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傳感器的五種感覺

閱讀：941 發(fā)布時(shí)間：2019-7-16

部分：嗅覺、味覺和聽覺

在篇文章中的一系列更新“五感傳感器”在2011區(qū)發(fā)表的文章(聲音、視覺、味覺、嗅覺、觸覺)，我們將討論在傳感器技術(shù)，模仿人的嗅覺、味覺和聽覺的進(jìn)步。本文將重點(diǎn)討論底層傳感器的變化以及應(yīng)用程序是如何增長(zhǎng)的，特別是在物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的情況下。

嗅覺

　　電化學(xué)的鼻子，也被稱為電子鼻，是一種化學(xué)氣體傳感器陣列的人工嗅覺裝置，采樣系統(tǒng)，和一個(gè)認(rèn)識(shí)、識(shí)別、模式分類算法比較的氣體，蒸汽，或氣味。這樣的電子鼻的模仿人的嗅覺系統(tǒng)。這些設(shè)備已成功地應(yīng)用于各種各樣的應(yīng)用中，包括食品質(zhì)量檢測(cè)、廢水管理、測(cè)量、空氣和水污染檢測(cè)、保健和戰(zhàn)爭(zhēng)。他們的優(yōu)點(diǎn)之一是收集的數(shù)據(jù)可以毫無偏見地解釋。

　　在食品安全中，常用的是測(cè)定茶葉、牛奶、酒*料、水果、肉類和魚類、奶酪和其他乳制品的質(zhì)量。氣體傳感器包括甲烷、乙醇、甲苯、二甲苯(基于苯芳香烴)，CO2和CH4。

　　醫(yī)用電子鼻設(shè)備，正在探索的早期診斷和快速處理必要的癌癥生物標(biāo)志物的檢測(cè)。例如，芬蘭坦佩雷大學(xué)的研究人員使用了一種裝置，對(duì)尿液樣本上的空氣進(jìn)行分子分析，并對(duì)與前列腺癌相關(guān)的揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行檢測(cè)。在去年發(fā)表的一項(xiàng)研究中，科學(xué)家聲稱該方法的檢出率為78%。

　　在電子鼻應(yīng)用納米材料的使用是抬頭，有能力創(chuàng)造超高靈敏度的傳感器，響應(yīng)速度快(一個(gè)較小的結(jié)構(gòu)，由于部分)。較小的傳感器尺寸也促進(jìn)了集成到更多設(shè)備中。功能納米器件材料的一個(gè)有吸引力的類金屬氧化物半導(dǎo)體。它們提供了簡(jiǎn)單的操作和易于制造和與微電子加工兼容的潛力，以及低成本和低功耗。

　　還有許多挑戰(zhàn)需要克服，包括充分了解納米材料的生長(zhǎng)機(jī)制，以確保足夠的質(zhì)量。在預(yù)先確定的電極之間放置納米材料并形成合適的接觸直接影響器件性能也不是一件容易的事。

　　在近的傳感器突破中，可以給智能手機(jī)帶來嗅覺的設(shè)備。由霍尼韋爾的ACS實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，它使用了一種新型的MEMS真空泵，比以前小了幾百倍。在人類嗅覺，肺的嗅上皮層內(nèi)的鼻子帶來的氣味，而電子鼻用泵?；裟犴f爾的設(shè)備承諾初將為光譜儀提供“附加嗅覺”，但它也可能終出現(xiàn)在智能手機(jī)中，它能感知從有毒化學(xué)品到花粉到一般空氣質(zhì)量的一切信息。

　　有許多類的電子鼻，包括導(dǎo)電聚合物、表面聲波、熱、和聚合物復(fù)合材料。通常有幾種類型或類型的傳感器在這些應(yīng)用中使用，包括光學(xué)傳感器系統(tǒng)，質(zhì)量和離子遷移率光譜法，氣相色譜法，紅外光譜法和化學(xué)傳感器。一種用于檢測(cè)CO2氣體傳感器的一個(gè)例子是安費(fèi)諾的Telaire 6613 CO2模塊(圖1)。小型、緊湊的模塊旨在集成到現(xiàn)有的控制和設(shè)備中，以滿足OEM的體積、成本和交貨預(yù)期。

　　Telaire 6613二氧化碳模塊的圖像

　　圖1：的Telaire 6613二氧化碳模塊。

　　所有的工廠都被校準(zhǔn)以測(cè)量濃度為2000和5000 ppm。雙通道傳感器也可用于更高的濃度。負(fù)擔(dān)得起的，可靠的，靈活的傳感器平臺(tái)的設(shè)計(jì)與其他微處理器設(shè)備進(jìn)行交互。

　味覺

　　電子舌(舌)采用液體傳感器，模仿味道人類意識(shí)的數(shù)組，沒有其他感官，如視覺和嗅覺，常常妨礙我們的味覺感知的入侵。幾年內(nèi)，研究人員預(yù)計(jì)，一種體驗(yàn)味道的機(jī)器將決定食物的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及人們喜歡它的原因。數(shù)字“味蕾”也將幫助我們吃得更聰明更健康。

　　電子舌的措施比較口味使用傳感器接收來自目標(biāo)物，然后將其發(fā)送到模式識(shí)別系統(tǒng)。其結(jié)果是基于人類味覺的味覺檢測(cè)。有五種基本味道：甜，苦，咸，酸，和鮮味(日本的一個(gè)詞，可譯為“美味”或“愉快的，香香的味道”)。為了模仿人類的舌頭，傳感器被用于含有多種味覺感受器的多路復(fù)用陣列中。

　　e-tongues經(jīng)常被用在液體環(huán)境中液體的內(nèi)容進(jìn)行分類，確定液體本身，或有時(shí)區(qū)分樣品。e-tongues是基于電位或電流傳感器。味覺傳感器有人工聚氯乙烯(PVC)/類脂膜，與目標(biāo)溶液(如含咖啡的飲料)相互作用。脂質(zhì)膜的膜電位變化——傳感器的輸出或測(cè)量。調(diào)查潛在變化導(dǎo)致測(cè)量化學(xué)物質(zhì)輸出所提供的“味道”。通過陣列，多個(gè)傳感器提供這種輸出，形成指紋。

　　而電子舌技術(shù)*，過去的幾年里，它的味道精度已成為當(dāng)務(wù)之急。例如，2014的研究人員設(shè)法區(qū)分不同品種使用電子舌的準(zhǔn)確度約82%啤酒之間，而其他的電子舌的原型已經(jīng)證明成功區(qū)分葡萄酒的能力。

聽覺

　　越來越多的聽覺系統(tǒng)通過“聽”聲音、檢測(cè)模式和建立模型來訓(xùn)練聲音。在這一段中，傳感器常見的應(yīng)用之一是助聽器。數(shù)字的進(jìn)步使今天的助聽器更小，更聰明，而且更幸運(yùn)的是，更容易使用。

　　*的助聽器現(xiàn)在正在與其他設(shè)備(如智能手機(jī)和數(shù)字音樂播放器)進(jìn)行交互，以直接和無線的方式向聽眾傳遞聲音。近的改進(jìn)是基于更好的微處理器和軟件降噪，助聽器可以對(duì)聲音放大的類型，選擇圍巾，或抑制。

　　目前研究的重點(diǎn)是方向性和語音增強(qiáng)。聲音系統(tǒng)可以利用數(shù)字信號(hào)處理來自動(dòng)地在兩種不同類型的麥克風(fēng)之間移動(dòng)，以便拾取一個(gè)揚(yáng)聲器的聲音或來自周圍的聲音。數(shù)字語音增強(qiáng)可以提高人的語音段的強(qiáng)度和可聽性。

　　研究項(xiàng)目正在進(jìn)行中，以減少大小和助聽器的成本，提高自己的定向能力，并確定和擴(kuò)增所需的聲音如人的聲音而抑制背景噪聲。研究人員也在努力通過使用安裝在MEMS芯片上的微型麥克風(fēng)延長(zhǎng)電池壽命。這些芯片可以使多個(gè)麥克風(fēng)放在一個(gè)足夠小的設(shè)備內(nèi)，以適應(yīng)用戶的耳朵，而不會(huì)迅速耗盡電池。

　　例如，當(dāng)蒼蠅通常沒有聽覺的話，一個(gè)子集，Ormia ochracea，寄生蠅，可以判斷聲音的方向在兩攝氏度，這似乎是不可能的了飛小?？的螤柨茖W(xué)家正在研究這種極微小的昆蟲寄生蟲，以此作為開發(fā)基于蠅類聽覺裝置的人工定向聽力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，這種聽覺系統(tǒng)自然小到可以安裝在助聽器內(nèi)。

　　檢測(cè)聲音或“聽”的傳感器本質(zhì)上是具有復(fù)雜信號(hào)處理能力的麥克風(fēng)。在機(jī)器人技術(shù)中，聲音傳感器被廣泛應(yīng)用。一個(gè)特別適合于基于聲音的應(yīng)用的傳感器是視差聲音沖擊傳感器(制造商的零件編號(hào)29132，圖2)，它為項(xiàng)目提供噪音控制，并對(duì)諸如拍拍手之類的大聲噪音作出反應(yīng)。

　　通過車載麥克風(fēng)，該傳感器檢測(cè)分貝電平的變化，觸發(fā)高信號(hào)通過傳感器的信號(hào)引腳發(fā)送。這種變化可以由任何視差微控制器的I/O引腳讀取。檢測(cè)范圍高達(dá)3米遠(yuǎn)和車載電位器提供了一個(gè)可調(diào)范圍的檢測(cè)。

　　視差聲沖擊傳感器的圖像

　　圖2：視差聲沖擊傳感器。

　　針對(duì)語音識(shí)別，意法半導(dǎo)體的mp34db01 MEMS數(shù)字麥克風(fēng)音頻傳感器(定時(shí)波形如圖3所示)是一種超小型、低功耗、、數(shù)字MEMS麥克風(fēng)與電容式傳感元件和立體作戰(zhàn)能力的IC接口構(gòu)建。

　　對(duì)意法半導(dǎo)體mp34db01時(shí)序波形圖

　　圖3：在mp34db01時(shí)序波形。

　　集成電路接口采用CMOS工藝制造，具有單電源電壓、低功耗和靈敏度。有120的mp34db01 dBSPL以聲稱“市場(chǎng)上較好的“62.6 dB的信噪比和靈敏度26 dBfs聲學(xué)超載點(diǎn)。

　　在底部的mp34db01港口，SMD標(biāo)準(zhǔn)可用，EMI屏蔽封裝，以保證供應(yīng)商可工作在擴(kuò)展的溫度范圍從- 40°C + 85°C.

　　總之，毫無疑問，我們將看到更多的嗅覺、味覺和聽覺傳感器技術(shù)的發(fā)展。在本系列的第2部分中，我們將研究涉及觸覺和視覺的傳感器。

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