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传感器发展及使用指南 传感器概述 所有传感器通用的主要功能是转换：传感器 （或“探测器”）探查并测量同专门设计的被称为 RFID 芯 片上的电子识别码一样种类繁多的实物或数量（其中 RFID 代表射频识别，Radio Frequency Identification）；物体、液体或人体的热量；电子监控视野监测到的物体、人体或动物的运动；或物体 正在进行的诸如自由落体运动或旋转运动等加速运动类型。测量时，传感器将其接收到的数据转换为信号 或视频显示，该信号或视频显示又可由人主体或另一电子设备有意地做出解析。换言之，传感器也始终是 一个转换器，即可将一种形式的能量或刺激因素转化为另一形式的设备。 例如，一种形式的运动传感器可被整合至工业机械中并有线连接安全开关。在发生机械运动异常的情况下， 继续运转可能损坏机器设备或对附近作业人员造成危害，此时探测器可将该异常信号发送至开关使其安全 停机。这是一个示例，其中测量结果被转换为用于输入另一非人装置的信号。当然，大多数传感器将该测 量结果转换为人眼可视的尺度或显示出来。例如，水银玻璃温度计是温度传感器的普遍形式，其将小玻璃 泡中水银的热胀冷缩转换为可读刻度（摄氏或华氏温度）：即随着水银的膨胀或收缩，其在玻璃体狭窄的 中空管中上升或下降，该玻璃体在其外表面显示有标定的温度刻度。 水银玻璃温度计在设计的温度测量范围内显示了所有传感器须具有的重要特征：线性特征。换言之，传感 器探测材料（如本例中水银）的物理变化与所测量的对象、力量、运动或辐射改变成直接正比。类似地， 温差电偶作为另一类型的传感器也以线性形式反应温度，在本例中随着热度改变成比例地发生输出电压改 变。为保证精确度，传感器需加以精密校准以符合设定的、经过试验及检验的刻度。 在我们电子介导的文明中，传感器为保证浩如烟海的各种机器、装置、车辆及制造流程正确运行，发挥着 中枢作用。多数人可能完全没意识到，很多他们认为稀松平常的事物背后其实隐藏着各种传感器，如在手 机或平板电脑无论怎样移动或旋转时确保其显示内容始终顶部朝上的加速计，或帮助汽车和飞机安全运行 的各种传感器。它们广泛应用于医疗设备、航空航天工程、数不胜数的制造流程及机器人技术，其应用不 胜枚举。 传感器的灵敏度决定了其大部分用途。如果某一传感器对于媒介物相对较大的变化却在其探测物质及相应 输出结果中反应出较小变化，那么该传感器显示的敏感度不高。可有时我们需要传感器测量细微变化，此 时要求其表现出高度敏感性，即在测量时对媒介物的细微变化反应显著。通常此类传感器的线性特征限于 严格的界定范围内，超过此范围其反应的精确度将严重下降。 传感器制造商不得不考虑传感器对其探查或测量的一切对象将造成何种影响：例如，将一支水银玻璃温度 计插入一杯热茶，由于浸入时其将吸收媒介物热量，因此其本身可能使液体变凉。多数情况下传感器都会 不可避免地造成一定程度的影响，但深思熟虑加上独出心裁的设计却可确保影响尽可能地小。尽量降低影 响的方法之一是力争传感器设计尽量小型化：传感器形体越小，媒介物受到的物理影响就越小。目前，微 电子机械系统（Micro-electromechanical Systems，MEMS）技术为传感器制造带来了变革，使真正显微水 平的微量探测器制造成为可能。这些传感器较之同类，反应时间通常更短且灵敏度大幅提高。 传感器发展史 人类从公元前至少三百年就开始使用各种各样的传感器进行实验，当时东罗马帝国拜占庭的斐洛建造了一 部装置，其可显示空气随温度改变而膨胀收缩的程度。到十七世纪，意大利天文学家及物理学家伽利略 ·伽 利雷首创了温度计的原型。历经几十个春秋至 1784 年，英国一位名为乔治•阿特伍德的工程师设计了第一 部加速计，虽然其一直仅作为一部用于显示牛顿物理学真相的仪器，但到了二十世纪下叶又重新发现其作 为一种装置可具有多种用途（如智能手机和平板电脑装置的自动旋屏功能就依赖于加速计）。 有时，科学家们的创造性发现会沉睡数十年甚至数百年，直到该发现的各种用途被想象出来。例如，德国 天文学者威廉•赫歇尔在 1800 年便发现了红外射线（确切地，波长小于可视红光波长的放射线）。三十年 后直至 1831 年，意大利物理学家梅洛尼才创造了能够探测十米之遥人体温度（即，接收人体红外辐射） 的温差电堆。但是直到 20 世纪七十年代，能够通过专门设计的摄影机创建人类或动物 “体温”图像的红 外线传感器才被真正开发出来。 二战期间在多个领域发起了必需品的发明创造。该期间射频识