日前，深圳市科技創(chuàng)新委員會披露了《深圳市科技創(chuàng)新"十四五"規(guī)劃》相關(guān)內(nèi)容。規(guī)劃中明確了“20+8”技術(shù)主攻方向，即圍繞深圳七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)以及20個產(chǎn)業(yè)集群和八大未來產(chǎn)業(yè)開展技術(shù)攻關(guān)。其中，七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)就提到要在新型傳感器領(lǐng)域開展技術(shù)攻關(guān)。

《深圳市科技創(chuàng)新"十四五"規(guī)劃》節(jié)選

作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，傳感器需要精確地獲取數(shù)據(jù)，它就像是產(chǎn)品的“神經(jīng)末梢”，感受來自外界的刺激，對參數(shù)的變化進(jìn)行監(jiān)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(fā)展空間。根據(jù)最近的Allied Market Research報(bào)告，到2027年（從2020年起），全球智能傳感器市場將以18.6%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長，即1436.5億美元。

而近幾年興起的無源物聯(lián)網(wǎng)，又對傳感器也提出了更高的要求。

無源物聯(lián)網(wǎng)，本質(zhì)上是終端節(jié)點(diǎn)無源，它們不帶電源線、沒有內(nèi)置電池，而是從環(huán)境中獲取能源。為了達(dá)到“無源”，進(jìn)而對上游端提出了要求，這也催生了無源傳感器的出現(xiàn)。

什么是無源傳感器？

無源傳感器也稱為能量轉(zhuǎn)換型傳感器，同無緣物聯(lián)網(wǎng)一樣，它不需要外部電源，即它是一種不需要使用外來接電源的傳感器，而且還可以通過外部獲取到能源的感應(yīng)傳感器。

我們都知道傳感器根據(jù)感知和檢測的物理量不同，可分為觸摸傳感器、圖像傳感器、溫度傳感器、運(yùn)動傳感器、位置傳感器、氣體傳感器、光線傳感器和壓力傳感器等。對于無源傳感器而言，傳感器所檢測的光能、電磁輻射、溫度、人體運(yùn)動能量、振動源等都是其潛在的能量來源。

據(jù)了解，無源傳感器主要可分為以下三大類：光纖無源傳感器、聲表面波無源傳感器和基于能源材料的無源傳感器。

1、光纖無源傳感器

光纖傳感器是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一種基于光導(dǎo)纖維的一些特性組成的傳感器。它是一種把被測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置。由光源、敏感元件、光探測器、信號調(diào)理電路以及光纖構(gòu)成。

光纖傳感器具有高靈敏度、抗電磁干擾性強(qiáng)、電絕緣性好、環(huán)境適應(yīng)強(qiáng)、可遠(yuǎn)距離測量、功耗低等特點(diǎn)，在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用日益成熟。例如光纖水聽器就是把光纖作為敏感元件的一種聲傳感器，還有光纖溫度傳感器等。

2、聲表面波無源傳感器

聲表面波（ surface acoustic wave，SAW） 傳感器是一種用聲表面波器件作為傳感元件，將被測量的信息通過聲表面波器件中聲表面波的速度或頻率的變化反映出來，并轉(zhuǎn)換成電信號輸出的傳感器。它是傳感器中復(fù)雜，涉及面較廣的傳感器類型。主要包括聲表面波壓力傳感器、聲表面波溫度傳感器、聲表面波生物基因傳感器、聲表面波化學(xué)氣相傳感器以及智能傳感器等多種類型。

除了具備光纖無源傳感器的高靈敏度、可遠(yuǎn)距離測量、功耗低的特點(diǎn)外，聲表面波無源傳感器利用振茴頻率變化猜測出傳播速度的變化，所以對外界檢測量的變化測量能非常精確，同時它體積小、重量輕、功耗低的特點(diǎn)可讓它獲得良好的熱性能和機(jī)械性能，也開創(chuàng)了無線、小型傳感器的新紀(jì)元。在變電站、列車、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用較多。

3、基于能源材料的無源傳感器

基于能源材料的無源傳感器，顧名思義即利用生活中的常見能源來進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換，例如光能、熱能、機(jī)械能等。基于能源材料的無源傳感器具有寬頻帶、抗干擾能力強(qiáng)、 對被測對象擾動極小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在高電壓、雷電、強(qiáng)輻射區(qū)場強(qiáng)、高功率微波等電磁測量領(lǐng)域應(yīng)用較廣。

無源傳感器與其他技術(shù)的結(jié)合

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，無源傳感器的應(yīng)用也越來越廣，各類無源傳感器也相繼面世。例如誕生了與NFC、RFID甚至wifi、藍(lán)牙、UWB、5G等無線技術(shù)相結(jié)合的傳感器。

在無源模式下，傳感器通過天線從環(huán)境中的無線電信號中獲取能量，傳感器數(shù)據(jù)存儲在非易失性存儲器中，在不供電時得以保留。

還有基于RFID技術(shù)的無線無源紡織應(yīng)變傳感器，它將RFID技術(shù)與紡織材料結(jié)合,形成具有應(yīng)變傳感功能的設(shè)備,RFID紡織應(yīng)變傳感器采用無源UHF RFID標(biāo)簽技術(shù)的通信及感應(yīng)方式,依靠電磁能工作,具備小型化和柔性化潛力,成為可穿戴設(shè)備的潛在選擇。

結(jié)尾

無源物聯(lián)網(wǎng)是未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的方向，作為無源物聯(lián)網(wǎng)的一環(huán)，對傳感器的要求已經(jīng)不再僅限于微型與低功耗，無源也將是一個值得深耕的發(fā)展方向。隨著無源傳感器技術(shù)不斷成熟與創(chuàng)新，傳感器無源技術(shù)的應(yīng)用也將更加廣泛。

參考資料：

智能電網(wǎng)：《無源傳感器的研究與應(yīng)用進(jìn)展》

絲綢雜志：《基于RFID技術(shù)的無線無源紡織應(yīng)變傳感器研究進(jìn)展》