第1章

初识传感器

【教学要求】

通过本章学习，掌握传感器的作用和构成，掌握传感器的基本特性、技术指标及其选用原则等知识，了解传感器的发展动向及应用领域。

【引例】

什么是传感器？最原始最天然的传感器之一就是生物体的感官。在人体这个目前世界上最完美的“自动控制系统”之中，其“五官传感器”——眼、耳、鼻、舌和皮肤分别具有视、听、嗅、味、触觉的“感知”功能。人的大脑神经中枢通过“五官传感器”的神经末梢接受外界的信息，经过大脑的思维活动（信息处理），做出相应的动作或行为。人类要想获得更为丰富的信息，需要对研究对象、生产过程及产品研发中的各种物理现象和物理量进行观察与测量，这时依靠人的五官感知外界信息的能力就显得非常有限了，例如人眼就不是“千里目”。因此，各种类型的传感器就应运而生。

例图1-1所示是一款会骑自行车的小顽童机器人。别看个子小，它可是拥有许多独门绝活儿：可以超慢速直行、自动躲避障碍物、向后倒退、停而不倒……是什么技术让它能做到这些事情呢？原来在它身上安装了可保证在停止时不摔倒的陀螺传感器、能发现并回避障碍物的超声波传感器和感知路面高低差的振动传感器等。

例图1-1 骑自行车的小顽童机器人

小顽童机器人通过陀螺传感器测量水平方向的角速度和左右（摔倒）方向的角速度，计算出当前位置和倾斜度，就可在停止时利用放置于胸部的惯性轮的惯性力从而避免摔倒。陀螺传感器能敏锐地捕捉细微姿势变化，因此就算行走在独木桥上，它也能通过安装在眼睛位置的摄像头从图像中识别轨道的细微差别，从而能慢慢地直行。

当碰到凹凸不平的路面时，小顽童机器人的振动传感器将通过车身的振动来检测路面情况，帮助自行车慢速通过，这一技术也被用于实现笔记本电脑的硬盘保护功能。

当发现前方有障碍物时，安装在小顽童机器人胸部的第二副眼睛——超声波传感器能够发现并回避障碍物：右眼发出40kHz的超声波，左眼则捕捉这一反射波，通过其时间差来计算与障碍物之间的距离。该技术被广泛应用于汽车的倒车雷达等领域。

装在小顽童机器人胸前的MTC模块是利用双向无线通信技术的认证系统。携带内置MTC模块的无线钥匙，就可以自动验证个人身份，那么只要靠近小顽童机器人，“门”就会自动打开。在不久的将来，这种技术将成为安全管理的标准模式。

此外，小顽童机器人还装备有导航系统，可以按照预先设置好的路线行驶。这是利用陀螺传感器精确测定前进方向，并通过通信模块与控制计算机进行数据交换来实现的。

除了小顽童机器人身上的几种传感器的应用，例图1-2～例图1-4是我们在日常生活与生产实际中常见的几种传感器在不同设备中的应用。本书将向读者展示各种传感器在不同领域的神奇应用。

例图1-2 指纹锁（指纹传感器）

例图1-3 安全带扣紧装置（干簧管——磁传感器）

例图1-4 安全光幕视觉系统（光电传感器）