传感器推动世界运转。无论是在家中、工作单位、车上还是其他地方，人们使用的电子设备中都包含了传感器。难以想象没有移动设备的生活会是什么样子，而支撑这些设备的正是传感器技术。

现如今，人们都希望能够即时获取信息，传感器在这个过程中就发挥着至关重要的作用。例如，用户如果想通过手机查看天气状况，可能需要使用生物识别传感器来解锁手机。然后，查询天气状况的应用程序会使用位于不同地理位置的数百万个传感器（风力风向、湿度和温度）采集的数据来报告天气情况。

传感器市场的年复合增长率（CAGR）为 11%。在可穿戴物联网设备和医疗设备等新兴市场，传感器的 CAGR（2020-2027 年）更是高达 17.8%。它们几乎无所不在，其中就包括智能耳机、智能服装、头戴式显示器、健身手环、智能手表和持续监测患者生命体征的便携式医疗器件。

传感器可以分为许多类型，其中每一类型又包含多个子类型。以图 1 为例，中间部分列出了一系列传感器类型。温度传感器是其中的一种类型，它又可以分为许多子类型，例如电阻式温度传感器、热电偶和热敏电阻传感器。围绕传感器类型的圆圈代表了推动传感器使用和增长的关键市场。

图 1. 不同类型传感器和主要传感器市场的示例

1：传感器优化的益处

自然状态下的传感器可能对光、温度、压力值、力度和湿度等外部参数有着不同程度的灵敏度。传感器的灵敏度取决于它们的材质、制造方法和用途。例如，有些传感器具有电容或电阻特性，在受到不同程度的外部参数（如力度或温度）影响下，其特性会发生变化。为了从传感器获得有用的可读电压或电流输出，设计者需要对传感器的电流偏置进行相应的校准。

传感器优化带来的效益显而易见：

• 准确度、感测范围和灵敏度可以提高好几倍。有些传感器的输出测量值是以对数刻度进行读取。因此，优化带来的潜在性能提升可达到十倍甚至百倍。

• 传感器还可以进行调节，以便与整个系统集成。由于将传感器输出转换为有用信息所需的处理减少了，所以操作会变得更高效。

2：如何优化传感器

有几种方法可以优化传感器，其中包括表征、线性转换、动态误差补偿和信号调节。

2.1：传感器表征

由于传感器的灵敏度可能各不相同，因此制造商会对他们生产的传感器进行表征，并发布技术参数和数据资料，以帮助用户更好地应用传感器。在动态范围、带宽、响应时间和准确度等测量参数方面，制造商能够提供有保证的准确度。对于特定的传感器和测量类型，制造商会提供建议的电压或电流偏置，以确保传感器正常工作。

灵敏度是传感器的重要特性之一，它决定了传感器在捕捉或测量物理参数中的细微变化方面具有怎样的性能。图 2 所示为两个具有不同灵敏度的传感器。假设传感器都有线性输出，输出的梯度代表了传感器的灵敏度。例如，Δa 和 Δb 的比值就是红线的梯度。产生红线输出的传感器比产生蓝线输出的传感器具有更高的灵敏度。典型的传感器在其整个范围内可能不会产生线性响应。因此，不同范围内的灵敏度可能会发生变化。