无源物联网来了，无源传感器还远吗？

日前，深圳市科技创新委员会披露了《深圳市科技创新"十四五"规划》相关内容。规划中明确了“20+8”技术主攻方向，即围绕深圳七大战略性新兴产业以及20个产业集群和八大未来产业开展技术攻关。其中，七大战略性新兴产业就提到要在新型传感器领域开展技术攻关。

作为物联网的重要组成部分，传感器需要精确地获取数据，它就像是产品的“神经末梢”，感受来自外界的刺激，对参数的变化进行监测。而智能传感器则给它带来了更多元的功能，也获得了更大的发展空间。根据最近的Allied Market Research报告，到2027年（从2020年起），全球智能传感器市场将以18.6%的复合年增长率（CAGR）增长，即1436.5亿美元。

而近几年兴起的无源物联网，又对传感器也提出了更高的要求。

无源物联网，本质上是终端节点无源，它们不带电源线、没有内置电池，而是从环境中获取能源。为了达到“无源”，进而对上游端提出了要求，这也催生了无源传感器的出现。

无源传感器也称为能量转换型传感器，同无缘物联网一样，它不需要外部电源，即它是一种不需要使用外来接电源的传感器，而且还可以通过外部获取到能源的感应传感器。

我们都知道传感器根据感知和检测的物理量不同，可分为触摸传感器、图像传感器、温度传感器、运动传感器、位置传感器、气体传感器、光线传感器和压力传感器等。对于无源传感器而言，传感器所检测的光能、电磁辐射、温度、人体运动能量、振动源等都是其潜在的能量来源。

据了解，无源传感器主要可分为以下三大类：光纤无源传感器、声表面波无源传感器和基于能源材料的无源传感器。

光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的一些特性组成的传感器。它是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光源、敏感元件、光探测器、信号调理电路以及光纤构成。

光纤传感器具有高灵敏度、抗电磁干扰性强、电绝缘性好、环境适应强、可远距离测量、功耗低等特点，在物联网中的应用日益成熟。例如光纤水听器就是把光纤作为敏感元件的一种声传感器，还有光纤温度传感器等。

声表面波（ surface acoustic wave，SAW） 传感器是一种用声表面波器件作为传感元件，将被测量的信息通过声表面波器件中声表面波的速度或频率的变化反映出来，并转换成电信号输出的传感器。它是传感器中复杂，涉及面较广的传感器类型。主要包括声表面波压力传感器、声表面波温度传感器、声表面波生物基因传感器、声表面波化学气相传感器以及智能传感器等多种类型。

除了具备光纤无源传感器的高灵敏度、可远距离测量、功耗低的特点外，声表面波无源传感器利用振茴频率变化猜测出传播速度的变化，所以对外界检测量的变化测量能非常精确，同时它体积小、重量轻、功耗低的特点可让它获得良好的热性能和机械性能，也开创了无线、小型传感器的新纪元。在变电站、列车、航空航天等领域应用较多。

基于能源材料的无源传感器，顾名思义即利用生活中的常见能源来进行电能的转换，例如光能、热能、机械能等。基于能源材料的无源传感器具有宽频带、抗干扰能力强、 对被测对象扰动极小、灵敏度高等优点，在高电压、雷电、强辐射区场强、高功率微波等电磁测量领域应用较广。

在物联网领域，无源传感器的应用也越来越广，各类无源传感器也相继面世。例如诞生了与NFC、RFID甚至wifi、蓝牙、UWB、5G等无线技术相结合的传感器。

在无源模式下，传感器通过天线从环境中的无线电信号中获取能量，传感器数据存储在非易失性存储器中，在不供电时得以保留。

还有基于RFID技术的无线无源纺织应变传感器，它将RFID技术与纺织材料结合,形成具有应变传感功能的设备,RFID纺织应变传感器采用无源UHF RFID标签技术的通信及感应方式,依靠电磁能工作,具备小型化和柔性化潜力,成为可穿戴设备的潜在选择。

无源物联网是未来物联网发展的方向，作为无源物联网的一环，对传感器的要求已经不再仅限于微型与低功耗，无源也将是一个值得深耕的发展方向。随着无源传感器技术不断成熟与创新，传感器无源技术的应用也将更加广泛。

参考资料：
智能电网：《无源传感器的研究与应用进展》
丝绸杂志：《基于RFID技术的无线无源纺织应变传感器研究进展》