Siêu! Tóm tắt toàn diện kiến ​​thức cảm biến

Cảm biến, còn được gọi là Cảm biến hoặc Đầu dò trong tiếng Anh, được định nghĩa trong Từ điển Webster mới là: "Một thiết bị nhận điện từ một hệ thống và thường gửi điện đến hệ thống thứ hai dưới dạng khác". Theo định nghĩa này, chức năng của cảm biến là chuyển đổi dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác nên nhiều học giả còn dùng từ “đầu dò” để chỉ “cảm biến”.

Cảm biến là một thiết bị phát hiện, thường bao gồm các phần tử nhạy cảm và các phần tử chuyển đổi, có thể đo lường thông tin và cho phép người dùng nhận biết thông tin. Thông qua chuyển đổi, dữ liệu hoặc thông tin giá trị trong cảm biến được chuyển đổi thành tín hiệu điện hoặc dạng đầu ra cần thiết khác để đáp ứng các yêu cầu truyền, xử lý, lưu trữ, hiển thị, ghi và điều khiển thông tin.

01. Lịch sử phát triển cảm biến

Năm 1883, máy điều nhiệt đầu tiên trên thế giới chính thức ra mắt và nó được tạo ra bởi nhà phát minh tên Warren S. Johnson. Bộ điều chỉnh nhiệt này có thể duy trì nhiệt độ ở một mức độ chính xác nhất định, đó là việc sử dụng các cảm biến và công nghệ cảm biến. Vào thời điểm đó, nó là một công nghệ rất mạnh mẽ.

Vào cuối những năm 1940, cảm biến hồng ngoại đầu tiên ra đời. Sau đó, nhiều cảm biến liên tục được phát triển. Cho đến nay, trên thế giới có hơn 35.000 loại cảm biến, rất phức tạp về số lượng và cách sử dụng. Có thể nói hiện nay đang là thời kỳ nóng nhất của cảm biến và công nghệ cảm biến.

Năm 1987, ADI (Analog Devices) bắt đầu đầu tư vào nghiên cứu và phát triển cảm biến mới. Cảm biến này khác với những cảm biến khác. Nó được gọi là cảm biến MEMS, là một loại cảm biến mới được sản xuất bằng công nghệ vi điện tử và vi cơ. So với các cảm biến truyền thống, nó có các đặc điểm như kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp, độ tin cậy cao, phù hợp cho sản xuất hàng loạt, dễ tích hợp và thông minh hóa. ADI là công ty đầu tiên trong ngành thực hiện nghiên cứu và phát triển MEMS.

Năm 1991, ADI phát hành thiết bị MEMS High-g đầu tiên trong ngành, thiết bị này chủ yếu được sử dụng để giám sát va chạm túi khí ô tô. Sau đó, nhiều cảm biến MEMS được phát triển rộng rãi và sử dụng trong các thiết bị đo chính xác như điện thoại di động, đèn điện, phát hiện nhiệt độ nước. Tính đến năm 2010, trên thế giới có khoảng 600 đơn vị tham gia nghiên cứu phát triển và sản xuất MEMS.

02. Ba giai đoạn phát triển công nghệ cảm biến

Giai đoạn 1: Trước năm 1969

Chủ yếu biểu hiện dưới dạng cảm biến cấu trúc. Cảm biến cấu trúc sử dụng những thay đổi trong tham số cấu trúc để cảm nhận và chuyển đổi tín hiệu. Ví dụ: cảm biến biến dạng điện trở, sử dụng những thay đổi về điện trở khi vật liệu kim loại trải qua biến dạng đàn hồi để chuyển đổi tín hiệu điện.

Giai đoạn 2: Khoảng 20 năm sau 1969

Cảm biến trạng thái rắn, bắt đầu phát triển từ những năm 1970, bao gồm các thành phần rắn như chất bán dẫn, chất điện môi và vật liệu từ tính và được chế tạo bằng cách sử dụng một số tính chất nhất định của vật liệu. Ví dụ: sử dụng hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng Hall và hiệu ứng cảm quang để chế tạo cảm biến cặp nhiệt điện, cảm biến Hall và cảm biến quang tương ứng.

Vào cuối những năm 1970, với sự phát triển của công nghệ tích hợp, công nghệ tổng hợp phân tử, công nghệ vi điện tử và công nghệ máy tính, các cảm biến tích hợp đã xuất hiện.

Cảm biến tích hợp bao gồm 2 loại: tích hợp cảm biến và tích hợp cảm biến và các mạch tiếp theo. Loại cảm biến này chủ yếu có đặc điểm là chi phí thấp, độ tin cậy cao, hiệu suất tốt và giao diện linh hoạt.

Cảm biến tích hợp đang phát triển rất nhanh và hiện chiếm khoảng 2/3 thị trường cảm biến. Họ đang phát triển theo hướng giá rẻ, đa chức năng và tuần tự hóa.

Giai đoạn thứ ba: thường đề cập đến cuối thế kỷ 20 đến nay

Cái gọi là cảm biến thông minh đề cập đến khả năng phát hiện, tự chẩn đoán, xử lý dữ liệu và thích ứng với thông tin bên ngoài. Nó là sản phẩm của sự kết hợp giữa công nghệ máy vi tính và công nghệ phát hiện.

Vào những năm 1980, cảm biến thông minh mới bắt đầu phát triển. Vào thời điểm này, phép đo thông minh chủ yếu dựa trên bộ vi xử lý. Mạch điều hòa tín hiệu cảm biến, máy vi tính, bộ nhớ và giao diện được tích hợp vào một con chip, mang lại cho cảm biến một mức độ trí tuệ nhân tạo nhất định.

Vào những năm 1990, công nghệ đo lường thông minh đã được cải tiến hơn nữa và trí thông minh được hiện thực hóa ở cấp độ đầu tiên của cảm biến, khiến nó có chức năng tự chẩn đoán, chức năng bộ nhớ, chức năng đo đa thông số và chức năng giao tiếp mạng.

03. Các loại cảm biến

Hiện nay trên thế giới còn thiếu các tiêu chuẩn, quy phạm quốc tế và chưa có loại cảm biến tiêu chuẩn chính thức nào được xây dựng. Chúng chỉ có thể được chia thành các cảm biến vật lý đơn giản, cảm biến hóa học và cảm biến sinh học.

Ví dụ, cảm biến vật lý bao gồm: âm thanh, lực, ánh sáng, từ tính, nhiệt độ, độ ẩm, điện, bức xạ, v.v.; cảm biến hóa học bao gồm: cảm biến khí khác nhau, giá trị pH axit-bazơ, ion hóa, phân cực, hấp phụ hóa học, phản ứng điện hóa, v.v.; cảm biến sinh học bao gồm: điện cực enzyme và điện sinh học trung gian, v.v. Mối quan hệ nhân quả giữa việc sử dụng sản phẩm và quá trình hình thành gắn bó với nhau và rất khó để phân loại chúng một cách chặt chẽ.

Dựa vào cách phân loại và đặt tên cảm biến, chủ yếu có các loại sau:

(1) Theo nguyên tắc chuyển đổi, chúng có thể được chia thành cảm biến vật lý, cảm biến hóa học và cảm biến sinh học.

(2) Theo thông tin phát hiện của cảm biến, chúng có thể được chia thành cảm biến âm thanh, cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt, cảm biến lực, cảm biến từ tính, cảm biến khí, cảm biến độ ẩm, cảm biến áp suất, cảm biến ion và cảm biến bức xạ.

(3) Theo phương pháp cung cấp năng lượng, chúng có thể được chia thành các cảm biến chủ động hoặc thụ động.

(4) Theo tín hiệu đầu ra của chúng, chúng có thể được chia thành đầu ra analog, đầu ra kỹ thuật số và cảm biến chuyển đổi.

(5) Theo vật liệu sử dụng trong cảm biến, chúng có thể được chia thành: vật liệu bán dẫn; vật liệu pha lê; vật liệu gốm sứ; vật liệu composite hữu cơ; vật liệu kim loại; vật liệu polyme; vật liệu siêu dẫn; vật liệu sợi quang; vật liệu nano và các cảm biến khác.

(6) Theo chuyển đổi năng lượng, chúng có thể được chia thành cảm biến chuyển đổi năng lượng và cảm biến điều khiển năng lượng.

(7) Theo quy trình sản xuất, chúng có thể được chia thành công nghệ gia công cơ khí; công nghệ tổng hợp và tích hợp; công nghệ màng mỏng và màng dày; công nghệ thiêu kết gốm sứ; công nghệ MEMS; công nghệ điện hóa và các cảm biến khác.

Có khoảng 26.000 loại cảm biến đã được thương mại hóa trên toàn thế giới. nước tôi hiện có khoảng 14.000 loại, hầu hết là loại và giống thông thường; hơn 7.000 loại có thể được thương mại hóa, nhưng vẫn còn thiếu hụt và thiếu hụt các loại đặc biệt như y tế, nghiên cứu khoa học, vi sinh và phân tích hóa học, đồng thời còn dư địa lớn cho đổi mới công nghệ.

04. Chức năng của cảm biến

Chức năng của cảm biến thường được so sánh với năm cơ quan cảm giác chính của con người:

Cảm biến quang - tầm nhìn

Cảm biến âm thanh - thính giác

Cảm biến khí - mùi

Cảm biến hóa học - mùi vị

Cảm biến chất lỏng, nhạy cảm với áp suất, nhiệt độ - cảm ứng

①Cảm biến vật lý: dựa trên các tác động vật lý như lực, nhiệt, ánh sáng, điện, từ tính và âm thanh;

②Cảm biến hóa học: dựa trên nguyên tắc phản ứng hóa học;

③Cảm biến sinh học: dựa trên các chức năng nhận dạng phân tử như enzyme, kháng thể và hormone.

Trong thời đại máy tính, con người đã giải quyết được bài toán mô phỏng não bộ, tương đương với việc sử dụng 0 và 1 để số hóa thông tin và sử dụng logic Boolean để giải quyết vấn đề; bây giờ là thời đại hậu máy tính, và chúng ta đang bắt đầu mô phỏng năm giác quan.

Nhưng việc mô phỏng năm giác quan của con người chỉ là một thuật ngữ sinh động hơn dành cho cảm biến. Công nghệ cảm biến tương đối trưởng thành vẫn là các đại lượng vật lý như lực, gia tốc, áp suất, nhiệt độ, v.v. thường được sử dụng trong các phép đo công nghiệp. Đối với các giác quan thực sự của con người, bao gồm thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác và vị giác, hầu hết chúng đều chưa hoàn thiện lắm dưới góc độ cảm biến.

Thị giác và thính giác có thể được coi là các đại lượng vật lý tương đối tốt, trong khi xúc giác tương đối kém. Đối với mùi và vị, vì chúng liên quan đến việc đo lường các đại lượng sinh hóa nên cơ chế hoạt động tương đối phức tạp và còn lâu mới đến giai đoạn trưởng thành về mặt kỹ thuật.

Thị trường cảm biến thực sự được thúc đẩy bởi các ứng dụng. Ví dụ, trong ngành hóa chất, thị trường cảm biến áp suất và lưu lượng khá lớn; trong ngành công nghiệp ô tô, thị trường cho các cảm biến như tốc độ quay và gia tốc là rất lớn. Cảm biến gia tốc dựa trên hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) hiện nay đã tương đối trưởng thành về mặt công nghệ và đã đóng góp rất lớn vào nhu cầu của ngành công nghiệp ô tô.

Trước khi khái niệm cảm biến “xuất hiện”, thực tế đã có cảm biến trong các dụng cụ đo lường đời đầu, nhưng chúng xuất hiện như một bộ phận trong toàn bộ bộ dụng cụ. Vì vậy, trước năm 1980, sách giáo khoa giới thiệu cảm biến ở Trung Quốc có tên là “Đo điện các đại lượng phi điện”.

Sự xuất hiện của khái niệm cảm biến thực chất là kết quả của quá trình mô-đun hóa dần dần các dụng cụ đo lường. Kể từ đó, các cảm biến được tách ra khỏi toàn bộ hệ thống thiết bị và được nghiên cứu, sản xuất và bán như một thiết bị chức năng.

05. Thuật ngữ chuyên môn thông dụng dành cho cảm biến

Khi các cảm biến tiếp tục phát triển và phát triển, chúng ta hiểu sâu hơn về chúng. 30 thuật ngữ phổ biến sau đây được tóm tắt:

1. Phạm vi: hiệu đại số giữa giới hạn trên và giới hạn dưới của phạm vi đo.

2. Độ chính xác: mức độ nhất quán giữa kết quả đo được và giá trị thực.

3. Thường bao gồm các yếu tố nhạy cảm và các yếu tố chuyển đổi:

Các phần tử nhạy cảm đề cập đến bộ phận của cảm biến có thể trực tiếp (hoặc phản hồi) giá trị đo được.

Các phần tử chuyển đổi đề cập đến phần của cảm biến có thể chuyển đổi giá trị đo được cảm nhận (hoặc phản hồi) bởi phần tử nhạy cảm thành tín hiệu điện để truyền và (hoặc) đo lường.

Khi đầu ra là tín hiệu tiêu chuẩn được chỉ định, nó được gọi là máy phát.

4. Phạm vi đo: phạm vi các giá trị đo được nằm trong giới hạn sai số cho phép.

5. Độ lặp lại: mức độ nhất quán giữa các kết quả của nhiều phép đo liên tiếp của cùng một đại lượng đo trong tất cả các điều kiện sau:

Cùng một bên đo, cùng một người quan sát, cùng một dụng cụ đo, cùng một vị trí, cùng một điều kiện sử dụng và lặp lại trong một khoảng thời gian ngắn.

6. Độ phân giải: Sự thay đổi tối thiểu về đại lượng đo được mà cảm biến có thể phát hiện trong phạm vi đo được chỉ định.

7. Ngưỡng: Sự thay đổi tối thiểu về đại lượng đo được có thể khiến đầu ra cảm biến tạo ra sự thay đổi có thể đo được.

8. Vị trí 0: Trạng thái làm cho giá trị tuyệt đối của đầu ra ở mức tối thiểu, chẳng hạn như trạng thái cân bằng.

9. Độ tuyến tính: Mức độ mà đường cong hiệu chuẩn phù hợp với một giới hạn nhất định.

10. Độ phi tuyến: Mức độ lệch của đường chuẩn so với một đường thẳng nhất định.

11. Độ ổn định lâu dài: Khả năng duy trì dung sai của cảm biến trong một thời gian nhất định.

12. Tần số tự nhiên: Tần số dao động tự do (không có ngoại lực) của cảm biến khi không có lực cản.

13. Đáp ứng: Đặc tính của đại lượng đo được thay đổi trong quá trình xuất.

14. Phạm vi nhiệt độ bù: Phạm vi nhiệt độ được bù để cảm biến duy trì trạng thái cân bằng bằng 0 trong phạm vi và giới hạn quy định.

15. Độ leo: Sự thay đổi đầu ra trong một thời gian xác định khi các điều kiện môi trường của máy được đo không đổi.

16. Điện trở cách điện: Nếu không có quy định khác, nó đề cập đến giá trị điện trở được đo giữa các bộ phận cách điện được chỉ định của cảm biến khi đặt điện áp DC quy định ở nhiệt độ phòng.

17. Kích thích: Năng lượng bên ngoài (điện áp hoặc dòng điện) được áp dụng để làm cho cảm biến hoạt động bình thường.

18. Kích thích tối đa: Giá trị tối đa của điện áp hoặc dòng điện kích thích có thể cấp cho cảm biến trong điều kiện trong nhà.

19. Trở kháng đầu vào: Trở kháng được đo ở đầu vào của cảm biến khi đầu ra bị đoản mạch.

20. Đầu ra: Lượng điện do cảm biến tạo ra là hàm số của đại lượng đo bên ngoài.

21. Trở kháng đầu ra: Trở kháng đo được ở đầu ra của cảm biến khi đầu vào bị đoản mạch.

22. Đầu ra bằng 0: Đầu ra của cảm biến khi đại lượng đo được áp dụng bằng 0 trong điều kiện đô thị.

23. Độ trễ: Sự chênh lệch tối đa ở đầu ra khi giá trị đo được tăng và giảm trong phạm vi chỉ định.

24. Độ trễ: Độ trễ thời gian của sự thay đổi tín hiệu đầu ra so với sự thay đổi tín hiệu đầu vào.

25. Độ lệch: Lượng thay đổi ở đầu ra cảm biến không liên quan đến phép đo trong một khoảng thời gian nhất định.

26. Độ trôi điểm 0: Sự thay đổi ở đầu ra 0 tại một khoảng thời gian xác định và trong điều kiện trong nhà.

27. Độ nhạy: Tỷ lệ giữa mức tăng của đầu ra cảm biến với mức tăng tương ứng của đầu vào.

28. Độ lệch độ nhạy: Sự thay đổi độ dốc của đường chuẩn gây ra bởi sự thay đổi độ nhạy.

29. Độ lệch độ nhạy nhiệt: Độ lệch độ nhạy gây ra bởi sự thay đổi độ nhạy.

30. Độ trôi điểm nhiệt: Độ lệch điểm 0 gây ra bởi sự thay đổi nhiệt độ môi trường.

06. Lĩnh vực ứng dụng của cảm biến

Cảm biến là một thiết bị phát hiện được sử dụng rộng rãi, được sử dụng trong giám sát môi trường, quản lý giao thông, y tế, nông nghiệp và chăn nuôi, an toàn cháy nổ, sản xuất, hàng không vũ trụ, sản phẩm điện tử và các lĩnh vực khác. Nó có thể cảm nhận được thông tin đang được đo và có thể chuyển đổi thông tin được cảm nhận thành tín hiệu điện hoặc các dạng đầu ra thông tin cần thiết khác theo các quy tắc nhất định để đáp ứng các yêu cầu truyền, xử lý, lưu trữ, hiển thị, ghi và điều khiển thông tin.

①Điều khiển công nghiệp: tự động hóa công nghiệp, robot, dụng cụ kiểm tra, công nghiệp ô tô, đóng tàu, v.v.

Các ứng dụng điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi, chẳng hạn như các cảm biến khác nhau được sử dụng trong sản xuất ô tô, kiểm soát quy trình sản phẩm, máy móc công nghiệp, thiết bị đặc biệt và thiết bị sản xuất tự động, v.v., đo lường các biến số của quy trình (như nhiệt độ, mức chất lỏng, áp suất, lưu lượng, v.v.), đo các đặc tính điện tử (dòng điện, điện áp, v.v.) và các đại lượng vật lý (chuyển động, tốc độ, tải và cường độ), và các cảm biến tiệm cận/định vị truyền thống đang phát triển nhanh chóng.

Đồng thời, cảm biến thông minh có thể vượt qua những hạn chế của vật lý và khoa học vật liệu bằng cách kết nối con người và máy móc, đồng thời kết hợp phần mềm và phân tích dữ liệu lớn, đồng thời sẽ thay đổi cách thế giới vận hành. Trong tầm nhìn của Công nghiệp 4.0, các giải pháp và dịch vụ cảm biến toàn diện được hồi sinh tại nơi sản xuất. Nó thúc đẩy việc ra quyết định thông minh hơn, cải thiện hiệu quả hoạt động, tăng sản lượng, cải thiện hiệu quả kỹ thuật và cải thiện đáng kể hiệu quả kinh doanh.

②Sản phẩm điện tử: thiết bị đeo thông minh, thiết bị điện tử truyền thông, điện tử tiêu dùng, v.v.

Cảm biến chủ yếu được sử dụng trong thiết bị đeo thông minh và thiết bị điện tử 3C trong các sản phẩm điện tử và điện thoại di động chiếm tỷ trọng lớn nhất trong lĩnh vực ứng dụng. Sự tăng trưởng đáng kể trong sản xuất điện thoại di động và sự gia tăng liên tục các chức năng mới của điện thoại di động đã mang lại cơ hội và thách thức cho thị trường cảm biến. Thị phần ngày càng tăng của điện thoại di động màn hình màu và điện thoại chụp ảnh đã làm tăng tỷ lệ ứng dụng cảm biến trong lĩnh vực này.

Ngoài ra, cảm biến siêu âm dùng trong điện thoại nhóm và điện thoại không dây, cảm biến từ trường dùng trong phương tiện lưu trữ từ tính, v.v. sẽ có sự tăng trưởng mạnh mẽ.

Xét về các ứng dụng có thể đeo, cảm biến là thành phần thiết yếu.

Ví dụ: máy theo dõi thể dục và đồng hồ thông minh đang dần trở thành thiết bị phục vụ lối sống hàng ngày giúp chúng ta theo dõi mức độ hoạt động và các thông số sức khỏe cơ bản. Trên thực tế, có rất nhiều công nghệ trong những thiết bị nhỏ bé đeo trên cổ tay này để giúp mọi người đo lường mức độ hoạt động và sức khỏe tim mạch.

Bất kỳ vòng đeo tay thể dục hoặc đồng hồ thông minh thông thường nào cũng có khoảng 16 cảm biến được tích hợp sẵn. Tùy thuộc vào mức giá, một số sản phẩm có thể có nhiều hơn. Những cảm biến này cùng với các thành phần phần cứng khác (chẳng hạn như pin, micrô, màn hình, loa, v.v.) và phần mềm cao cấp mạnh mẽ, tạo thành một thiết bị theo dõi thể dục hoặc đồng hồ thông minh.

Ngày nay, lĩnh vực ứng dụng của thiết bị đeo đang mở rộng từ đồng hồ, kính, giày dép bên ngoài, v.v. sang một lĩnh vực rộng hơn, chẳng hạn như da điện tử, v.v.

③ Hàng không và quân sự: công nghệ hàng không vũ trụ, kỹ thuật quân sự, thám hiểm không gian, v.v.

Trong lĩnh vực hàng không, độ an toàn và độ tin cậy của các bộ phận được lắp đặt là cực kỳ cao. Điều này đặc biệt đúng đối với các cảm biến được sử dụng ở những nơi khác nhau.

Ví dụ, khi tên lửa cất cánh, không khí tạo ra áp suất và lực cực lớn lên bề mặt tên lửa và thân tên lửa do tốc độ cất cánh rất cao (trên Mach 4 hoặc 3000 mph), tạo ra một môi trường cực kỳ khắc nghiệt. Vì vậy, cần có cảm biến áp suất để theo dõi các lực này nhằm đảm bảo rằng chúng vẫn nằm trong giới hạn thiết kế của cơ thể. Trong quá trình cất cánh, các cảm biến áp suất tiếp xúc với không khí chảy trên bề mặt tên lửa, từ đó đo dữ liệu. Dữ liệu này cũng được sử dụng để hướng dẫn các thiết kế thân xe trong tương lai nhằm làm cho chúng trở nên đáng tin cậy, chặt chẽ và an toàn hơn. Ngoài ra, nếu có sự cố xảy ra, dữ liệu từ cảm biến áp suất sẽ trở thành công cụ phân tích cực kỳ quan trọng.

Ví dụ, trong lắp ráp máy bay, các cảm biến có thể đảm bảo đo lỗ đinh tán không tiếp xúc, đồng thời có các cảm biến dịch chuyển và vị trí có thể được sử dụng để đo thiết bị hạ cánh, các bộ phận cánh, thân máy bay và động cơ của các nhiệm vụ máy bay, có thể cung cấp kết quả đáng tin cậy và chính xác. xác định các giá trị đo.

④ Cuộc sống gia đình: nhà thông minh, đồ gia dụng, v.v.

Sự phổ biến dần dần của mạng cảm biến không dây đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị thông tin và công nghệ mạng. Thiết bị chính của mạng gia đình đã mở rộng từ một máy duy nhất sang nhiều thiết bị gia dụng. Nút điều khiển mạng gia đình thông minh dựa trên mạng cảm biến không dây cung cấp nền tảng cơ bản cho việc kết nối mạng nội bộ và bên ngoài trong nhà và kết nối các thiết bị, dụng cụ thông tin giữa các mạng nội bộ.

Việc nhúng các nút cảm biến vào các thiết bị gia dụng và kết nối chúng với Internet thông qua mạng không dây sẽ mang đến cho con người một môi trường nhà thông minh thoải mái, tiện lợi và nhân văn hơn. Hệ thống giám sát từ xa có thể được sử dụng để điều khiển từ xa các thiết bị gia dụng và có thể giám sát sự an toàn của gia đình bất cứ lúc nào thông qua các thiết bị cảm biến hình ảnh. Mạng cảm biến có thể được sử dụng để thiết lập một trường mẫu giáo thông minh, giám sát môi trường giáo dục sớm của trẻ và theo dõi quỹ đạo hoạt động của trẻ.

⑤ Quản lý giao thông: vận tải, giao thông đô thị, hậu cần thông minh, v.v.

Trong quản lý giao thông, hệ thống mạng cảm biến không dây được lắp đặt ở hai bên đường có thể được sử dụng để giám sát tình trạng đường, điều kiện tích tụ nước và tiếng ồn trên đường, bụi, khí và các thông số khác trong thời gian thực để đạt được mục đích bảo vệ đường bộ, bảo vệ môi trường và bảo vệ sức khỏe người đi bộ.

Hệ thống giao thông thông minh (ITS) là một loại hệ thống giao thông mới được phát triển trên cơ sở hệ thống giao thông truyền thống. Nó tích hợp công nghệ thông tin, truyền thông, điều khiển và máy tính cũng như các công nghệ truyền thông hiện đại khác vào lĩnh vực giao thông vận tải và kết hợp một cách hữu cơ "con người-phương tiện-đường bộ-môi trường". Việc bổ sung công nghệ mạng cảm biến không dây vào các phương tiện giao thông hiện có sẽ có thể giải quyết căn bản các vấn đề về an toàn, thông suốt, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường đang gây khó khăn cho giao thông hiện đại, đồng thời nâng cao hiệu quả công tác vận tải.

⑥ Giám sát môi trường: giám sát và dự báo môi trường, kiểm tra thời tiết, kiểm tra thủy văn, bảo vệ môi trường năng lượng, kiểm tra động đất, v.v.

Về mặt giám sát và dự báo môi trường, mạng cảm biến không dây có thể được sử dụng để theo dõi điều kiện tưới tiêu cây trồng, điều kiện không khí trong đất, môi trường chăn nuôi gia súc, gia cầm và điều kiện di cư, hệ sinh thái đất không dây, giám sát bề mặt diện rộng, v.v. và có thể được sử dụng cho thăm dò hành tinh, nghiên cứu khí tượng và địa lý, giám sát lũ lụt, v.v. Dựa trên mạng cảm biến không dây, lượng mưa, mực nước sông và độ ẩm của đất có thể được theo dõi thông qua một số cảm biến và lũ quét có thể được dự đoán để mô tả sự đa dạng sinh thái, từ đó tiến hành giám sát sinh thái của Môi trường sống động vật. Độ phức tạp của quần thể cũng có thể được nghiên cứu bằng cách theo dõi các loài chim, động vật nhỏ và côn trùng.

Khi con người chú ý nhiều hơn đến chất lượng môi trường, trong quá trình thử nghiệm môi trường thực tế, con người thường cần các thiết bị và dụng cụ phân tích dễ mang theo và có thể thực hiện giám sát động liên tục đối với nhiều đối tượng thử nghiệm. Với sự trợ giúp của công nghệ cảm biến mới, những nhu cầu trên có thể được đáp ứng.

Ví dụ, trong quá trình quan trắc khí quyển, nitrit, sunfua, v.v. là những chất gây ô nhiễm ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất và đời sống của con người.

Trong số các oxit nitơ, SO2 là nguyên nhân chính gây ra mưa axit và sương mù axit. Mặc dù các phương pháp truyền thống có thể đo hàm lượng SO2 nhưng phương pháp này phức tạp và không đủ chính xác. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các cảm biến cụ thể có thể oxy hóa sulfite và một phần oxy sẽ bị tiêu hao trong quá trình oxy hóa, điều này sẽ khiến lượng oxy hòa tan trên điện cực giảm và tạo ra hiệu ứng dòng điện. Việc sử dụng cảm biến có thể thu được giá trị hàm lượng sulfite một cách hiệu quả, không chỉ nhanh mà còn có độ tin cậy cao.

Đối với nitrua, cảm biến oxit nitơ có thể được sử dụng để theo dõi. Nguyên lý của cảm biến oxit nitơ là sử dụng các điện cực oxy để tạo ra một loại vi khuẩn cụ thể tiêu thụ nitrit và tính toán hàm lượng oxit nitơ bằng cách tính toán sự thay đổi nồng độ oxy hòa tan. Bởi vì vi khuẩn được tạo ra sử dụng nitrat làm năng lượng và chỉ sử dụng nitrat này làm năng lượng, do đó, nó là duy nhất trong quá trình ứng dụng thực tế và sẽ không bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp của các chất khác. Một số nhà nghiên cứu nước ngoài đã tiến hành nghiên cứu chuyên sâu hơn bằng cách sử dụng nguyên lý màng và gián tiếp đo được nồng độ NO2 rất thấp trong không khí.

⑦ Sức khỏe y tế: chẩn đoán y tế, sức khỏe y tế, chăm sóc sức khỏe, v.v.

Nhiều tổ chức nghiên cứu y tế trong và ngoài nước, bao gồm cả những gã khổng lồ trong ngành y tế nổi tiếng quốc tế, đã đạt được những tiến bộ quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ cảm biến trong lĩnh vực y tế.

Ví dụ, Viện Công nghệ Georgia ở Hoa Kỳ đang phát triển một cảm biến nhúng bên trong cơ thể với cảm biến áp suất và mạch liên lạc không dây. Thiết bị này bao gồm kim loại dẫn điện và màng cách điện, có thể phát hiện sự thay đổi áp suất theo sự thay đổi tần số của mạch cộng hưởng và sẽ hòa tan trong dịch cơ thể sau khi phát huy vai trò của nó.

Trong những năm gần đây, mạng cảm biến không dây đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống y tế và chăm sóc sức khỏe, như theo dõi các dữ liệu sinh lý khác nhau của cơ thể con người, theo dõi và giám sát hành động của bác sĩ và bệnh nhân trong bệnh viện cũng như quản lý thuốc trong bệnh viện.

⑧ An toàn cháy nổ: nhà xưởng lớn, quản lý kho bãi, sân bay, nhà ga, bến tàu, giám sát an toàn các khu công nghiệp lớn, v.v.

Do việc sửa chữa các tòa nhà liên tục nên có thể có một số mối nguy hiểm về an toàn. Mặc dù những chấn động nhỏ thỉnh thoảng xảy ra ở lớp vỏ trái đất có thể không gây ra thiệt hại rõ ràng nhưng các vết nứt tiềm tàng có thể được tạo ra ở các cột trụ, có thể khiến tòa nhà sụp đổ trong trận động đất tiếp theo. Việc kiểm tra bằng phương pháp truyền thống thường yêu cầu đóng cửa tòa nhà trong vài tháng, trong khi các tòa nhà thông minh được trang bị mạng cảm biến có thể cho bộ phận quản lý biết thông tin trạng thái của họ và tự động thực hiện một loạt công việc tự sửa chữa theo mức độ ưu tiên.

Với sự tiến bộ không ngừng của xã hội, khái niệm sản xuất an toàn đã ăn sâu vào lòng người dân, yêu cầu của người dân về sản xuất an toàn ngày càng cao. Trong ngành xây dựng thường xuyên xảy ra tai nạn, việc đảm bảo an toàn cá nhân cho công nhân thi công và bảo quản vật liệu, thiết bị thi công và các tài sản khác trên công trường là ưu tiên hàng đầu của các đơn vị thi công.

⑨Nông nghiệp và chăn nuôi: hiện đại hóa nông nghiệp, chăn nuôi, v.v.

Nông nghiệp là một lĩnh vực quan trọng khác cho việc sử dụng mạng cảm biến không dây.

Ví dụ, kể từ khi triển khai "Hệ thống quản lý chính xác để sản xuất các loại cây trồng có lợi ở vùng Tây Bắc", nghiên cứu kỹ thuật đặc biệt, tích hợp hệ thống và trình diễn ứng dụng điển hình đã được thực hiện chủ yếu cho các sản phẩm nông nghiệp chiếm ưu thế ở khu vực phía Tây, như táo, kiwi, salvia miltiorrhiza, dưa, cà chua và các loại cây trồng chính khác, cũng như đặc điểm của môi trường sinh thái khô và mưa ở phía tây, và công nghệ mạng cảm biến không dây đã được áp dụng thành công vào sản xuất nông nghiệp chính xác. Công nghệ tiên tiến của mạng cảm biến thu thập môi trường sinh trưởng cây trồng theo thời gian thực này được áp dụng vào sản xuất nông nghiệp, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mới cho sự phát triển của nền nông nghiệp hiện đại.

⑩Các lĩnh vực khác: giám sát máy móc phức tạp, giám sát phòng thí nghiệm, v.v.

Mạng cảm biến không dây là một trong những chủ đề nóng trong lĩnh vực thông tin hiện nay, có thể sử dụng để thu thập, xử lý và gửi tín hiệu trong các môi trường đặc biệt; Mạng cảm biến nhiệt độ và độ ẩm không dây dựa trên bộ vi điều khiển PIC và mạch phần cứng của nút mạng cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được thiết kế bằng cảm biến độ ẩm tích hợp và cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số, đồng thời giao tiếp với trung tâm điều khiển thông qua mô-đun thu phát không dây , để nút cảm biến hệ thống có mức tiêu thụ điện năng thấp, truyền dữ liệu đáng tin cậy, độ ổn định tốt và hiệu quả truyền thông cao, có thể được sử dụng rộng rãi trong phát hiện môi trường.