日前，深(shen)(shen)圳市科技(ji)創新委(wei)員會披露了(le)《深(shen)(shen)圳市科技(ji)創新"十四(si)五(wu)"規劃》相(xiang)關內容。規劃中明(ming)確了(le)“20+8”技(ji)術主(zhu)攻方向，即圍(wei)繞深(shen)(shen)圳七大(da)戰(zhan)略(lve)性新興產(chan)(chan)業以(yi)及20個產(chan)(chan)業集群和八大(da)未來產(chan)(chan)業開(kai)展技(ji)術攻關。其中，七大(da)戰(zhan)略(lve)性新興產(chan)(chan)業就提到(dao)要在新型傳感器領(ling)域開展技術攻(gong)關。
《深圳市科技創新"十四五(wu)"規劃》節選
作為物聯網的重要組成部分，傳感器需要精確地獲取數據，它就像是產品的“神經末梢”，感受來自外界的刺激，對參數的變化進行監測。而智能傳感器則給它帶來了更多元的功能，也獲得了更大的發展空間。根據最近的Allied Market Research報告，到2027年(nian)(nian)（從2020年(nian)(nian)起），全球(qiu)智能(neng)傳感器市(shi)場將以18.6%的復合年(nian)(nian)增(zeng)長(chang)率(lv)（CAGR）增(zeng)長(chang)，即1436.5億美元。
而近幾年興起的無源物聯網，又對傳感器也提出了更高的要求。
無(wu)源(yuan)物聯網，本質(zhi)上是(shi)終端節點無(wu)源(yuan)，它們(men)不帶電源(yuan)線、沒(mei)有(you)內置電池，而是(shi)從(cong)環境中獲取能源(yuan)。為了(le)達到“無(wu)源(yuan)”，進(jin)而對上游端提出(chu)(chu)了(le)要求，這也催生(sheng)了(le)無(wu)源(yuan)傳感器的出(chu)(chu)現。
什么是無源傳感器？
無源(yuan)傳(chuan)感器也稱為能(neng)量轉換型傳(chuan)感器，同無源物聯(lian)網一樣，它不需要外部電源，即它(ta)是一(yi)種不需要使用外來(lai)接電源的傳(chuan)感器，而且還可(ke)以通過外部(bu)獲(huo)取到能(neng)源的感應傳(chuan)感器。
我(wo)們(men)都知(zhi)道傳(chuan)感器根據感知和(he)檢(jian)測的物理量不同(tong)，可分為觸摸傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)、圖像(xiang)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)、溫度傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)、運動傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)、位置(zhi)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)、氣體(ti)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)、光線傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)和(he)壓力(li)傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)等。對(dui)于無源傳(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)而(er)言，傳感(gan)器所檢(jian)測的光能、電磁輻射(she)、溫度、人體運(yun)動(dong)能量、振動(dong)源(yuan)等都是其潛在的能量來源(yuan)。
據了解，無源(yuan)傳(chuan)感器(qi)主要(yao)可分為以下三(san)大類(lei)：光纖無(wu)源傳感器、聲表面波(bo)無(wu)源(yuan)傳感器和(he)基于能源(yuan)材料(liao)的無(wu)源(yuan)傳感器。
1、光(guang)纖無源傳感(gan)器
光(guang)纖(xian)(xian)傳感(gan)器(qi)是(shi)20世紀70年(nian)代中(zhong)期發(fa)展起來的(de)(de)一(yi)種基于(yu)光(guang)導纖(xian)(xian)維(wei)的(de)(de)一(yi)些特性組成(cheng)的(de)(de)傳感(gan)器(qi)。它是一種把被(bei)測(ce)(ce)量的(de)(de)狀(zhuang)態轉變為可測(ce)(ce)的(de)(de)光信號的(de)(de)裝置。由光源、敏感元件、光探測(ce)(ce)器、信號調(diao)理電路以(yi)及光纖構成。
光(guang)纖(xian)傳(chuan)感(gan)器具有高靈(ling)敏度、抗(kang)電磁干擾(rao)性強、電絕緣性好(hao)、環境適應(ying)強、可遠距離測(ce)量、功耗低等(deng)特點，在物聯網中(zhong)的應(ying)用日益成(cheng)熟。例(li)如光(guang)纖(xian)水(shui)聽(ting)器就是把光(guang)纖(xian)作(zuo)為敏感(gan)元件(jian)的一(yi)種(zhong)聲傳(chuan)感(gan)器，還有光(guang)纖(xian)溫(wen)度傳(chuan)感(gan)器等(deng)。
2、聲(sheng)表面波(bo)無源傳感器
聲(sheng)表面波(bo)（ surface acoustic wave，SAW） 傳(chuan)感器(qi)是一種用聲(sheng)表面波(bo)器(qi)件(jian)作為傳(chuan)感元件(jian)，將被測量(liang)的信息通過聲(sheng)表面波(bo)器(qi)件(jian)中聲(sheng)表面波(bo)的速度或(huo)頻率的變化反映(ying)出來，并(bing)轉換成電信號輸出的傳(chuan)感器(qi)。它是傳(chuan)感器中復雜，涉及(ji)面較廣(guang)的傳(chuan)感器類型。主要包括(kuo)聲表(biao)面波壓(ya)力傳(chuan)感器、聲表(biao)面波溫度傳(chuan)感器、聲表(biao)面波生物基因傳(chuan)感器、聲表(biao)面波化學氣相傳(chuan)感器以及(ji)智能傳(chuan)感器等多種類型。
除(chu)了(le)具備光纖無源(yuan)傳(chuan)感(gan)器的(de)高靈敏度(du)、可(ke)遠距(ju)離測量(liang)、功(gong)耗(hao)低的(de)特點外，聲表面波(bo)無源(yuan)傳(chuan)感(gan)器利用振茴(hui)頻率變化(hua)猜測出傳(chuan)播速度(du)的(de)變化(hua)，所以(yi)對(dui)外界檢測量(liang)的(de)變化(hua)測量(liang)能非常精(jing)確，同(tong)時(shi)它(ta)(ta)體積(ji)小、重量(liang)輕、功(gong)耗(hao)低的(de)特點可(ke)讓它(ta)(ta)獲(huo)得良好的(de)熱性(xing)能和機械性(xing)能，也開創(chuang)了(le)無線、小型傳(chuan)感(gan)器的(de)新紀元。在變電站、列車、航空航天等(deng)領域應用較(jiao)多。
3、基于能源材料的無源傳感器
基于能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)材料(liao)的無源(yuan)(yuan)傳(chuan)感器，顧(gu)名思義即利用(yong)生活(huo)中的常見(jian)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)來進行電(dian)能(neng)(neng)(neng)的轉換(huan)，例如(ru)光能(neng)(neng)(neng)、熱能(neng)(neng)(neng)、機械能(neng)(neng)(neng)等。基于能源材(cai)料(liao)的無源傳(chuan)感器具有寬頻帶、抗干擾(rao)能力(li)強、 對(dui)被測對(dui)象擾(rao)動極小(xiao)、靈敏度高(gao)等優點，在(zai)高(gao)電壓、雷電、強輻射區場強、高(gao)功率微波等電磁測量(liang)領域應用較(jiao)廣(guang)。
無源傳感器與其他(ta)技術的結合(he)
在(zai)物聯網領域，無(wu)源傳(chuan)感器的應用也越來越廣，各類無(wu)源傳(chuan)感器也相(xiang)繼(ji)面世。例如誕生了與NFC、RFID甚至wifi、藍牙、UWB、5G等無(wu)線技術相(xiang)結合(he)的傳(chuan)感器。
在無(wu)源模式下(xia)，傳感器(qi)(qi)通過天線從(cong)環境中(zhong)(zhong)的無(wu)線電信號中(zhong)(zhong)獲取能量，傳感器(qi)(qi)數據存儲在非易(yi)失(shi)性(xing)存儲器(qi)(qi)中(zhong)(zhong)，在不供電時得(de)以保留。
還有(you)基于(yu)RFID技(ji)(ji)術的無線無源(yuan)紡織應(ying)(ying)變傳感器(qi)，它將RFID技(ji)(ji)術與紡織材料結合(he),形(xing)成具有(you)應(ying)(ying)變傳感功能的設(she)備,RFID紡織應(ying)(ying)變傳感器(qi)采用無源(yuan)UHF RFID標簽技(ji)(ji)術的通信及感應(ying)(ying)方式,依靠電磁能工作,具備小(xiao)型化和(he)柔性化潛力,成為可穿戴設(she)備的潛在選擇(ze)。
結尾(wei)
無(wu)源(yuan)(yuan)物聯網(wang)是(shi)(shi)未來(lai)物聯網(wang)發(fa)展的(de)(de)(de)方向(xiang)，作(zuo)為無(wu)源(yuan)(yuan)物聯網(wang)的(de)(de)(de)一環，對傳感(gan)(gan)器的(de)(de)(de)要求已(yi)經不再僅限于微型與(yu)低功耗，無(wu)源(yuan)(yuan)也將是(shi)(shi)一個值得深耕(geng)的(de)(de)(de)發(fa)展方向(xiang)。隨著無(wu)源(yuan)(yuan)傳感(gan)(gan)器技(ji)(ji)術(shu)不斷成熟與(yu)創新，傳感(gan)(gan)器無(wu)源(yuan)(yuan)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)(de)應用也將更加廣泛。
參考資料：
智能電網：《無源傳感器的研究與應用進展》
絲綢雜志：《基于RFID技術的無線無源紡織應變傳感器研究進展》
