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传感器技术及应用
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樊尚春，男，教授，博士生导师，国家重点学科“精..
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传感器在军事上的应用
核心提示：日常人们家里用到的电饭煲就用到了温度传感器，而平时楼道里的声控灯也用到了音量传感器。而什么压力传感器，流量传感器等等更是屡见不鲜，五花八门，充斥在我们的周围。可以说，时至今日，传感器已经与人们的日常生活紧密相连，牢不可分。但显然，传感器不可能单单应用在人们的日常生活中，今天我们就来聊聊传感器在军事上的一些应用。& & & &众所周知，在这个科技日益发达的年代，无论生活中的什么东西都可能会和科技挂上关系。别的不说，光是传感器生活中就处处可见。日常人们家里用到的电饭煲就用到了温度传感器，而平时楼道里的声控灯也用到了音量传感器。而什么压力传感器，流量传感器等等更是屡见不鲜，五花八门，充斥在我们的周围。可以说，时至今日，传感器已经与人们的日常生活紧密相连，牢不可分。但显然，传感器不可能单单应用在人们的日常生活中，今天我们就来聊聊传感器在军事上的一些应用。
&& 一个强大的国家必须要有强大的国防，而强大的国防则是以强大的军事为依托的。历史以血的教训告诉我们：弱国无外交。所以，无论现在还是未来，加强祖国的军事化力量建设都是刻不容缓，时时需要为之努力的。现如今是科技的时代，军事不可避免也进入了高科技的时代。高科技的武器装备让现代化的军事发展迅猛，这里面传感器的应用更是比比皆是。
&首先，让我们了解下什么是传感器以及传感器的简单分类。
&传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为：①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。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。
&而传感器的分类如下：
一、温度传感器
温度传感器主要由热敏元件组成。热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。
二、光传感器
光传感器主要由光敏元件组成。目前光敏元件发展迅速、品种繁多、应用广泛。市场出售的有光敏电阻器、光电二极管、光电三极管、光电耦合器和光电池等。
&光敏电阻器
&光敏电阻器由能透光的半导体光电晶体构成，因半导体光电晶体成分不同，又分为可见光光敏电阻（硫化镉晶体）、红外光光敏电阻（砷化镓晶体）、和紫外光光敏电阻（硫化锌晶体）。当敏感波长的光照半导体光电晶体表面，晶体内载流子增加，使其电导率增加（即电阻减小）。
三、气敏传感器
&由于气体与人类的日常生活密切相关，对气体的检测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段，气敏传感器发挥着极其重要的作用。例如生活环境中的一氧化碳浓度达0.8～1.15 ml/L时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥等状态，达1.84ml/L时则有在几分钟内死亡的危险，因此对一氧化碳检测必须快而准。利用SnO2金属氧化物半导体气敏材料，通过颗粒超微细化和掺杂工艺制备SnO2纳米颗粒，并以此为基体掺杂一定催化剂，经适当烧结工艺进行表面修饰，制成旁热式烧结型CO敏感元件，能够探测0.005%～0.5%范围的CO气体。还有许多易爆可燃气体、酒精气体、汽车尾气等有毒气体的进行探测的传感器。常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面涂铂、钯等稀有金属催化层），使用时对铂丝通以电流，保持
300℃～400℃的高温，此时若与可燃性气体接触，可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性
气体的浓度。电化学气敏传感器一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。目前国产的气敏元件有2种。一种是直热式，加热丝和测量电极一同烧结在金属氧化物半导体管芯内；旁热式气敏元件以陶瓷管为基底，管内穿加热丝，管外侧有两个测量极，测量极之间为金属氧化物气敏材料，经高温烧结而成。
四、力敏传感器
&力敏传感器的种类甚多，传统的测量方法是利用弹性材料的形变和位移来表示。随着微电子技术的发展，利用半导体材料的压阻效应（即对其某一方向施加压力，其电阻率就发生变化）和良好的弹性，已经研制出体积小、重量轻、灵敏度高的力敏传感器，广泛用于压力、加速度等物理力学量的测量。
五、磁敏传感器
&目前磁敏元件有霍尔器件（基于霍尔效应）、磁阻器件（基于磁阻效应：外加磁场使半导体的电阻随磁场的增大而增加。）、磁敏二极管和三极管等。以磁敏元件为基础的磁敏传感器在一些电、磁学量和力学量的测量中广泛应用。
在一定意义上传感器与人的感官有对应的关系，其感知能力已远超过人的感官。例如利用目标自身红外辐射进行观察的红外成像系统（夜像仪），黑夜中可1000米发现人，2000米发现车辆；热像仪的核心部件是红外传感器。1991年海湾战争中，伊拉克的坦克配置的夜视仪探测距离仅800米，还不及美英联军的一半，黑暗中被打得惨败是必然的。目前世界各国都将传感器技术列为优先发展的高新技术的重点。为了大幅度提供传感器的性能，将不断采用新结构、新材料和新工艺，向小型化、集成化和智能的方向发展。
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尽管全世界都在担忧2016年夏季奥运会是否能按时举行。不过，北京时间8月6日7点，里约奥运会终于将如期开幕。高科技的应用一直是奥运会的亮点所在。本文，小编就来为您简单介绍一下，传感器技术在此次奥运会项目比赛及训练中的应用。
可以说，包括传感器技术在内，本届奥运会的科技看点不少。资料图
在本届奥运会上，VR技术将首次用于奥运会转播，智能机器人拍摄技术也将参与到视频转播过程，针对寨卡病毒的抗微生物队服，用于比赛、训练的大数据分析……这些都会是本届奥运会的科技看点。此外，各类传感器、可穿戴技术的应用也是一大亮点。
游泳起跳台
在2012年伦敦奥运会游泳比赛中，欧米茄使用了一套全新的泳池起跳台。目前，该起跳台被沿用至今年的奥运会赛场。与之前的起跳台相比，该起跳台配置了全新的传感系统。这套传感系统可确保运动员在相同时间内，听到比赛开始的哨音，有效避免发生不必要的失误。
新型游泳起跳台和射箭计分系统，资料图
射箭计分器
在射箭赛场，本届奥运会将为箭靶安装高科技传感器系统，代替传统的电子计分器。当箭射出击中目标时，系统将会第一时间在大屏幕上显示分数，新系统可以将箭的落点精确在0.2毫米以内，非常精准并且反应迅速。
皮划艇大数据分析
在独木舟皮划艇项目上，通用电气一直采用大数据技术帮助运动员提高他们的技术。训练期间，该公司在皮划艇上安装了传感器；运动员身上则安装了心脏监测仪，以便测试运动员和独木舟两方表现。
皮划艇项目比赛，资料图
例如，在独木舟和皮划艇中，系统主要特点是安装了加速度传感器、回转仪、磁力计和GPS模块。所有这些传感器，都被用于测量赛艇的频率与强度，及检测赛艇位置、速度和方向。另外，运动员会采用一个心率监测器，以便通过蓝牙，将信息传输到安装在船上的传感器中。
拳击智能手套
在拳击项目中，一套名为Hykso的可穿戴设备传感器，也被用于美国、加拿大拳击运动员拳击训练手套上。如下图所示，该手套包括两个三轴加速传感器、一个三轴陀螺仪。该系统能测量拳击速度、数目及打击强度。传感器数据，可用于3D运动数据模型分析中，进而提高有效击打水平。
上图为拳击用智能手套，下图为场地自行车运动员。资料图
自行车赛场
在本届奥运会上，美国女子自行车场地团队借助智能眼镜和传感器所收集的心率、行进速度、消耗热量及乳酸阈值等数据，描绘运动员消耗体力曲线图，进而帮运动员进行更好的体力分配。
在棒球、田径、柔道等多个项目中，传感器、可穿戴技术也都随处可见。资料图
此外，在棒球、田径、柔道等多个项目中，观众届时都可以发现传感器技术的运用。那么，在接下来的半个多月的时间里，就让我们尽情畅享奥运带给我们的运动激情与欢乐吧。
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知名IT评论人，曾就职于多家知名IT企业，现是科幻星系创建人
未来在这里发声。
新媒体的实践者、研究者和批判者。
立足终端领域，静观科技变化。深入思考，简单陈述。
智能硬件领域第一自媒体。传感器在四大领域的应用
　　【中国仪表网 行业上下游】传感器作为人类感知世界的重要工具，正随着时代科技的发展而发展。在以工业变革为引领的科技潮流之中，传感器将发挥越来越大的作用，并在更多的领域中获得应用与发展。　　&　　随着德国工业4.0的提出，世界范围内正在掀起新一轮的工业变革，被称之为第四次工业革命。实质上，工业4.0是指利用物联信息系统将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化，最后达到快速，有效，个性化的产品供应，包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。但是，要实现工业4.0，必须以物联网为基础，而传感技术和传感器则是物联网的基础。中国测控网认为，传感器在未来的人类生活中将在四个方面起到巨大的推动作用。　　　　首先是工业制造业。我们知道在人类的原始生产过程中，依靠人自身五官对周围环境的感知识别，基本可以满足生产要求，但在工业革命中，面对各种恶劣环境或高温高压、有毒环境，就远远不能满足要求。所以服务于现代工业的各种传感器应用正在大显身手，如对应自然人的五官功能，已经有同款的高精密传感器研发成功。视觉传感器具有从一整幅图像捕获光线的数以百万计像素的能力，可以进行更高速率的传达。同样的，工业传感器对于声音、震动等的细微观测，早已经朝着更高精度发展，为人们在工业制造过程中及时获知信息、发现问题提供了更多的先决条件。　　　　其次是医学卫生领域。在国际医学创新的前沿，已经出现全新的微型医学传感器，可以通过针头等工具进入人体，从而取得人类身体信息的最真实资料。在这种传感器的帮助下，医生可以最为直观地观测到病人的实际情况，包括病变组织、肿瘤细胞、血液蛋白等基础资料，并且在治疗的过程中及时反馈药物作用于人体的即时信息，帮助监督治疗，并能够同步记录疾病在治疗过程中的最细微的反应和变化，从而使得医学案例总结和医疗实践变得更为直观明了。　　　　第三是安全防范领域。传感器在这个领域的应用较为宽泛，尤其是对于实时的安全监测更能起到明显作用。比如在长途车司机的坐垫下安装新型传感器，可以及时观测到司机的驾驶情况，通过心率变化、体表脉搏等实时资料，帮助判断出司机是否处于疲劳驾驶状态，并通过传感系统发出警报，结合卫星定位系统，便可以帮助司机本身及交通管理部门及时发现和对此类情况进行果断处置，从而避免事故发生。对于老人、儿童和残障、病患人群，也可以通过传感器及时发现他们的一些异常情况，并能及时向其家人进行报警。通过卫星定位系统，可以迅速对其进行救助。　　　　最后是可穿戴式运动设备。这类传感器既可以帮助人们矫正运动姿势，记录运动结果，也可以在运动过程中充分捕捉信息，分析不同人群在不同运动中的身体反应情况，从而便于总结规律。已经形成市场的这类传感器设备，目前主要集中在三大块，分别是运动传感器，包括加速度计、陀螺仪、磁力计、压力传感器等;生物传感器，包括血糖传感器、血压传感器、心电传感器等;环境传感器，包括温湿度传感器、气体传感器、PH传感器等。这些传感器都在诸如智能手表、腕带等产品中得到应用广泛。　　　　传感器作为人类感知世界的重要工具，正随着时代科技的发展而发展。以上所提到的四大应用领域，其实只是传感器在未来产业大发展中比较先行的区域，更多的应用空间正在等着我们去探索、开发。在以工业变革为引领的科技潮流之中，传感器将发挥越来越大的作用，并在更多的领域中获得应用与发展。
（本文来源：中国测控网，转载请注明出处）
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