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传感器:物联网时代的智能“感官”

2015-07-13 08:35
魏丁小陆
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  科技界普遍认为,移动互联网时代之后,将是物联网时代。物联网的英文缩写是IoT(Internet of Things),即万物相连的互联网。要建构这张变革人类生活的网络,至少需要三个领域的技术突破:传感器、大数据和人工智能。与后两个名词相比,传感器的公众知名度不算高,但事实上,传感器是物联网的基础,而且已大量安装在智能手机里,成为我们生活中不可或缺的电子器件。

  上海科研人员在研制哪些传感器?为什么说它们是物联网时代的智能“感官”?记者采访了中科院上海微系统与信息技术研究所、上海矽睿科技有限公司的专家。

  智能手机

  传感器各显神通

  传感器是一种检测装置,能感知各类信号,并将它们转化为电信号或其他形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。上海矽睿科技有限公司首席执行官谢志峰博士介绍,人们平时讲的传感器,其实是传感机系统,也称微机电系统(MEMS),因为它们虽然体积微小,但都是由传感器、集成电路芯片、算法等组成的系统。

  如今的智能手机,传感器已是标配,如苹果iPhone6安装了加速度计、陀螺仪、电子罗盘、指纹传感器、距离与环境光传感器、MEMS麦克风、图像传感器、气压传感器等8种传感器,三星Galaxy S4安装了12种传感器。

  在嘉定区的上海物联网中心,谢志峰向记者展示了矽睿公司研制的全球首款单芯片三轴AMR磁传感器。磁传感器也叫磁力计、电子罗盘,具有指南针功能,封装后只有1.2毫米见方。与iPhone配备的AKM磁传感器相比,这款AMR磁传感器的误差更小,仅为正负1度;而与市场上采用3颗芯片的AMR磁传感器相比,它只用1颗芯片,集成度更好,成本更低。安装它的手机有能力进行室内导航,在GPS无法使用的情况下,为用户精确定位,每步行100米,误差仅2—3米。磁传感器还可应用于医疗检测。医学研究表明,人体癌变部位的微磁场会出现异常,而磁传感器能测出人体微磁场的强度和方向,因此有望应用于肿瘤早期筛查。

  加速度计也是智能手机的标配。为了向记者介绍这种传感器,谢志峰请人用3D打印机制作了一个放大200倍的传感器模型。只见模型器件分为两部分,一部分固定,另一部分可振动。当安装这种传感器的手机和可穿戴设备运动时,振动部分能通过电容变化测出运动状态的改变。安全气囊能在汽车碰撞时及时弹出,就是因为装有加速度计。苹果公司把它装入手机,使手机拥有了转屏功能。

  陀螺仪是测量角速度的传感器。许多人喜欢通过转动手机屏幕玩赛车、酷跑类游戏,正是得益于陀螺仪的功能。如今,手机拍照时即便抖动,照片往往也不会模糊。这也得益于陀螺仪,它在拍照时测出手机正在抖动后,会及时让相机软件予以纠正。

  “仿生眼”

  性能向人眼靠拢

  加速度计和陀螺仪,其实在人体内也有。中科院上海微系统所研究员、中央“千人计划”专家张晓林博士介绍,耳朵里的前庭器有半规管,可以测旋转;有耳石,可以测出平移加速度。这些器官能确保人在各种状态下保持平衡,及时避险。

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