传感器的五种感觉：第一部分：嗅觉、味觉和听觉

　　在第一篇文章中的一系列更新“五感传感器”在2011区发表的文章(声音、视觉、味觉、嗅觉、触觉)，我们将讨论在传感器技术，模仿人的嗅觉、味觉和听觉的进步。本文将重点讨论底层传感器的变化以及应用程序是如何增长的，特别是在物联网出现的情况下。

　　嗅觉

　　电化学的鼻子，也被称为电子鼻，是一种化学气体传感器阵列的人工嗅觉装置，采样系统，和一个认识、识别、模式分类算法比较的气体，蒸汽，或气味。这样的电子鼻的模仿人的嗅觉系统。这些设备已成功地应用于各种各样的应用中，包括食品质量检测、废水管理、测量、空气和水污染检测、保健和战争。他们的优点之一是收集的数据可以毫无偏见地解释。

　　在食品安全中，最常用的是测定茶叶、牛奶、酒精饮料、水果、肉类和鱼类、奶酪和其他乳制品的质量。气体传感器包括甲烷、乙醇、甲苯、二甲苯(基于苯芳香烃)，CO2和CH4。

　　医用电子鼻设备，正在探索的早期诊断和快速处理必要的癌症生物标志物的检测。例如，芬兰坦佩雷大学的研究人员使用了一种装置，对尿液样本上的空气进行分子分析，并对与前列腺癌相关的挥发性有机化合物进行检测。在去年发表的一项研究中，科学家声称该方法的检出率为78%。

　　在电子鼻应用纳米材料的使用是抬头，有能力创造超高灵敏度的传感器，响应速度快(一个较小的结构，由于部分)。较小的传感器尺寸也促进了集成到更多设备中。功能纳米器件材料的一个有吸引力的类金属氧化物半导体。它们提供了简单的操作和易于制造和与微电子加工兼容的潜力，以及低成本和低功耗。

　　还有许多挑战需要克服，包括充分了解纳米材料的生长机制，以确保足够的质量。在预先确定的电极之间放置纳米材料并形成合适的接触直接影响器件性能也不是一件容易的事。

　　在最近的传感器突破中，可以给智能手机带来嗅觉的设备。由霍尼韦尔的ACS实验室开发，它使用了一种新型的MEMS真空泵，比以前小了几百倍。在人类嗅觉，肺的嗅上皮层内的鼻子带来的气味，而电子鼻用泵。霍尼韦尔的设备承诺最初将为光谱仪提供“附加嗅觉”，但它也可能最终出现在智能手机中，它能感知从有毒化学品到花粉到一般空气质量的一切信息。

　　有许多类的电子鼻，包括导电聚合物、表面声波、热、和聚合物复合材料。通常有几种类型或类型的传感器在这些应用中使用，包括光学传感器系统，质量和离子迁移率光谱法，气相色谱法，红外光谱法和化学传感器。一种用于检测CO2气体传感器的一个例子是安费诺的Telaire 6613 CO2模块(图1)。小型、紧凑的模块旨在集成到现有的控制和设备中，以满足OEM的体积、成本和交货预期。

　　Telaire 6613二氧化碳模块的图像

　　图1：的Telaire 6613二氧化碳模块。

　　所有的工厂都被校准以测量浓度为2000和5000 ppm。双通道传感器也可用于更高的浓度。负担得起的，可靠的，灵活的传感器平台的设计与其他微处理器设备进行交互。

　　味觉

　　电子舌(舌)采用液体传感器，模仿味道人类意识的数组，没有其他感官，如视觉和嗅觉，常常妨碍我们的味觉感知的入侵。几年内，研究人员预计，一种体验味道的机器将决定食物的精确化学结构以及人们喜欢它的原因。数字“味蕾”也将帮助我们吃得更聪明更健康。

　　电子舌的措施比较口味使用传感器接收来自目标物，然后将其发送到模式识别系统。其结果是基于人类味觉的味觉检测。有五种基本味道：甜，苦，咸，酸，和鲜味(日本的一个词，可译为“美味”或“愉快的，香香的味道”)。为了模仿人类的舌头，传感器被用于含有多种味觉感受器的多路复用阵列中。

　　e-tongues经常被用在液体环境中液体的内容进行分类，确定液体本身，或有时区分样品。最e-tongues是基于电位或电流传感器。味觉传感器有人工聚氯乙烯(PVC)/类脂膜，与目标溶液(如含咖啡因的饮料)相互作用。脂质膜的膜电位变化——传感器的输出或测量。调查潜在变化导致测量化学物质输出所提供的“味道”。通过阵列，多个传感器提供这种输出，形成唯一的指纹。

　　而电子舌技术先进，过去的几年里，它的味道精度已成为当务之急。例如，2014的研究人员设法区分不同品种使用电子舌的准确度约82%啤酒之间，而其他的电子舌的原型已经证明成功区分葡萄酒的能力。

　　听觉

　　越来越多的听觉系统通过“听”声音、检测模式和建立模型来训练声音。在这一段中，传感器最常见的应用之一是助听器。数字的进步使今天的助听器更小，更聪明，而且更幸运的是，更容易使用。

　　最先进的助听器现在正在与其他设备(如智能手机和数字音乐播放器)进行交互，以直接和无线的方式向听众传递声音。最近的改进是基于更好的微处理器和软件降噪，助听器可以对声音放大的类型，选择围巾，或抑制。

　　目前研究的重点是方向性和语音增强。声音系统可以利用数字信号处理来自动地在两种不同类型的麦克风之间移动，以便拾取一个扬声器的声音或来自周围的声音。数字语音增强可以提高人的语音段的强度和可听性。

　　研究项目正在进行中，以减少大小和助听器的成本，提高自己的定向能力，并确定和扩增所需的声音如人的声音而抑制背景噪声。研究人员也在努力通过使用安装在MEMS芯片上的微型麦克风延长电池寿命。这些芯片可以使多个麦克风放在一个足够小的设备内，以适应用户的耳朵，而不会迅速耗尽电池。

　　例如，当苍蝇通常没有听觉的话，一个子集，Ormia ochracea，寄生蝇，可以判断声音的方向在两摄氏度，这似乎是不可能的了飞小。康奈尔科学家正在研究这种极微小的昆虫寄生虫，以此作为开发基于蝇类听觉装置的人工定向听力系统的基础，这种听觉系统自然小到可以安装在助听器内。

　　检测声音或“听”的传感器本质上是具有复杂信号处理能力的麦克风。在机器人技术中，声音传感器被广泛应用。一个特别适合于基于声音的应用的传感器是视差声音冲击传感器(制造商的零件编号29132，图2)，它为项目提供噪音控制，并对诸如拍拍手之类的大声噪音作出反应。

　　通过车载麦克风，该传感器检测分贝电平的变化，触发高信号通过传感器的信号引脚发送。这种变化可以由任何视差微控制器的I/O引脚读取。检测范围高达3米远和车载电位器提供了一个可调范围的检测。

　　视差声冲击传感器的图像

　　图2：视差声冲击传感器。

　　针对语音识别，意法半导体的mp34db01 MEMS数字麦克风音频传感器(定时波形如图3所示)是一种超小型、低功耗、全方位、数字MEMS麦克风与电容式传感元件和立体作战能力的IC接口构建。

　　对意法半导体mp34db01时序波形图

　　图3：在mp34db01时序波形。

　　集成电路接口采用CMOS工艺制造，具有单电源电压、低功耗和全方位灵敏度。有120的mp34db01 dBSPL以声称“市场上最好的“62.6 dB的信噪比和灵敏度26 dBfs声学超载点。

　　在底部的mp34db01港口，SMD标准可用，EMI屏蔽封装，以保证供应商可工作在扩展的温度范围从- 40°C + 85°C.

　　总之，毫无疑问，我们将看到更多的嗅觉、味觉和听觉传感器技术的发展。在本系列的第2部分中，我们将研究涉及触觉和视觉的传感器。