缓慢的初期火灾。可分为离子型、光电型、激光型和红外线束型四种。

PM2.5粉尘传感器

粉尘传感器一般采用光学方式进行测量,其工作原理是光照射粒子时,不同尺寸和浓度的粒子会有不同的散射图像,通过散射光分布的检测就能测量粉尘浓度的具体情况。

可见光传感器

可见光传感器主要用于测量室内可见光的亮度,用于调整室内亮度。传感器将光信号转化为电信号输出。通过传感器的检测和驱动控制可实现:室内光亮充裕时,预设灯具开关主动闭合;而室内光度不足时,预设灯具开关可主动开启。

热释电红外传感器

它可把波长10微米左右的红外信号转化为电信号,当没有人体移动时,感应器检测到的只是场所的背景温度,如果有人体进入探测区,通过菲涅尔透镜,感应器探测到的是人体温度和背景温度的差异值。热释电红外传感器可广泛用于自动报警装置、感应水龙头、自动冲水马桶、自动照明和自动窗帘等。

热释电红外传感器

气敏传感器

现如今,空气质量越来越成为人们关心的问题,因此无线气体传感器吸引了越来越多厂商的兴趣。气敏传感器可以检测空气中特殊气体的成分含量,传感器利用声表面波速和频率与外界环境变化有正相关特性原理制作,即当气敏膜与待测气体相互作用,使气敏膜膜层质量与导电率发生变动,引发压电晶体声表面的波频率产生漂移;气体浓度变化,膜层质量和导电率变化大小也发生变化。通过探测声表面波频率改变就可以准确的反应气体浓度的变化。

声音传感器

声音传感器,主要用于测试室内声音,达到声控的效果。具体的说就是用一个小弹片来感应声音并通过一个继电器把声音信号转换成电信号,在声音足够大的时候电信号也足够大,这时候的电信号就传到开关的触头上,来使电路接通或者断开。


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