Σούπερ! Περιεκτική περίληψη της γνώσης των αισθητήρων

Ο αισθητήρας, γνωστός και ως Sensor ή Transducer στα αγγλικά, ορίζεται στο λεξικό New Webster ως: "Μια συσκευή που λαμβάνει ισχύ από ένα σύστημα και συνήθως στέλνει ισχύ σε ένα δεύτερο σύστημα με άλλη μορφή." Σύμφωνα με αυτόν τον ορισμό, η λειτουργία ενός αισθητήρα είναι να μετατρέπει μια μορφή ενέργειας σε μια άλλη μορφή ενέργειας, έτσι πολλοί μελετητές χρησιμοποιούν επίσης τον "μορφοτροπέα" για να αναφερθούν στον "αισθητήρα".

Ένας αισθητήρας είναι μια συσκευή ανίχνευσης, που συνήθως αποτελείται από ευαίσθητα στοιχεία και στοιχεία μετατροπής, που μπορεί να μετρήσει πληροφορίες και να επιτρέψει στους χρήστες να αντιληφθούν πληροφορίες. Μέσω του μετασχηματισμού, τα δεδομένα ή οι πληροφορίες τιμής στον αισθητήρα μετατρέπονται σε ηλεκτρικό σήμα ή άλλη απαιτούμενη μορφή εξόδου για να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις μετάδοσης, επεξεργασίας, αποθήκευσης, απεικόνισης, εγγραφής και ελέγχου πληροφοριών.

01. Ιστορικό ανάπτυξης αισθητήρα

Το 1883 κυκλοφόρησε επίσημα ο πρώτος θερμοστάτης στον κόσμο και δημιουργήθηκε από έναν εφευρέτη που ονομαζόταν Warren S. Johnson. Αυτός ο θερμοστάτης μπορεί να διατηρήσει τη θερμοκρασία σε έναν ορισμένο βαθμό ακρίβειας, που είναι η χρήση αισθητήρων και τεχνολογίας ανίχνευσης. Εκείνη την εποχή, ήταν μια πολύ ισχυρή τεχνολογία.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1940, βγήκε ο πρώτος αισθητήρας υπερύθρων. Στη συνέχεια, πολλοί αισθητήρες αναπτύχθηκαν συνεχώς. Μέχρι τώρα, υπάρχουν περισσότεροι από 35.000 τύποι αισθητήρων στον κόσμο, οι οποίοι είναι πολύ περίπλοκοι σε αριθμό και χρήση. Μπορούμε να πούμε ότι τώρα είναι η πιο καυτή περίοδος για τους αισθητήρες και την τεχνολογία αισθητήρων.

Το 1987, η ADI (Analog Devices) άρχισε να επενδύει στην έρευνα και ανάπτυξη ενός νέου αισθητήρα. Αυτός ο αισθητήρας είναι διαφορετικός από άλλους. Ονομάζεται αισθητήρας MEMS, ο οποίος είναι ένας νέος τύπος αισθητήρα που κατασκευάζεται με χρήση μικροηλεκτρονικής και τεχνολογίας μικροκατεργασίας. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς αισθητήρες, έχει τα χαρακτηριστικά του μικρού μεγέθους, του μικρού βάρους, του χαμηλού κόστους, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, της υψηλής αξιοπιστίας, του κατάλληλου για μαζική παραγωγή, της εύκολης ενσωμάτωσης και της ευφυΐας. Η ADI είναι η πρώτη εταιρεία στον κλάδο που έκανε έρευνα και ανάπτυξη MEMS.

Το 1991, η ADI κυκλοφόρησε την πρώτη συσκευή MEMS High-g της βιομηχανίας, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως για την παρακολούθηση σύγκρουσης αερόσακων αυτοκινήτου. Μετά από αυτό, πολλοί αισθητήρες MEMS αναπτύχθηκαν ευρέως και χρησιμοποιήθηκαν σε όργανα ακριβείας όπως κινητά τηλέφωνα, ηλεκτρικά φώτα και ανίχνευση θερμοκρασίας νερού. Από το 2010, υπήρχαν περίπου 600 μονάδες στον κόσμο που ασχολούνταν με την έρευνα και ανάπτυξη και παραγωγή MEMS.

02. Τρία στάδια ανάπτυξης τεχνολογίας αισθητήρων

Φάση 1: Πριν από το 1969

Κυρίως εκδηλώνεται ως δομικοί αισθητήρες. Οι δομικοί αισθητήρες χρησιμοποιούν αλλαγές στις δομικές παραμέτρους για την ανίχνευση και τη μετατροπή σημάτων. Για παράδειγμα: αισθητήρες τάσης αντίστασης, οι οποίοι χρησιμοποιούν αλλαγές στην αντίσταση όταν μεταλλικά υλικά υφίστανται ελαστική παραμόρφωση για να μετατρέψουν ηλεκτρικά σήματα.

Φάση 2: Περίπου 20 χρόνια μετά το 1969

Οι αισθητήρες στερεάς κατάστασης, που άρχισαν να αναπτύσσονται στη δεκαετία του 1970, αποτελούνται από στερεά συστατικά όπως ημιαγωγοί, διηλεκτρικά και μαγνητικά υλικά και κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας ορισμένες ιδιότητες υλικών. Για παράδειγμα: χρήση θερμοηλεκτρικού εφέ, εφέ Hall και εφέ φωτοευαισθησίας για την κατασκευή αισθητήρων θερμοστοιχείου, αισθητήρων Hall και φωτοαισθητήρων, αντίστοιχα.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1970, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας ολοκλήρωσης, της τεχνολογίας μοριακής σύνθεσης, της τεχνολογίας μικροηλεκτρονικής και της τεχνολογίας υπολογιστών, εμφανίστηκαν ολοκληρωμένοι αισθητήρες.

Οι ενσωματωμένοι αισθητήρες περιλαμβάνουν 2 τύπους: ενσωμάτωση του ίδιου του αισθητήρα και ενσωμάτωση του αισθητήρα και των επακόλουθων κυκλωμάτων. Αυτός ο τύπος αισθητήρα έχει κυρίως τα χαρακτηριστικά του χαμηλού κόστους, της υψηλής αξιοπιστίας, της καλής απόδοσης και της ευέλικτης διεπαφής.

Οι ενσωματωμένοι αισθητήρες αναπτύσσονται πολύ γρήγορα και πλέον αντιπροσωπεύουν περίπου τα 2/3 της αγοράς αισθητήρων. Αναπτύσσονται προς την κατεύθυνση της χαμηλής τιμής, της πολυλειτουργικότητας και της σειριοποίησης.

Το τρίτο στάδιο: αναφέρεται γενικά στα τέλη του 20ου αιώνα μέχρι σήμερα

Ο λεγόμενος ευφυής αισθητήρας αναφέρεται στην ικανότητά του να ανιχνεύει, να αυτοδιάγνωση, να επεξεργάζεται δεδομένα και να προσαρμόζεται σε εξωτερικές πληροφορίες. Είναι το προϊόν του συνδυασμού τεχνολογίας μικροϋπολογιστών και τεχνολογίας ανίχνευσης.

Στη δεκαετία του 1980, οι ευφυείς αισθητήρες μόλις άρχισαν να αναπτύσσονται. Εκείνη την εποχή, η έξυπνη μέτρηση βασιζόταν κυρίως σε μικροεπεξεργαστές. Το κύκλωμα ρύθμισης του σήματος του αισθητήρα, ο μικροϋπολογιστής, η μνήμη και η διεπαφή ενσωματώθηκαν σε ένα τσιπ, δίνοντας στον αισθητήρα έναν ορισμένο βαθμό τεχνητής νοημοσύνης.

Στη δεκαετία του 1990, η έξυπνη τεχνολογία μέτρησης βελτιώθηκε περαιτέρω και η ευφυΐα πραγματοποιήθηκε στο πρώτο επίπεδο του αισθητήρα, καθιστώντας τον να διαθέτει λειτουργία αυτοδιάγνωσης, λειτουργία μνήμης, λειτουργία μέτρησης πολλαπλών παραμέτρων και λειτουργία επικοινωνίας δικτύωσης.

03. Τύποι αισθητήρων

Επί του παρόντος, υπάρχει έλλειψη διεθνών προτύπων και κανόνων στον κόσμο και δεν έχουν διαμορφωθεί έγκυροι τυπικοί τύποι αισθητήρων. Μπορούν να χωριστούν μόνο σε απλούς φυσικούς αισθητήρες, χημικούς αισθητήρες και βιοαισθητήρες.

Για παράδειγμα, οι φυσικοί αισθητήρες περιλαμβάνουν: ήχο, δύναμη, φως, μαγνητισμό, θερμοκρασία, υγρασία, ηλεκτρισμό, ακτινοβολία κ.λπ. Οι χημικοί αισθητήρες περιλαμβάνουν: διάφορους αισθητήρες αερίων, τιμή pH οξέος-βάσης, ιονισμό, πόλωση, χημική προσρόφηση, ηλεκτροχημική αντίδραση κ.λπ. Οι βιολογικοί αισθητήρες περιλαμβάνουν: ηλεκτρόδια ενζύμου και βιοηλεκτρισμό μεσολαβητή, κ.λπ. Η αιτιώδης σχέση μεταξύ της χρήσης του προϊόντος και της διαδικασίας σχηματισμού είναι αλληλένδετη και είναι δύσκολο να τα ταξινομήσουμε αυστηρά.

Με βάση την ταξινόμηση και την ονομασία των αισθητήρων, υπάρχουν κυρίως οι ακόλουθοι τύποι:

(1) Σύμφωνα με την αρχή της μετατροπής, μπορούν να χωριστούν σε φυσικούς αισθητήρες, χημικούς αισθητήρες και βιολογικούς αισθητήρες.

(2) Σύμφωνα με τις πληροφορίες ανίχνευσης του αισθητήρα, μπορούν να χωριστούν σε ακουστικούς αισθητήρες, αισθητήρες φωτός, θερμικούς αισθητήρες, αισθητήρες δύναμης, μαγνητικούς αισθητήρες, αισθητήρες αερίου, αισθητήρες υγρασίας, αισθητήρες πίεσης, αισθητήρες ιόντων και αισθητήρες ακτινοβολίας.

(3) Σύμφωνα με τη μέθοδο τροφοδοσίας, μπορούν να χωριστούν σε ενεργούς ή παθητικούς αισθητήρες.

(4) Σύμφωνα με τα σήματα εξόδου τους, μπορούν να χωριστούν σε αναλογική έξοδο, ψηφιακή έξοδο και αισθητήρες διακόπτη.

(5) Ανάλογα με τα υλικά που χρησιμοποιούνται στους αισθητήρες, μπορούν να χωριστούν σε: υλικά ημιαγωγών. κρυσταλλικά υλικά? κεραμικά υλικά? οργανικά σύνθετα υλικά? μεταλλικά υλικά? πολυμερή υλικά? υπεραγώγιμα υλικά. υλικά οπτικών ινών. νανοϋλικά και άλλους αισθητήρες.

(6) Σύμφωνα με τη μετατροπή ενέργειας, μπορούν να χωριστούν σε αισθητήρες μετατροπής ενέργειας και αισθητήρες ελέγχου ενέργειας.

(7) Ανάλογα με τη διαδικασία κατασκευής τους, μπορούν να χωριστούν σε τεχνολογία μηχανικής επεξεργασίας. σύνθετη και ολοκληρωμένη τεχνολογία· τεχνολογία λεπτής μεμβράνης και παχιάς μεμβράνης. τεχνολογία πυροσυσσωμάτωσης κεραμικών. Τεχνολογία MEMS; ηλεκτροχημική τεχνολογία και άλλους αισθητήρες.

Υπάρχουν περίπου 26.000 τύποι αισθητήρων που έχουν διατεθεί στο εμπόριο παγκοσμίως. Η χώρα μου έχει ήδη περίπου 14.000 τύπους, οι περισσότεροι από τους οποίους είναι συμβατικοί τύποι και ποικιλίες. περισσότεροι από 7.000 τύποι μπορούν να εμπορευματοποιηθούν, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν ελλείψεις και κενά σε ειδικές ποικιλίες όπως η ιατρική, η επιστημονική έρευνα, η μικροβιολογία και η χημική ανάλυση, και υπάρχει μεγάλος χώρος για τεχνολογική καινοτομία.

04. Λειτουργίες αισθητήρων

Οι λειτουργίες των αισθητήρων συνήθως συγκρίνονται με τα πέντε κύρια αισθητήρια όργανα του ανθρώπου:

Φωτοευαίσθητοι αισθητήρες - όραση

Ακουστικοί αισθητήρες - ακοής

Αισθητήρες αερίων - μυρωδιά

Χημικοί αισθητήρες - γεύση

Ευαίσθητοι στην πίεση, ευαίσθητοι στη θερμοκρασία, αισθητήρες υγρών - αφής

①Φυσικοί αισθητήρες: βασίζονται σε φυσικά εφέ όπως δύναμη, θερμότητα, φως, ηλεκτρισμός, μαγνητισμός και ήχος.

②Χημικοί αισθητήρες: βασισμένοι στις αρχές των χημικών αντιδράσεων.

③Βιολογικοί αισθητήρες: βασίζονται σε λειτουργίες μοριακής αναγνώρισης όπως ένζυμα, αντισώματα και ορμόνες.

Στην εποχή των υπολογιστών, οι άνθρωποι έλυσαν το πρόβλημα της προσομοίωσης του εγκεφάλου, το οποίο ισοδυναμεί με τη χρήση 0 και 1 για την ψηφιοποίηση πληροφοριών και τη χρήση της λογικής Boole για την επίλυση προβλημάτων. τώρα είναι η εποχή μετά τον υπολογιστή, και αρχίζουμε να προσομοιώνουμε τις πέντε αισθήσεις.

Αλλά η προσομοίωση των πέντε αισθήσεων ενός ατόμου είναι απλώς ένας πιο ζωντανός όρος για τους αισθητήρες. Η σχετικά ώριμη τεχνολογία αισθητήρων εξακολουθεί να είναι τα φυσικά μεγέθη όπως δύναμη, επιτάχυνση, πίεση, θερμοκρασία κ.λπ. που χρησιμοποιούνται συχνά σε βιομηχανικές μετρήσεις. Για τις πραγματικές ανθρώπινες αισθήσεις, συμπεριλαμβανομένης της όρασης, της ακοής, της αφής, της όσφρησης και της γεύσης, οι περισσότερες από αυτές δεν είναι πολύ ώριμες από την οπτική γωνία των αισθητήρων.

Η όραση και η ακοή μπορούν να θεωρηθούν ως φυσικά μεγέθη, τα οποία είναι σχετικά καλά, ενώ η αφή είναι σχετικά φτωχή. Όσον αφορά την όσφρηση και τη γεύση, δεδομένου ότι περιλαμβάνουν τη μέτρηση βιοχημικών ποσοτήτων, ο μηχανισμός λειτουργίας είναι σχετικά πολύπλοκος και απέχει πολύ από το στάδιο της τεχνικής ωριμότητας.

Η αγορά των αισθητήρων καθοδηγείται στην πραγματικότητα από εφαρμογές. Για παράδειγμα, στη χημική βιομηχανία, η αγορά αισθητήρων πίεσης και ροής είναι αρκετά μεγάλη. στην αυτοκινητοβιομηχανία, η αγορά για αισθητήρες όπως η ταχύτητα περιστροφής και η επιτάχυνση είναι πολύ μεγάλη. Οι αισθητήρες επιτάχυνσης που βασίζονται σε μικρο-ηλεκτρομηχανικά συστήματα (MEMS) είναι πλέον σχετικά ώριμοι στην τεχνολογία και έχουν συμβάλει σημαντικά στη ζήτηση για την αυτοκινητοβιομηχανία.

Πριν «εμφανιστεί» η έννοια των αισθητήρων, υπήρχαν στην πραγματικότητα αισθητήρες στα πρώιμα όργανα μέτρησης, αλλά εμφανίζονταν ως συστατικό σε όλο το σύνολο των οργάνων. Ως εκ τούτου, πριν από το 1980, το εγχειρίδιο που εισάγει αισθητήρες στην Κίνα ονομαζόταν «Ηλεκτρική Μέτρηση Μη Ηλεκτρικών Μεγεθών».

Η εμφάνιση της έννοιας των αισθητήρων είναι στην πραγματικότητα το αποτέλεσμα της σταδιακής διαμόρφωσης των οργάνων μέτρησης. Έκτοτε, οι αισθητήρες έχουν διαχωριστεί από ολόκληρο το σύστημα οργάνων και μελετήθηκαν, παράγονται και πωλούνται ως λειτουργική συσκευή.

05. Κοινοί επαγγελματικοί όροι για αισθητήρες

Καθώς οι αισθητήρες συνεχίζουν να αναπτύσσονται και να αναπτύσσονται, έχουμε μια βαθύτερη κατανόησή τους. Συνοψίζονται οι ακόλουθοι 30 κοινοί όροι:

1. Εύρος: η αλγεβρική διαφορά μεταξύ των άνω και κάτω ορίων του εύρους μέτρησης.

2. Ακρίβεια: ο βαθμός συνέπειας μεταξύ του μετρούμενου αποτελέσματος και της πραγματικής τιμής.

3. Συνήθως αποτελείται από ευαίσθητα στοιχεία και στοιχεία μετατροπής:

Τα ευαίσθητα στοιχεία αναφέρονται στο τμήμα του αισθητήρα που μπορεί άμεσα (ή ανταποκριθεί) στη μετρούμενη τιμή.

Τα στοιχεία μετατροπής αναφέρονται στο τμήμα του αισθητήρα που μπορεί να μετατρέψει τη μετρούμενη τιμή που ανιχνεύεται (ή ανταποκρίνεται) από το ευαίσθητο στοιχείο σε ηλεκτρικό σήμα για μετάδοση και (ή) μέτρηση.

Όταν η έξοδος είναι ένα καθορισμένο τυπικό σήμα, ονομάζεται πομπός.

4. Εύρος μέτρησης: το εύρος των τιμών μέτρησης εντός του επιτρεπόμενου ορίου σφάλματος.

5. Επαναληψιμότητα: ο βαθμός συνέπειας μεταξύ των αποτελεσμάτων πολλαπλών διαδοχικών μετρήσεων της ίδιας μετρούμενης ποσότητας υπό όλες τις ακόλουθες συνθήκες:

Ίδιο μέρος μέτρησης, ίδιος παρατηρητής, ίδιο όργανο μέτρησης, ίδια θέση, ίδιες συνθήκες χρήσης και επανάληψη σε σύντομο χρονικό διάστημα.

6. Ανάλυση: Η ελάχιστη αλλαγή στη μετρούμενη ποσότητα που μπορεί να ανιχνεύσει ο αισθητήρας εντός του καθορισμένου εύρους μέτρησης.

7. Κατώφλι: Η ελάχιστη αλλαγή στη μετρούμενη ποσότητα που μπορεί να προκαλέσει μετρήσιμη αλλαγή στην έξοδο του αισθητήρα.

8. Μηδενική θέση: Η κατάσταση που καθιστά την απόλυτη τιμή της εξόδου ελάχιστη, όπως η κατάσταση ισορροπίας.

9. Γραμμικότητα: Ο βαθμός στον οποίο η καμπύλη βαθμονόμησης είναι συνεπής με ένα ορισμένο όριο.

10. Μη γραμμικότητα: Ο βαθμός στον οποίο η καμπύλη βαθμονόμησης αποκλίνει από μια συγκεκριμένη καθορισμένη ευθεία.

11. Μακροπρόθεσμη σταθερότητα: Η ικανότητα του αισθητήρα να διατηρεί την ανοχή εντός καθορισμένου χρόνου.

12. Φυσική συχνότητα: Η ελεύθερη (χωρίς εξωτερική δύναμη) συχνότητα ταλάντωσης του αισθητήρα όταν δεν υπάρχει αντίσταση.

13. Απόκριση: Το χαρακτηριστικό της μετρούμενης ποσότητας που αλλάζει κατά την έξοδο.

14. Αντισταθμισμένο εύρος θερμοκρασίας: Το εύρος θερμοκρασίας που αντισταθμίζεται ώστε ο αισθητήρας να διατηρεί μηδενική ισορροπία εντός του εύρους και των καθορισμένων ορίων.

15. ερπυσμός: Η αλλαγή στην έξοδο εντός καθορισμένου χρόνου όταν οι περιβαλλοντικές συνθήκες του μετρούμενου μηχανήματος παραμένουν σταθερές.

16. Αντίσταση μόνωσης: Εάν δεν ορίζεται διαφορετικά, αναφέρεται στην τιμή αντίστασης που μετράται μεταξύ των καθορισμένων τμημάτων μόνωσης του αισθητήρα όταν η καθορισμένη τάση DC εφαρμόζεται σε θερμοκρασία δωματίου.

17. Διέγερση: Η εξωτερική ενέργεια (τάση ή ρεύμα) που εφαρμόζεται για να λειτουργήσει σωστά ο αισθητήρας.

18. Μέγιστη διέγερση: Η μέγιστη τιμή της τάσης ή του ρεύματος διέγερσης που μπορεί να εφαρμοστεί στον αισθητήρα υπό συνθήκες εσωτερικού χώρου.

19. Αντίσταση εισόδου: Η σύνθετη αντίσταση που μετράται στο άκρο εισόδου του αισθητήρα όταν το άκρο εξόδου είναι βραχυκυκλωμένο.

20. Έξοδος: Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από τον αισθητήρα που είναι συνάρτηση της εξωτερικής μετρούμενης ποσότητας.

21. Εμπέδηση εξόδου: Η σύνθετη αντίσταση που μετράται στο άκρο εξόδου του αισθητήρα όταν το άκρο εισόδου βραχυκυκλώνεται.

22. Μηδενική έξοδος: Η έξοδος του αισθητήρα όταν η εφαρμοζόμενη μετρούμενη ποσότητα είναι μηδέν σε αστικές συνθήκες.

23. Υστέρηση: Η μέγιστη διαφορά στην έξοδο όταν η μετρούμενη τιμή αυξάνεται και μειώνεται εντός του καθορισμένου εύρους.

24. Καθυστέρηση: Η χρονική καθυστέρηση της αλλαγής του σήματος εξόδου σε σχέση με την αλλαγή του σήματος εισόδου.

25. Drift: Το μέγεθος της αλλαγής στην έξοδο του αισθητήρα που δεν σχετίζεται με τη μέτρηση μέσα σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα.

26. Μηδενική μετατόπιση: Η αλλαγή στη μηδενική έξοδο σε καθορισμένο χρονικό διάστημα και υπό συνθήκες εσωτερικού χώρου.

27. Ευαισθησία: Ο λόγος της αύξησης της εξόδου του αισθητήρα προς την αντίστοιχη αύξηση της εισόδου.

28. Μετατόπιση ευαισθησίας: Η αλλαγή στην κλίση της καμπύλης βαθμονόμησης που προκαλείται από την αλλαγή στην ευαισθησία.

29. Μετατόπιση θερμικής ευαισθησίας: Η μετατόπιση ευαισθησίας που προκαλείται από την αλλαγή στην ευαισθησία.

30. Θερμική μετατόπιση μηδέν: Η μετατόπιση μηδενός που προκαλείται από την αλλαγή της θερμοκρασίας περιβάλλοντος.

06. Πεδία εφαρμογής αισθητήρων

Οι αισθητήρες είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη συσκευή ανίχνευσης, η οποία χρησιμοποιείται στην παρακολούθηση του περιβάλλοντος, τη διαχείριση της κυκλοφορίας, την ιατρική υγεία, τη γεωργία και την κτηνοτροφία, την πυρασφάλεια, την κατασκευή, την αεροδιαστημική, τα ηλεκτρονικά προϊόντα και άλλους τομείς. Μπορεί να ανιχνεύσει τις πληροφορίες που μετρώνται και μπορεί να μετατρέψει τις ανιχνευόμενες πληροφορίες σε ηλεκτρικά σήματα ή άλλες απαιτούμενες μορφές εξόδου πληροφοριών σύμφωνα με ορισμένους κανόνες για την κάλυψη των απαιτήσεων μετάδοσης, επεξεργασίας, αποθήκευσης, εμφάνισης, καταγραφής και ελέγχου πληροφοριών.

①Βιομηχανικός έλεγχος: βιομηχανικός αυτοματισμός, ρομποτική, όργανα δοκιμών, αυτοκινητοβιομηχανία, ναυπηγική βιομηχανία κ.λπ.

Οι εφαρμογές βιομηχανικού ελέγχου χρησιμοποιούνται ευρέως, όπως διάφοροι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται στην αυτοκινητοβιομηχανία, τον έλεγχο της διαδικασίας προϊόντων, τα βιομηχανικά μηχανήματα, τον ειδικό εξοπλισμό και τον αυτοματοποιημένο εξοπλισμό παραγωγής κ.λπ., οι οποίοι μετρούν μεταβλητές διαδικασίας (όπως θερμοκρασία, στάθμη υγρού, πίεση, ροή, κ.λπ.), μετρήστε τα ηλεκτρονικά χαρακτηριστικά (ρεύμα, τάση κ.λπ.) και τα φυσικά μεγέθη (κίνηση, ταχύτητα, φορτίο και ένταση) και οι παραδοσιακοί αισθητήρες εγγύτητας/τοποθέτησης αναπτύσσονται γρήγορα.

Ταυτόχρονα, οι έξυπνοι αισθητήρες μπορούν να ξεπεράσουν τους περιορισμούς της φυσικής και της επιστήμης των υλικών συνδέοντας ανθρώπους και μηχανές και συνδυάζοντας λογισμικό και ανάλυση μεγάλων δεδομένων και θα αλλάξουν τον τρόπο λειτουργίας του κόσμου. Στο όραμα του Industry 4.0, οι λύσεις και οι υπηρεσίες αισθητήρων από άκρο σε άκρο αναβιώνουν στον χώρο παραγωγής. Προωθεί την πιο έξυπνη λήψη αποφάσεων, βελτιώνει τη λειτουργική αποτελεσματικότητα, αυξάνει την παραγωγή, βελτιώνει την αποδοτικότητα της μηχανικής και βελτιώνει σημαντικά την επιχειρηματική απόδοση.

②Ηλεκτρονικά προϊόντα: έξυπνα wearables, ηλεκτρονικά είδη επικοινωνίας, ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης κ.λπ.

Οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται κυρίως σε smart wearables και 3C ηλεκτρονικά σε ηλεκτρονικά προϊόντα, ενώ τα κινητά τηλέφωνα αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο ποσοστό στον τομέα των εφαρμογών. Η σημαντική αύξηση της παραγωγής κινητών τηλεφώνων και η συνεχής αύξηση των νέων λειτουργιών κινητών τηλεφώνων έχουν φέρει ευκαιρίες και προκλήσεις στην αγορά των αισθητήρων. Το αυξανόμενο μερίδιο αγοράς των κινητών τηλεφώνων με έγχρωμη οθόνη και των τηλεφώνων με κάμερα έχει αυξήσει το ποσοστό των εφαρμογών αισθητήρων σε αυτόν τον τομέα.

Επιπλέον, οι αισθητήρες υπερήχων που χρησιμοποιούνται σε ομαδικά τηλέφωνα και ασύρματα τηλέφωνα, αισθητήρες μαγνητικού πεδίου που χρησιμοποιούνται σε μαγνητικά μέσα αποθήκευσης κ.λπ. θα δουν μεγάλη ανάπτυξη.

Όσον αφορά τις εφαρμογές που φοριούνται, οι αισθητήρες είναι βασικά στοιχεία.

Για παράδειγμα, τα fitness trackers και τα έξυπνα ρολόγια γίνονται σταδιακά μια συσκευή καθημερινού τρόπου ζωής που μας βοηθά να παρακολουθούμε το επίπεδο δραστηριότητάς μας και τις βασικές παραμέτρους υγείας. Στην πραγματικότητα, υπάρχει πολλή τεχνολογία σε αυτές τις μικροσκοπικές συσκευές που φοριούνται στον καρπό για να βοηθήσουν τους ανθρώπους να μετρήσουν τα επίπεδα δραστηριότητας και την υγεία της καρδιάς.

Κάθε τυπικό βραχιόλι γυμναστικής ή έξυπνο ρολόι έχει περίπου 16 ενσωματωμένους αισθητήρες. Ανάλογα με την τιμή, ορισμένα προϊόντα μπορεί να έχουν περισσότερους. Αυτοί οι αισθητήρες, μαζί με άλλα εξαρτήματα υλικού (όπως μπαταρίες, μικρόφωνα, οθόνες, ηχεία, κ.λπ.) και ισχυρό λογισμικό υψηλής τεχνολογίας, αποτελούν έναν ιχνηλάτη γυμναστικής ή ένα έξυπνο ρολόι.

Σήμερα, το πεδίο εφαρμογής των φορητών συσκευών επεκτείνεται από εξωτερικά ρολόγια, γυαλιά, παπούτσια κ.λπ. σε ένα ευρύτερο πεδίο, όπως το ηλεκτρονικό δέρμα κ.λπ.

③ Αεροπορία και στρατιωτικός: αεροδιαστημική τεχνολογία, στρατιωτική μηχανική, διαστημική εξερεύνηση κ.λπ.

Στον τομέα της αεροπορίας, η ασφάλεια και η αξιοπιστία των εγκατεστημένων εξαρτημάτων είναι εξαιρετικά υψηλή. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για αισθητήρες που χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά μέρη.

Για παράδειγμα, όταν ένας πύραυλος απογειώνεται, ο αέρας δημιουργεί τεράστια πίεση και δυνάμεις στην επιφάνεια και στο σώμα του πυραύλου λόγω της πολύ υψηλής ταχύτητας απογείωσης (πάνω από 4 Mach ή 3000 mph), δημιουργώντας ένα εξαιρετικά σκληρό περιβάλλον. Επομένως, απαιτούνται αισθητήρες πίεσης για την παρακολούθηση αυτών των δυνάμεων για να διασφαλιστεί ότι παραμένουν εντός των ορίων σχεδιασμού του σώματος. Κατά την απογείωση, οι αισθητήρες πίεσης εκτίθενται στον αέρα που ρέει πάνω από την επιφάνεια του πυραύλου, μετρώντας έτσι τα δεδομένα. Αυτά τα δεδομένα χρησιμοποιούνται επίσης για να καθοδηγήσουν μελλοντικά σχέδια αμαξώματος για να γίνουν πιο αξιόπιστα, σφιχτά και ασφαλή. Επιπλέον, αν κάτι πάει στραβά, τα δεδομένα από τους αισθητήρες πίεσης θα γίνουν ένα εξαιρετικά σημαντικό εργαλείο ανάλυσης.

Για παράδειγμα, στη συναρμολόγηση αεροσκαφών, οι αισθητήρες μπορούν να εξασφαλίσουν τη μέτρηση της οπής του πριτσινιού χωρίς επαφή και υπάρχουν αισθητήρες μετατόπισης και θέσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση του συστήματος προσγείωσης, των εξαρτημάτων φτερών, της άτρακτου και των κινητήρων των αποστολών αεροσκαφών, τα οποία μπορούν να παρέχουν αξιόπιστη και ακριβή προσδιορισμός τιμών μέτρησης.

④ Οικιακή ζωή: έξυπνο σπίτι, οικιακές συσκευές κ.λπ.

Η σταδιακή διάδοση των ασύρματων δικτύων αισθητήρων έχει προωθήσει την ταχεία ανάπτυξη των συσκευών πληροφοριών και της τεχνολογίας δικτύου. Ο κύριος εξοπλισμός των οικιακών δικτύων έχει επεκταθεί από ένα μόνο μηχάνημα σε πολλαπλές οικιακές συσκευές. Ο κόμβος ελέγχου έξυπνου οικιακού δικτύου που βασίζεται σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων παρέχει μια βασική πλατφόρμα για τη σύνδεση εσωτερικών και εξωτερικών δικτύων στο σπίτι και τη σύνδεση πληροφοριακών συσκευών και εξοπλισμού μεταξύ εσωτερικών δικτύων.

Η ενσωμάτωση κόμβων αισθητήρων σε οικιακές συσκευές και η σύνδεσή τους στο Διαδίκτυο μέσω ασύρματων δικτύων θα προσφέρει στους ανθρώπους ένα πιο άνετο, βολικό και πιο ανθρώπινο περιβάλλον έξυπνου σπιτιού. Το σύστημα απομακρυσμένης παρακολούθησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον απομακρυσμένο έλεγχο οικιακών συσκευών και η οικογενειακή ασφάλεια μπορεί να παρακολουθηθεί ανά πάσα στιγμή μέσω συσκευών ανίχνευσης εικόνας. Το δίκτυο αισθητήρων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ενός έξυπνου νηπιαγωγείου, την παρακολούθηση του περιβάλλοντος πρώιμης εκπαίδευσης των παιδιών και την παρακολούθηση της πορείας δραστηριότητας των παιδιών.

⑤ Διαχείριση κυκλοφορίας: μεταφορές, αστικές μεταφορές, έξυπνη επιμελητεία κ.λπ.

Στη διαχείριση της κυκλοφορίας, το σύστημα ασύρματου δικτύου αισθητήρων που είναι εγκατεστημένο και στις δύο πλευρές του δρόμου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση των συνθηκών του δρόμου, των συνθηκών συσσώρευσης νερού και του θορύβου του δρόμου, της σκόνης, του αερίου και άλλων παραμέτρων σε πραγματικό χρόνο για την επίτευξη του σκοπού της οδικής προστασίας. προστασία του περιβάλλοντος και την προστασία της υγείας των πεζών.

Το Ευφυές Σύστημα Μεταφορών (ITS) είναι ένας νέος τύπος συστήματος μεταφορών που αναπτύχθηκε με βάση το παραδοσιακό σύστημα μεταφορών. Ενσωματώνει την πληροφορική, την επικοινωνία, τον έλεγχο και την τεχνολογία υπολογιστών και άλλες σύγχρονες τεχνολογίες επικοινωνίας στον τομέα των μεταφορών και συνδυάζει οργανικά «άνθρωποι-οχήματα-δρόμος-περιβάλλον». Η προσθήκη τεχνολογίας ασύρματου δικτύου αισθητήρων στις υπάρχουσες μεταφορικές εγκαταστάσεις θα μπορέσει να μετριάσει θεμελιωδώς τα προβλήματα ασφάλειας, ομαλότητας, εξοικονόμησης ενέργειας και προστασίας του περιβάλλοντος που μαστίζουν τις σύγχρονες μεταφορές και ταυτόχρονα να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα των μεταφορικών εργασιών.

⑥ Περιβαλλοντική παρακολούθηση: περιβαλλοντική παρακολούθηση και πρόβλεψη, δοκιμές καιρού, υδρολογικές δοκιμές, ενεργειακή προστασία περιβάλλοντος, δοκιμές σεισμού κ.λπ.

Όσον αφορά την περιβαλλοντική παρακολούθηση και πρόβλεψη, τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση των συνθηκών άρδευσης των καλλιεργειών, των συνθηκών του αέρα του εδάφους, του περιβάλλοντος ζώων και των πουλερικών και των συνθηκών μετανάστευσης, ασύρματης οικολογίας εδάφους, παρακολούθησης επιφάνειας μεγάλης έκτασης κ.λπ., και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πλανητική εξερεύνηση, μετεωρολογική και γεωγραφική έρευνα, παρακολούθηση πλημμυρών κ.λπ. Με βάση τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, η βροχόπτωση, η στάθμη των υδάτων του ποταμού και η υγρασία του εδάφους μπορούν να παρακολουθηθούν μέσω αρκετών αισθητήρων και οι πλημμύρες μπορούν να προβλεφθούν για να περιγράψουν την οικολογική ποικιλομορφία, διενεργώντας έτσι οικολογική παρακολούθηση ενδιαιτήματα ζώων. Η πολυπλοκότητα του πληθυσμού μπορεί επίσης να μελετηθεί με την παρακολούθηση πτηνών, μικρών ζώων και εντόμων.

Καθώς οι άνθρωποι δίνουν μεγαλύτερη προσοχή στην περιβαλλοντική ποιότητα, στην πραγματική διαδικασία περιβαλλοντικών δοκιμών, οι άνθρωποι χρειάζονται συχνά αναλυτικό εξοπλισμό και όργανα που είναι εύκολα στη μεταφορά και μπορούν να πραγματοποιήσουν συνεχή δυναμική παρακολούθηση πολλαπλών αντικειμένων δοκιμής. Με τη βοήθεια της νέας τεχνολογίας αισθητήρων μπορούν να καλυφθούν οι παραπάνω ανάγκες.

Για παράδειγμα, στη διαδικασία παρακολούθησης της ατμόσφαιρας, τα νιτρίδια, τα σουλφίδια κ.λπ. είναι ρύποι που επηρεάζουν σοβαρά την παραγωγή και τη ζωή των ανθρώπων.

Μεταξύ των οξειδίων του αζώτου, το SO2 είναι η κύρια αιτία της όξινης βροχής και της όξινης ομίχλης. Αν και οι παραδοσιακές μέθοδοι μπορούν να μετρήσουν την περιεκτικότητα σε SO2, η μέθοδος είναι πολύπλοκη και δεν είναι αρκετά ακριβής. Πρόσφατα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι συγκεκριμένοι αισθητήρες μπορούν να οξειδώσουν θειώδη και μέρος του οξυγόνου θα καταναλωθεί κατά τη διαδικασία οξείδωσης, η οποία θα προκαλέσει τη μείωση του διαλυμένου οξυγόνου του ηλεκτροδίου και θα δημιουργήσει ένα φαινόμενο ρεύματος. Η χρήση αισθητήρων μπορεί να αποκτήσει αποτελεσματικά την τιμή περιεκτικότητας σε θειώδη, η οποία δεν είναι μόνο γρήγορη αλλά και εξαιρετικά αξιόπιστη.

Για τα νιτρίδια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αισθητήρες οξειδίου του αζώτου για παρακολούθηση. Η αρχή των αισθητήρων οξειδίου του αζώτου είναι να χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια οξυγόνου για να δημιουργήσουν ένα συγκεκριμένο βακτήριο που καταναλώνει νιτρώδη και να υπολογίζουν την περιεκτικότητα σε οξείδια του αζώτου υπολογίζοντας τη μεταβολή στη συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου. Επειδή τα παραγόμενα βακτήρια χρησιμοποιούν νιτρικά ως ενέργεια και χρησιμοποιούν μόνο αυτά τα νιτρικά ως ενέργεια, επομένως, είναι μοναδικά στην πραγματική διαδικασία εφαρμογής και δεν θα επηρεαστούν από την παρέμβαση άλλων ουσιών. Ορισμένοι ξένοι ερευνητές έχουν διεξαγάγει πιο εις βάθος έρευνα χρησιμοποιώντας την αρχή των μεμβρανών και έμμεσα μέτρησαν την πολύ χαμηλή συγκέντρωση NO2 στον αέρα.

⑦ Ιατρική υγεία: ιατρική διάγνωση, ιατρική υγεία, υγειονομική περίθαλψη κ.λπ.

Πολλά ιδρύματα ιατρικής έρευνας στο εσωτερικό και στο εξωτερικό, συμπεριλαμβανομένων διεθνούς φήμης κολοσσών της ιατρικής βιομηχανίας, έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο στην εφαρμογή της τεχνολογίας αισθητήρων στον ιατρικό τομέα.

Για παράδειγμα, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Τζόρτζια στις Ηνωμένες Πολιτείες αναπτύσσει έναν ενσωματωμένο αισθητήρα στο σώμα με αισθητήρες πίεσης και κυκλώματα ασύρματης επικοινωνίας. Η συσκευή αποτελείται από αγώγιμο μέταλλο και μονωτικό φιλμ, το οποίο μπορεί να ανιχνεύσει αλλαγές πίεσης ανάλογα με τις αλλαγές συχνότητας του κυκλώματος συντονισμού και θα διαλυθεί στα σωματικά υγρά αφού παίξει το ρόλο του.

Τα τελευταία χρόνια, τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στα ιατρικά συστήματα και την υγειονομική περίθαλψη, όπως η παρακολούθηση διαφόρων φυσιολογικών δεδομένων του ανθρώπινου σώματος, η παρακολούθηση και η παρακολούθηση των ενεργειών των γιατρών και των ασθενών στα νοσοκομεία και η διαχείριση φαρμάκων στα νοσοκομεία.

⑧ Πυρασφάλεια: μεγάλα εργαστήρια, διαχείριση αποθήκης, αεροδρόμια, σταθμοί, αποβάθρες, παρακολούθηση ασφάλειας μεγάλων βιομηχανικών πάρκων κ.λπ.

Λόγω της συνεχούς επισκευής των κτιρίων, ενδέχεται να υπάρχουν κάποιοι κίνδυνοι για την ασφάλεια. Αν και περιστασιακές μικρές δονήσεις στον φλοιό της γης μπορεί να μην προκαλούν ορατή ζημιά, μπορεί να δημιουργηθούν πιθανές ρωγμές στους πυλώνες, οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν την κατάρρευση του κτιρίου στον επόμενο σεισμό. Οι επιθεωρήσεις με παραδοσιακές μεθόδους απαιτούν συχνά το κλείσιμο του κτιρίου για αρκετούς μήνες, ενώ τα έξυπνα κτίρια που είναι εξοπλισμένα με δίκτυα αισθητήρων μπορούν να ενημερώνουν τα τμήματα διαχείρισης τις πληροφορίες κατάστασής τους και να εκτελούν αυτόματα μια σειρά εργασιών αυτοεπισκευής σύμφωνα με την προτεραιότητα.

Με τη συνεχή πρόοδο της κοινωνίας, η έννοια της ασφαλούς παραγωγής έχει ριζώσει βαθιά στις καρδιές των ανθρώπων και οι απαιτήσεις των ανθρώπων για ασφαλή παραγωγή γίνονται όλο και μεγαλύτερες. Στον κατασκευαστικό κλάδο όπου τα ατυχήματα είναι συχνά, ο τρόπος διασφάλισης της προσωπικής ασφάλειας των εργαζομένων στις κατασκευές και η διατήρηση δομικών υλικών, εξοπλισμού και άλλων περιουσιακών στοιχείων στο εργοτάξιο είναι η κορυφαία προτεραιότητα των κατασκευαστικών μονάδων.

⑨Γεωργία και κτηνοτροφία: αγροτικός εκσυγχρονισμός, κτηνοτροφία κ.λπ.

Η γεωργία είναι ένας άλλος σημαντικός τομέας για τη χρήση ασύρματων δικτύων αισθητήρων.

Για παράδειγμα, από την εφαρμογή του «Συστήματος Διαχείρισης Ακρίβειας για την Παραγωγή Ευνοϊκών Καλλιεργειών στα Βορειοδυτικά», έχει πραγματοποιηθεί ειδική τεχνική έρευνα, ολοκλήρωση συστημάτων και τυπική επίδειξη εφαρμογών κυρίως για τα κυρίαρχα αγροτικά προϊόντα στη δυτική περιοχή, όπως π.χ. μήλα, ακτινίδια, salvia miltiorrhiza, πεπόνια, ντομάτες και άλλες σημαντικές καλλιέργειες, καθώς και τα χαρακτηριστικά του ξηρού και βροχερού οικολογικού περιβάλλοντος στα δυτικά, και η τεχνολογία ασύρματου δικτύου αισθητήρων έχει εφαρμοστεί με επιτυχία στη γεωργική παραγωγή ακριβείας. Αυτή η προηγμένη τεχνολογία του δικτύου αισθητήρων που συλλέγει το περιβάλλον ανάπτυξης των καλλιεργειών σε πραγματικό χρόνο εφαρμόζεται στη γεωργική παραγωγή, παρέχοντας νέα τεχνική υποστήριξη για την ανάπτυξη της σύγχρονης γεωργίας.

⑩Άλλα πεδία: παρακολούθηση σύνθετων μηχανημάτων, εργαστηριακή παρακολούθηση κ.λπ.

Το ασύρματο δίκτυο αισθητήρων είναι ένα από τα καυτά θέματα στο τρέχον πεδίο πληροφοριών, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή, επεξεργασία και αποστολή σημάτων σε ειδικά περιβάλλοντα. το ασύρματο δίκτυο αισθητήρων θερμοκρασίας και υγρασίας βασίζεται στον μικροελεγκτή PIC και το κύκλωμα υλικού του κόμβου δικτύου αισθητήρων θερμοκρασίας και υγρασίας έχει σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας τον ενσωματωμένο αισθητήρα υγρασίας και τον ψηφιακό αισθητήρα θερμοκρασίας και επικοινωνεί με το κέντρο ελέγχου μέσω της μονάδας ασύρματου πομποδέκτη , έτσι ώστε ο κόμβος αισθητήρα του συστήματος να έχει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, αξιόπιστη επικοινωνία δεδομένων, καλή σταθερότητα και υψηλή απόδοση επικοινωνίας, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως στην ανίχνευση περιβάλλοντος.