光学传感器 化学传感器等15种传感器是物联网成功的关键

据知名物联网行业咨询机构IoT Analytics Research的数据显示，截止2022年，全球有超过140亿个物联网连接设备，平均每个新上线的物联网设备都会连接4个新传感器，这意味着全球已经部署了超过 500 亿个连接的物联网传感器，2022 年出货的所有传感器中有三分之一是物联网传感器。根据IDC的预测，到2025年将会有416亿个物联网设备，物联网市场份额复合年增长率将达到 28.7%。毫无疑问，物联网是传感器产业的重要“战场”。

本文来自知名科技咨询企业，提出了接下来五年及未来物联网应用最多、最关键的15种传感器类型，并对应用场景、应用范围进行了设想。物联网将传感器应用带到了一个全新的高度。

长期以来，各行业和公司一直在使用各种传感器，但物联网的诞生将传感器的发展带到了一个全新的高度。 物联网平台基于各种传感器感知和提供的各种数据。它们用于收集数据、推送数据并与整个物联网络共享。所有这些收集的数据使设备能够自主运行，整个物联生态系统每天都在变得“更智能”。 通过将一组传感器和通信网络相结合，设备可以相互共享信息并提高其效率和功能。

以特斯拉汽车为例。汽车上的所有传感器都会记录他们对周围环境的感知，并将信息上传到一个庞大的数据库中。 然后处理数据，并将所有重要的新信息发送到所有其他车辆。这是一个持续的过程，整个特斯拉车队每天都在变得更加智能。 让我们来看看在物联网世界中广泛使用的一些关键传感器。

温度传感器

根据定义，“一种用于测量热量的设备，可以检测特定来源的温度物理变化并为设备或用户转为电信号数据，称为温度传感器。” 这些传感器已在各种设备中部署了很长时间。然而，随着物联网的出现，温度传感器被发现在更多设备中能发挥更多作用。 仅在几年前，它们的用途仅限于空调控制、冰箱和用于环境控制的相关设备中。然而，随着物联网世界的出现，它们已经在制造业、农业和健康产业中发挥了作用。 在制造业中，许多机器需要特定的环境温度，以及设备温度。通过这种测量，制造过程可以始终保持最佳状态。 另一方面，在农业中，土壤温度对作物生长至关重要。这有助于植物的生长，最大限度地提高产量。

以下是温度传感器的一些分类：

热电偶：这是用温度引起电压变化来测量的设备。随着温度升高，热电偶的输出电压升高。

电阻温度检测器（RTD）：器件的电阻值与温度成正比，当温度升高时电阻值呈正向增加。

热敏电阻：是一种温度敏感电阻，其物理电阻随温度的变化而变化。

IC（半导体）：它们是线性器件，其中半导体的导电率线性增加，并利用半导体材料的可变电阻特性。它可以提供数字形式的直接温度读数，尤其是在低温下。

红外传感器：它通过拦截物体或物质发射的一部分红外能量并感知其强度来检测温度，仅可用于测量固体和液体的温度，不能用于气体，因为它们具有透明性。

接近传感器

一种检测附近物体的存在与否以及该物体的特性，并将其转换为用户或简单的电子仪器无需接触即可轻松读取的信号的设备。 接近传感器主要用于零售行业，因为它们可以检测运动以及客户与他们可能感兴趣的产品之间的相关性，用户会立即收到附近产品的折扣和特价通知。 另一个大型且相当古老的用例是车辆。你正在倒车并在倒车时对障碍物发出警告，这就是接近传感器的工作。 它们还用于提供商场、体育场或机场等场所的停车位。 以下是一些接近传感器的分类：

电感式传感器：电感式接近传感器用于非接触式检测，通过电磁场或一束电磁辐射来发现金属物体的存在。它可以比机械开关以更快的速度运行，并且由于其坚固性而更加可靠。

电容式传感器：电容式接近传感器可以检测金属和非金属目标。几乎所有其他材料都是与空气不同的电介质。它可用于在大量目标物体中检测非常小的物体。因此，一般用于困难和复杂的应用环境中。

光电传感器：光电传感器由光敏部件组成，利用一束光来检测物体的存在与否。它是电感式传感器的理想替代品。用于远距离感应或感应非金属物体。

超声波传感器：超声波传感器也用于检测目标的存在或测量类似于雷达或声纳测量的距离。这为恶劣环境和某些苛刻的条件提供了可靠的解决方案。

压力传感器

压力传感器是一种感应压力并将其转换为电信号的装置。此处，该量取决于施加的压力水平。 有很多设备依赖于液体或其他形式的压力。这些传感器使创建物联网系统成为可能，以监控受压力推动的系统和设备。如果与设定的标准压力范围有任何偏差，设备会通知系统管理员任何应该修复的问题。 部署这些传感器不仅在制造业中非常有用，而且在整个水系统和供暖系统的维护中也非常有用，因为它很容易检测到任何压力波动或下降。

水质传感器

水质传感器主要用于检测供水系统中的水质和离子含量的监测。 水实际上无处不在。这些传感器发挥着重要作用，因为它们出于不同目的监测水的质量。它们用于各种行业。 以下是最常用的水质传感器类型列表：

余氯传感器：它测量水中的余氯（即游离氯、一氯胺和总氯），氯气因其效率高而被广泛用作消毒剂。

总有机碳传感器：TOC 传感器用于测量水中的有机元素。

浊度传感器：浊度传感器测量水中的悬浮固体，通常用于河流和溪流测量，废水和流出物测量。

电导率传感器：在工业过程中进行电导率测量主要是为了获取有关水溶液中总离子浓度（即溶解的化合物）的信息。

pH 传感器：用于测量溶解水中的 pH 值，指示其酸性或碱性。

氧化还原电位传感器：ORP 测量提供对溶液中发生的氧化/还原反应水平的观察。

化学传感器

化学传感器应用于许多不同的行业。他们的目标是指示液体的变化或找出空气的化学变化。它们在需要跟踪变化和保护人口安全的大城市中发挥着重要作用。 化学传感器的主要用例可以在工业环境监测和过程控制、故意或意外释放的有害化学检测、爆炸物和放射性检测、宇宙空间站的回收过程、制药工业和实验室等中找到。 以下是最常见的化学传感器类型：

化学场效应晶体管

化学电阻

电化学气体传感器

荧光氯化物传感器

硫化氢传感器

非色散红外传感器

pH玻璃电极

电位传感器

氧化锌纳米棒传感器

气体传感器

气体传感器类似于化学传感器，但专门用于监测空气质量的变化和检测各种气体的存在。 与化学传感器一样，它们被用于制造业、农业和卫生等众多行业，用于空气质量监测、有毒或可燃气体检测、煤矿、石油和天然气行业的有害气体监测、化学实验室研究、制造-油漆，塑料，橡胶，制药和石化等。 以下是一些常见的气体传感器：

二氧化碳传感器

呼吸测试仪

一氧化碳检测仪

催化珠传感器

氢传感器

空气污染传感器

氮氧化物传感器

氧传感器

臭氧监测仪

电化学气体传感器

气体检测仪

湿度计

烟雾传感器

烟雾传感器是一种感应烟雾（空气中的微粒和气体）及其水平的设备。 它们已经使用了很长时间。然而，随着物联网的发展，它们现在变得更加有效，因为它们被接入物联系统，可以立即通知用户不同行业发生的任何问题。 烟雾传感器广泛用于制造业、暖通空调、建筑和住宿设施，以检测火灾和气体事故。这有助于保护在危险环境中工作的人们，因为与旧系统相比，整个系统要有效得多。 烟雾传感器检测其周围是否存在烟雾、气体和火焰。它可以通过光学或物理过程或通过同时使用这两种方法来检测：

光学烟雾传感器（光电）：光学烟雾传感器利用光散射原理触发信号。

电离烟雾传感器：电离烟雾传感器基于电离原理工作，电离是一种化学过程，用于检测引起触发警报的分子。

红外传感器

红外传感器是一种光电传感器，用于通过发射或检测红外辐射来感知周围环境的某些特征。它还能够测量物体发出的热量。 它们现在用于各种物联网项目，尤其是在医疗保健中，因为它们使血流和血压的监测变得容易。它们甚至还用于各种常规智能设备，例如智能手表和智能手机。 其他常见用途包括家用电器和远程控制、呼吸分析、红外视觉（即可视化电子设备中的热泄漏、监测血流、艺术史学家查看油漆层下的情况）、可穿戴电子设备、光通信、非接触式温度测量、汽车盲角检测。 它们的使用并不止于此，它们还是确保您家中高级别安防的绝佳工具。此外，它们的应用还包括环境检查，因为它们可以检测各种化学品和热泄漏。它们将在智能家居行业中发挥重要作用，因为它们具有广泛的应用。

液位传感器

用于确定在开放或封闭系统中流动的流体、液体或其他物质的液位或数量的传感器称为液位传感器。 与 IR 传感器（红外传感器）一样，液位传感器被应用于于广泛的行业中。它们主要以测量燃料存量而闻名，但它们也用于处理液体材料的企业。例如，回收行业以及果汁和酒精行业依靠这些传感器来测量他们拥有的流动资产的数量。 液位传感器的最佳用例是，打开或封闭容器中的燃料计量和液位、海平面监测和海啸警报、蓄水池、医疗设备、压缩机、液压蓄水池、机床、饮料和制药加工、高或低位检测等。

通过传感器时刻收集所有重要数据，有助于更好地优化他们的业务。通过使用这些传感器，任何产品经理都可以准确地看到准备分配多少液体以及是否应该加紧制造。 有两种基本的液位测量类型：

点液位传感器：点液位传感器通常检测特定的液位，并在感测物体高于或低于该液位时通知用户。它集成到单个设备中以获取警报或触发信息。

连续液位传感器：连续液位传感器测量指定范围内的液体或干物料液位，并提供连续指示液位的输出数据。最好的例子是车辆中的燃油油位显示。

图像传感器

图像传感器是用于将光学图像转换为电子信号，以电子方式显示或存储信息的器件。 图像传感器的主要用途是数码相机及模块、医学成像和夜视设备、热成像设备、雷达、声纳、媒体室、生物识别和 IRIS 设备。 图像传感器有两种主要的类型：

CCD（电荷耦合器件）

CMOS（互补金属氧化物半导体）

虽然每种类型的传感器使用不同的技术来捕捉图像，但 CCD 和 CMOS 成像器都使用金属氧化物半导体，对光的敏感度相同，并且没有明显的质量差异。 普通消费者会认为这两种工艺做出的都是一样的相机。图像传感器与各种不同的设备相连，使其功能更加丰富。

最著名的用途之一包括汽车行业，其中图像起着非常重要的作用。借助这些传感器，系统可以识别驾驶员在道路上通常会注意到的标志、障碍物和许多其他事物。它们在物联网行业中扮演着非常重要的角色，因为它们直接影响着无人驾驶汽车的进步。 它们还在改进的安全系统中使用，其中图像有助于捕获有关肇事者的详细信息。 在零售行业，这些传感器用于收集有关客户的数据，帮助企业更好地了解实际访问他们商店的人、种族、性别、年龄等数据，零售业主通过使用这些物联网传感器获得许多有用的数据。

运动检测传感器

运动检测传感器是一种用于检测给定区域内的物理运动并将运动状况转化为电信号的电子设备，包括任何物体的运动或人类的运动。 运动检测在安防行业中扮演着重要的角色。企业在不应始终检测到移动物体的区域使用这些传感器，并且安装这些传感器后很容易注意到有人的存在。 这些传感器主要用于入侵检测系统、自动门控制、栅栏屏障、智能相机（即基于动作的捕捉/视频录制）、收费站、自动停车系统、自动水槽/厕所冲洗器、干手器、能源管理系统（即自动照明、交流、风扇、电器控制）等。

另一方面，这些传感器还可以破译不同类型的运动，使其在某些行业中很有用，在这些行业中，客户可以通过挥手或执行类似动作与系统进行通信。例如，有人可以向零售店中的传感器挥手，请求帮助做出正确的购买决定。 尽管它们的主要用途与安全行业相关，但随着技术的进步，这些传感器的可能应用数量只会增加。 以下是广泛使用的主要运动传感器类型：

被动红外 (PIR)传感器：它是检测体热（红外能量）和家庭安全系统中使用最广泛的运动传感器。

超声波：发出超声波脉冲并通过跟踪声波的速度来测量移动物体的反射。

微波：发出无线电波脉冲并测量移动物体的反射。它们比红外和超声波传感器覆盖的面积更大，但它们容易受到电磁干扰。

加速度传感器

加速度计是一种传感器，用于测量物体由于惯性力的作用而受到的物理量，并将机械运动转换为电输出。它被定义为速度相对于时间的变化率。 这些传感器现在存在于数以百万计的设备中，例如智能手机。它们的用途通常包括检测振动、倾斜和加速度。这非常适合监控你的自动驾驶车队，或使用智能计步器。 在某些情况下，它被用作防盗保护的一种方法，因为如果应该保持静止的物体被移动，传感器就可以通过系统发送警报。

它们广泛应用于蜂窝和媒体设备、振动测量、汽车控制和检测、自由落体检测、飞机和航空工业、运动检测、体育学院/运动员行为监测、消费电子、工业和建筑工地等。 加速度计种类繁多，以下几种主要用于物联网项目：

霍尔效应加速度计：霍尔效应加速度计使用霍尔原理来测量加速度，它测量周围磁场变化引起的电压变化。

电容式加速度计：电容式加速度计根据两个平面之间的距离感应输出电压，电容式加速度计也不太容易受到噪声和温度变化的影响。

压电加速度计：压电传感原理是利用压电效应，基于压电薄膜的加速度计最适合用于测量振动、冲击和压力。

每种加速度计传感技术都有其自身的优势和折中。在选择之前，了解各种类型的基本差异和测试要求很重要。

陀螺仪传感器

用于测量角速率或角速度的传感器或设备称为陀螺仪传感器，角速度简单地定义为绕轴旋转速度的测量值。它是一种主要用于导航和测量 3 轴方向上的角速度和旋转速度的设备。最重要的应用是监视对象的方向。 它们的主要应用是汽车导航系统、游戏控制器、相机设备、消费电子产品、机器人控制、无人机和遥控控制直升机或无人机控制、车辆控制/ADAS 等等。 陀螺仪传感器有几种不同的类型，需要根据其工作机制、输出类型、功率、感应范围和环境条件进行选择。

旋转（经典）陀螺仪

振动结构陀螺

光学陀螺仪

MEMS（微机电系统）陀螺仪

这些传感器总是与加速度计结合使用，这两个传感器的使用为系统提供了更多的反馈。安装陀螺仪传感器后，许多设备可以帮助运动员提高运动效率，因为它们可以在体育活动中了解运动员的动作数据。 这只是其应用的一个示例，但是，由于该传感器的作用是检测旋转或扭曲，因此其应用对于某些制造过程的自动化控制至关重要。

湿度传感器

湿度定义为空气或其他气体中的水蒸气量，最常用的术语是相对湿度 (RH)。 这些传感器通常结合温度传感器一起使用，因为许多制造过程需要严格的工作条件。通过测量湿度，你可以确保整个过程顺利进行，当有任何突然的变化时，可以立即采取行动，因为传感器几乎可以瞬间检测到变化。 它们的应用和用途可以在工业和家居领域中找到，用于加热、通风和空调系统的控制。它们还可以用于汽车、博物馆、工业空间和温室、气象站、油漆和涂料行业、医院和制药行业，以保护药品等场景。

光学传感器

测量光线的物理量并将其转换为用户或电子仪器/设备易于读取的电信号的传感器称为光学传感器。 光学传感器深受物联网专家的喜爱，因为它们适用于同时测量不同的事物。该传感器背后的技术使其能够监测电磁能量，包括电、光等。 这些传感器已被用于医疗保健、环境监测、能源、航空航天和更多行业。有了它们的存在，石油公司、制药公司和矿业公司可以更好地跟踪环境变化，同时确保员工安全。

它们的主要用途可以在环境光检测、数字光开关、光纤通信中找到，由于电气隔离最适合石油和天然气应用、民用和交通领域、高速网络系统、电梯门控制、装配线零件计数器和安全系统等。 以下是光学传感器的主要类型：

光电探测器：它使用光电管、光电二极管或光电晶体管等光敏半导体材料制作光电探测器。

光纤：光纤不携带电流，因此它不受电气和电磁干扰，即使在损坏的情况下也不会发生火花或电击危险。

高温计：它通过感应光的颜色来估计物体的温度，物体根据它们的温度辐射光并在相同的温度下产生相同的颜色。

近距离和红外线：近距离使用光来感应附近的物体，红外线用于不方便可见光的地方。

结语 很明显，物联网已经变得非常流行，当前的趋势表明物联网是未来。物联网帮助各种流程实现自动化，这些系统对普通消费者和企业都非常有用。 我们尚未看到这项技术的全部潜力，因为通过上述所有传感器的融合，整个平台正在变得更加智能。当你注意到所有测量数据都已收集并可以进行分析这一事实时，可以想到物联网在未来将变得更加智能。 即使目前在物联网传感器应用已经非常多，但物联网才刚刚开始，物联网传感器应用仍有无比巨大的空间。 您对本文有什么看法？欢迎在传感器专家网公众号本内容底下留言讨论，或在中国最大的传感社区：传感交流圈中进行交流。

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来源：Rita Sharma（由动感传感编译并补充资料）