第1章

初識(shí)傳感器

【教學(xué)要求】

通過(guò)本章學(xué)習(xí)，掌握傳感器的作用和構(gòu)成，掌握傳感器的基本特性、技術(shù)指標(biāo)及其選用原則等知識(shí)，了解傳感器的發(fā)展動(dòng)向及應(yīng)用領(lǐng)域。

【引例】

什么是傳感器？最原始最天然的傳感器之一就是生物體的感官。在人體這個(gè)目前世界上最完美的“自動(dòng)控制系統(tǒng)”之中，其“五官傳感器”——眼、耳、鼻、舌和皮膚分別具有視、聽(tīng)、嗅、味、觸覺(jué)的“感知”功能。人的大腦神經(jīng)中樞通過(guò)“五官傳感器”的神經(jīng)末梢接受外界的信息，經(jīng)過(guò)大腦的思維活動(dòng)（信息處理），做出相應(yīng)的動(dòng)作或行為。人類要想獲得更為豐富的信息，需要對(duì)研究對(duì)象、生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品研發(fā)中的各種物理現(xiàn)象和物理量進(jìn)行觀察與測(cè)量，這時(shí)依靠人的五官感知外界信息的能力就顯得非常有限了，例如人眼就不是“千里目”。因此，各種類型的傳感器就應(yīng)運(yùn)而生。

例圖1-1所示是一款會(huì)騎自行車的小頑童機(jī)器人。別看個(gè)子小，它可是擁有許多獨(dú)門(mén)絕活兒：可以超慢速直行、自動(dòng)躲避障礙物、向后倒退、停而不倒……是什么技術(shù)讓它能做到這些事情呢？原來(lái)在它身上安裝了可保證在停止時(shí)不摔倒的陀螺傳感器、能發(fā)現(xiàn)并回避障礙物的超聲波傳感器和感知路面高低差的振動(dòng)傳感器等。

小頑童機(jī)器人通過(guò)陀螺傳感器測(cè)量水平方向的角速度和左右（摔倒）方向的角速度，計(jì)算出當(dāng)前位置和傾斜度，就可在停止時(shí)利用放置于胸部的慣性輪的慣性力從而避免摔倒。陀螺傳感器能敏銳地捕捉細(xì)微姿勢(shì)變化，因此就算行走在獨(dú)木橋上，它也能通過(guò)安裝在眼睛位置的攝像頭從圖像中識(shí)別軌道的細(xì)微差別，從而能慢慢地直行。

當(dāng)碰到凹凸不平的路面時(shí)，小頑童機(jī)器人的振動(dòng)傳感器將通過(guò)車身的振動(dòng)來(lái)檢測(cè)路面情況，幫助自行車慢速通過(guò)，這一技術(shù)也被用于實(shí)現(xiàn)筆記本電腦的硬盤(pán)保護(hù)功能。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)前方有障礙物時(shí)，安裝在小頑童機(jī)器人胸部的第二副眼睛——超聲波傳感器能夠發(fā)現(xiàn)并回避障礙物：右眼發(fā)出40kHz的超聲波，左眼則捕捉這一反射波，通過(guò)其時(shí)間差來(lái)計(jì)算與障礙物之間的距離。該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)等領(lǐng)域。

裝在小頑童機(jī)器人胸前的MTC模塊是利用雙向無(wú)線通信技術(shù)的認(rèn)證系統(tǒng)。攜帶內(nèi)置MTC模塊的無(wú)線鑰匙，就可以自動(dòng)驗(yàn)證個(gè)人身份，那么只要靠近小頑童機(jī)器人，“門(mén)”就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。在不久的將來(lái)，這種技術(shù)將成為安全管理的標(biāo)準(zhǔn)模式。

此外，小頑童機(jī)器人還裝備有導(dǎo)航系統(tǒng)，可以按照預(yù)先設(shè)置好的路線行駛。這是利用陀螺傳感器精確測(cè)定前進(jìn)方向，并通過(guò)通信模塊與控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

除了小頑童機(jī)器人身上的幾種傳感器的應(yīng)用，例圖1-2～例圖1-4是我們?cè)谌粘Ｉ钆c生產(chǎn)實(shí)際中常見(jiàn)的幾種傳感器在不同設(shè)備中的應(yīng)用。本書(shū)將向讀者展示各種傳感器在不同領(lǐng)域的神奇應(yīng)用。