11.2  智慧城市的技術(shù)研究重點(diǎn)

智慧城市技術(shù)研究重點(diǎn)的選擇，一是要與智慧城市深度應(yīng)用拓展密切相關(guān)，二是要屬于智慧城市整體技術(shù)演進(jìn)不可或缺的關(guān)鍵點(diǎn)。即一方面要立足于突破技術(shù)瓶頸，另一方面要充分考慮目前智慧城市初級(jí)階段的特征，有助于走出低層次應(yīng)用和低層次技術(shù)相互制約的困境。因此，針對(duì)以上所分析的四個(gè)技術(shù)瓶頸，下一步智慧城市的研究重點(diǎn)有以下方面。

11.2.1  推動(dòng)感知技術(shù)的發(fā)展

智慧城市首先需要通過感知世界來獲取信息，感知技術(shù)的發(fā)展是智慧城市發(fā)展的前提，感知技術(shù)其實(shí)包含了兩種不同的技術(shù)：傳感器和無線傳感網(wǎng)。感知技術(shù)需要不斷向著高性能、低能耗、微型化、低成本方向發(fā)展，才能為實(shí)現(xiàn)各種智慧城市應(yīng)用提供豐富的想象空間，擴(kuò)大智慧城市應(yīng)用的范圍。

1．傳感器技術(shù)概述

最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國(guó)際電工委員會(huì)（International  Electrotechnical  Committee，IEC）的定義為：“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理（模擬或數(shù)字）能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。

進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線性化，該工作是由放大器、濾波器及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。

德國(guó)和俄羅斯學(xué)者認(rèn)為傳感器應(yīng)是由兩部分組成的，即直接感知被測(cè)量信號(hào)的敏感元件部分和初始處理信號(hào)的電路部分。按這種理解，傳感器還包含了信號(hào)成形器的電路部分，如圖11-2所示是各種傳感器的實(shí)物圖。

傳感器的種類非常多，現(xiàn)有的傳感器超過3萬種，傳感器按照不同的維度來劃分，主要有以下幾種分類。

（1）按照有源和無源劃分

可以分為有源傳感器和無源傳感器兩大類。

— 有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵(lì)源。

— 無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵(lì)源。

（2）按照工作原理劃分

傳感器承擔(dān)將某個(gè)對(duì)象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對(duì)象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)（即過程）的。對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式檢測(cè)。對(duì)象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對(duì)象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測(cè)定的電學(xué)量，然后將此電信號(hào)分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評(píng)測(cè)或標(biāo)示。根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器兩大類。

— 物理傳感器：傳感器工作原理應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)，被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，如圖11-3所示。

— 化學(xué)傳感器：化學(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，如圖11-4所示。

 圖11-3  物理傳感器

圖11-4  化學(xué)傳感器

有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題、規(guī)模生產(chǎn)的可能性、價(jià)格問題等，解決了這類難題，化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會(huì)有巨大增長(zhǎng)。

（3）按用途劃分

按傳感器用途來劃分，有壓力敏和力敏傳感器、位置傳感器/液面?zhèn)鞲衅?、能耗傳感器、速度傳感器、熱敏傳感器、加速度傳感器、射線輻射傳感器、振動(dòng)傳感器、濕敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器、視頻傳感器等。

（4）按輸出信號(hào)劃分

按傳感器的輸出信號(hào)作為分類標(biāo)準(zhǔn)，可將傳感器分為以下幾種。

— 模擬傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)；

— 數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)（包括直接和間接轉(zhuǎn)換）；

— 膺數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)或短周期信號(hào)的輸出（包括直接或間接轉(zhuǎn)換）；

— 開關(guān)傳感器：當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定的閾值時(shí)，傳感器相應(yīng)地輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)。

（5）按照制造工藝劃分

按照傳感器的制造工藝，可以將傳感器區(qū)分為以下幾種。

— 集成傳感器：是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。

— 薄膜傳感器：是通過沉積在介質(zhì)襯底（基板）上的，相應(yīng)敏感材料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上。