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万物互联时代 传感器应用“遍地开花”

2016/12/26    来源:e-works    作者:e-works郝秋红      
关键字:传感器  物联网  应用  
传感器处于整个物联网系统的最底层即感知层,是物联网的核心技术与根基。万物互联时代的到来,给传感器产业注入了“兴奋剂”。 传感器越来越多地被应用到社会发展及人类生活的各个领域,可谓“遍地开花”。

    传感器在国防科研领域的应用

    在军事上,传感器是武器装备发展的重要环节。专家认为,“一个国家军用传感器制造技术水平的高低,决定了该国武器制造水平的高低,决定了该国武器自动化程度的高低,最终决定了该国武器性能的优劣”。美国国防部专家说过,“当今世界谁掌握了传感器,谁就掌握了高科技,谁掌握了高科技,谁就控制了世界”。近十几年来,发生的历次局部战争中使用的高技术武器上都装有多种传感器,在对目标探测、精确制导、电子对抗、通讯指挥、故障诊断和自我防护中发挥了重要作用。

    按军用传感器在装备中的作用和特点分为两类:用于探测军用装备外界信息的传感器称为外部传感器,如用于目标探测、精确打击、姿态控制的光电传感器、红外传感器、光纤陀螺等;而所有检测与控制内部各子系统、各部件、参数的传感器均为内部传感器,如用于各类发动机系统、火控系统和监控系统的力学量传感器、温度传感器、光电传感器等。在实战中,各类武器装备一方面靠外部传感器快速发现与精确测定并打击敌方目标;另一方面靠各种内部传感器保证武器装备本身处于最佳状态,发挥最大效能。因此,两类传感器同等重要。

    传感器在军事上的应用极为广泛,可以说无时不用、无处不用,大到星体、两弹、飞机、舰船、坦克、火炮等装备系统,小到单兵作战武器;从参战的武器系统到后勤保障;从军事科学试验到军事装备工程;从战场作战到战略、战术指挥;从战争准备、战略决策到战争实施,遍及整个作战系统及战争的全过程,而且必将在未来的高技术战争中促使作战的时域、空域和频域更加扩大,更加影响和改变作战的方式和效率,大幅度提高武器的威力和作战指挥及战场管理能力。

    如美国研制成功的一种加速度达105g的MEMS惯性传感器,已用于智能弹头和钻地弹头中,其抗震能力足以使弹头钻入地下后,仍能对其进行制导、控制并引爆。

    传感器在安全保卫领域的应用

    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。

图13 传感器在安全保卫领域的应用

图13 传感器在安全保卫领域的应用

    传感器在生物医疗领域的应用

    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。

    如美敦力公司(Medtronic)的数字血糖仪通过植入患者皮下的传感器,可以测量组织液中的血糖水平,并可通过无线联接向患者或医生发出警告。在患者血糖达到危险水平前,血糖仪可以提前最多30分钟发出警告,让患者接受及时的治疗。

图14 传感器在生物医疗领域的应用

图14 传感器在生物医疗领域的应用

    总之,传感器已经渗透到人们生产生活的方方面面。从一部智能手机、一部高档汽车,再到一个现代化智能工厂,处处都有传感器的身影。

 传感器在环境监测中的应用

    随着环境污染的日益严重,对能够连续、快速、在线监测污染物仪器的需求愈来愈迫切。生物传感器正是解决这一问题的传感器。目前已有相当部分的生物传感器应用于环境监测。如CO、CO2、SO2、NO2、O3传感器、残留有毒有害物、污染物急性毒性、细菌总数的测定等。

    一个小小的监测仪被放到监测点,上面安装了16路传感器。监测仪将16路传感数据转换成数字信号通过一个无线电子标签回传到监测站,实时显示监测点数据状态。可以在排放超标情况下自动报警,系统会发短信给值班人员,告知哪个监测点超标,同时系统会记录排放时间,水质历史和当前情况。

图15 农业上应用的环境监测仪

图15 农业上应用的环境监测仪

    在食品安全领域,一家以色列的创业公司Consumer Physics开发了一款形状和U盘类似的微型光谱仪。这款称为SCiO的装置能够分析任何的材料,包括化妆品、衣服、植物、土壤、珠宝和宝石、皮革、橡胶、油、塑料,甚至是人体组织和体液。试想一下,在未来你只需要用SCiO扫一扫水果,就知道哪只瓜更甜;扫一扫家里养的植物叶子,就知道是否该浇水了;在酒吧里,用SCiO扫一扫就知道是否有人给你的酒下药;用SCiO扫一扫脸部皮肤,就知道缺失什么营养;买珠宝和衣服的时候,扫一扫就知道是否真材实料……

责任编辑:郝秋红
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